12. Управляемые источники и схемы преобразования полного сопротивления

При построении линейных электрических схем кроме пассивных элементов используются идеализированные активные элементы в виде управляемых источников тока и напряжения. Кроме того, применяются идеализированные преобразующие схемы, например преобразователь отрицательного сопротивления, гиратор и циркулятор. В следующих разделах будут рассмотрены основные принципы их реализации.

12.1. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ, УПРАВЛЯЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЕМ

Источник напряжения, управляемый напряжением, характеризуется тем, что его выходное напряжение пропорционально входному напряжению Это означает, что источник напряжения является по существу усилителем напряжения. Предполагается, что в идеализированном источнике выходное напряжение не зависит от выходного тока, а входной ток равен нулю. Таким образом,

На практике идеальный источник может быть реализован лишь приближенно. Учитывая это, представим реальный источник напряжения в виде эквивалентной схемы, изображенной на рис. 12.1. Этой схеме соответствуют следующие уравнение

Рис. 12.1. Эквивалентная схема источника напряжения, управляемого напряжением, для низких частот.

Показанный на схеме внутренний источник напряжения будем считать идеальным; входное сопротивление, выходное.

Источники напряжения, управляемые напряжением, с малым выходным сопротивлением и регулируемым усилением уже рассматривались в гл. 6. В ней были описаны инвертирующие и неинвертирующие (электрометрические) усилители. Их схемы приведены также на рис. 12.2 и 12.3. Если выходное сопротивление источника напряжения меньше 1 Ом, его можно считать близким к идеальному. Однако всегда следует помнить, что полное сопротивление источника напряжения носит индуктивный характер и, следовательно, увеличивается с ростом частоты. Это также было показано в гл. 6.

Входное сопротивление электрометрического усилителя очень большое. На низких частотах оно имеет порядок гигаом, т.е. практически является бесконечно

Рис. 12.2. Инвертирующий усилитель как источник напряжения, управляемый напряжением. Идеальна» передаточная функция Полное входное сопротивление Полное выходное сопротивление

Рис. 12.3. Электрометрический усилитель как источник напряжения, управляемый напряжением. Идеальная передаточная функция Полное входное сопротивление Полное выходное сопротивление

большим. Большое (дифференциальное) входное сопротивление не позволяет, однако, утверждать, что при постоянном входном токе не возникнет дополнительных ошибок, если выходное сопротивление источника сигнала достаточно велико. Поэтому в необходимых случаях следует использовать усилитель с полевым транзистором на входе.

Для низкоомных источников сигнала можно применять инвертирующий усилитель по схеме рис. 12.2, потому что в этом случае его низкое входное сопротивление не вызовет появления погрешностей. При этом, используя синфазное регулирование, можно полностью избежать ошибки.