О роли отрицательной обратной связи в стабилизации коэффициента усиления схемы усилителя.

Допустим, что величина коэффициента усилителя микросхемы, равная , может изменяться на величину под действием дестабилизирующих факторов (например, при изменении температуры или напряжения питания). Оценим, как это скажется на величине коэффициента усиления схемы усилителя с обратной связью :

. (2.19)

Дифференцируя формулу по переменной , получим:

. (2.20)

С учетом того , что до начала изменений величины коэффициент усиления был равен согласно (2.13) величине , выражение (19) можно записать в виде:

(2.21)

Из (2.21) можно сделать вывод о том, что относительные изменения коэффициента усиления уменьшаются в раз по сравнению с относительными изменениями величины усиления микросхемы . Как видно из полученных соотношений, при большом петлевом усилении это снижение может быть многократным. Следует заметить, что наряду с уменьшением относительных нестабильностей снижаются также нелинейные искажения. Кроме того, как будет показано далее, полоса частот усиления увеличивается при введении отрицательной обратной связи. При определенных условиях полоса частот увеличивается в раз.

Дифференциальная схема включения операционного усилителя.

В усилителе, изображенном на рис.2.4, сочетаются две предыдущие схемы включения ОУ: инвертирующая схема и неинвертирующая схема. Дифференциальная схема имеет два входа, на которые подаются сигналы: и .

Рис.2.4. Схема усилителя дифференциального сигнала на ОУ с коэффициентом усиления, равным 1.

На выходе усилителя мы получаем разностный сигнал:

.

Для доказательства этого составим уравнения токов и напряжений в данной схеме. Положим, что операционный усилитель идеальный, т.е. входные токи ОУ равны нулю. Разность входных напряжений ОУ также равна нулю. Коэффициент усиления микросхемы .Положим, что все резисторы на схеме имеют одинаковое сопротивление, равное R. Запишем соотношения для токов и напряжений в данной схеме.

(2.22)

С учетом этого равенства можно записать:

, (2.23)

Откуда следует:

(2.24)

Для цепи неинвертирующего входа можно записать соотношение:

(2.25)

Так как у идеального усилителя , то, приравняв , получим:

(2.26)

Рассмотренная схема может быть применена при передаче сигналов по двухпроводной линии и, в частности по так называемой витой паре проводов. Схема передачи изображена на рис. 2.5. Основная особенность схемы состоит в том, что сигнал на передающем конце линии превращают в два сигнала, находящихся в противофазе друг с другом, и эти сигналы вводят в два провода линии передачи. На выходе линии два провода линии подключают к двум входам дифференциальной схемы, изображенной на рис. 2.4. В дифференциальной схеме входные сигналы вычитаются. При этом помехи, наведенные на провода передающей линии от мощных источников электромагнитного излучения, (таких как сварочные аппараты, трамваи, электродвигатели различных механизмов и др.), приходят на входы дифференциального усилителя в одинаковой фазе, вычитаются, и в результате ослабляются в значительной степени.

Полезные сигналы, приходящие по двум проводам в противофазе, на выходе приемной схемы складываются при вычитании на приемной стороне. В результате амплитуда сигнала на выходе удваивается. Таким образом, в данной схеме мы имеем положительный результат: существенное уменьшение уровня помех относительно уровня полезного сигнала.

Дополнительно сделаем следующее замечание. В схеме, алогичной схеме, изображенной на рис 2.4, можно получить усиление сигнала в N раз, если заменить резистор в цепи отрицательной обратной связи и резистор в цепи делителя напряжения на неинвертирующем входе на резисторы, имеющие величину N R, как это показано на рис.2.5.

Предлагается провести анализ самостоятельно и доказать это, пользуясь аналогией с задачей, изложенной выше.

Рис 2.5. Схема усилителя дифференциального сигнала на ОУ с коэффициентом усиления, равным N.