Операционные усилители, страница 2

Поскольку К зависит от частоты, то и b в широком диапазоне частот имеет комплексный характер, однако в области частот, где можно пренебречь реактивностями схемы, обратную связь можно считать вещественной. При этом она в зависимости от фазового сдвига по петле обратной связи может быть как положительной, так и отрицательной. В случае положительной ОС напряжения U_c и U_вх находятся в фазе, и напряжение на входе собственно усилителя U_{вх c}=U_вх+U_c больше напряжения U_вх, а в случае отрицательной ОС (U_c и U_вх находятся в противофазе) U_{вх c} меньше U_вх .

При разомкнутой петле обратной связи (характеризующейся тем, что цепь ОС считается подключенной к усилителю, но напряжение обратной связи U_c полагается равным нулю) на входе собственно усилителя действует напряжение U_вх, а на выходе - U_eых связанные между собой через коэффициент усиления К=U_eых/U_вх. При замыкании петли обратной связи напряжение на входе усилителя изменится и станет равным U_{вх с}, изменится и выходное напряжение U_{вых c} = KU_exc, в связи с чем изменится и коэффициент усиления усилителя для напряжения U_вх.

Рис. 3. Структурная схема усилителя с обратной связью

                    (2)

Величину bK=K_П называют петлевым коэффициентом усиления. Если ОС отрицательная, т.е. K_П <0, то введение ОС уменьшает коэффициент усиления, но при этом улучшается стабильность усилителя и расширяется его полоса пропускания. При положительной ОС наблюдаются обратные эффекты. Зависимость петлевого коэффициента усиления от частоты носит комплексный характер, т.е. с изменением частоты изменяется как модуль петлевого коэффициента усиления |bK| так и фазовый сдвиг между U_{вх с} и U_с. Вследствие этого возникнуть может ситуация, когда на некоторых частотах w_гi указанный фазовый сдвиг окажется кратным 2p, т.е. ОС станет положительной. Если при этом |bK| превысит 1, то возникают условия самовозбуждения усилителя с ОС на этих частотах. Очевидно, условием устойчивости усилителя с ОС является выполнение неравенства

|b(w_гi)K(w_гi)| <1.

1.3. Решающие усилители с потенциальным выходом

Решающие усилители строятся на основе операционных усилителей с обратной связью и предназначены для выполнения различных математических операций с аналоговыми сигналами. В линейных решающих усилителях, к которым относятся и усилители с потенциальным выходом (малым выходным сопротивлением), доминирующей, а часто и единственной обратной связью является отрицательная обратная связь. ОУ, на которых строятся решающие усилители, обладают высокими качественными показателями (большим коэффициентом усиления m₀=10 ⁵¸10 ⁶ в достаточно широком диапазоне частот - до 20Мгц у прецизионных ОУ и ОУ общего назначения и до 100Мгц у быстродействующих ОУ), поэтому анализ схем решающих усилителей можно проводить в предположении идеальности ОУ.

Низкое выходное сопротивление (потенциальный выход) решающих усилителей реализуется введением отрицательной обратной связи по напряжению (рис. 4). В инвертирующем усилителе (рис. 4,а) как сигнал обратной связи, так и входной сигнал (Е_Г) подаются на инвертирующий вход ОУ (узел 1) через цепь обратной связи R₁, R₂. Резистор R₃ предназначен для уменьшения дрейфа нуля ОУ вызванного токами смещения ОУ. Токи смещения входов ОУ в первом приближении равны между собой и при равенстве сопротивлений в цепях инвертирующего и не инвертирующего входов (R₃ = R₁||R₂ ) под действием токов I_{см 1} и I_{см 2} создаются примерно одинаковые падения напряжения, которые вычитаются на дифференциальном входе ОУ.