Электроника?.. Нет ничего проще! - Эймишен Жан-Поль - Страница 86

Н. — Ты так подчеркивал очень большое значение коэффициента усиления, что я предполагаю, что потенциал на входе А следует считать равным нулю. Тогда протекающий по резистору R1 ток будет A/R1, а ток, протекающий по резистору R2, будет A/R2.

Л. — Совершенно верно. А теперь скажи, пожалуйста, как относятся значения этих токов один к другому?

Н. — Не имею ни малейшего представления.

Л. — А ведь я тебе сказал, что входное сопротивление этого усилителя очень высокое. Следовательно, его входной ток практически равен нулю. Это означает, что протекающие по резисторам R1 и R2 токи равны между собой. А если резисторы R1 и R2 имеют одинаковое сопротивление, ты можешь сделать вывод, что Е = S.

Н. — Ты изрядно потрудился, чтобы еще раз дать мне объяснение отрицательной обратной связи.

Л. — Я очень рад, что ты ее узнал. Как ты видишь, такой усилитель позволяет произвести инверсию, т. е. получить для имеющегося напряжения равное ему, но с обратным знаком. Если в этих условиях сопротивление резистора R2 не было равно сопротивлению резистора R1, а было бы, например, в 5 раз больше его, то выходное напряжение стало бы в 5 раз больше входного; иначе говоря, мы можем получить удобное средство для умножения напряжения на 5.

Н. — Но все это в свое время ты мне уже объяснял, и я не вижу ничего нового.

Л. — К этому мы сейчас подойдем. А теперь рассмотрим схему, приведенную на рис. 152.

Рис. 152. Эта схема дает выходное напряжение, по абсолютной величине равное (но с противоположным знаком) сумме трех входных напряжений.

Токи, протекающие по трем расположенным слева резисторам, соответственно равны E1/R, E2/R и E3/R. Ток, протекающий по расположенному справа резистору, равен, как мы только что установили, S/R. Потенциал точки А из-за очень высокого коэффициента усиления усилителя следует, как и раньше, считать равным нулю. Из-за высокого входного сопротивления поступающий на вход усилителя ток следует также рассматривать как равный нулю. Это означает, что сумма трех поступающих в точку А токов должна быть равна выходному току. Если при написании этого равенства из всех его членов убрать знаменатель R, то мы получим Е1 + Е2 + Е3 = S. Таким образом, мы получили напряжение, равное сумме трех напряжений.

Н. — Твоя схема очень хитрая. На мой взгляд, она несколько похожа на своеобразные весы. Если бы левое плечо коромысла состояло из трех реек равной длины и к каждой из них была подвешена чашка, то можно было бы сказать, что в висящие на тройном левом коромысле чашки мы положили равные гири Е1, Е2 и Е3 и что весы уравновешены лежащей в правой чашке гирей S, вес которой равен сумме весов гирь, лежащих в левых чашках.

Л. — Превосходная аналогия. Впрочем, можно сказать, что она применима и к схеме, изображенной на рис. 151. Потенциал точки А остается неизменным, потенциалы левого вывода резистора R1 и правого вывода резистора R2 изменяются пропорционально сопротивлениям этих резисторов. Это очень напоминает движение концов рычага, у которого точкой опоры служит точка А, а плечами которого соответственно служат сопротивления резисторов R1 и R2.

Н. — Ты дал мне способ, позволяющий сложить три напряжения…

Л. — Схемой с тремя входами я воспользовался лишь для примера. На практике же входов можно сделать столько, сколько их потребуется.

Н. — Ты меня неправильно понял. Я хотел сказать, что схема хорошо производит сложение, но меня интересует, как осуществить вычитание.

Л. — Очень просто. Для этого нужно воспользоваться схемой на рис. 151, подобрав резисторы R1 и R2 с одинаковым сопротивлением; в этих условиях положительному напряжению Е будет соответствовать равное ему по абсолютному значению отрицательное напряжение S. «Прибавление» этого напряжения S к другим напряжениям со схемы на рис. 152 соответствует его вычитанию из напряжения Е.

А теперь я хотел бы услышать, что ты думаешь о схеме, изображенной на рис. 153.

Рис. 153. Схема усилителя работающего как интегратор.

Н. — На вид она очень простая, но я не доверяю кажущейся простоте. Я полагаю, что, продолжая наши недавние рассуждения, можно считать потенциал точки А практически равным нулю. В этих условиях протекающий по резистору ток должен быть равен E/R. Однако это совершенно не соответствует действительности, так как ток не может идти на вход усилителя (входное сопротивление бесконечно велико). Ток должен идти через конденсатор, однако постоянный ток через конденсатор протекать не может.

Л. — В установившемся состоянии, разумеется, не может. Но я не вижу, что могло бы помешать в течение некоторого времени послать постоянный ток в конденсатор, чтобы его зарядить.

Н. — Верно, об этом я почему-то не подумал. Но твой конденсатор не может зарядиться: левая обкладка конденсатора имеет нулевой потенциал, а правая соединена с выходом усилителя!

Л. — Незнайкин, твоя форма явно ухудшилась — ведь выход усилителя не точка с постоянным потенциалом. По мере заряда конденсатора потенциал его правой обкладки будет снижаться. Как ты видишь, в каждый момент ток, заряжающий конденсатор, пропорционален напряжению Е, Какой вывод из этого можно сделать?

Н. — Я полагаю, что если напряжение Е поддерживать неизменным, конденсатор С будет заряжаться током постоянной величины, т. е. заряд конденсатора будет нарастать исключительно равномерно.

Л. — Я предпочитаю более точные выражения. Следует сказать, что конденсатор будет заряжаться по линейному закону. А что произойдет, если напряжение Е перестанет быть неизменным?

Н. — О, получится ужасная картина. Конденсатор станет накапливать полученный ток, сложит все это вместе и создаст страшную неразбериху.

Л. — Строго говоря, он не станет складываться, а сделает значительно лучше — он будет интегрировать. Полученное устройство представляет собой почти совершенную интегрирующую схему. Как ты помнишь, в свое время мы собрали интегрирующую схему всего лишь из одного резистора и из одного конденсатора (см. рис. 70). Ту схему можно использовать только в тех случаях, когда выходное напряжение S мало или даже ничтожно по сравнению с входным напряжением Е, чтобы напряжение на выводах резистора R можно было считать равным Е. В приведенной же на рис. 153 схеме напряжение на выводах резистора R всегда строго равно Е даже в тех случаях, когда выходное напряжение значительно. Следовательно, это совершенная интегрирующая схема.