6.3. Активные цепи с зависимыми источниками и операционными усилителями

6.3.1. Основные понятия

1. Активным называется четырехполюсник, содержащий внутри себя источники напряжения и тока, действие которых внутри взаимно не компенсируется. Вследствие этого на разомкнутых зажимах такого четырехполюсника появляется напряжение.

2. В случае наличия источников напряжения и тока линейный активный четырехполюсник становится необратимым, то есть не удовлетворяющим принципу обратимости (взаимности).

Принцип обратимости (взаимности): при изменении направления передачи сигнала новый выходной ток равен прежнему выходному току.

3. Источники внутри четырехполюсника могут быть независимыми и зависимыми.

В независимых источниках ток и напряжение не зависят от других напряжений и токов. Это двухполюсные элементы (микрофоны, приемные антенны, различные генераторы – электронные источники сигналов, аккумуляторы, гальванические элементы, машинные генераторы – источники энергии).

В зависимых источниках ток и напряжение зависят от других напряжений и токов, управляются ими. Это четырех- и трехполюсные элементы (электронные усилители, преобразователи мощности).

Расчет невзаимных (необратимых) четырехполюсников

В случае наличия независимых источников внутри четырехполюсника расчет такого четырехполюсника сводится к расчету пассивных цепей на основе принципа суперпозиции (наложения).

На основании принципа наложения активный четырехполюсник с источниками энергии, Э.Д.С. которых не зависят от токов в них, может быть заменен пассивным четырехполюсником, получающимся из данного активного четырехполюсника путем замыкания накоротко в нем всех источников Э.Д.С. с сохранением их внутренних сопротивлений, с введением в первичную и вторичную цепи пассивного четырехполюсника дополнительных источников, Э.Д.С. которых равна напряжениям на разомкнутых зажимах данного активного четырехполюсника:

Для типа А

Для активного четырехполюсника справедливо .

Параметры Т- и П-образной схем замещения через коэффициенты A, B, C, D находят также, как и для пассивного четырехполюсника.

Э.Д.С. ивычисляют по значениям токовипри одновременном КЗ (коротком замыкании) входа и выхода:

6.3.2. Зависимые источники

В ряде устройств (электронные усилители) напряжение источника напряжения и ток источника тока зависят от другого тока или напряжения. Такие источники называются зависимыми(преобразователи мощности).

На входе такого идеального зависимого источника (ИЗИ) потребляемая мощность должна равняться нулю. Поэтому входные зажимы ИЗИ или размыкают (режим ХХ) или замыкают (режим КЗ).

К выходным зажимам подключают либо идеальный источник Э.Д.С. либо идеальный источник тока.

В результате получается четыре разновидности идеальных зависимых источников:

ИНУН – источник напряжения, управляемый напряжением;

ИНУТ – источник напряжения, управляемый током;

ИТУН – источник тока, управляемый напряжением;

ИТУТ – источник тока, управляемый током.

Это активные четырехполюсники.

Все эти схемы допускают короткое замыкание зажимов 1, 2, при котором они превращаются втрехполюсники.

Функция управленияопределяет связь между управляющими и управляемымиi иu.

– коэффициент усиления по напряжению;

– коэффициент усиления по току;

и– сопротивление и проводимость.

ИНУН при –операционный усилитель.

Комбинация ИНУН–ИТУТ или ИТУТ–ИНУН – конверторы сопротивления– преобразуют значения сопротивления подобно идеальному трансформатору.

Комбинация ИНУТ–ИНУТ или ИТУН–ИТУН – инверторы сопротивления– преобразуют сопротивление в проводимость и наоборот, емкость в индуктивность и наоборот.