Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 35 Схемы с 3 полюсником в цепи ОС

35 Схемы обработки с трехполюсником в цепи обратной связи

Расширению области возможных видов функционального преобразования с помощью ОУ способствует переход на использование в схемах инвертирующего, неинвертирующего и комбинированного включений в цепи ООС вместо двухполюсника R_F трехполюсника, как это показано на рисунках 1, 2 и 3. Осуществим анализ свойств этих схем на основе приближенной методики анализа схем с ОУ и вытекающих из нее соотношений.

Рисунок 1. Инвертирующее включение ОУ с 3-полюсником в цепи ОС

Рисунок 2. Неинвертирующщее включение ОУ с 3-полююсником в цепи ОС

Рисунок 3. Комбинированное включение с 3-полюсником в цепи ОС

В схеме на рисунке 1 трехполюсник (в условиях Т >> 1) работает в режиме короткого замыкания его выходного зажима а на точку нулевого потенциала, так как благодаря действию в схеме глубокой ООС значение потенциала u_а этого зажима, независимо от выходного тока трехполюсника практически равно нулю. Передаточные свойства трехполюсника при таком режиме его работы целесообразно охарактеризовать передаточным (взаимным) сопротивлением Z_аб, имеющим место в режиме короткого замыкания зажима а на точку нулевого потенциала (при u_а=0). Значение этого сопротивления определяется соотношением Z_аб = u_б / i_кз, где i_кз – выходной ток трехполюсника в режиме короткого замыкания при воздействии на его вход сигнального напряжения u_б. В соответствии с принципами приближенного анализа, можно составить следующую цепочку вытекающих друг из друга соотношений:

u_а= 0; u_б= – u_вых; i₁ = u_вх/ R₁; i₁ = i_F = –i_кз; i_кз = u_б / R_кз; u_вх/ R₁ = u_вых / R_кз;

K_F = R_кз / R₁. (1)

Частным случаем трехполюсника является его выполнение по Т‑образной схеме (рисунок 4). Для этой схемы

R_кз  = (R₂ R₃ + R₂ R₄ + R₃ R₄) / R₃. (2)

Рисунок 4. Частный случай 3-полюсника ОС

При использовании такого трехполюсника в составе схемы на рисунке 1 она будет иметь

К_F = R_кз / R₁ = (R₂ R₃ + R₂ R₄ + R₃ R₄) / R₃ R₁. (3)

Обычно трехполюсное соединение на рисунке 4 в схеме инвертирующего включения используется в варианте, при котором R₁ = R₂ = R₄ = R. При этом сопротивление резисторов R выбирают большим. В этом случае схема на рисунке 1 выступает в роли масштабного усилителя, который, в отличие от обычной схемы одновременно может обладать, как повышенным входным сопротивлением (R_вх=R), так и большим усилением, которое равно R₁ = R₂ = R₄ = R

К_F = 2 + R / R₃. (4)

Для неинвертирющего включения ОУ с трехполюсником в цепи обратной (рисунок 2) коэффициенты передачи

К_F = 1 + (R₂ R₃ + R₂ R₄ + R₃ R₄) / R₃ R₁. (5)

а при выполнении условия R₁ = R₂ = R₄ = R

К_F = 3 + 2R / R₃. (6)

Для комбинированной схемы включения (рисунок 3)

u_вых = u_вх+ [1 + (R₂ R₃ + R₂ R₄ + R₃ R₄) / R₃ R₁] –

– u_вх– (R₂ R₃ + R₂ R₄ + R₃ R₄) / R₃ R₁,

а при выполнении условия R₁ = R₂ = R₄ = R согласно (4) и (6)

u_вых = u_вх+ (3 + 2R / R₃) – u_вх–(2 + R / R₃).