Положительный отзыв

Как мы видели, отрицательная обратная связь - невероятно полезный принцип в применении к операционным усилителям. Это то, что позволяет нам создавать все эти практические схемы, имея возможность точно устанавливать коэффициенты усиления, скорости и другие важные параметры с помощью всего лишь нескольких изменений номиналов резисторов. Отрицательная обратная связь делает все эти схемы стабильными и самокорректирующимися.

Основной принцип отрицательной обратной связи заключается в том, что выходной поток стремится двигаться в направлении, которое создает состояние равновесия (баланса). В схеме операционного усилителя без обратной связи нет корректирующего механизма, и выходное напряжение будет насыщаться минимальным значением дифференциального напряжения, приложенного между входами. В результате получился компаратор:

С отрицательной обратной связью (выходное напряжение каким-то образом «возвращается» на инвертирующий вход) схема стремится не давать выходу полностью насыщаться. Скорее, выходное напряжение задает только такое высокое или минимальное значение, которое необходимо для уравновешивания двух входных напряжений:

Независимо от того, подается ли выходной сигнал напрямую на инвертирующий (-) вход или соединяется через набор компонентов, эффект один и тот же:чрезвычайно высокий коэффициент усиления дифференциального напряжения операционного усилителя будет «приручен», и схема будет реагировать соответствующим образом. в соответствии с требованиями «петли» обратной связи, соединяющей выход с инвертирующим входом.

Как работает положительная обратная связь в операционном усилителе?

Другой тип обратной связи, а именно положительный отзыв , также находит применение в схемах операционных усилителей. В отличие от отрицательной обратной связи, где выходное напряжение «возвращается» на инвертирующий (-) вход, при положительной обратной связи выходное напряжение каким-то образом направляется обратно на неинвертирующий (+) вход. В простейшей форме мы могли бы подключить прямой кусок провода от выхода к неинвертирующему входу и посмотреть, что произойдет:

Инвертирующий вход остается отключенным от контура обратной связи и может принимать внешнее напряжение. Посмотрим, что произойдет, если мы заземлим инвертирующий вход:

Если инвертирующий вход заземлен (поддерживается нулевое напряжение), выходное напряжение будет определяться величиной и полярностью напряжения на неинвертирующем входе. Если это напряжение окажется положительным, операционный усилитель также будет управлять положительным выходом, подавая это положительное напряжение обратно на неинвертирующий вход, что приведет к полному положительному выходному насыщению. С другой стороны, если напряжение на неинвертирующем входе становится отрицательным, выход операционного усилителя будет двигаться в отрицательном направлении, возвращаясь на неинвертирующий вход и приводя к полному отрицательному насыщению.

У нас есть схема с бистабильным выходом. :стабильно в одном из двух состояний (насыщенный положительный или насыщенный отрицательный). Достигнув одного из этих насыщенных состояний, он будет стремиться оставаться в этом состоянии неизменным. Чтобы заставить его переключать состояния, необходимо подать напряжение на инвертирующий (-) вход той же полярности, но немного большей величины. Например, если наша схема насыщена при выходном напряжении +12 В, потребуется входное напряжение на инвертирующем входе не менее +12 В для изменения выходного сигнала. Когда он изменится, он станет полностью отрицательным.

Чем полезны положительные отзывы?

Операционный усилитель с положительной обратной связью имеет тенденцию оставаться в том состоянии выхода, в котором он уже находится. Он «защелкивается» между одним из двух состояний, насыщенным положительным или насыщенным отрицательным. Технически это известно как гистерезис . .

Гистерезис может быть полезным свойством для схемы компаратора. Как мы видели ранее, компараторы могут быть использованы для создания прямоугольной волны из любого вида линейно нарастающей волны (синусоидальная волна, треугольная волна, пилообразная волна и т. Д.). Если входящий сигнал переменного тока не содержит шумов (то есть «чистый» сигнал), простой компаратор будет работать нормально.

Однако, если в форме волны присутствуют какие-либо аномалии, такие как гармоники или «пики», которые вызывают значительное повышение и падение напряжения в течение одного цикла, выход компаратора может неожиданно переключить состояния:

Каждый раз, когда происходит переход через уровень опорного напряжения, независимо от того, насколько крошечным может быть этот переход, выход компаратора будет переключать состояния, создавая прямоугольную волну с «глюками».

Если мы добавим немного положительной обратной связи в схему компаратора, мы введем гистерезис на выходе. Этот гистерезис приведет к тому, что выход останется в текущем состоянии, если входное напряжение переменного тока не подвергнется значительному изменение по величине.

Этот резистор обратной связи создает двойное опорное напряжение для схемы компаратора. Напряжение, подаваемое на неинвертирующий (+) вход в качестве эталона, которое сравнивается с входящим напряжением переменного тока, изменяется в зависимости от значения выходного напряжения операционного усилителя. Когда выход операционного усилителя насыщен положительной полярностью, опорное напряжение на неинвертирующем входе будет более положительным, чем раньше. И наоборот, когда выход операционного усилителя является отрицательным, опорное напряжение на неинвертирующем входе будет более отрицательным, чем раньше. Результат легче увидеть на графике:

Когда выход операционного усилителя имеет положительное насыщение, действует верхнее опорное напряжение, и выход не упадет до отрицательного уровня насыщения, если входной сигнал переменного тока не поднимется выше этот верхний контрольный уровень. И наоборот, когда выход операционного усилителя имеет отрицательное насыщение, действует более низкое опорное напряжение, и выход не поднимется до положительного уровня насыщения, если входной сигнал переменного тока не упадет ниже этот более низкий контрольный уровень. В результате снова получается чистый прямоугольный сигнал на выходе, несмотря на значительные искажения во входном сигнале переменного тока. Для того, чтобы «сбой» заставил компаратор переключаться из одного состояния в другое, он должен быть по крайней мере таким же большим (высоким), как разница между верхним и нижним уровнями опорного напряжения, и в нужный момент времени. чтобы пересечь оба этих уровня.

Еще одно применение положительной обратной связи в схемах операционных усилителей - это создание схем генератора. осциллятор представляет собой устройство, вырабатывающее переменное (AC) или, по крайней мере, пульсирующее выходное напряжение. Технически это известно как нестабильный устройство:не имеет стабильного выходного состояния (никакого равновесия). Осцилляторы - очень полезные устройства, и их легко сделать с помощью операционного усилителя и нескольких внешних компонентов.

Когда выход насыщен положительно, V _ref будет положительным, и конденсатор будет заряжаться в положительном направлении. Когда V _ramp превышает V _ref с минимальным запасом выходной сигнал станет отрицательным, и конденсатор будет заряжаться в обратном направлении (полярность). Колебания возникают из-за того, что положительная обратная связь является мгновенной, а отрицательная обратная связь задерживается (посредством постоянной времени RC). Частоту этого генератора можно регулировать, изменяя размер любого компонента.

ОБЗОР:

• Отрицательная обратная связь создает состояние равновесия (остаток средств). Положительная обратная связь создает состояние гистерезиса (склонность к «защелкиванию» в одном из двух крайних состояний).
• осциллятор представляет собой устройство, вырабатывающее переменное или импульсное выходное напряжение.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Таблица схем операционных усилителей с положительной обратной связью