Принцип обратной связи

Обратная связь рассматривается на примере операционного усилителя типа VV, как самого распространенного на практике. ОУ с отрицательной обратной связью можно трактовать как контур регулирования и применять к его схеме принципы автоматического управления. Общий вид контура регулирования представлен на рис. 3.3. Номинальное значение сигнала получают по входному параметру путем нормирования с помощью формирователя входного параметра, представленного здесь умножением на k_F. Действительное значение находят по выходной величине посредством нормирования с помощью регулятора, представленного здесь умножением на k_R. Разность между номинальным и действительными значениями умножается объектом регулирования на A_D. Из соотношения для рассогласования

следуют определения:

(3.1)

Усиление контура регулирования (см. рис. 3.3) рассчитывается по соотношениям

(3.2)

Рис. 3.3. Принципиальная блок-схема контура регулирования

В схеме ОУ объектом регулирования служит сам усилитель. Формирователь входного параметра и регулятор выполняются как внешние схемы операционного усилителя. Вычитание осуществляется с помощью инвертирующего входа операционного усилителя либо посредством внешней схемы.

Для примера рассмотрим инвертирующий усилитель. При этом, естественно, отрицательная обратная связь должна проходить от выхода к инвертирующему входу, дабы предотвратить появление положительной обратной связи. Однако входное напряжение приложено к опорной точке делителя напряжения обратной связи. В таком случае получится схема, показанная на рис. 3.4. Подставив k_f и k_r в (3.2), найдем

(3.3)

Следовательно, здесь мы имеем дело с инвертирующим усилителем. Это видно и по схеме, если на вход мысленно подать положительное напряжение. Поскольку оно попадает на инвертирующий вход через резистор R1, выходное напряжение оказывается отрицательным. У идеального операционного усилителя с A_D = ∞ модуль выходного отрицательного напряжения должен стать настолько большим,

что U_D = 0. На данном основании говорят о виртуальной земле. Для расчета выходного напряжения применим к инвертирующему входу первый закон Кирхгофа о сумме токов в узле, равной нулю, и получим:

Рис. 3.4. Включение операционного усилителя в качестве инвертирующего на примере VV-усилителя.

Указанные здесь значения k_f и k_r вытекают из определений в (3.1): а – модель согласно теории автоматического регулирования; б – инвертирующий усилитель.

Приведенное уравнение легко решается относительно U_a:

3.3. Схемы на операционных усилителях