Билет №8
1. Понятие обратной связи. Идеальный операционный усилитель: свойства и правила расчета схем. Дифференциатор на оу.
Понятие "обратная связь" (ОС) относится к числу распространенных, оно давно вышло за рамки узкой области техники и употребляется сейчас в широком смысле. В системах управления обратная связь используется для сравнения выходного сигнала с заданным значением и выполнения соответствующей коррекции.
Обра́тная связь в технике — это процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы. Другими словами, на вход системы подаётся сигнал, пропорциональный её выходному сигналу (или, в общем случае, являющийся функцией этого сигнала). Часто это делается преднамеренно, чтобы повлиять на динамику функционирования системы.
Различают положительную и отрицательную обратную связь. Отрицательная обратная связь изменяет входной сигнал таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала. Это делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров. Положительная обратная связь, наоборот, усиливает изменение выходного сигнала. Системы с сильной положительной обратной связью проявляют тенденцию к неустойчивости, в них могут возникать незатухающие колебания, т.е. система становится генератором.
Отрица́тельная обра́тная связь (ООС) — тип обратной связи, при котором входной сигнал системы изменяется таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала.
Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.
Положи́тельная обра́тная связь (ПОС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых систем, называемых генераторы (производители).
Идеальный операционный усилитель- это усилитель постоянного тока имеющий 2 входа: инвертирующий и неинвертирующий и выход и характеризуется следующими свойствами:
1)входное сопротивление равно бесконечности
2)Выходное сопротивление равно нулю
3)Коэфициент усиление равен бесконечности и бесконечной полосе частот
Правила:
Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы разность напряжений между его входами была равна нулю
Входы операционного усилителя ток не потребляют.
Дифференциатор
Дифференцирует (инвертированный) входной сигнал по времени.
где Vin и Vout — функции времени.
Данный четырехполюсник можно также рассматривать как фильтр высоких частот.
Дифференциаторы
Схема
:
Рис.
2.12
Дифференциатор создает на выходе напряжение, пропорциональное скорости изменения входного
Uвых
= - RC
При дифференцировании усилитель должен пропускать только переменную составляющую входного напряжения и коэффициент усиления дифференцирующей схемы должен возрастать при увеличении скорости изменения входного сигнала.
Ток через конденсатор имеет вид
Ic
= C
Напряжение на конденсаторе равно входному напряжению U1.
Если считать, что ОУ идеальный, то ток через сопротивление ОС можно считать равным току через конденсатор , т. е. Ir= Iс
Но Uвых= R Ir= - R Ic, поэтому Uвых = - RC
Уменьшение реактивного сопротивления Хс с увеличением частоты приводит к тому, что схема дифференциатора имеет высокий коэффициент усиления по отношению к высоко-частотным составляющим на входе, даже если их частота лежит выше полосы частот полезного сигнала.
Схема имеет тенденции к потере устойчивости в той области частот, где частотная характеристика дифференциатора (имеющая подъем 6 дб/окт ) пересекается с имеющей спад 6 дб.окт характеристикой скорректированного уcилителя.
Рис. 2.13
Частотная характеристика разомкнутого контура ОС имеет в некоторой части своего частотного диапазона спад 12 дб/окт, при этих условиях возможно самовозбуждение.