Схемотехника аналоговых устройств (стр. 20 )

9.4.1. Входное сопротивление неинвертирующего ОУ

В неинвертирующем ОУ используется ООС по напряжению, поскольку часть выходного напряжения, снимаемая с делителя, подается на инвертирующий вход.

Коэффициент передачи ОУ с ООС: , где А – коэффициент усиления ОУ без ООС, а < 1 – коэффициент передачи цепи ООС.

Рис. 9.8. Схема неинвертирующего ОУ (ОУ с ООС по напряжению)

Усиливаемый ОУ разностный сигнал будет равен: где . Тогда входной ток определяется выражением: . Это означает, что за счет ООС изменение входного сопротивления R'ВХ по отношению к входному сопротивлению без ООС RВХ равно: .

Таким образом, в ОУ с ООС по напряжению RВХ увеличивается в (1 +
+ АВ) раз.

9.4.2. Входное сопротивление инвертирующего ОУ

В инвертирующем ОУ используется ООС по току, поскольку часть выходного тока отводится на инвертирующий вход и вычитается из входного тока: .

Рис. 9.9. Схема инвертирующего ОУ (ОУ с ООС по току)

При этом ОУ усиливает разностный сигнал с напряжением: . Так как при разомкнутой ООС ОУ обладает коэффициентом усиления А, то .

Выходной ток с учетом где . Тогда , а или .

Следовательно, в ОУ с ООС по току входное сопротивление по отношению к сопротивлению ОУ, не охваченному ООС, уменьшается в (1 + АВ) раз: .

9.5. Влияние ООС на выходное сопротивление ОУ

9.5.1. Выходное сопротивление неинвертирующего ОУ

В эквивалентной схеме на входе ОУ действует , а сам ОУ содержит генератор напряжения с коэффициентом передачи А и выходным сопротивлением RВЫХ.

Рис. 9.10. Эквивалентная схема неинвертирующего ОУ

Замыкаем вход и получаем напряжение . Тогда и выходное напряжение, которое при этом формирует внутренний генератор:

Так как падение напряжения на RВЫХ: , то выходное сопротивление . Это означает, что .

Таким образом, выходное сопротивление ОУ, охваченного ООС по напряжению, за счет ООС уменьшается в (1 + АВ) раз.

9.5.2. Выходное сопротивление инвертирующего ОУ

Эквивалентная схема ОУ – это источник тока с коэффициентом передачи А и выходным сопротивлением RВЫХ. ООС с коэффициентом передачи В отводит часть тока IВЫХ на вход. Таким образом, за счет ООС . Часть тока I' протекает через RВЫХ.

Замкнем вход. Тогда входной ток будет равен нулю: , а .

Тогда ток от внутреннего источника будет равен: , а выходное напряжение: , где .

При этом .

Тогда выходное сопротивление схемы с ООС будет определяться: .

Таким образом, в ОУ с ООС по току повышается RВЫХ в (1 + АВ) раз.

Рис. 9.11. Эквивалентная схема инвертирующего ОУ

Таблица

Изменение входного и выходного сопротивления ОУ от ООС

Неинвертирующий ОУ (ООС по напряжению)	Инвертирующий ОУ (ООС по току)
Входное сопротивление большое: RВХ ↑(1 + АВ) Выходное сопротивление маленькое: RВЫХ ↓(1 + АВ)	Входное сопротивление маленькое: RВХ ↓(1 + АВ) Выходное сопротивление большое: RВЫХ ↑(1 + АВ)

9.6. Резонансные контуры в усилительных схемах

Основными характеристиками колебательных контуров являются: резонансная частота ω0, характеристическое сопротивление , добротность Q. На резонансной частоте последовательный колебательный контур имеет низкое эквивалентное резонансное сопротивление rОЭ, а параллельный колебательный контур – высокое RОЭ.

На частотах ниже ω0 сопротивление последовательного колебательного контура носит емкостный характер, а при переходе через резонансную частоту – индуктивный. В параллельном колебательном контуре все наоборот.

Рис. 9.12. Частотные свойства контуров Z = f(ω), имеющих одинаковые величины L и С

Собственная добротность контура Q0, с одной стороны, определяется как отношение значения f0 = 2πω0 к полосе пропускания Δf на уровне –3 дБ: . С другой стороны, .

Собственная добротность резонансного контура характеризуется в основном добротностью катушки индуктивности QL, которая и будет определять добротность колебательного контура, т. е. Q = QL.

При расчетах резонансных цепей необходимо учитывать условие оптимального согласования , которое исходит из компромисса между величиной добротности Q и КПД контура. КПД возрастает при увеличении вносимого в контур сопротивления rВН (нагрузки) с целью съема полезного сигнала, однако при этом ухудшается добротность. Условие оптимального согласования предполагает для параллельного контура RВН = RОЭ/2, а для последовательного – rВН = 2rОЭ.

Рассмотрим несколько транзисторных схем с использованием колебательных контуров. Данные схемы обладают выраженными резонансными свойствами и позволяют осуществлять усиление (селекцию) сигнала или, наоборот, его подавление (режекцию) вблизи частоты ω0.

В резонансном усилителе (рис. 9.13) в качестве коллекторной нагрузки используется колебательный контур, имеющий высокое эквивалентное сопротивление RОЭ на частоте ω0. Коэффициент усиления данного резонансного усилителя равен: .

Рис. 9.13. Резонансный усилитель с параллельным колебательным контуром
в качестве коллекторной нагрузки

На входе усилителя с ОЭ (рис. 9.14) поставлен так называемый фильтр-пробка, который имеет высокое RОЭ и не пропускает часть сигнала вблизи ω0.

Рис. 9.14. Фильтр-пробка на входе усилителя

Параллельный колебательный контур в эмиттерной цепи (рис. 9.15) резко снижает усиление сигнала вблизи ω0, поскольку для такого усилителя . Для других частот .