Рис. 152. Эта схема дает выходное напряжение, по абсолютной величине равное (по с противоположным знаком) сумме трех входных напряжении,
Н. — Ты дал мне метод, позволяющий сложить три напряжения…
Л. — Схемой с тремя входами я воспользовался лишь для примера. На практике же входов можно сделать столько, сколько их потребуется.
Н. — Ты меня неправильно понял. Я хотел сказать, что схема хорошо производит сложение, но меня интересует, как осуществить вычитание.
Рис. 153. Схема усилителя, работающего как интегратор.
Л. — Очень просто. Для этого нужно воспользоваться схемой на рис. 151, подобрав резисторы R1 и R2 с одинаковым сопротивлением; в этих условиях положительному напряжению Е будет соответствовать равное ему по абсолютной величине отрицательное напряжение S. «Прибавление» этого напряжения S к другим напряжениям со схемы на рис. 152 соответствует его вычитанию из напряжения Е.
А теперь я хотел бы услышать, что ты думаешь о схеме, изображенной на рис. 153.
Интегратор
Н. — На вид она очень простая, но я не доверяю кажущейся простоте. Я полагаю, чго продолжая наши недавние рассуждения, можно считать потенциал точки А практически равным нулю. В этих условиях протекающий по резистору ток должен быть равен E/R. Однако эnо совершенно не соответствует действительности, так как ток не может идти на вход усилителя (входное сопротивление бесконечно велико). Ток должен идти через конденсатор, однако постоянный ток через конденсатор протекать не может.
Л. — В установившемся состоянии, разумеется, не может. Но я не вижу, что могло бы помешать в теченье некоторого времени послать постоянный ток в конденсатор, чтобы его зарядить
Н. — Верно; об этом я почему-то не подумал. Но твой конденсатор не может зарядиться: левая обкладка конденсатора имеет нулевой потенциал, а правая соединена с выходом усилителя!
Л. — Незнайкин, твоя форма положительно ухудшилась — ведь выход усилителя не точка с постоянным потенциалом. По мере заряда конденсатора потенциал его правой обкладки будет снижаться. Как ты видишь, в каждый момент ток, заряжающий конденсатор, пропорционален напряжению Е. Какой вывод из этого можно сделать?
Н. — Я полагаю, что если напряжение Е поддерживать неизменным, конденсатор С будет заряжаться током постоянной величины, т. е. заряд конденсатора будет нарастать исключительно равномерно.
Л. — Я предпочитаю более точные выражения. Следует сказать, что конденсатор будет заряжаться по линейному закону. А что произойдет, если напряжение Е перестанет быть неизменным?
Н. — О, получится ужасная картина. Конденсатор станет накапливать полученный ток, сложит все это вместе и создаст страшную неразбериху.
Л. — Строго говоря, он не станет складывать, а сделает значительно лучше — он будет интегрировать. Полученное устройство представляет собой почти совершенную интегрирующую схему. Как ты помнишь, в свое время мы собрали интегрирующую схему всего лишь из одного резистора и из одного конденсатора (см. рис. 70). Ту схему можно использовать только в тех случаях, когда выходное напряжение S мало или даже ничтожно по сравнению с входным напряжением Е, чтобы напряжение на выводах резистора R можно было считать равным Е. В приведенной же на рис. 153 схеме напряжение на выводах резистора R всегда строго равно Е даже в тех случаях, когда выходное напряжение имеет значительную величину. Следовательно, это совершенная интегрирующая схема.
Н. — Когда начинают говорить об интеграторах и подобных им устройствах, меня охватывает довольно сильное чувство беспокойства. Я думаю, что эта схема никогда не ходит одна. Когда я слышу об интегрирующей схеме, я полагаю, что и дифференцирующая находится где-то недалеко.
Л. — И ты прав. Дифференцирующую схему можно получить, если в схеме на рис. 153 поменять местами резистор и конденсатор. Как ты видишь, с помощью операционных усилителей мы можем производить умножения на постоянную величину, сложения, вычитания, а также можем интегрировать и дифференцировать.