Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
резистора Ra во входной цепи посредством следящей обратной связи, то есть
методами положительной обратной связи, обсуждавшимися в разделе 5.12.6
при рассмотрении эмиттерного повторителя. Точки Хи Y можно соединить
конденсатором большой емкости Сь (10-100 мкФ), подав переменный сигнал из
точки X (инвертирующий вход) на тот из концов резистора Rv который
помечен буквой Y. Благодаря почти бесконечному коэффициенту усиления ОУ
величина сигнала на неинвертирующем и инвертирующем входах фактически
одинакова; разность потенциалов на входах меньше милливольта. Поэтому в
результате включения конденсатора следящей обратной связи напряжение на
обоих концах резистора Л4 растет и уменьшается вместе со входным
сигналом; значит, ток, текущий по этому резистору, пренебрежимо мал, а
эффективное значение его сопротивления по отношению ко входному сигналу,
увеличивается во много раз.
Реальное входное сопротивление, которое может быть достигнуто, зависит от
отношения AV0L/AVCL ; его характерное значение 300 МОм на низких
частотах, но на частоте 20 кГц оно падает до 2 МОм из-за спада Avot в
области высоких частот.
11.5 Инвертирующий усилитель
11.5.1 Введение
Совсем нетрудно одновременно подать на инвертирующий вход ОУ входной
сигнал и сигнал отрицательной обратной связи. В результате получится, как
и можно было ожидать, инвертирующий усилитель, у которого выходной сигнал
сдвинут по фазе на 180° относительно входного сигнала. Про схему,
показанную на рис. 11.9, говорят, что в ней имеется параллельная обратная
связь, поскольку сигнал отрицательной обратной связи оказывается вклю-
284 "Строительные блоки" аналоговой электроники на интегральных
микросхемах
ченным не последовательно со входным сигналом, а подается параллельно с
ним на один и тот же вход. Анализ параллельной обратной связи не вызывает
затруднений; как мы увидим, такая связь особенно важна, поскольку на ней
основаны электронные аналоги математических операций (аналоговые
вычисления).
Входное сопротивление
* VCL *
<Ь)
Я/ Л, R,
- | 100 к 100 к 47 к
-10 100 к 10 к 10 к
-100 1 М 10 к 10 к
-1000 10 м 10 к 10 к
Рис. 11.9. (а) Инвертирующий усилитель. (b) Таблица с типичными
значениями компонентов.
11.5.2 Мнимая земля
Чтобы рассчитать действие параллельной обратной связи, мы воспользуемся
тремя упрощающими предположениями о свойствах ОУ:
коэффициент усиления без обратной связи AV0L = оо, входное сопротивление
Zin = оо, выходное сопротивление Z = 0.
Точку Е в схеме на рис. 11.9, где резисторы Rf и Л, подключаются к
инвертирующему входу, называют мнимой землей, потому что в случае, когда
Инвертирующий усилитель 285
коэффициент усиления напряжения стремится к бесконечности, разность
потенциалов между входами усилителя должна быть пренебрежимо малой. Таким
образом, с точки зрения сигнала инвертирующий вход имеет тот же самый
потенциал, что и неинвертирующий вход, который заземлен.
Принимая во внимание, что точка Е является мнимой землей, видим, что все
входное напряжение vjn оказывается приложенным ко входному резистору Rv
Отсюда непосредственно следует, почему входное сопротивление Rm равно Rr
как это указано на рис. 11.9: Л, является единственным сопротивлением,
находящимся между входной клеммой и мнимой землей. Поэтому ток,
создаваемый сигналом в Л,, равен
Л,
Теперь рассмотрим резистор обратной связи, включенный между мнимой землей
и выходом, где действует напряжение vout; полагая, что ток сигнала if
течет в направлении, указанном на рисунке, получим:
-v",
ч
. _ out
If - '
Rf
Коль скоро входное сопротивление ОУ бесконечно велико, ток сигнала не
может затекать в инвертирующий вход; отсюда следует, что '/
то есть
_vout _ ^111
Rj Rx
Поэтому
Ayci.= = J^L . (11.1)
vin R\
Тот факт, что коэффициент усиления определяется всего лишь отношением
сопротивлений двух резисторов делает применение инвертирующего усилителя
очень гибким. Если, например, в качестве Rf взять магазин сопротивлений с
нанесенной калибровкой в килоомах, а Л, сделать равным точно 1 кОм, то
значение коэффициента усиления усилителя можно видеть по шкале магазина
сопротивлений.
Простой инвертирующий усилитель двояко используется в аналоговых
вычислениях. Во-первых, при Rf = Л, он действует как устройство,
изменяющее знак (инвертор) без изменения величины сигнала. Во-вторых,
когда требуется умножить переменную (сигнал) на константу к, выбирают Rf/
Л, равным к ; если константа положительна, то мы должны вслед за этим
включить инвертор, чтобы скорректировать знак.
286 "Строительные блоки" аналоговой электроники на интегральных
микросхемах
11.5.3 Усиление переменного сигнала инвертирующим усилителем
Если требуется, то можно воспользоваться разделительными конденсаторами
без какого-либо изменения основной схемы, поскольку необходимый путь по
постоянному току от каждого из входов ОУ на землю (через резисторы Rf и
R) остается. Так как по резистору Rx уже не будет течь постоянный ток от
