Макроэлементы электронных схем

           Основными макроэлементами линейных схем являются операционный усилитель (ОУ) и модели электронных устройств, выполненных на основе ОУ с отрицательной обратной связью: инвертирующий, неинвертирующий, суммирующий, интегрирующий, дифференцирующий усилители (рис. 4.1). Сам ОУ, а тем более устройства на его основе, в которых используется отрицательная обратная связь по напряжению, отличаются низким (очень низким) выходным сопротивлением. Основной характеристикой схем рис. 4.1 является коэффициент (функция) передачи, по определению равный (равная) отношению выходного напряжения  к :

 (а);  (б);   (в);   (в);

(г);   (д),

где ;  – круговая частота;  – линейная частота.

Рис. 4.1. Усилители: инвертирующий (а), неинвертирующий (б),

суммирующий (в), интегрирующий (г), дифференцирующий (д)

           При выводе этих формул предполагалось, что при разумных требованиях к параметрам устройств операционный усилитель можно считать идеальным элементом, у которого очень большой коэффициент усиления и входное сопротивление и достаточно низкое выходное сопротивление, при этом его площадь усиления гораздо больше рабочего диапазона частот устройств на его основе. Кроме того, полагалось, что в схеме рис. 4.1,в

,

т.е. сумма проводимостей резисторов, подсоединенных к неинвертирующему входу ОУ, равна сумме проводимостей резисторов, подсоединенных к его инвертирующему входу:

.

           Еще одним элементом, используемым на практике, является конвертор сопротивления (КС), который (в зависимости от набора пассивных элементов) реализует (совместно с внешним резистором) либо индуктивность (рис. 4.2,а), либо суперемкость (рис. 4.2,б). Макроэлементы на основе КС (конверторная индуктивность, суперемкость), в отличие от макроэлементов с низким выходным сопротивлением (рис.4.1), являются двухполюсными и описываются не функцией (коэффициентом) передачи, а иммитансом (сопротивлением или проводимостью):

 (а);  (б),                          (4.1)

где – индуктивность; – суперемкость.

Рис. 4.2. Макроэлементы на основе КС:

а – индуктивность; б – суперемкость

           Необходимо отметить, что двухполюсные макроэлементы рис. 4.2,а и б, в отличие от пассивных двухполюсных элементов, не обладают свойством взаимности, поэтому у них матрица иммитансов (сопротивлений, проводимостей) несимметрична:

 (а);  (б).                          (4.2)

           В общем случае, чтобы получить симметричную матрицу иммитансов (  и ), необходимо дополнить схемы рис. 4.2 еще одним КС, подключив его 5-м выводом к зажиму b, который превращается таким образом во внутренний узел элемента с внешними зажимами a – a.