схема все материалы / Лекционные материалы 2012 / 35 Схемы обработки сигнала с трехполюсником в цепи ОС
.pdf
Схемы обработки сигнала с 3-полюсником в цепи ОС
Коэффициент усиления схем с операционными усилителями, охвачен-
ными глубокой обратной связью определяется отношением сопротивлений резисторов. Выбор абсолютных значений этих сопротивлений в определен- ной степени произволен. Однако нежелательны как очень большие, так и очень малые сопротивления. В первом случае возрастают тепловые шумы, и существенным оказывается влияние паразитной емкости, шунтирующей ре- зистор. Во втором случае значительным может оказаться ток, протекающий через резистор.
В то же время, например для организации больших коэффициентов уси- ления, требуется обеспечить отношение сопротивлений в 1000 и более раз.
Существует схемотехнический прием, позволяющий реализовать боль- шие коэффициенты при умеренных значениях сопротивлений. Для этого в цепь обратной связи вместо резисторов устанавливается 3-полюсный эле- мент.
Например, инвертирующее включение операционного усилителя приоб- ретает вид, изображенный на рис. 1
Рис. 1
Если в этой схеме предположить наличие глубокой отрицательной об- ратной связи, то в соответствии с методикой приближенного анализа схем на операционных усилителях u'вх ≈ 0 . В этом случае 3-полюсник обратной свя- зи работает в режиме короткого замыкания зажима "а" на землю (рис. 2а).
1
Рис. 2
Введем параметр Rкз = uб , имеющий размерность сопротивления. iкз
|
|
Поскольку |
|
u'вх ≈ 0 , |
|
|
|
то |
uа ≈ 0 . |
В |
|
|
|
то |
|
же |
время |
||||||||||||||||
u |
б |
» u |
вых |
, i = uвх |
, |
i |
F |
= i = uвых . |
Из |
того, что |
|
i |
= −i |
F |
следует, что |
||||||||||||||||||
|
|
1 |
R1 |
|
|
кз |
|
Rкз |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
uвх = - uвых , а коэффициент усиления равен KF = - Rкз . |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
R1 |
Rкз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Найдем теперь параметр Rкз для 3-полюсника частного вида – Т- |
|||||||||||||||||||||||||||||||
образного соединения резисторов (рис. 2б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
= u |
|
|
|
R2 || R3 |
|
, i = |
uв |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
б R || R + R |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кз |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
R = uб = uбR2 |
= |
|
|
uбR2 |
|
|
= |
R2R3 + R2R4 + R3R4 |
. |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
R2 || R3 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
кз |
i |
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
кз |
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uб R || R |
+ R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Коэффициент усиления в этом случае равен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KF |
= |
R2R3 + R2R4 + R3R4 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 = R2 = R4 = R , |
|
KF |
æ |
|
|
|
R |
ö |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
Если |
выбрать |
|
то |
= -ç |
2 + |
|
|
÷ . Важно заметить, |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
R3 ø |
|
|
|
|
||||
что в этой схеме (рис. 3) резистор R3 не шунтирует ни входную, ни выход-
ную цепи, и для обеспечения высокого усиления сопротивление его может быть выбрано достаточно малым.
2
Рис. 3 На основе 3-полюсников в цепи обратной связи может быть организова-
но и неинвертирующее включение (рис. 4)
Рис. 4 Анализ этой схемы также может быть выполнен по упрощенной методи-
ке анализа. Здесь u |
б |
≈ u |
вых |
, u |
а |
≈ u |
вх |
, i |
= |
uб − uа |
= |
uвых − uвх |
. |
|
||||
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
кз |
|
Rкз |
Rкз |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
i |
= i |
= i . Откуда следует, что uвх = uвых − uвх , K |
F |
= uвых |
= 1+ Rкз . |
|||||||||||||
1 |
F |
кз |
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
Rкз |
|
|
uвх |
R1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Если конкретизировать схему 3-полюсника в соответствии с рис. 2а, то расчет сопротивления короткого замыкания следует выполнять в соответст- вии с соединением рис. 5.
Рис. 5
3
Тогда Rкз = (R1 + R2 ) R3 + (R1 + R2 ) R4 + R3R4 , а коэффициент усиления
R3
равен KF = (R1 + R2 )R3 + (R1 + R2 )R4 + R3R4 . R1R3
При R1 = R2 = R4 |
= R |
|
расчет коэффициента усиления схемы рис. 6 уп- |
||||
рощается KF = 4 + |
2R |
|
æ |
|
R |
ö |
|
= 2 |
ç |
2 + |
÷ . |
||||
R3 |
R3 |
||||||
|
|
è |
|
ø |
|||
Рис. 6 Для регулировки или подстройки коэффициента усиления в рассмотрен-
ных схемах достаточно изменять сопротивление одного резистора R3.
4