М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 51
Текст из файла (страница 51)
11.4.2 Использование разделительных конденсаторов Во многих случаях потребуется, чтобы в усилителе происходило усиление только переменных сигналов, причем возможно, что источник сигнала не обеспечивает необходимого пути на землю по постоянному току для начального входного тока ОУ. Разделительный конденсатор бывает нужен во входной цепи, чтобы исключить постоянную составляюшую во входном сигнале, которая — в противном случае — вызвала бы перегрузку усилителя. В таких случаях схему, изображенную на рис. ! !.б, необходимо видоизменить так, чтобы не надо было полагаться на протекание начального входного Неинвертируюи(ий усилитель 281 тока через источник сигнала. Подходяшая модификация схемы представлена иа рис.
11.7, где резистор Я„включен межлу неиивертируюшим входом и землей, а сигнал поступает на вход через разделительный конденсатор. Основная проблема в этой схеме состоит в том, что резистор А„шуитирует собой вход схемы, так что собственное большое входное сопротивление ИС пропалает даром. Сопротивление Я„в схеме иа рис. ! 1.7 выбрано настолько большим, насколько это совместимо с желанием иметь малое напряжение смешения иа выходе. Обычно можно включить последовательно с выходом разделительный конденсатор, так что никакое смешение ие пройдет; в этом случае требования к смешению будут менее строгими.
Вноннао оонрснннннн йа Рис. 11.7. (а) Неинвертируюший усилитель с изолированной по постоянному току входной пепью. (Ь ) Таблина с типичными значениями компонентов. Другой способ, часто применяемый в усилителях переменного тока, состоит во включении разделительного конденсатора последовательно с резистором Я, в цепи обратной связи.
Тогда сопротивление Я можно сделать таким же большим, как Ал и это ие приведет к возникновению существенного напряжения смешеийя. Важное достоинство такого подхода заключается в том, что коэффициент усиления с обратной связью по постоянному току остается равным единице независимо от того, насколько большим устанавливается коэффициент усиления по переменному току; в результате напряжение смешения на выходе оказывается минимальным, и обеспечивается превосходная стабильность по отношению к температуре. 282 «Строительные блоки» аналоговой электроники на интегральных микросхемах 11.4.3 Усилитель переменного напряжения с питанием от одного источника Усилитель, которому предстоит иметь дело только с переменными сигналами, с разделительными конденсаторами как на входе, так и на выхоле, может работать с одним источником питания, а не с двумя, как потребовалось бы в противном случае. По сушеству, источники положительного и отрицательного напряжений питания нужны усилителю постоянного тока одновременно для того, чтобы в отсутствие сигнала обеспечить наличие нуля вольт по постоянному току на входе и на выходе.
При наличии разделительных конденсаторов это не является необходимым: можно установить на входе и на выходе напряжение посредине между землей и 1'с „, чтобы были возможны отклонения сигнала как в положительную, так и в отрицательную стороны. Схема, приведенная на рис. 11.8, удовлетворяет этим требованиям. Благодаря конленсатору С, в делителе обратной связи схема функционирует по постоянному току как повторитель напряжения с единичным усилением. С Вюьнас солаьлььачяь =!50 ь вв льат ать я, я, Рис. ! !.8.
(а) Неинвертируюший усилитель переменных сигналов (с одним источником питания). (Ь) Таблица значений Яг Инвертируюиьий усилитель 283 помощью лелителя из резисторов Я, и Я, потенциал неинвертируюшего входа поддерживается равным половине напряжения питания относительно земли; поэтому, вследствие единичного усиления по постоянному току, напряжение на выходе ИС устанавливается таким же, так что двуполярные колебания сигнала оказываются возможными. Разделительные конденсаторы на входе и на выходе не пропускают во внешние цепи напряжение покоя К /2.
К сожалению, наличие начального входного тока в схемах на рис. 11.7 и 11.8 препятствует тому, чтобы входное сопротивление было большим, каким оно бывает у схем с последовательной обратной связью. Входное сопротивление самого усилителя с обратной связью может быть большим и доходить до 100 МОм, но необходимость обеспечить путь для протекания постоянного начального входного тока означает, что сопротивление между входом и землей, а следовательно, и полное входное сопротивление, должны быть ограничены несколькими сотнями килоом. Однако в схеме на рис. 11.8 имеется возможность увеличить эффективное значение сопротивления резистора Я, во входной цепи посредством гледяиьвй обратной связи, то есть методами положительной обратной связи, обсуждавшимися в разделе 5.12.6 при рассмотрении эмиттерного повторителя. Точки Хи 1 можно соединить конденсатором большой емкости С, (10-100 мкФ), подав переменный сигнал из точки Х (инвертируюший вход) на тот из концов резистора Ь'„который помечен буквой К Благодаря почти бесконечному коэффициенту усиления ОУ величина сигнала на неинвертируюшем и инвертируюшем входах фактически одинакова; разность потенциалов на входах меньше милливольта.
Поэтому в результате включения конденсатора следящей обратной связи напряжение на обоих концах резистора Я, 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 А,в,/А,сь; его характерное значение 300 МОм на низких частотах, но на частоте 20 кГц оно падает до 2 МОм из-за спада А,, в области высоких частот. 11.5 Иивертируйииий усилитель П.5.
7 Введение Совсем нетрудно одновременно подать на инвертируюший вход ОУ входной сигнал и сигнал отрицательной обратной связи. В результате получится, как и можно было ожидать, инвертируюший 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 нара глвльная обратная связь, поскольку сигнал отрицательной обратной связи оказывается вкпю- 284 «Строительные блоки» аналоговой электроники на интегральньт 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 операпий (аналоговые вычисления). ьл Вх»ан»» = я, с»претнв»»ни» л„,- -яс л, ст Рис !! тк (а) Иивсртируюший усилитель (Ь) Таблипа с типичными значениями компонентов. 1!.5,2 Мнимая земля Чтобы рассчитать действие параллельной обратной связи, мы воспользуемся тремя упрошаюшими предположениями о свойствах ОУ: коэффипиент усиления без обратной связи А„,= со, входное сопротивление к,„= ю, выходное сопротивление к.„, = О.
Точку Е в схеме на рис. 11.9, где резисторы сс и зс, подключаются к инвертируюшему входу, называют мнимой землей, йотому что в случае, когда Инвертирующий усилитель 285 г (1 =— Я, Теперь рассмотрим резистор обратной связи, включенный между мнимой землей и выходом, где действует напряжение и,,; полагая, что ток сигнала ( течет в направлении, указанном на рисунке, получим; Оьи Зу =— Коль скоро входное сопротивление ОУ бесконечно велико, ток сигнала не может затекать в инвертируюший вход; отсюда следует, что (г =(н то есть ~'аи~ гм Поэтому -Яу Я) ов! Ю Аггл = 1',и (11.
1) Тот факт, что коэффипиент усиления определяется всего лишь отношением сопротивлений двух резисторов делает применение инвертируюшего усилителя очень гибким. Если, например, в качестве Я взять магазин сопротивлений с нанесенной калибровкой в килоомах, а Я, сделать равным точно 1 кОм, то значение коэффипиента усиления усилителя можно видеть по шкале магазина сопротивлений. Простой инвертируюший усилитель двояко используется в аналоговых вычислениях.
Во-первых, при Я = Я, он действует как устройство, изменяюшее знак (инвертор) без измейения величины сигнала. Во-вторых, когда требуется умножить переменную (сигнал) на константу к, выбирают Я,/ Я, равным х; если константа положительна, то мы должны вслед за этим включить инвертор, чтобы скорректировать знак. коэффипиент усиления напряжения стремится к бесконечности, разность потенпиалов между входами усилителя должна быть пренебрежимо малой. Таким образом, с точки зрения сигнала инвертируюший вход имеет тот же самый потенпиал, что и неинвертируюший вход, который заземлен.
Принимая во внимание, что точка Е является мнимой землей, видим, что все входное напряжение г оказывается приложенным ко входному резистору Яг Отсюда непосредственно следует, почему входное сопротивление ~„равно Я,, как это указано на рис. !1.9: Я, является единственным сопротивлением, находяшимся между входной клеммой и мнимой землей. Поэтому ток, создаваемый сигналом в Яе равен 286 «Опроительные блокиь аналоговой электроники на интегральных микросхемах 11.5.3 Усиление переменного сигнала инвертируюи(им 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 й и й„) остается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
