Аналогия для разделенной обратной связи

Полезной аналогией для понимания схем разделенных усилителей обратной связи является аналогия с механическим рычагом, при котором относительное движение концов рычага представляет изменение входного и выходного напряжений, а точка опоры (точка поворота) представляет местоположение точки заземления, реальной или виртуальной.

Возьмем, к примеру, следующую схему неинвертирующего операционного усилителя. Из предыдущего раздела мы знаем, что коэффициент усиления по напряжению в конфигурации неинвертирующего усилителя никогда не может быть меньше единицы (1). Если мы нарисуем диаграмму рычага рядом со схемой усилителя, с расстоянием между точками опоры и концами рычага, представляющим номиналы резистора, движение рычага будет обозначать изменения напряжения на входных и выходных клеммах усилителя:

Физики называют этот тип рычага с входящей силой (усилием), приложенной между точкой опоры и выходом (нагрузкой), рычагом третьего класса . рычаг. Он характеризуется выходным смещением (движением), по крайней мере, таким же большим, чем входное смещение - «усиление», по крайней мере, 1 - и в том же направлении. Применение положительного входного напряжения к этой схеме операционного усилителя аналогично перемещению точки «входа» на рычаге вверх:

Из-за характеристик рычага, усиливающих смещение, точка выхода сдвинется дважды. до точки «входа» и в том же направлении. В электронной схеме выходное напряжение будет в два раза больше входного при той же полярности. Применение отрицательного входного напряжения аналогично перемещению рычага вниз от его нулевого положения уровня, что приводит к усиленному выходному смещению, которое также является отрицательным:

Если мы изменим соотношение резисторов R ₂ / R ₁ , мы изменяем коэффициент усиления схемы операционного усилителя. В терминах рычага это означает перемещение точки входа относительно оси и конца рычага, что аналогичным образом изменяет «усиление» смещения машины:

Теперь любой входной сигнал будет усилен в четыре раза вместо двух:

Схемы инвертирующего операционного усилителя также можно смоделировать, используя аналогию с рычагом. В инвертирующей конфигурации точка заземления делителя напряжения обратной связи является инвертирующим входом операционного усилителя с входом слева и выходом справа. Это механически эквивалентно первоклассному рычаг, где входное усилие (усилие) находится на стороне опоры, противоположной выходу (нагрузке):

С резисторами равного номинала (рычаги одинаковой длины на каждой стороне оси) выходное напряжение (смещение) будет равно по величине входному напряжению (смещению), но с противоположной полярностью (направлением). Положительный ввод приводит к отрицательному результату:

Изменение соотношения резисторов R ₂ / R ₁ изменяет коэффициент усиления схемы усилителя, точно так же, как изменение положения оси на рычаге изменяет его механическое смещение «усиление». Рассмотрим следующий пример, где R ₂ делается вдвое больше, чем R ₁ :

Однако в конфигурации инвертирующего усилителя возможен коэффициент усиления менее 1, как и в случае с первоклассные рычаги. Реверс R ₂ и R ₁ Значения аналогичны перемещению точки опоры в дополнительное положение на рычаге:одна треть пути от выходного конца. Здесь выходное смещение будет составлять половину входного смещения: