Операционный усилитель с отрицательной обратной связью: Обратная связь и операционные усилители

1.2. Операционный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью

Рис. 4. Операционный усилитель,

охваченный ООС

Принцип введения отрицательной обратной связи (ООС) для операционного усилителя иллюстрирует структурная схема, показанная на рисунке 4. Как видно, часть выходного напряжения вычитается из входного, и эта разность подается на вход операционного усилителя. Пользуясь уравнением (1), запишем выражение для низкочастотного выходного сигнала схемы:

,

где k < 1 – коэффициент передачи цепи обратной связи. Таким образом, коэффициент усиления всей схемы равен:

.

(10)

Приближенное равенство (10) выполняется при условии A_д >> 1. Из полученного выражения видно, что коэффициент усиления схемы определяется в основном параметрами цепи ООС и не зависит от параметров самого ОУ. Следует иметь в виду, что для реальных операционных усилителей это справедливо только в ограниченном частотном диапазоне, поскольку дифференциальный коэффициент усиления ОУ уменьшается с увеличением частоты в соответствии с выражением (4).

В простейшем случае цепь ООС представляет собой резистивный делитель напряжения. При этом получается линейный усилитель, коэффициент усиления которого определяется только коэффициентом ослабления цепи ООС. Если в качестве цепи обратной связи применить RC–цепь, образуется активный фильтр. Наконец, в цепи обратной связи можно использовать нелинейные элементы, например – диоды или транзисторы, и на их основе получать различные нелинейные устройства.

Рис. 5. Инвертирующий усилитель

Рассмотрим типовые схемы включения ОУ как с использованием принципа виртуального замыкания (9), так и с использованием более точной модели (2).

На рисунке 5 показана схема инвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого легко вычисляется с использованием закона Ома и принципа виртуального замыкания. Введем ток i, протекающий через резистор R₁. Поскольку входной ток операционного усилителя i_– можно считать нулевым, через резистор R₂ также протекает ток i. Выражая этот ток двумя различными способами (через входное и выходное напряжения) и учитывая, что согласно принципу виртуального замыкания потенциалы u_– = u₊ = 0, получим уравнение

.

Таким образом, связь входного и выходного напряжений усилителя имеет вид

,

(11)

где коэффициент усиления

.

(12)

Поскольку коэффициент усиления получился отрицательным, входной сигнал, помимо усиления, будет инвертирован. Отсюда и название данного усилителя – инвертирующий.

Учет коэффициента усиления ОУ A_д и его напряжения смещения U₀ дает более сложное выражение для выходного напряжения. Используя уравнение для токов и формулу (2), а также учитывая, что u₊ = 0, получим

Выражая u_– через u₂ и U₀ из второго уравнения и подставляя результат в первое, получим связь входного и выходного напряжений схемы:

.

Видно, что при A_д   и U₀  0, из данного соотношения получится выражение (11). Очевидно, входное сопротивление инвертирующего усилителя равно R₁ (рис. 5).

Полупроводниковая схемотехника

Полупроводниковая схемотехника

Титце У. , Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. – 512 с. В книге специалистов из ФРГ приведены параметры и описана структура современных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем с различной степенью интеграции. Изложены принципы построения и методы расчета основных схем автоматики, радиоэлектроники и вычислительной техники. Для специалистов в области электронной и вычислительной техники, студентов соответствующих специальностей вузов и радиолюбителей. Оглавление Предисловие редактора перевода Часть I. Основные положения 1. Пояснение применяемых величин 2. Пассивные RC- и LRC- цепи 2.1. ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ 2.1.3. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ФРОНТА ИМПУЛЬСА И ЧАСТОТА СРЕЗА ФИЛЬТРА 2.2. ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ 2.3. КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 2.4. ПАССИВНЫЙ ПОЛОСОВОЙ RC-ФИЛЬТР 2.5. МОСТ ВИНА-РОБИНСОНА 2.6. ДВОЙНОЙ Т-ОБРАЗНЫЙ ФИЛЬТР 2.7. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР 3. Диоды 3.2. СТАБИЛИТРОНЫ 3.3. ВАРИКАПЫ 4. Транзистор и схемы на его основе 4.2. СХЕМА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ 4.2.2. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ 4.2.3. СХЕМА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ТОКУ 4.2.4. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ ПО НАПРЯЖЕНИЮ 4.2.5. УСТАНОВКА РАБОЧЕЙ ТОЧКИ 4.3. СХЕМА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ 4.4. СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ, ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ 4.5. ТРАНЗИСТОР КАК ИСТОЧНИК СТАБИЛЬНОГО ТОКА 4.5.2. БИПОЛЯРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 4.5.3. СХЕМА «ТОКОВОГО ЗЕРКАЛА» 4.6. СХЕМА ДАРЛИНГТОНА 4.7. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 4.7.2. РЕЖИМ БОЛЬШОГО СИГНАЛА 4.7.3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ТОКУ 4.7.4. НАПРЯЖЕНИЕ РАЗБАЛАНСА 4.8. ИЗМЕРЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ МАЛОМ СИГНАЛЕ 4.9. ШУМЫ ТРАНЗИСТОРА 4.10. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ 5. Полевые транзисторы 5.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ МАЛЫХ СИГНАЛОВ 5.3. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ 5.4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ 5.4.1. СХЕМА С ОБЩИМ ИСТОКОМ 5.4.2. СХЕМА С ОБЩИМ ЗАТВОРОМ 5.4.3. СХЕМА С ОБЩИМ СТОКОМ, ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ 5.5. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР КАК СТАБИЛИЗАТОР ТОКА 5.6. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ 5.7. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР В КАЧЕСТВЕ УПРАВЛЯЕМОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ 6. Операционный усилитель 6.1. СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ 6.2. ПРИНЦИП ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ 6.3. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ 6.4. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ 7. Внутренняя структура операционных усилителей 7.2. ПРОСТЕЙШИЕ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 7.3. СТАНДАРТНАЯ СХЕМА ИНТЕГРАЛЬНОГО ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ 7.4. КОРРЕКЦИЯ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ 7.4.2. ПОЛНАЯ ЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ 7.4.3. ПОДСТРАИВАЕМАЯ ЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ 7.4.4. СКОРОСТЬ НАРАСТАНИЯ 7.4.5. КОМПЕНСАЦИЯ ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКИ 7.5. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 8. Простейшие переключающие схемы 8. 1. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ 8.2. БИСТАБИЛЬНЫЕ РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СХЕМЫ 8.2.2. ТРИГГЕР ШМИТТА 8.3. МОНОСТАБИЛЬНАЯ РЕЛАКСАЦИОННАЯ СХЕМА 8.4. НЕСТАБИЛЬНАЯ РЕЛАКСАЦИОННАЯ СХЕМА 9. Базовые логические схемы 9.1. ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ 9.2. СОСТАВЛЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 9.2.1. ТАБЛИЦА КАРНО 9.3. ПРОИЗВОДНЫЕ ОСНОВНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 9.4. СХЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 9.4.1. РЕЗИСТИВНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ ЛОГИКА (РТЛ) 9.4.2. ДИОДНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ ЛОГИКА (ДТЛ) 9.4.3. ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ ЛОГИКА (ТТЛ) 9.4.4. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ИНЖЕКЦИОННАЯ ЛОГИКА 9.4.5. ЭМИТТЕРНО-СВЯЗАННАЯ ЛОГИКА (ЭСЛ) 9.4.6. n-КАНАЛЬНАЯ МОП-ЛОГИКА 9.4.7. КОМПЛЕМЕНТАРНАЯ МОП-ЛОГИКА (КМОП) 9.4.8. ОБЗОР 9.4.9. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ 9.5. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ТРИГГЕРЫ 9.5.2. ТРИГГЕРЫ ТИПА M-S (MASTER-SLAVE) 9.5.3. ДИНАМИЧЕСКИЙ ТРИГГЕР 9.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 9.6.2. ПОСТОЯННЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ПЗУ) 9. 6.3. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ МАТРИЦЫ (ПЛМ) 10. Оптоэлектронные приборы 10.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФОТОМЕТРИИ 10.2. ФОТОРЕЗИСТОР 10.3. ФОТОДИОДЫ 10.4. ФОТОТРАНЗИСТОРЫ 10.5. СВЕТОДИОДЫ 10.6. ОПТРОНЫ Часть II. Применения 11. Линейные и нелинейные аналоговые вычислительные схемы 11.1. СХЕМА СУММИРОВАНИЯ 11.2. СХЕМЫ ВЫЧИТАНИЯ 11.2.2. СХЕМА ВЫЧИТАНИЯ НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ 11.3. БИПОЛЯРНОЕ УСИЛИТЕЛЬНОЕ ЗВЕНО 11.4. СХЕМЫ ИНТЕГРИРОВАНИЯ 11.4.1. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ИНТЕГРАТОР 11.4.2. ЗАДАНИЕ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ 11.4.3. СУММИРУЮЩИЙ ИНТЕГРАТОР 11.4.4. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ ИНТЕГРАТОР 11.5. СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ 11.5.3. СХЕМА ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ С ВЫСОКИМ ВХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ 11.6. РЕШЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ 11.7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 11.7.2. ЭКСПОНЕНТА 11.7.3. ВЫЧИСЛЕНИЕ СТЕПЕННЫХ ФУНКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ЛОГАРИФМОВ 11.7.4. ФУНКЦИИ SIN X И COS X 11.7.5. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ 11. 8. АНАЛОГОВЫЕ СХЕМЫ УМНОЖЕНИЯ 11.8.2. УМНОЖЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ 11.8.3. СХЕМА УМНОЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ИЗМЕНЕНИЕ КРУТИЗНЫ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРОВ 11.8.4. СХЕМА УМНОЖЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ЗВЕНЬЯМИ 11.8.5. БАЛАНСИРОВКА СХЕМ УМНОЖЕНИЯ 11.8.6. СХЕМЫ ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНОГО УМНОЖЕНИЯ 11.8.7. ПРИМЕНЕНИЕ СХЕМЫ УМНОЖЕНИЯ ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ КВАДРАТНЫХ КОРНЕЙ 11.9. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КООРДИНАТ 11.9.2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДЕКАРТОВЫХ КООРДИНАТ В ПОЛЯРНЫЕ 12. Управляемые источники и схемы преобразования полного сопротивления 12.1. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ, УПРАВЛЯЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЕМ 12.2. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ, УПРАВЛЯЕМЫЕ ТОКОМ 12.3. ИСТОЧНИКИ ТОКА, УПРАВЛЯЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЕМ 12.3.2. ИСТОЧНИКИ ТОКА С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НАГРУЗКОЙ 12.3.3. ЭТАЛОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА НА ТРАНЗИСТОРАХ 12.3.4. ПЛАВАЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА 12.4. ИСТОЧНИКИ ТОКА, УПРАВЛЯЕМЫЕ ТОКОМ 12.5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (NIC) 12.6. ГИРАТОР 12. 7. ЦИРКУЛЯТОР 13. Активные фильтры 13.1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ ЧАСТОТ 13.1.1. ФИЛЬТР БАТТЕРВОРТА 13.1.2. ФИЛЬТР ЧЕБЫШЕВА 13.1.3. ФИЛЬТРЫ БЕССЕЛЯ 13.1.4. ОБОБЩЕННОЕ ОПИСАНИЕ ФИЛЬТРОВ 13.2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ НИЖНИХ ЧАСТОТ В ВЕРХНИЕ 13.3. РЕАЛИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ И ВЕРХНИХ ЧАСТОТ ПЕРВОГО ПОРЯДКА 13.4. РЕАЛИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ И ВЕРХНИХ ЧАСТОТ ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.4.2. ФИЛЬТР СО СЛОЖНОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.4.3. ФИЛЬТР С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.4.4. ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ С ОМИЧЕСКОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.5. РЕАЛИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ И НИЖНИХ ЧАСТОТ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА 13.6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ В ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР 13.6.1. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.6.2. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР ЧЕТВЕРТОГО ПОРЯДКА 13.7. РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.7.2. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР СО СЛОЖНОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.7.3. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13. 7.4. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР С ОМИЧЕСКОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.8. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ ЧАСТОТ В ЗАГРАЖДАЮЩИЕ ПОЛОСОВЫЕ ФИЛЬТРЫ 13.9. РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАГРАЖДАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.9.1. ЗАГРАЖДАЮЩИЙ LRC-ФИЛЬТР 13.9.2. АКТИВНЫЙ ЗАГРАЖДАЮЩИЙ ФИЛЬТР С ДВОЙНЫМ Т-ОБРАЗНЫМ МОСТОМ 13.9.3. АКТИВНЫЙ ЗАГРАЖДАЮЩИЙ ФИЛЬТР С МОСТОМ ВИНА-РОБИНСОНА 13.10. ФАЗОВЫЙ ФИЛЬТР 13.10.2. РЕАЛИЗАЦИЯ ФАЗОВОГО ФИЛЬТРА ПЕРВОГО ПОРЯДКА 13.10.3. РЕАЛИЗАЦИЯ ФАЗОВОГО ФИЛЬТРА ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.11. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР 14. Широкополосные усилители 14.1. ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ПО ТОКУ ОТ ЧАСТОТЫ 14.2. ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННИХ ЕМКОСТЕЙ ТРАНЗИСТОРА И ЕМКОСТЕЙ МОНТАЖА 14.3. КАСКОДНАЯ СХЕМА 14.4. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАК ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 14.5. СИММЕТРИЧНЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 14.5.2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ИНВЕРТОРОМ 14.5.3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С КОМПЛЕМЕНТАРНОЙ КАСКОДНОЙ СХЕМОЙ 14.5. 4. ДВУХТАКТНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 14.6. ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 14.6.2. ДВУХТАКТНЫЙ ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ 14.7. ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 15. Усилители мощности 15.1. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ КАК УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ 15.2. КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ 15.2.2. КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ В РЕЖИМЕ AB 15.2.3. СПОСОБЫ ЗАДАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ 15.3. СХЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА 15.4. КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ ПО СХЕМЕ ДАРЛИНГТОНА 15.5. РАСЧЕТ МОЩНОГО ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА 15.6. СХЕМЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ 15.7. ПОВЫШЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 16. Источники питания 16.1. СВОЙСТВА СЕТЕВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 16.2. ВЫПРЯМИТЕЛИ 16.2.1. ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 16.2.2. МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 16.2.3. МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ДЛЯ ДВУХ СИММЕТРИЧНЫХ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 16.3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ 16. 3.2. СХЕМА С РЕГУЛИРУЮЩИМ УСИЛИТЕЛЕМ 16.3.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 16.3.4. СТАБИЛИЗАТОР С МАЛЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ПОТЕРЬ 16.3.5. СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, СИММЕТРИЧНЫХ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ 16.3.6. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ВЫВОДАМИ 16.3.7. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ 16.3.8. ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД ЛАБОРАТОРНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ С БОЛЬШОЙ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ 16.4. ПОЛУЧЕНИЕ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 16.4.2. ПОЛУЧЕНИЕ МАЛЫХ ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 16.5. ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 16.5.2. ПЕРВИЧНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 17. Аналоговые коммутаторы и компараторы 17.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОММУТАТОРЫ 17.2.2. ДИОДНЫЙ КОММУТАТОР 17.2.3. КОММУТАТОР НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ 17.3. АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ НА БАЗЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 17.3.2. КОММУТАТОР НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ПЕРЕМЕНОЙ ЗНАКА ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 17.3.3. КОММУТАТОР НА БАЗЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ 17.4. АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ С ПАМЯТЬЮ 17.5. КОМПАРАТОРЫ 17. 5.2. КОМПАРАТОР С ПРЕЦИЗИОННЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ 17.5.3. ДВУХПОРОГОВЫЙ КОМПАРАТОР 17.6. ТРИГГЕР ШМИТТА 17.6.1. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ТРИГГЕР ШМИТТА 17.6.2. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ ТРИГГЕР ШМИТТА 17.6.3. ПРЕЦИЗИОННЫЙ ТРИГГЕР ШМИТТА 18. Генераторы сигналов 18.1. LC-ГЕНЕРАТОРЫ 18.1.2. ГЕНЕРАТОР С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ (СХЕМА МАЙССНЕРА) 18.1.3. ТРЕХТОЧЕЧНАЯ СХЕМА С ИНДУKТИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (СХЕМА ХАРТЛИ) 18.1.4. ТРЕХТОЧЕЧНАЯ СХЕМА С ЕМКОСТНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (СХЕМА КОЛПИТЦА) 18.1.5. LC-ГЕНЕРАТОР С ЭМИТТЕРНОЙ СВЯЗЬЮ 18.1.6. ДВУХТАКТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ 18.2. КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ 18.2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА 18.2.2. КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С LC-КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ КОНТУРОМ 18.2.3. КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ БЕЗ LC-КОНТУРА 18.3. СИНУСОИДАЛЬНЫЕ RC-ГЕНЕРАТОРЫ 18.3.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 18.4. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОЙ ФОРМЫ (ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ) 18.4.2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР С УПРАВЛЯЕМОЙ ЧАСТОТОЙ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА 18. 4.3. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР 18.5. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ 18.5.1. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ 18.5.2. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ 19. Комбинационные логические схемы 19.1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОДОВ 19.1.2. ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЕ КОДЫ 19.1.3. КОД ГРЕЯ 19.2. МУЛЬТИПЛЕКСОР И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР 19.3. КОМБИНАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО СДВИГА 19.4. КОМПАРАТОРЫ 19.5. СУММАТОРЫ 19.5.1. ПОЛУСУММАТОР 19.5.2. ПОЛНЫЙ СУММАТОР 19.5.3. СУММАТОРЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ 19.5.4. СЛОЖЕНИЕ ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫХ ЧИСЕЛ 19.5.5. ВЫЧИТАНИЕ 19.5.6. СЛОЖЕНИЕ ЧИСЕЛ С ЛЮБЫМИ ЗНАКАМИ 19.6. УМНОЖИТЕЛИ 19.7. ЦИФРОВЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 20. Интегральные схемы со структурами последовательностного типа 20.1. ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ 20.1.1. АСИНХРОННЫЙ (ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ) СЧЕТЧИК 20.1.2. СИНХРОННЫЙ (ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ) СЧЕТЧИК 20.2. ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЕТЧИК В КОДЕ 8421 20.2.1. АСИНХРОННЫЙ ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЕТЧИК 20.2. 2. СИНХРОННЫЙ ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЕТЧИК 20.3. СЧЕТЧИК С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ 20.4. РЕГИСТРЫ СДВИГА 20.4.2. КОЛЬЦЕВОЙ РЕГИСТР 20.4.3. РЕГИСТР СДВИГА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВВОДОМ 20.4.4. РЕГИСТР СДВИГА С ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ СДВИГА 20.5. ПОЛУЧЕНИЕ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ 20.6. ПЕРВОНАЧАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА АСИНХРОННОГО СИГНАЛА 20.6.2. СИНХРОНИЗАЦИЯ ИМПУЛЬСОВ 20.6.3. СИНХРОННЫЙ ОДНОВИБРАТОР 20.6.4. СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР ИЗМЕНЕНИЙ 20.6.5. СИНХРОННЫЙ ТАКТОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ 20.7. СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ СХЕМ 20.7.2. ПРИМЕР СИНТЕЗА ПЕРЕКЛЮЧАЕМОГО СЧЕТЧИКА 20.7.3. СОКРАЩЕНИЕ ЕМКОСТИ ПАМЯТИ 21. Микро-ЭВМ 21.1. ОСНОВНАЯ СТРУКТУРА МИКРО-ЭВМ 21.2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МИКРОПРОЦЕССОРА 21.3. НАБОР КОМАНД 21.4. ОТЛАДОЧНЫЕ СРЕДСТВА 21.5. ОБЗОР МИКРОПРОЦЕССОРОВ РАЗЛИЧНОГО ТИПА 21.6. МОДУЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ МИКРО-ЭВМ 21.7. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА 21.7.1. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС 21.7.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС 21. 7.3. ИНТЕРФЕЙС МАГИСТРАЛИ «ОБЩАЯ ШИНА» 21.7.4. ПРОГРАММИРУЕМЫЙ СЧЕТЧИК 21.7.5. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ПЕРИФЕРИЙНЫХ МОДУЛЕЙ СЕМЕЙСТВА 8080 К МАГИСТРАЛЯМ СЕМЕЙСТВА 6800 21.7.6. ОБЗОР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ 21.8. МИНИМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 21.8.2. ОДНОКРИСТАЛЬНАЯ МИКРО-ЭВМ 22. Цифровые фильтры 22.1. ТЕОРЕМА О ДИСКРЕТИЗАЦИИ (ТЕОРЕМА О ВЫБОРКАХ) 22.1.2. ПРАКТИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ 22.2. ЦИФРОВАЯ ФУНКЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ФИЛЬТРА 22.3. БИЛИНЕЙНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ 22.4. РЕАЛИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ 22.4.2. СТРУКТУРА ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА 22.4.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ 23. Передача данных и индикация 23.1. СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ 23.2. ЗАЩИТА ДАННЫХ 23.2.2. КОД ХЕММИНГА 23.3. СТАТИЧЕСКИЕ ЦИФРОВЫЕ ИНДИКАТОРЫ 23.3.1. ДВОИЧНЫЕ ИНДИКАТОРЫ НА СВЕТОДИОДАХ 23.3.2. ДЕКАДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ 23.3.3. ИНДИКАЦИЯ В ШЕСТНАДЦАТЕРИЧНОМ КОДЕ 23.4. МУЛЬТИПЛЕКСНЫЕ ИНДИКАТОРЫ 23.4.1. МНОГОРАЗРЯДНЫЕ 7-СЕГМЕНТНЫЕ ИНДИКАТОРЫ 23.4.2. МАТРИЦА ТОЧЕК 24. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи 24.1. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 24.1.2. ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПЕРЕКИДНЫМИ КЛЮЧАМИ 24.1.3. РЕЗИСТИВНАЯ МАТРИЦА ПОСТОЯННОГО ИМПЕДАНСА (МАТРИЦА ТИПА R-2R) 24.1.4. РЕЗИСТИВНАЯ МАТРИЦА ДЛЯ ДЕКАДНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 24.2. ПОСТРОЕНИЕ ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ЭЛЕКТРОННЫМИ КЛЮЧАМИ 24.2.2. ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ТОКОВЫМИ КЛЮЧАМИ 24.3. ЦА-ПРЕОБРАЮВАТЕЛИ ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ 24.3.2. ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ 24.3.3. ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КАК ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ 24.4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АЦ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ 24.5. ТОЧНОСТЬ АЦ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 24.6. ПОСТРОЕНИЕ АЦ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 25. Измерительные схемы 25.1. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ 25.1.2. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ 25.1.3. ИЗОЛИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 25.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА 25.2.1. ИЗОЛИРОВАННЫЕ ОТ ЗЕМЛИ АМПЕРМЕТРЫ С МАЛЫМ ПАДЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ 25.2.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА ПРИ ВЫСОКОМ ПОТЕНЦИАЛЕ 25.3. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 25. 3.2. ИЗМЕРЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ 25.3.3. ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ 25.3.4. СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР 26. Электронные регуляторы 26.2. ТИПЫ РЕГУЛЯТОРОВ 26.2.1. П-РЕГУЛЯТОР 26.2.2. ПИ-РЕГУЛЯТОР 26.2.3. ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР 26.2.4. НАСТРАИВАЕМЫЕ ПИД-РЕГУЛЯТОРЫ 26.3. УПРАВЛЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫМИ ОБЪЕКТАМИ 26.4. ОТСЛЕЖИВАЮЩАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ (АВТОПОДСТРОЙКА) 26.4.1. ЭЛЕМЕНТЫ ВЫБОРКИ-ХРАНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ФАЗОВОГО ДЕТЕКТОРА 26.4.2. СИНХРОННЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ В КАЧЕСТВЕ ФАЗОВОГО ДЕТЕКТОРА 26.4.3. ЧАСТОТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР 26.4.4. ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР С ПРОИЗВОЛЬНО УВЕЛИЧИВАЕМЫМ ДИАПАЗОНОМ ИЗМЕРЕНИЙ 26.4.5. ФАЗОРЕГУЛЯТОР В КАЧЕСТВЕ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТ

Положительная и отрицательная обратная связь в схемах операционных усилителей и их практическое применение. Из-за их универсальности требуется всего несколько внешних компонентов, чтобы настроить их для выполнения широкого круга задач, таких как усиление, сложение, вычитание, умножение, интегрирование и т.

д. функции.

Эта функциональность связана с тем, что они используют обратную связь , что означает выборку части вывода и добавление или вычитание ее из ввода для достижения желаемого результата.

Существует два типа обратной связи, положительная обратная связь и отрицательная обратная связь в операционных усилителях , , оба из которых будут подробно рассмотрены в этой статье.

Отрицательная обратная связь в операционном усилителе

Отрицательная обратная связь берет часть выходного сигнала и вычитает его из входного таким образом, чтобы выходной сигнал был в равновесии со входным. Это означает, что за любым изменением на входе следует аналогичное изменение на выходе.

Простейшим примером отрицательной обратной связи является повторитель операционного усилителя. В этом случае инвертирующий вход соединен с выходом, а неинвертирующий вход служит сигнальным входом.

Следуя правилам поведения операционного усилителя, когда операционный усилитель пытается поддерживать разность напряжений 0 В на инвертирующем и неинвертирующем входах, мы можем понять, что выход следует за входом для поддержания этого 0 В разница, отсюда и название последователя.

Если бы на входе этой схемы было 1 В, то на выходе также было бы 1 В, так как выход напрямую подключен к инвертирующему входу, поэтому разница напряжений между инвертирующим и неинвертирующим контактами составляет 0 В.

Если вы внимательно заметили, то поймете, что усиление описанной схемы равно 1, поскольку отношение входного напряжения к выходному напряжению равно 1.

В демонстрационных целях эта схема была построена с использованием Операционный усилитель LM741, питаемый от шины ±12 В с входом треугольной волны (от генератора треугольной волны, сделанного в предыдущей статье).

На приведенном выше рисунке показаны осциллограммы схемы: желтая осциллограмма — это вход, а синяя — это выход. Выход является копией входа, поэтому мы знаем, что повторитель работает. Обратите внимание на одинаковую вертикальную шкалу на обоих каналах.

Что делать, если нам нужно усиление, отличное от 1? Это можно сделать, добавив к выходу делитель напряжения и подключив инвертирующий вход к середине делителя. Неинвертирующий вход, как обычно, служит сигнальным входом.

В этом случае оба резистора имеют одинаковое значение. Если входной сигнал снова будет 1 В, то операционный усилитель попытается изменить выход таким образом, чтобы инвертирующий вход был 1 В, чтобы поддерживать дифференциал 0 В на своем входе.

Для этого на выходе должно быть 2 В, чтобы на выходе делителя напряжения (и, следовательно, на инвертирующем входе) было 1 В.

Эта схема имеет коэффициент усиления 2 – она умножает входное напряжение в 2 раза. в качестве усилителя, и эта конфигурация является классическим неинвертирующим усилителем.

Предыдущая схема повторителя была изменена путем добавления двух резисторов, и ясно видно, что выходное напряжение схемы в два раза превышает входное напряжение.

Сигналы осциллографа, показанные на рисунке выше, показывают, как выходной сигнал, который является синим сигналом, в два раза превышает амплитуду входного сигнала, который является желтым сигналом.

Обратите внимание на искажение выходного сигнала из-за ограничения скорости нарастания операционного усилителя . Коэффициент усиления обеих описанных схем намного меньше, чем у без обратной связи самого операционного усилителя , поэтому можно сказать, что отрицательная обратная связь снижает общий коэффициент усиления системы в обмен на стабильность.

Операционные усилители с отрицательной обратной связью:

Операционный усилитель Отрицательная обратная связь находит применение в основном в усилителях, где вход умножается на коэффициент, называемый коэффициентом усиления , а выход должен быть линейным и стабильным при изменении вход.

Положительная обратная связь в ОУ

Схема неинвертирующего усилителя может быть немного изменена, чтобы создать схему с положительной обратной связью.

Инвертирующий и неинвертирующий входы операционных усилителей переключаются таким образом, что инвертирующий вход становится сигнальным входом, а неинвертирующий вход становится выводом, который получает обратную связь с выхода через делитель напряжения.

Теперь, когда напряжение на входе становится выше, чем напряжение на неинвертирующем входе, выход становится низким. Поскольку операционный усилитель питается от шины ± 12 В, выходное напряжение составляет -12 В, а, следовательно, неинвертирующий вход – -6 В.

Теперь выход остается зафиксированным на уровне -12 В до тех пор, пока входной сигнал не опустится ниже -6 В, после чего выходной сигнал становится высоким до 12 В, что дает 6 В на неинвертирующем входе.

Теперь вход должен пересечь 6 В, чтобы снова изменить состояние выхода.

В отличие от конфигурации с неинвертирующим усилителем, этот выход этой схемы не поддерживает равновесие со входом, а вместо этого насыщает любую шину питания нелинейным образом.

Применение операционных усилителей с положительной обратной связью:

Отсюда можно сделать вывод, что положительная обратная связь резко увеличивает коэффициент усиления системы, но не является стабильной и имеет только два состояния. Следовательно, положительная обратная связь не может использоваться для создания усилителя, поскольку обратная связь сильно нелинейна.

Лучший способ продемонстрировать операционный усилитель с положительной обратной связью — генератор с положительной обратной связью . Если мы модифицировали предыдущую схему, добавив конденсатор между инвертирующим входом и землей и резистор между инвертирующим входом и выходом, мы можем сделать простой генератор релаксации .

Осциллограф на приведенном выше рисунке показывает выход генератора в желтом канале и напряжение на неинвертирующем входе в синем канале. Как видите, пороговое напряжение на неинвертирующем входе меняется с каждым циклом генератора, как описано в тексте выше, между +6В и -6В.

В статье мы постарались осветить положительные и отрицательные отзывы, а также то, как они работают, описаны простые схемы для их демонстрации и практические применения.

Коэффициент усиления операционного усилителя — объяснение Расчетное уравнение » Примечания по электронике

Коэффициент усиления

является ключевым аспектом проектирования схем операционных усилителей: расчеты могут выполняться для общих схем или с использованием более конкретных формул для инвертирующих и неинвертирующих усилителей.

---

Учебное пособие по операционному усилителю Включает:
Введение Усиление операционного усилителя Пропускная способность Скорость нарастания операционного усилителя Смещение нуля Входное сопротивление Выходное сопротивление Операционный усилитель с обратной связью по току Понимание спецификаций Как выбрать операционный усилитель Краткое описание схем операционных усилителей

---

Одним из ключевых аспектов рабочих характеристик операционных усилителей и их электронных схем является коэффициент усиления. Операционные усилители сами по себе предлагают огромные уровни усиления при использовании в так называемой конфигурации с разомкнутым контуром.

В условиях разомкнутого контура коэффициент усиления операционного усилителя может превышать 10 000, при этом некоторые операционные усилители имеют уровни усиления, превышающие это значение более чем в десять раз. Даже с операционными усилителями одного типа могут быть большие различия в коэффициенте усиления в результате используемых процессов изготовления.

Несмотря на то, что операционные усилители сами по себе обладают огромным коэффициентом усиления, этот коэффициент редко используется в такой форме для усиления сигнала — его было бы чрезвычайно сложно использовать, поскольку даже очень малые входные сигналы приводили бы к выходному напряжению, превышающему напряжение на шине, что приводило к ограничению или обрезка вывода.

С помощью метода, известного как отрицательная обратная связь в конструкции электронной схемы, можно использовать огромные уровни усиления для обеспечения высоких уровней требуемой производительности.

Использование высокого коэффициента усиления операционного усилителя в сочетании с использованием отрицательной обратной связи может позволить общей конструкции электронной схемы иметь ровную частотную характеристику, низкий уровень искажений и очень определенные уровни усиления для всей электронной схемы.

Общее усиление электронной схемы зависит не от фактического уровня усиления ИС, а от внешних компонентов, значения которых можно точно выбрать.

В других схемах операционных усилителей обратная связь может использоваться для обеспечения других эффектов, таких как фильтрация и т.п.

В некоторых случаях может использоваться положительная обратная связь, но обычно это делается определенным образом для достижения определенного эффекта.

Основные сведения об усилении ОУ

Коэффициент усиления схемы операционного усилителя является одним из очень важных факторов, касающихся базового операционного усилителя, а также электронных схем, использующих их.

Высокие уровни усиления позволяют этим операционным усилителям иметь очень высокие уровни производительности за счет использования усиления различными способами. Однако необходимо понимать определения коэффициента усиления для операционных усилителей.

Существует два основных сценария, которые можно рассмотреть при рассмотрении коэффициента усиления операционных усилителей и конструкции электронных схем с использованием этих электронных компонентов:

• Коэффициент усиления без обратной связи:  Эта форма коэффициента усиления измеряется, когда к схеме операционного усилителя не применяется обратная связь. Другими словами, он работает в формате открытого цикла. Показатели усиления для операционного усилителя в этой конфигурации обычно очень высоки, обычно от 10 000 до 100 000. Это коэффициент усиления операционного усилителя сам по себе.

  Цифры часто приводятся в технических описаниях операционных усилителей в виде вольт на милливольт, В/мВ. Указание усиления в этих терминах позволяет записать усиление в более удобном формате. 10 В/мВ соответствует коэффициенту усиления по напряжению 10 000. Это избавляет от записи многих нулей.

• Усиление замкнутого контура:  Эта форма усиления измеряется, когда работает контур обратной связи, т. е. замкнутый контур. Применяя отрицательную обратную связь, общий коэффициент усиления схемы значительно снижается, и его можно точно настроить до требуемого уровня или для создания требуемого выходного формата, как в случае фильтров, интеграторов и т. д. Можно добавить несколько электронных компонентов. к схеме операционного усилителя для обеспечения необходимой обратной связи.

  Усиление измеряется при замкнутом контуре, и при условии, что существует достаточная разница между усилением разомкнутого контура и замкнутого контура, схема будет работать в соответствии с расположенной вокруг нее обратной связью. Другими словами, при условии, что операционный усилитель имеет достаточный коэффициент усиления (который он будет иметь), коэффициент усиления всей схемы определяется отрицательной обратной связью, а не коэффициентом усиления самого операционного усилителя.

  Хотя в аналоговых схемах обычно используется отрицательная обратная связь, в некоторых случаях используется и положительная обратная связь. Чаще всего это применяется для компараторов, где требуется вывод на одном из двух уровней. Триггер Шмитта является одним из примеров, когда в систему вводится гистерезис. В этих приложениях следует использовать ИС компараторов, а не операционные усилители, поскольку они предназначены для работы в этом режиме.

Одним из аспектов, тесно связанных с коэффициентом усиления операционного усилителя, является полоса пропускания, которая оказывает огромное влияние на характеристики этих интегральных схем.

Огромный коэффициент усиления операционных усилителей может привести к нестабильности, если не принять меры для обеспечения стабильности операционного усилителя и его схемы даже при применении отрицательной обратной связи.

При уровнях усиления разомкнутого контура, превышающих 10 000 и более, неудивительно, что обратная связь и нестабильность становятся проблемой.

Используется метод, известный как компенсация. В ранних операционных усилителях для добавления компенсации использовались внешние электронные компоненты, но в более поздних микросхемах она была добавлена ​​внутри.

В основном к внутренним элементам операционного усилителя добавляется небольшой конденсатор. Это снижает склонность к колебаниям, но также снижает полосу пропускания без обратной связи.

Усиление операционного усилителя с обратной связью и частотная характеристика.

Несмотря на то, что полоса пропускания без обратной связи схемы операционного усилителя уменьшается, после применения отрицательной обратной связи для большинства целей может быть достигнуто достаточное усиление уровня с плоской частотной характеристикой.

Подробнее о . . . . Частотная характеристика операционного усилителя, усиление и полоса пропускания.

Общий коэффициент усиления операционного усилителя

Отрицательная обратная связь используется для управления коэффициентом усиления всей схемы операционного усилителя. Существует множество способов применения обратной связи при разработке электронной схемы — она может не зависеть от частоты или может зависеть от частоты, например, для создания фильтров.

Можно разработать обобщенную концепцию применения отрицательной обратной связи. Исходя из этого, могут быть разработаны более конкретные сценарии.

Общая конфигурация отрицательной обратной связи операционного усилителя

Можно рассчитать общую формулу для коэффициента усиления операционного усилителя в схеме:

Vсум=Vin-B Vвых

Затем можно рассчитать выходное напряжение, зная входное напряжение, коэффициент усиления и обратную связь:

Vвых = A Vсум = A Vin-A B Vвых

Теперь это можно использовать для создания общего уравнения усиления операционного усилителя с обратной связью.

VoutVin=G=A1 + AB

Используя это общее уравнение, можно разработать уравнения для более конкретных сценариев. Обратная связь может быть частотно-зависимой или плоской по мере необходимости.

Двумя простейшими примерами схем операционных усилителей, использующих обратную связь, являются форматы для инвертирующих и неинвертирующих усилителей.

Коэффициент усиления инвертирующего операционного усилителя

Схема инвертирующего операционного усилителя показана ниже. Эта схема имеет выходной сигнал, сдвинутый по фазе на 180° с входным сигналом, а также обеспечивает ввод виртуальной земли.

Схема операционного усилителя довольно проста и состоит из нескольких электронных компонентов: один резистор обратной связи от выхода к инвертирующему входу и резистор от инвертирующего входа к входу схемы. Неинвертирующий вход принимается за точку заземления. В этой схеме операционного усилителя используются только два дополнительных электронных компонента, что делает ее очень простой и легкой в ​​реализации.

Базовая схема инвертирующего операционного усилителя

Вывести уравнение усиления операционного усилителя несложно. Вход самого операционного усилителя не потребляет ток, насколько это касается наших расчетов, поскольку импеданс каждого входа усилителя будет значительно выше 100 кОм и, возможно, значительно выше 1 МОм. Это означает, что любой ток, протекающий в микросхему, можно игнорировать.

Из этого мы видим, что ток, протекающий через резисторы R1 и R2, одинаков, потому что через соединение между двумя резисторами ток не течет.

Используя закон Ома V _out /R ₂ = -V _in /R ₁ . Отсюда коэффициент усиления по напряжению схемы Av можно принять равным:

Ср=-R2R1

Например, усилитель, требующий усиления в десять раз, можно построить, составив R ₂ 47 кОм и R ₁ 4,7 кОм.

Подробнее о . . . . схема инвертирующего операционного усилителя.

Коэффициент усиления неинвертирующего операционного усилителя

Схема неинвертирующего операционного усилителя показана ниже. Он предлагает более высокий входной импеданс, чем схема инвертирующего операционного усилителя. Как и в схеме инвертирующего операционного усилителя, для этого требуется добавить всего два электронных компонента: два резистора для обеспечения необходимой обратной связи.

Неинвертирующий усилитель также характеризуется тем, что вход и выход находятся в одной фазе в результате подачи сигнала на неинвертирующий вход операционного усилителя.

Базовая схема неинвертирующего операционного усилителя

Коэффициент усиления неинвертирующей схемы операционного усилителя также легко определить в процессе проектирования электронной схемы. Расчет основан на том факте, что напряжение на обоих входах одинаково.

Это связано с тем, что коэффициент усиления усилителя чрезвычайно высок. Если выход схемы остается в пределах шин питания усилителя, то выходное напряжение, деленное на коэффициент усиления, означает, что разницы между двумя входами практически нет.

Мы можем предположить, что для целей нашего расчета вход операционного усилителя не потребляет ток, так как импеданс входов микросхемы будет намного выше номиналов используемых резисторов.

Это означает, что ток, протекающий в резисторах R ₁ и R ₂ , одинаков. Напряжение на инвертирующем входе формируется делителем потенциала, состоящим из R ₁ и R ₂ , а так как напряжение на обоих входах одинаковое, то напряжение на инвертирующем входе должно быть таким же, как и на не -инвертирующий вход.

Это означает, что Vin = Vout x R ₁ / (R ₁ + R ₂ ). Следовательно, уравнение усиления операционного усилителя для коэффициента усиления по напряжению схемы Av можно принять следующим образом:

Ср=1+R2R1

Например, усилитель, требующий коэффициента усиления одиннадцати, можно построить, составив R ₂ 47 кОм и R ₁ 4,7 кОм.

Коэффициент усиления операционного усилителя

очень легко определить. Расчеты для разных схем немного отличаются, но, по существу, обе схемы могут обеспечить одинаковые уровни усиления, хотя номиналы резисторов не будут одинаковыми для одинаковых уровней усиления операционного усилителя.

Подробнее о . . . . Схема неинвертирующего операционного усилителя.

Коэффициент усиления операционного усилителя в других ситуациях

Использование операционных усилителей в линейных приложениях с отрицательной обратной связью является нормальным явлением, хотя это не всегда так. При этом используется очень высокий коэффициент усиления усилителя с разомкнутым контуром для обеспечения воспроизводимых характеристик, управляемых внешними компонентами.

Примеры этих схем операционных усилителей включают усилители, фильтры, дифференциаторы и интеграторы.

Однако также можно использовать операционные усилители с другими формами обратной связи для получения других эффектов.

Одно из приложений использования положительной обратной связи в схеме операционного усилителя для обеспечения переключения, для которого компараторы обеспечивают гораздо лучшую производительность, поскольку они работают намного быстрее и не страдают от проблем с фиксацией, но это не означает, что основные принципы положительной обратной связи не применять.