Положительная обратная связь в схемах на ОУ: гистерезис, компараторы и генераторы

Если отрицательная обратная связь необходима для настройки усиления, полосы пропускания и стабильности ОУ, то положительная обратная связь даёт свои уникальные преимущества. Подавая выход на неинвертирующий вход, можно заставить ОУ защёлкиваться в одно из двух насыщенных состояний, создавая гистерезис — незаменимый в компараторах и генераторах.

Суть отрицательной обратной связи — вернуть выход к равновесию. Без неё даже крошечный дифференциальный вход гоняет ОУ в насыщение, превращая в простой компаратор.

С отрицательной обратной связью — выходом на инвертирующий (–) вход — гигантское дифференциальное усиление ОУ приручается. Выход устанавливается на значении, уравновешивающем два входных напряжения, давая предсказуемый линейный ответ, заданный внешней сетью обратной связи.

Положительная обратная связь в ОУ

Положительная обратная связь подаёт выход на неинвертирующий (+) вход. Простейшая конфигурация — прямой провод от выхода на (+) вход, оставляя инвертирующий (–) вход свободным. Если (–) вход заземлён, выход ОУ следует за знаком напряжения на (+) входе, уводя себя в полное положительное или отрицательное насыщение.

Так как выход уже в насыщении, схема становится бистабильной: она остаётся в текущем насыщенном состоянии, пока внешнее напряжение на (–) входе не превысит текущий выходной уровень. Это свойство, называемое гистерезисом, является краеугольным камнем многих схем цифровой логики.

Применение положительной обратной связи

1. Компаратор с гистерезисом
Компаратор без гистерезиса переключает выход при каждом пересечении входом опорного напряжения, что в шумных сигналах даёт дребезг. Добавление небольшого резистора положительной обратной связи устанавливает два разных опорных уровня — верхний, когда выход высок, и нижний, когда низок. Выход переключается только когда вход превышает эти пороги, выдавая чистый меандр даже при искажениях.

2. Автогенераторы (астабильные)
Сочетая положительную обратную связь с задержанной отрицательной (обычно RC-цепью), можно заставить ОУ генерировать непрерывный меандр. Выход чередует насыщенные состояния, а RC-постоянная задаёт частоту генерации.

Обзор

• Отрицательная обратная связь устанавливает равновесие; положительная — создаёт гистерезис (защёлкивание).
• Генератор — астабильное устройство, выдающее периодический или импульсный сигнал.

Связанный лист работы

• Лист работы по схемам ОУ с положительной обратной связью