Усилитель усиливает

Схемы включения. Решающий усилитель — усилитель, включающий ОУ и элементы обратной связи. В этом случае используют параллельную отрицательную обратную связь по напряжению. Для идеального решающего усилителя Ii = J0; U0 = 0; ZBbIX = 0; p = = Z1/(Z1 + Z0). На 13.7, а — в представлены основные схемы решающих усилителей. Уравнения (в комплексной форме), описывающие связь выходных напряжений с входными для этих схем, даны в табл. 13.3. В табл. 13.4 показаны некоторые схемы, использующие решающие усилители.

Классификация В настоящее время существует большое число РЭС и их конструкций, которые можно классифицировать по: 1) функциональному назначению системы (самолетный метеонавигационный радиолокатор, ЭВМ управления робототехни-ческим комплексом, слуховой аппарат на эффекте костной проводимости и т. д.); 2) функциональному назначению отдельных устройств (пульт станка с ЧПУ, индикатор РЛС); 3) частотному диапазону сигналов (низкие частоты—блок питания, устройство автоматики; высокие частоты—блок усиления видеосигнала, блок гетеродина устройства связи; СВЧ—малошумящий усилитель, усилитель мощности и т. д.); 4) по конструктивной сложности (ИС, плата, блок, шкаф, пульт, стойка); 5) типу производства (единичное, серийное, массовое).

I ференциальныА усилитель . усилитель

44. Операционный усилитель в электрической цепи (а) и принципиальная схема его входной части (б)

Изменяя соотношение сопротивлений масштабных резисторов R1 и R2, можно в широких пределах изменять коэффициент усиления. При этом, однако, желательно, чтобы .Ksi <С 0,1/(о» иначе глубина отрицательной обратной связи будет недостаточна для стабилизации параметров усилителя. Неинвертирующий усилитель выполняется по структурной схеме, приводимой на 45, б. Для инвертирующего усилителя коэффициент усиления также зависит от глубины отрицательной обратной связи, осуществляемой по инвертирующему входу: К^2 — R2/R1 -\- 1.

Логарифмический усилитель. Усилитель выполняет логарифмическую функцию, если в обратную связь его включен диод V ( 4.32, а). Диод изменяет величину своего сопротивления в зависимости от протекающего через него тока: при малых токах сопротивление большое, с увеличением токов сопротивление уменьшается. ВАХ обычного кремниевого диода при изменении токов в диапазоне 4 — 6 декад соответствует экспоненциальной функции

В настоящее время кроме микроминиатюрных универсальных логических элементов и устройств на их основе создан ряд аналоговых интегральных микросхем — усилителей, повторителей и других линейных узлов. Одним из наиболее характерных аналоговых интегральных микросхем является операционный* усилитель — усилитель

* Термин «операционный усилитель» вошел в обиход потому, что такой усилитель с цепями обратных связей различного вида широко применяют для моделирования различных функций (операций). Для операционных усилителей, построенных на основе дифференциальных каскадов, более строгим названием является дифференциальный усилитель постоянного тока (ДУПТ).

В настоящее время кроме микроминиатюризации логических элементов и устройств интенсивно ведутся работы и по созданию аналоговых интегральных микросхем — усилителей, повторителей и других «линейных» узлов. Одним из наиболее характерных представителей аналоговых интегральных микросхем является так называемый операционный усилитель * — усилитель напряжения с большим коэффициентом усиления (/С= Ю3 -Ь 105) и полосой частот от нуля до сотен килогерц, имеющий дополнительные выводы для подключения внешних цепей обратной связи. В большинстве случаев операционные усилители строятся на основе одного или нескольких последовательно включенных дифференциальных уси-

* Термин «операционный усилитель» стал использоваться, так как такие усилители с цепями обратных связей различного типа широко применяют для получения (моделирования) ряда функций («операций»).

Простота использования усилительных микросхем привела к тому, что широкое распространение нашли составные транзисторы и даже «составные» каскады усиления, в которых усиливающей ячейкой является не один каскад, а несколько, объединенных в микросхему (например, уже упоминавшаяся микросхема К2УС245).

и амплитуда входного и выходного колебаний подобраны должным образом, то усилитель усиливает собственные колебания, т. е. генерирует их. При этом оказывается, что «первичные» колебания не нужно подавать от какого-либо внешнего источника. Они возникают в самом колебательном контуре (и подаются на вход) при скачке тока, возникающем при включении напряжения питания триода.

меняется незначительно, так как большая часть приращения входного напряжения падает на линейном элементе, характеристика которого проходит более круто. В стабилизаторах компенсационного типа напряжение на выходе практически не изменяется с изменением входного напряжения или сопротивления нагрузки за счет специального регулируемого элемента схемы, который управляется цепью отрицательной обратной связи. Обобщенная структурная схема компенсационного стабилизатора приведена на 10.9. Регулируемый элемент, сопротивление которого может изменяться в определенных пределах, включается последовательно с нагрузкой. Измерительный элемент реагирует на отклонение выходного напряжения от номинального значения. Усилитель усиливает сигнал, поступающий с измерительного элемента и воздействующий на регулируемый элемент.

ный делитель напряжения, с помощью которого выбирают сигнал, удобный для наблюдения и исследования на экране электроннолучевой трубки (ЭЛТ) осциллографа. С выхода аттенюатора сигнал подается на предварительный усилитель. Сигнал, усиленный предварительным усилителем, проходит через линию задержки. Линия задержки обеспечивает возможность наблюдения переднего фронта коротких исследуемых импульсов путем создания в канале вертикального отклонения задержки исследуемого сигнала на время, несколько превышающее время образования рабочего хода используемой развертки. Оконечный усилитель усиливает исследуемый сигнал до значения, достаточного для наблюдения его на экране ЭЛТ. Одновременно с выхода предварительного усилителя исследуемый сигнал поступает на вход схемы синхронизации и запуска развертки, под действием которого схема вырабатывает прямоугольные импульсы постоянной амплитуды независимо от значения и формы входного сигнала. Эти импульсы передаются на вход генератора развертки, вырабатывающего пилообразное напряжение, которое усиливается в усилителе развертки и затем поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. В схеме развертки предусмотрена ступенчатая регулировка частоты пилообразного напряжения развертки, осуществляемая соответствующей установкой переключателя «Время/делен» генератора развертки.

Генератор импульсов ( VII. 16, б) состоит из предварительного усилителя, который усиливает первичный импульс, приходящий после фазовращателя, и подает его на формирователь импульсов. Последний (обычно блокинг-генератор, чаще всего, в «ждущем» режиме работы) генерирует на выходе вторичной импульс требуемой формы и продолжительности. Если мощность вторичного импульса недостаточна, то оконечный усилитель усиливает его до величины, обеспечивающей открытие тиристора. Узел выходных цепей согласовывает выход оконечного усилителя с входной цепью тиристора.

В структурной схеме системы управления ( XI.9) применен «вертикальный метод» получения фазового сдвига ( VII. 16 и § VII.4). Схема состоит из фазовращателя и генератора импульсов. Последовательно в цепь фаз вторичной обмотки силового трансформатора включены первичные обмотки трансформаторов тока, на выходе которых получается переменное трехфазное напряжение, величина которого пропорциональна току дуги. Это напряжение поступает на вход входного устройства, где оно выпрямляется. В узле сравнения 1 это выпрямленное напряжение сравнивается с опорным и вырабатывается разностный сигнал, пропорциональный отклонению тока дуги от его номинального значения. Усилитель усиливает этот разностный сигнал и его напряжение U^ подается в узел сравнения 2 фазовращателя.

которого может изменяться в определенных пределах, включается последовательно с нагрузкой. Измерительный элемент реагирует на отклонение выходного напряжения от номинального значения. Усилитель усиливает сигнал, поступающий с измерительного элемента и воздействующий на регулируемый элемент.

Предварительный усилитель усиливает напряжение, ток или мощность сигнала до величины, необходимой для подачи на вход мощного усилителя. Предварительный усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов предварительного усиления; количество последних определяется необходимым усилением сигнала. Если напряжение, ток или мощность, отдаваемые источником сигнала, достаточны для подачи на вход мощного усилителя, предварительный усилитель в составе усилителя отсутствует.

элемент ИЭ. Чувствительный элемент вырабатывает некоторый сигнал .v, знак которого зависит от знака величины е. Усилитель усиливает этот сигнал по мощности и величине. Последнее обстоятельство позволяет рассматривать усилитель как устройство для умножения на постоянную величину. Усиленный сигнал X = kx поступает в исполнительный элемент, кото-

Устройство с обратной связью для ЭДС помехи характеризуется такими свойствами: усилитель усиливает ЭДС в K.zt раз, а коэффициент передачи по цепи обратной связи равен ВК.и\ при этом петлевое усиление и глубина обратной (отрицательной) связи оказываются такими же, как и для ЭДС сигнала, существующей на входе, т. е.

Применение отрицательной обратной связи значительно увеличивает точность преобразования. Проиллюстрируем это примером. Предположим, что на вход схемы 13.3, в подается напряжение Ux=\ В. На входе схемы напряжение, пропорциональное частоте импульсов, из-за неточности преобразований составило (/=1,1 В. Погрешность в 0,1 В по отношению к измеряемой величине составляет 6пр=10 %. При наличии отрицательной обратной связи навстречу напряжению Vx подается, например, напряжение L/0c = 0,97 В. Таким образом, на вход блока 2 поступает напряжение 0,03 В. Усилитель усиливает его .вновь до 1 В (т. е. коэффициент усиления усилителя /(=33). Погрешность преобразования при наличии отрицательной обратной связи 60с = 6„р/(1 +/С). Таким образом, нестабильность преобразования сокращается в 34 раза.

Предварительный усилитель усиливает напряжение, ток или мощность сигнала до величины, необходимой для подачи на вход мощного усилителя. Предварительный усилитель может состоять из одного ил'и нескольких каскадов предварительного усиления; количество последних определяется необходимым усилением сигнала. Если напряжение, ток или мощность, отдаваемые источником сигнала, достаточны для подачи на вход мощного усилителя, предварительный усилитель в составе усилителя отсутствует.