Общие сведения об аналоговых устройствах на операционных усилителях с нелинейной обратной связью
Лекция 18
Общие сведения об аналоговых устройствах на операционных усилителях с нелинейной обратной связью
Обобщенную схему аналогового устройства на ОУ с нелинейной обратной связью можно представить в виде схемы инвертирующего включения операционного усилителя, где вместо одного или обоих резисторов R1 и R2 используются, как правило, безынерционные нелинейные элементы (диоды, транзисторы) (рис. 1).
Рис. 1. Обобщенная схема операционного усилителя с нелинейной обратной
связью при инвертирующем включении
Свойства нелинейных элементов (НЭ) определяются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ) (рис. 2).
а б
Рис. 2. Вольт-амперные характеристики
нелинейного элемента: а – прямая; б – обратная
При этом различают прямую ВАХ (рис. 2, а), в которой в качестве аргумента выступает напряжение Uн, а в качестве функции – ток Iн, порождаемый этим напряжением, и обратную ВАХ (рис. 2, б), представляющую зависимость напряжения от тока. Таким образом, прямой ВАХ является функция
Iн = F1(Uн), а обратной – Uн = F2(Iн). Если в качестве НЭ используется диод, то
,
,
где F1(Uн), F2(Iн) – прямая и обратная ВАХ нелинейного элемента соответственно; 
– напряжение насыщения; I0 – ток насыщения обратно смещенного
р-п перехода. Когда ехр 
>>1 и 
, то
,
.
При идеальном ОУ (
= 0, K0 ® ¥, 
= 0, 
® ¥) для схемы (рис. 3) имеем:
, 
, 
.
Рис. 3. Аналоговые устройства на ОУ с нелинейным элементом:
а – во входной цепи; б – в цепи обратной связи
При построении устройства на ОУ с нелинейной обратной связью по схеме рис. 3, а, когда НЭ находится на входе устройства, а линейный резистор – в цепи ОС, имеем:
, 
, 
.
Зависимость 
для этой схемы совпадает по своему характеру с прямой ВАХ нелинейного элемента, т.е. имеет вид 
. При построении устройства на ОУ с нелинейной обратной связью по схеме рис. 3, б, когда НЭ находится в цепи ОС, а линейный резистор – во входной цепи, имеем:
, , 
.
Зависимость для этой схемы совпадает по своему характеру с обратной ВАХ нелинейного элемента, т.е. имеет вид 
. Следовательно, устройства типа рис. 3, а будем называть устройствами прямого функционального преобразования, а устройства типа рис. 3, б – функционального обратного преобразования.
Далее рассмотрим принципы построения, схемы, основные характеристики и параметры наиболее распространенных аналоговых устройств на операционных усилителях с нелинейной обратной связью.