Глава 10. Функциональные устройства на операционных усилителях

При этом ток через резистор R1 будет равен U 1 / R1 . Выходной

ток источника определится соотношением:

(10.9)

I 2 = (U 1 R1 )[1 − (1 B )] .

В это соотношение входит статический коэффициент усиле-

ния тока транзистора В. Это вызвано тем, что часть тока через

резистор R1 (т.е. эмиттерного тока транзистора) ответвляется в

базу. Влияние конечного усиления по току может быть уменьше-

но, если использовать составной биполярный транзистор, и прак-

тически исключено, если заменить его полевым, ток затвора ко-

торого пренебрежимо мал. В этом случае I 2 = (U 1 R1 ) .

На рис. 10.11,б приведена аналогичная схема источника тока

с инвертирующим включением операционного усилителя. Здесь

выходной ток определяется соотношением:

I 2 = −(U 1 R1 )[1 − (1 B )],

т.е. для нормальной работы схемы входное напряжение дол-

жно быть отрицательным. Здесь также целесообразно использо-

вание составного биполярного или полевого транзисторов.

В схемах на рис. 10.11 можно соединить нагрузку с отрица-

тельным источником питания, заменив транзистор на комплемен-

тарный. При этом изменится и полярность управляющего напря-

жения. Дополнительным достоинством рассмотренных источни-

ков тока является то, что диапазон изменений токов и напряжений

нагрузки здесь ограничивается только областью безопасной ра-

боты транзистора и не зависит от свойств ОУ.

§3. Преобразователь отрицательного сопротивления

Иногда возникает необходимость использования отрицатель-

ного сопротивления или источника напряжения с отрицательным

сопротивлением. По определению, сопротивление R = + U I , где

направление тока и напряжения совпадают. Если же в двухполюс-

нике направления протекающего тока и приложенного напряже-

ния не совпадают, отношение U I будет отрицательным. Гово-

рят, что такой двухполюсник обладает отрицательным сопротив-

лением. Отрицательные сопротивления могут быть получены

только с применением активных схем, которые называют преоб-

разователями отрицательного сопротивления (ПОС). Схема ПОС

– 203 –

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

на операционном усилителе приведена на рис. 10.12. Выходное

напряжение идеального ОУ определяется как

U

ВЫХ = U 2 + I 2 R .

Входной ток усилителя равен I 1 = (U 1 − U ВЫХ ) R . На вхо-

дах идеального операционного усилителя напряжения равны, т.е.

U 1 = U 2 , поэтому I 2 = − I 1 . Отсюда следует, что U 1 I 1 = − R 2 .

При выводе этих соотношений предполагалось, что схема

находится в устойчивом состоянии. Однако поскольку операцион-

ный усилитель охвачен одновременно положительной и отрица-

тельной обратными связями, следует принять меры, чтобы вы-

полнялись условия устойчивости. Физический смысл условий

устойчивости для схемы ПОС с идеальным ОУ при резистивных

обратных связях заключается в том, что глубина положительной

обратной связи должна быть меньше, чем отрицательной. Для

схемы на рис. 10.12 это означает, что сопротивление источника

входного сигнала R И должно быть меньше R 2 .

Рис. 10.12. Схема преобразователя отрицательного сопротивления

Примером практического применения преобразователя от-

рицательного сопротивления является схема неинвертирующего

интегратора (рис. 10.13). На рис. 10.13,а приведена эквивалент-

ная схема интегратора в виде интегрирующей RC - цепочки, со-

держащей резистор с отрицательным сопротивлением.

– 204 –