Глава 5

УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕСИММЕТРИЧНЫМ ВЫХОДОМ

На практике часто встречаются такие схемы, для которых требуются каскады усилителей постоянного тока с хорошей частотной характеристикой в области самых низких частот. В этой главе мы и рассмотрим такие схемы.

Схемы инвертирующих повторителей

Этот класс схем операционных усилителей находит, наверное, самое широкое применение по сравнению со всеми остальными видами операционных усилителей. Пример инвертирующего повторителя показан на рис. 5.1. В гл. 1 мы установили, что эти схемы подчиняются следующей зависимости:

£вых=-£вх(о.с/вх). (5.1)

Для того чтобы получить необходимый коэффициент усиления каскада, нужно лишь выбрать такую пару резисторов Ro.c и Rbx, отношение сопротивлений которых было бы равно требуемому коэффициенту усиления по напряжению. Пусть, например, коэффициент усиления должен быть равен 100. Если это так, то

о.с/вх=100. (5.2)

Нам нужно лишь выбрать два таких резистора, которые удовлетворяли бы уравнению (5.2). Как правило, сопротивление Rex

Рис. 5.1. Простой инвертирующий повторитель.

должно превышать 500 Ом, но оба сопротивления должны быть по возможности небольшими. Это условие станет понятным позже. Как ни парадоксально, в некоторых случаях лучше всего, чтобы сопротивление Rbk было очень высоким. Общее правило, которое следует соблюдать при проектировании почти всех электронных устройств, устанавливает, что входное сопротивление усилителя должно быть по крайней мере в 10 раз больше сопротивления источника сигнала. Иными словами,

вх<10/?„ох. (5.3)

где Rbk - входное сопротивление; Rhct - сопротивление источника входной (внешней) схемы.

В случае когда сопротивление источника велико, как, например, при биоэлектрических измерениях или когда источником сигнала служат газовые электроды или электроды измерителя концентрации водорода рН, оказывается, что сопротивление Rbx должно быть очень большим. Благодаря этому даже при относительно небольших значениях коэффициента усиления сопротивление обратной связи должно быть очень высоким.

Переменный или избирательный коэффициент усиления можно получить за счет изменения сопротивления обратной связи Ro.c. Примеры приведены на рис. 5.2. Рис. 5.2, с иллюстрирует метод получения переменного коэффициента усиления за счет включения потенциометра в цепь обратной связи. При этом Ro.c = Ri-\-R2 и коэффициент усиления по напряжению определяется следующим выражением:

A = (/?i+Wbx- (5.4)

На практике принято делать Ri равным Rbx при условии, что коэффициент усиления должен быть равен единице. Когда потенциометр R2 установлен так, что его сопротивление минимально (О Ом), коэффициент усиления каскада равен единице. Если сопротивление Ri равно О Ом (т. е. Ri в этом случае отсутствует), минимальный коэффициент усиления равен нулю.

Та же схема используется и для того, чтобы подобрать определенное значение коэффициента усиления. Ошибки коэффициента усиления могут возникать из-за ошибок операционного усилителя, или чаще они обусловлены нормальными допусками на сопротивления. Когда потенциометр используется для тонкой настройки коэффициента усиления каскада, наверное, имеет смысл делать сопротивление Ri раз в десять больше, чем сопротивление R2, тогда можно будет получить хорошее разрешение. Кроме того, в качестве резистора R2 разумно использовать регулировочный потенциометр.

Рис. 5.2,6 иллюстрирует избирательный переключательный метод регулировки коэффициента усиления. В этой системе коэффициент усиления изменяется ступенчато с помощью переключателя Пь изменяющего сопротивление обратной связи. По-

Рис. 5.2. Инвертирующий повторитель с регулировкой коэффициента усиления (а); инвертирующий повторитель с выбором коэффициента усиления {б).

V 1. = 7 В; V,,g=i В; Vi - схема типа 741 в миниатюрном корпусе с двухрядным расположением выводов.

казанные на схеме выводы имеют устройства, принадлежащие к семейству 741, а именно те устройства, которые компонуются в миниатюрных корпусах с двухрядным расположением выводов и в металлических корпусах.

Хотя в качестве сопротивлений 7?вх и Ro.c можно выбирать любые приемлемые значения, при желании вы можете воспользоваться значениями, приведенными в табл. 5.1.

Если сопротивления, рекомендуемые для входного резистора, слишком малы для некоторого практического случая, попробуйте другие значения, помня об ограничениях, накладываемых на отношение Ro.cIRbx-

Следует также учитывать одно дополнительное требование, предъявляемое к максимально допустимому выходному напряжению при данном уровне напряжения источнка питания и дан-