Преобразователь отрицательного сопротивления

Иногда возникает необходимость использования отрицательного сопротивления или источника напряжения с отрицательным сопротивлением. По определению сопротивление R =+ U / I, где направление тока и напряжения совпадают. Если же в двухполюснике направления протекающего тока и приложенного напряжения не совпадают, отношение U / I будет отрицательным. Говорят, что такой двухполюсник обладает отрицательным сопротивлением. Отрицательные сопротивления могут быть получены только с применением активных схем, которые называют преобразователями отрицательного сопротивления (ПОС). Схема ПОС на операционном усилителе приведена на рис. 12. Выходное напряжение идеального ОУ определяется как

U _вых = U ₂ + I ₂ R.

Входной ток усилителя равен

I ₁ = (U ₁ – U _вых)/ R.

На входах идеального операционного усилителя напряжения равны, т.е. U ₁= U ₂, поэтому I ₂ = –I ₁. Отсюда следует, что U ₁/ I ₁= – R ₂.

При выводе этих соотношений предполагалось, что схема находится в устойчивом состоянии. Однако, поскольку операционный усилитель охвачен одновременно положительной и отрицательной обратными связями, следует принять меры, чтобы выполнялись условия устойчивости. Физический смысл условий устойчивости для схемы ПОС с идеальным ОУ при резистивных обратных связях заключается в том, что глубина положительной обратной связи должна быть меньше, чем отрицательной. Для схемы на рис. 12 это означает, что сопротивление источника входного сигнала R _и должно быть меньше R ₂.

Рис. 12. Схема преобразователя отрицательного сопротивления

Примером практического применения преобразователя отрицательного сопротивления является схема неинвертирующего интегратора (рис. 13). На рис. 13 а приведена эквивалентная схема интегратора в виде интегрирующей RС -цепочки, содержащей резистор с отрицательным сопротивлением.

Рис. 13. Схема неинвертирующего интегратора

Операторная передаточная функция этой цепи, определяемая как отношение изображений по Лапласу выходного и входного напряжений представляет собой соотношение:

т.е. с точностью до знака совпадает с передаточной функцией интегратора (2). Роль резистора с отрицательным сопротивлением выполняет ПОС (рис. 13 б). С учетом коэффициента передачи неинвертирующего усилителя для этой схемы имеем:

Дата добавления: 2014-12-25