Рис. 5.5, Неинвертирующий повторитель с единичным коэффициентом усиления.

большая величина!). На практике величина входного сопротивления равна произведению коэффициента усиления по напряжению на входное сопротивление данного устройства (приводится в паспорте). И хотя на самом деле она не является бесконечно большой, значение ее тем не менее очень велико.

На рис. 5.5 показан распространенный неинвертирующий повторитель с единичным коэффициентом усиления. Это, наверное, самая простая линейная схема операционного усилителя, которую только можно встретить. Обратите внимание, что выходной сигнал полностью подается обратно на инвертирующий вход. Благодаря этому величина В в уравнении (1.14) становится равной единице, и уравнение можно переписать в следующем виде:

Но учитывая данное выше объяснение, можно сказать, что выражение (5.17) в действительности дает единицу, следовательно, можно сделать вывод, что коэффициент усиления схемы, приведенной на рис. 5.5, при замкнутой цепи обратной связи также равен единице. Это справедливо с достаточноо высокой степенью достоверности, особенно для операционных усилителей с высоким значением коэффициента усиления. Повторитель с единичным коэффициентом усиления можно сделать на основе обычного операционного усилителя, а можно купить специальный операционный усилитель, в котором выводы входа и выхода соединены друг с другом внутри корпуса ИС.

Схему повторителя с единичным коэффициентом усиления используют по двум причинам. Одна из них состоит в возможности буферизации без потерь и без усиления сигнала. Часто возникает необходимость подать сигнал или уровень напряжения в несколько различных точек, при этом нежелательно, чтобы они оказывали взаимное влияние друг на друга. Примером могут служить управляющие схемы, в которых сигнал, полученный в

некоторой точке, нужно передать как во внешние схемы через гнездо на панели устройства, так и на другую, фактически управляемую часть схемы. Это часто делается для обеспечения возможности одновременного контроля и управления схемой. Если управляющий выход не изолирован от остальной части схемы, то внешнее короткое замыкание соединительных кабелей (вполне вероятная возможность) приведет к тому, что управляющая схема потеряет входной сигнал. В некоторых приборах это приводит к катастрофическим последствиям, но даже если ничего страшного не произойдет, наверняка вызовет раздражение, Неинвертирующий повторитель, включенный между гнездом выхода и сигнальным печатным проводником, избавит от подобных неприятностей.

Второе основное применение неинвертирующего повторителя с единичным коэффициентом усиления - это преобразование импеданса. Как вы помните из гл. 1, выходной импеданс операционного усилителя обычно очень мал, а входной импеданс очень велик. То, что один и тот же каскад обладает двумя этими свойствами, и позволяет использовать его в качестве преобразователя импеданса.

Если сопротивление источника работающей на каскад схемы формирователя слишком велико для нормального управления входом, то такой повторитель просто необходим. Например, довольно высокое сопротивление источника имеют многие электроды и датчики, используемые в научной аппаратуре. Для предотвращения шунтирования эти устройства должны работать на высокий импеданс. На самом деле, при работе с некоторыми электродами и датчиками, применяемыми в биологии, для получения нужного импеданса на входе усилителя приходится ставить операционный усилитель на полевом транзисторе с р-п-переходом, со сверхвысоким значением коэффициента р или операционный усилитель БиМОП-типа. Для этой цели хорошо использовать устройства типа САЗ 140 и САЗ 160 фирмы RCA. Они имеют входное сопротивление порядка 1,5 ТОм (ЮОм). Кроме того, БиМОП-операционные усилители обеспечивают очень хорошие характеристики по дрейфу и смещению при работе от источника с невысоким значением Vcc-Vee (т. е. ±5В) и особенно при использовании корпуса с кожухом для отвода тепла. Существуют различные схемы типа САЗ 140/3160, стоимость которых изменяется от 1 до 10 долл. Дешевые устройства такого типа, по сути дела, являются высококачественными ИС типа 741, но обеспечивают более качественные характеристики при невысокой стоимости. Устройства, которым присвоены начальные номера, обладают еще более хорошими характеристиками, но стоят несколько дороже. В любом случае эти схемы заслуживают того, чтобы их испробовать, так как следующий шаг ведет к дорогим схемам (порядка 50 долл.). При работе над проектами для гл. 22 автор обнаружил, что эти операционные усилители

Рис. 5 6. Неинвертирующий повторитель с коэффициентом усиления, отличным

от единицы.

часто работают лучше, чем устройства, которые стоят гораздо дороже.

На рис. 5 6 показан неинвертирующий повторитель, обладающий отличным от единицы коэффициентом усиления. В этой схеме делитель напряжения в цепи обратной связи используется примерно так же, как в инвертирующей схеме. Различие состоит в том, что «свободный» конец входного резистора соединен с землей. Некоторые авторы ошибочно задают уравнение для коэффициента усиления в этой схеме в том же виде, как и в инвертирующих схемах. Это выражение справедливо только для больших значений коэффициента усиления. Корректное выражение для всех значений коэффициента усиления имеет вид

Л=1+(/?о.о/вх). (5.18)

Рассмотрите уравнение (5.18) и вы убедитесь в том, что более простой вариант этого уравнения подходит только для случаев, когда коэффициент усиления имеет большое значение. Если коэффициент усиления по напряжению равен 100 или более, то исключение из уравнения (5.18) единицы влечет за собой ошибку в 1 % и менее. С другой стороны, при небольших значениях коэффициента усиления ошибка становится значительной. Если, например, коэффициент усиления должен быть равен 2 и отношение Roc/Rbx устанавливается равным двум, то исключение единицы приведет к ошибке в 50%. Искренне советую для схем неинвертирующих повторителей всегда пользоваться уравнением (5.18) и особенно для таких, в которых коэффициент усиления не превышает 100.

Частотная характеристика

Эта глава называется «Усилители постоянного тока», и вас, наверное, удивляет, что в нее попал раздел, посвященный частотной характеристике. В конце концов, частота имеет отноше-