Масштабный усилитель с неинвертирующим входом

На рис. 14.6, а изображена цепь на ОУ, предназначенная для масштабирования напряжения, а на рис. 14.6, б – ее схема замещения с зависимым источником типа ИНУН. Получим передаточную функцию этой цепи как цепи с обратной связью, используя формулу (14.4).

Цепью обратной связи на схеме рис. 14.6 служит Г-образный делитель напряжения, составленный из резистивных сопротивлений R₀ и R₁. Выходное напряжение усилителя U₂ поступает на вход цепи ОС (узлы 2—4); напряжение ОС U₃ снимается с резистора R₁ (узлы 3—4). Передаточная функция по напряжению цепи ОС

Воспользуемся формулой (14.4) и учтем, что входное напряжение U₁ и напряжение обратной связи U₃ не суммируются, а вычитаются. Тогда получим передаточную функцию масштабного усилителя:

Учитывая, что в реальных ОУ значение , окончательно имеем:

Звено на ОУ с частотно-зависимой ОС

Звено такого вида представлено на рис. 14.7, а, а его схема замещения – на рис. 14.7, б. Чтобы проанализировать прямой путь прохождения сигнала и путь прохождения сигнала ОС, необходимо воспользоваться методом наложения. Для этого следует поочередно исключать источники входного напряжения и напряжения обратной связи, заменяя их внутренним сопротивлением. В случае идеальных источников напряжения (рис. 14.17, б) их внутреннее сопротивление равно нулю. Из схемы замещения следует, что напряжение U₁, приложенное к звену, ослабляется входной цепью, представляющей собой Г-образный делитель напряжения с сопротивлениями Z₁ и Z₀ в плечах (рис. 14.7, в). Передаточная функция по напряжению такого делителя равна

Цепь обратной связи (рис. 14.7, г) также является Г-образным четырехполюсником с передаточной функцией

Коэффициент усиления ОУ H_у = –H_u.

В соответствии с формулой (14.4) получаем, передаточную функцию звена:

Учитывая, что , получаем:

Данное звено может выполнять различные функции в зависимости от вида сопротивлений Z₀ и Z₁. При Z₀ = R₀ и Z₁ = R₁ звено превращается в инвертирующий масштабный усилитель (см. гл. 2); при Z₀ = l/ jw C и Z₁ = R – в интегратор; при Z₀ = R и Z₁ = = l/ jw C – в дифференциатор.

Звено второго порядка с регулируемым коэффициентом усиления

Схема звена показана на рис. 14.8, а. Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления К может быть выполнен либо на транзисторных каскадах, либо на ОУ по схеме рис. 14.6, a, либо на других активных элементах. В схеме замещения на рис. 14.8, б он представлен идеальным ИНУН.

Анализ прохождения входного сигнала и сигнала в цепи ОС показывает, что звено имеет входную цепь, изображенную на рис. 14.8, в и цепь ОС, показанную на рис. 14.8, г. Передаточные функции этих цепей можно получить матричным методом, например, рассматривая каждую цепь как каскадное соединение соответствующих Г-образных четырехполюсников.

Для входной цепи

Для цепи ОС

С учетом (14.3) получим передаточную функцию звена

Коэффициент передачи усилителя Н_у(р) = К. Тогда, подставляя (14.6) и (14,7) в (14.8), после преобразований имеем

Моделирование передаточных функций общего вида

Передаточная функция линейной цепи представляется согласно (7.41) в виде рациональной дроби:

Приведя (14.9) к общему знаменателю, получим:

Это равенство можно переписать в виде

Так как операции l/ p^m соответствует m-кратное интегрирование, то последнему уравнению соответствует структурная схема, изображенная на рис. 14.9.

Таким образом, с помощью интеграторов, сумматоров, масштабных усилителей, умножителей может быть реализована передаточная функция Н(р) достаточно общего вида.