Усилитель с обратной связью (ОС) по напряжению состоит из трех каскадов: входного, усилительного и выходного (см. рис. 1).
Рис. 1. Структура усилителя с обратной связью по напряжению
Входной дифференциальный каскад используется для буферирования и усиления входных сигналов. Обычно он имеет коэффициент усиления 5-10. Второй каскад преобразует дифференциальный сигнал в несимметричный и усиливает его с высоким коэффициентом 1000..10000. Третий каскад обеспечивает низкий импеданс на выходе. Как правило, он не усиливает сигнал, его задача заключается в обеспечении тока нагрузки (см. рис. 2). Для стабильности во втором каскаде используется компенсирующий конденсатор.
Рис. 2. Особенности каскадов: 1 — высокий входной импеданс, 2 — высокий коэффициент усиления, 3 — низкий выходной импеданс
Усилители с токовой ОС состоят из повторителя с высоким входным импедансом, включенного между неинвертирующим и инвертирующим входом. Выходной каскад обеспечивает выходной сигнал, равный току через промежуточный каскад, умноженный на передаточный импеданс Z (см. рис. 3).
Рис. 3. Концепция усилителя с токовой обратной связью
Усилители с ОС по напряжению и току применяются по-разному. У усилителей с ОС по напряжению ограничено произведение коэффициента усиления на полосу пропускания. Коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС имеет высокое значение только при очень низких частотах. Выше частоты полюса, созданного стабилизирующим конденсатором, коэффициент усиления заваливается со скоростью 6 дБ/октаву.
Следует иметь в виду, что если фиксированный коэффициент усиления напряжения создается за счет отрицательной ОС, импеданс ОС влияет не только на коэффициент усиления с замкнутой ОС, на и на полосу пропускания. Их произведение постоянно, поэтому эти параметры взаимосвязаны.
Рис. 4. Типичный вид АЧХ усилителей с ОС по напряжению (слева) и по току (справа)
В усилителях с ОС по току коэффициент усиления зависит от частоты гораздо слабее (см. рис. 4). В то же время сопротивление в цепи ОС выбирается только из разрешенного диапазона.
Другое ограничение усилителей с ОС по напряжению – это скорость спада АЧХ, которая характеризует способность усилителя реагировать на быстрое изменение входного сигнала. Так, от скорости спада зависит общий уровень гармонических искажений, который уменьшает количество эффективных разрядов у АЦП.
Ток заряда или разряда компенсирующего конденсатора ограничивает скорость спада, поэтому быстрые изменения входного сигнала не успевают отобразиться в выходном сигнале.
Усилители с ОС по току имеют более крутую АЧХ. Усилители с ОС по току имеют большую полосу пропускания, чем усилители с ОС по напряжению. Кроме того, полосу пропускания можно регулировать с помощью резистора в цепи ОС и компенсирующего конденсатора.