Операционный усилитель в блоке питания

Продолжаем разговор о блоке питания с регулируемым током защиты, начало тут.

В этой статье:

• кратко о принципах работы операционного усилителя
• включение операционного усилителя с отрицательной обратной связью

Мы подошли к операционному усилителю (ОУ), выполненному на микросхеме LM358. В своём составе она имеет два независимых ОУ, оба они задействованы в нашем блока питания.

Давайте обратимся вот к этому участку схемы:

Эталонное напряжение, снятое с R2, попадает на прямой вход усилителя. А мы знаем, что коэффициент усиления подобных ОУ очень высок (сотни тысяч, а то и миллионы). Если ничего не предпринять, ОУ усилит это входное напряжение до максимума, то есть до напряжения питания.

В таком варианте от ОУ было бы мало толку, он совершенно не реагировал бы на поворот ручки R2. Поэтому, чтобы обуздать усилитель, в схему добавлена отрицательная обратная связь, ООС.

Включение ОУ с отрицательной обратной связью

Что такое обратная связь? Это когда сигнал с выхода поступает на вход, позволяя скорректировать режим работы усилителя. Почему она отрицательная? Потому что сигнал с выхода попадает на инвертирующий вход, то есть вычитается из входного сигнала.

В данной схеме ООС реализована через резисторы R11 и R7. На них собран делитель напряжения, так что на инвертирующий вход попадает только часть выходного напряжения. Это стандартная схема подключения ОУ, которая встречается повсеместно. В ней ОУ установит такое напряжение на выходе, чтобы напряжение на входах сравнялось.

Давайте посчитаем в цифрах. Напряжение мы снимаем с R7, значит, оно будет равно R7/(R7+R11)*Uвых, что даёт 0,38*Uвых при указанных номиналах. Другими словами, ООС позволила нам задать нужный нам коэффициент усиления (он равен 1/0,38 = 2.63) и «растянуть» диапазон входного напряжения. В предыдущей статье мы выяснили, что с R2 мы снимаем от 0.3 до 7.5 В. Нетрудно посчитать, что на выходе они превратятся в 0.8 .. 19.7 В.

Ещё может возникнуть вопрос, почему напряжение обратной связи снимается с положительного выхода блока питания, а не, скажем, с вывода 1 микросхемы… Потому что, нас интересует напряжение на выходе, именно оно является главным «продуктом» блока питания. А уж ОУ автоматически войдёт в такой режим, чтобы транзистор VT1 был открыт ровно на столько, чтобы на выходе получить нужное напряжение. Увеличится ток через нагрузку — ОУ побольше приоткроет выходной транзистор, чтобы удержать заданное напряжение. Уменьшится ток — ОУ тут же уменьшит смещение на базе, опять же удерживая выходное напряжение постоянным. Это и есть стабилизатор напряжения. ООС здесь охватывает и выходной транзистор и сам операционный усилитель.

А о выходном транзисторе VT2 мы как раз поговорим в следующей статье.