Вот уж удивительно. Полоса пропускания усилителя с коэффициентом передачи +1 В/В не равна полосе пропускания такого же усилителя с коэффициентом передачи –1 В/В. После более чем пяти лет ежедневной работы с усилителями на одного из лидеров аналоговой отрасли это стало для меня полным сюрпризом.
Глядя на Рисунок 1, обратите внимание на то, что с замкнутой петлей обратной связи (ОС) полоса пропускания неинвертирующей схемы с усилением +1 В/В равна 17 МГц, а полоса пропускания инвертирующей схемы с усилением –1 В/В равна 8.5 МГц. Шумовое усиление (GN) определяется как усиление схемы неинвертирующего усилителя для приведенного к входу шума. При таком определении для неинвертирующей схемы GN = +1 В/В, а для инвертирующей GN = +2 В/В. Частотная зависимость коэффициента усиления съемы из Рисунка 1 при разомкнутой ОС показана на Рисунке 2 синим цветом.
 |
|
| Рисунок 1. | Простейшие усилители в неинвертирующей и инвертирующей конфигурациях. |
На Рисунке 2 показан график частотной зависимости коэффициента усиления OPA192 [2] с разомкнутой петлей обратной связи в диапазоне от 1 до 100 МГц. Заметьте, что линия 0 дБ (GN = 1 В/В) пересекается с ним в точке 10 МГц, а линия 6 дБ (GN = 2 В/В) – в точке 5 МГц.
 |
|
| Рисунок 2. | Частотная характеристика усилителя OPA192 с разомкнутой петлей обратной связи (синяя кривая), его шумовое усиление при замкнутой петле обратной связи с коэффициентом усиления, равном 2 (красная линия), и с коэффициентом усиления, равном 1 (зеленая линия). |
Это хорошее начало для того, чтобы понять изображенные схемы. Но сначала давайте вернемся назад и вспомним кое-что из теории автоматического управления. На Рисунке 1 изображены схемы с двумя вариантами цепей обратной связи. Эти же схемы на Рисунке 3 представлены в графике теории автоматического регулирования.
 |
|
| Рисунок 3. | Схема из Рисунка 1, представленная в графике теории автоматического регулирования. |
На Рисунке 3:
α – коэффициент усиления инвертирующего усилителя с замкнутой петлей ОС,
A(s) – коэффициент усиления усилителя с разомкнутой ОС,
β(s) – коэффициент обратной связи.
Пользуясь непрофессиональным языком, β – это доля выходного сигнала, поступающего обратно на вход. Коэффициент обратной связи для обеих схем на Рисунке 1 одинаков, и равен
Другой любопытный факт заключается в том, что величина 1/β равна шумовому усилению GN схемы.
Для неинвертирующего усилителя (Рисунок 3а) при очень большой величине A(s) усиление схемы с обратной связью равно 1/β. Для этой же схемы при очень малом или близком к 1/β значении A(s) частота пересечения кривых 1/β и A(s) равна произведению коэффициента усиления на полосу пропускания, деленному на 1/β.
Схема инвертирующего усилителя преподносит нам сюрприз. Если A(s) очень велик (Рисунок 3б), коэффициент усиления будет равен –R2/R1. Если же A(s) очень мал или близок к 1/β, значения A(s) и 1/β сравняются при частоте, равной произведению коэффициента усиления на полосу пропускания, деленному на 1/β. Но для этого случая величина 1/β равна 2.
 |
|
| Рисунок 4. | В этой схеме, нарисованной в TINA-TI, два пути прохождения сигнала – с инверсией и без – вдвое отличаются полосой пропускания. |
Не верьте мне на слово – попробуйте сами! Загрузите файл [4] в TINA-TI. Если программа TINA-TI на вашем компьютере уже установлена, просто щелкните дважды мышкой на названии файла. Или, еще лучше, соберите собственный макет схемы, показанной на Рисунке 4, чтобы самому себе доказать или опровергнуть это явление.
Ссылки
Купить OPA192 на РадиоЛоцман.Цены
