1.2.3 Входное сопротивление схемы неинвертирующего усилителя

Схема неинвертирующего усилителя относится к классу схем с параллельно-последовательной обратной связью. Напряжение с выхода схемы снимается параллельно и затем через обратную связь вводится на вход усилителя последовательно с входным сигналом. При этом напряжение обратной связи вычитается из входного напряжения. Данная ситуация иллюстрируется на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Схема прохождения сигнала обратной связи

За счет вычитания сигнала обратной связи из входного напряжения величина напряжения на входном внутреннем сопротивлении уменьшается с величиныдо величины:

. (1.17)

Отсюда следует:

. (1.18)

Следовательно, входной ток, протекающий через внутренний резистор равен

. (1.19)

Но это означает, что эквивалентное входное сопротивление схемы, измеренное наблюдателем на входе схемы, будет равно:

. (1.20)

Как видно из формулы 1.20, оно возросло враз по сравнению с внутренним входным сопротивлением схемы операционного усилителя без обратной связи. Следует заметить, что здесь имеется в виду собственное входное дифференциальное сопротивлениеоперационного усилителя .На практике, если к входу ОУ подключен дополнительный резистор, соединенный с общим проводом, то входное сопротивление такой схемы будет меньше, и его следует рассчитывать по формуле параллельного соединения входного сопротивления ОУ и дополнительного резистора, подключенного параллельно входу ОУ.

1.2.4 Роли отрицательной обратной связи в стабилизации коэффициента усиления схемы усилителя

Допустим, что величина коэффициента усилителя микросхемы, равная может изменяться на величинупод действием дестабилизирующих факторов (например, при изменении температуры или напряжения питания). Оценим, как это скажется на величине коэффициента усиления схемы усилителя с обратной связью:

. (1.21)

Дифференцируя формулу по переменной, получим:

. (1.22)

С учетом того, что до начала изменений величины коэффициент усиления был равен согласно (1.15) величине, выражение (1.18) можно записать в виде:

(1.23)

Из (1.23) можно сделать вывод о том, что относительные изменения коэффициента усиления уменьшаются в раз по сравнению с относительными изменениями величины усиления микросхемы.Как видно из полученных соотношений, при большом петлевом усиленииэто снижение может быть многократным.Следует заметить, что наряду с уменьшением относительных нестабильностей снижаются также нелинейные искажения. Кроме того, как будет показано далее, полоса частот усиления увеличивается при введении отрицательной обратной связи. При определенных условиях полоса частот увеличивается враз.

1.2.5 Дифференциальная схема включения операционного усилителя.

В усилителе, изображенном на рисунке 1.6, сочетаются две предыдущие схемы включения ОУ: инвертирующая схема и неинвертирующая схема. Дифференциальная схема имеет два входа, на которые подаются сигналы: и.

Рисунок 1.6 – Схема усилителя дифференциального сигнала на ОУ с коэффициентом усиления, равным 1

На выходе усилителя мы получаем разностный сигнал:

. (1.24)

Для доказательства этого составим уравнения токов и напряжений в данной схеме. Положим, что операционный усилитель идеальный, т.е. входные токи ОУ равны нулю. Разность входных напряжений ОУ также равна нулю. Коэффициент усиления микросхемы . Положим, что все резисторы на схеме имеют одинаковое сопротивление, равноеR. Запишем соотношения для токов и напряжений в данной схеме.

(1.25)

С учетом этого равенства можно записать:

, (1.26)

Откуда следует:

(1.27)

Для цепи неинвертирующего входа можно записать соотношение:

(1.28)

Так как у идеального усилителя , то, приравняв, получим:

(1.29)

Рассмотренная схема может быть применена при передаче сигналов по двухпроводной линии и, в частности по так называемой витой паре проводов. Схема передачи изображена на рисунке 1.7. Основная особенность схемы состоит в том, что сигнал на передающем конце линии превращают в два сигнала, находящихся в противофазе друг с другом, и эти сигналы вводят в два провода линии передачи. На выходе линии два провода линии подключают к двум входам дифференциальной схемы, изображенной на рисунке 1.6. В дифференциальной схеме входные сигналы вычитаются. При этом помехи, наведенные на провода передающей линии от мощных источников электромагнитного излучения, (таких как сварочные аппараты, трамваи, электродвигатели различных механизмов и др.), приходят на входы дифференциального усилителя водинаковой фазе,вычитаются, и в результате ослабляются в значительной степени.

Полезные сигналы, приходящие по двум проводам в противофазе, на выходе приемной схемы складываются при вычитании на приемной стороне. В результате амплитуда сигнала на выходе удваивается. Таким образом, в данной схеме мы имеем положительный результат: существенное уменьшение уровня помех относительно уровня полезного сигнала.

Дополнительно сделаем следующее замечание. В схеме, алогичной схеме, изображенной на рисунке 1.7, можно получить усиление сигнала в Nраз, если заменить резистор в цепи отрицательной обратной связи и резистор в цепи делителя напряжения на неинвертирующем входе на резисторы, имеющие величинуNR, как это показано на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 – Схема усилителя дифференциального сигнала на ОУ с коэффициентом усиления, равным N