8.13. Некоторые схемы на операционных усилителях

Инвертор знака сопротивления (рис. 4.22). К неинвертирующему входу ОУ приложено напряжение (и_н =и_г), к инвертирующему - часть выходного напряжения . (8.81)

Рис. 8.22. Инвертор знака сопротивления (а) и его обозначение (б)

Напряжение на выходе в соответствии с (8.62) равно:

Как и во всех предыдущих случаях, пренебрегая слагаемым и_вых/К₀, получаем

. (8.82)

Входной ток схемы равен току через резистор R, включенный между выходом и неинвертирующим входом ОУ:

. (8.83)

По определению .

Таким образом, схема преобразует подключенное к ней сопротивление Z в равное ему сопротивление противоположного знака, т. е. инвертирует знак Z.

Если, например, в качестве сопротивления Z подключить конденсатор, то

. (8.84)

Подключив нагрузку Z ко входу 1 и рассчитав аналогичным образом входное сопротивление со стороны вхо да 2, можно убедиться в идентичности характеристик инвертора знака сопротивления в обоих направлениях. В этом случае входное сопротивление со стороны входа 2 будет также равно — Z.

Гиратор обращает полное сопротивление Z, т. е. пре образует его в величину, пропорциональную 1/Z. Схема гиратора на рис. 8.23а собрана на основе двух инверторов знака сопротивлений. Второй из них преобразует на грузку R_з=R в Z_з=- R, которая с параллельной ей ветвью R₂+Z и сопротивлением R₁=R образует общую нагрузку первого инвертора знака сопротивления, равную Z₁⁼[(R+Z)||(-R)]+R=- , (8.85)

что в свою очередь обусловливает входное сопротивление схемы гиратора в целом . (8.86)

Рис. 8.23. Гиратор на основе инверторов знака сопротивления (а), условное обозначение гиратора (б)

Гиратор так же, как и инвертор знака сопротивления, ведет себя одинаково в обоих направлениях: входы 1 и 2 можно поменять местами. Это обстоятельство используется, в частности, при построении компонентов активных фильтров.

Рис. 8.24. Циркулятор: обозначение (а), переговорное устройство с циркулятором (б)

Гираторы находят широкое применение. На их основе создаются, например, малогабаритные элементы, эквивалентные по своим характеристикам катушкам с большой индуктивностью и малыми потерями. Действительно, если нагрузка гиратора представляет собой конденсатор, то его входное сопротивление

, (8.87)

что эквивалентно включению катушки с индуктивностью L=CR².

Рис. 8.25. Каскад циркулятора

Циркулятор имеет три или более пар зажимов. В первом случае сигнал, приложенный к паре 1, передается к паре 2, сигнал, приложенный к паре 2, передается к па ре 3 и, наконец, сигнал, приложенный к паре 3, передается к паре 1 («циркулирует»). Обозначение циркулятора и пример его использования в переговорном устройстве, в ко тором сигнал микрофона (М) не передается на громкоговоритель (Гр), а сигнал из линии не воздействует на микрофон, показаны на рис. 8.24.

Для пояснения принципа действия циркулятора проанализируем сначала работу схемы с ОУ на рис. 8.25. Если u₁=0 (клемма 2 присоединена к земле), то сигнал на клемме 1 (u_г,) усиливается с коэффициентом усиления и u_вых = -u_г. Если u_г=0 (заземлена клемма 1), схема представляет собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления К"=(R_з +R₁)/R₁=2, поэтому u_вых=2u₁. Наконец, если ко входу 2 присоединено сопротивление R₁=R, то u_и=u_H, u_вых=К(u_H - u_И) = 0.

Три каскада рассмотренного типа, соединенные так, как показано на рис. 8.26, образуют циркулятор. Нетрудно убедиться в «циркуляции» сигналов, т. е. в передаче их без изменений от зажимов 1 к 2, от 2 к 3 и от 3 к 1.

Рис. 8.26. Схема циркулятора