Если разработчикам необходимо выбрать тип операционного усилителя, они обычно выбирают со связью по напряжению как более распространенную и знакомую конструкцию. Однако в некоторых приложениях усилители с токовой связью могут работать лучше.
На первый взгляд, исходя из принципиальной схемы с операционным усилителем, нельзя сказать, является ли он усилителем со связью по напряжению или по току, поскольку оба этих типа имеют:
- инвертирующие и неинвертирующие сигнальные входы и выходы;
- положительный и отрицательный полюс источника питания;
- у них есть резисторы в цепи обратной связи.
Только анализ их внутреннего строения позволяет увидеть различия.
Проще говоря, усилитель со связью по напряжению имеет симметричные входы с высоким импедансом. Это имеет последствия. Поскольку инвертирующий вход имеет высокое сопротивление, секция обратной связи работает как источник напряжения.
Принцип работы и основные характеристики
Внутреннее сопротивление этого источника равно эквивалентному сопротивлению параллельного соединения резисторов в цепи обратной связи усилителя. Выход источника напряжения подключен к инвертирующему входу, а входное напряжение подается к неинвертирующему входу. Разность их потенциалов является сигналом ошибки, который усиливается.
В отличие от усилителей со связью по напряжению, конструкции по току имеют несбалансированные входы. Внутри их неинвертирующий вход соединен с инвертирующим входом через повторитель напряжения. Благодаря этому он имеет высокое входное сопротивление повторителя, а инвертирующий вход имеет низкое выходное сопротивление повторителя.
В результате раздел обратной связи работает как текущий источник. Внутреннее сопротивление этого источника также равно эквивалентному сопротивлению параллельного соединения резисторов, контура обратной связи усилителя. Входной ток подключен к неинвертирующему входу, а выход источника тока подключен к инвертирующему входу. Разница между двумя входными токами является сигналом ошибки.
В заключение, основное различие между усилителями со связью по напряжению и со связью по току заключается в типе входного сигнала ошибки, который формирует выходное напряжение. В первом случае это напряжение, во втором – ток. На этой основе их можно моделировать и анализировать их частотные характеристики.
Сравнивая модели двух типов, можно увидеть, что на практике оба высокоимпедансных каскада, генерирующих выходное напряжение, запитаны сигналом тока ошибки. В усилителях со связью по напряжению это выходной ток каскада крутизны. Результатом является ограниченная скорость переключения и, следовательно, меньшая полоса пропускания и скорость нарастания.
В устройствах с токовой связью, в которых нет преобразования напряжения в ток, а он берется «напрямую» от источника питания, таких ограничений не существует. Это означает более короткое время переключения и, следовательно, более широкую частотную характеристику и более высокую скорость нарастания выходного сигнала.
Читайте также: Индустрия силовых модулей вырастет за год на 11,8%
