М.ШУСТОВ,
г.Томск. E-mail: mas@go.ru

Весьма актуальный вопрос эксплуатации операционных усилителей (ОУ) — регулировка их коэффициента передачи. Ниже приведен обзор способов регулировки коэффициента передачи низкочастотных усилителей, выполненных на ОУ. Коэффициент передачи (усиления) усилителя на рис.1 [1] можно определить как:
где х - введённая часть R1




Зависимость К от положения движка переменного резистора R1 показана на рис.2.
Коэффициент передачи усилителя на рис.3, выполненного в виде двух последовательно включенных каскадов по рис. 1 со сдвоенным потенциометром R1, соответственно, определяется:



Если включить последовательно несколько подобных каскадов, получается усилитель, выходное напряжение которого регулируется по закону



где n — количество каскадов (рис.4). Регулировочные характеристики синхронно регулируемых 2-, 3-, 5- и 10-каскадных усилителей показаны на рис.5.
Схема регулировки коэффициента передачи, предложенная Вуд-вардом [2], показана на рис.6. Коэффициент передачи усилителя





Характеристики этого усилителя при регулировке потенциометра R3 (х — введенная часть R3) приведены на рис.8 (кривая 1 — R2/R1=10; 2 — R2/R1 =5; 3 — R2/R1 =2; 4 — R2/R1 =1).

Частным случаем схемы на рис.7 является представленная на рис.9 схема включения ОУ с ре-зистивным делителем в цепи обратной связи. Коэффициент усиления такого усилителя определяется из выражения:



При варьировании сопротивлений резисторов, в частности, при замене резистора R3 потенциометром, можно получить серию характеристических кривых (рис.10). Для R1=R3; R2=R4=100kOm; R3=10kOm



— кривая 1; R3=20 кОм — кривая 2; 33,3 кОм — кривая 3;50кОм — кривая 4; 100 кОм — кривая 5. При R3-»0 (x-»0) формула для определения К неприменима, поскольку формально коэффициент передачи стремится к бесконечности.



В усилителе Грэма (рис.11) [3, 4] коэффициент усиления К при регулировке потенциометра R1 изменяется в пределах от -n до +n:



где х — часть (доля) сопротивления потенциометра -R1 между движком и общей шиной. При условии



При использовании в качестве DA1 усилителя LM741 и R1=R2=10 кОм, R3=11,11 кОм, R4=100 кОм, т.е. при п=10, коэффициент передачи устройства при крайних положениях движка потенциометра R1 составляет 20 дБ (10 раз), а в его среднем положении -67 дБ (зависит от точности подбора элементов схемы).

Поскольку регулировочная кривая усилителя почти симметрична (рис.12), потенциометр R1 можно разделить на два равных по номиналу сопротивления, одно из которых — переменное. При этом следует учитывать весьма примечательную особенность устройства: в верхнем по схеме положении движка R1 усилитель не
инвертирует фазу входного сигнала, а в нижнем — инвертирует. Это свойство усилителя Грэма можно использовать для балансировки противофазных сигналов в измерительной и преобразовательной технике, например, в смесителях. Коэффициент усиления неинвер-тирующих усилителей на рис.13 и 14 определяется как:





Это выражение справедливо при условии, что сопротивление источника сигнала стремится к нулю, входное сопротивление операционного усилителя и его коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи (т.е. предельный) — к бесконечности.

Соответствующее выражение для инвертирующих усилителей, отличающихся только включением входов ОУ, запишется как

Знак минус означает сдвиг выходного сигнала на 180°.

(Продолжение следует)