Допустим у вас есть источник какого-либо сигнала с высокоомным выходом. Мало того что сигнал и так слабый. А тут ещё выход высокоомный.
На эту тему Также можно посмотреть видео перейдя по ссылке https://youtu.be/Ke3Wa4Gtue4
А нагрузка в свою очередь низкоомная (нагрузкой может даже выступать вход какого-то усилителя)
И давайте попробуем представить как это будет выглядеть схематически.
В сущности у нас получается резистивный делитель из двух резисторов. R1 — выходного резистора нашего источника сигнала (и допустим наш источник сигнала имеет выходное сопротивление 10 кОм) и R2 резистора нагрузки (а сопротивление нагрузки 1 ком).
Из этой схемы понятно что ослабление напряжения будет происходить в любом случае. Даже если бы резисторы имели одинаковый номинал или в плоть до наоборот R1 < R2.
Давайте подключим осциллограф и посмотрим что происходит с сигналом. Первый щуп осциллографа подключим к выходу генератора (на сам источник сигнала), а второй к нагрузке.
Допустим сигнал у нас звуковой частоты 1 кгц и амплитудой 1 Вольт
На осциллограмме наши два сигнала синий график это входной сигнал и светло-жёлтый — это то что мы имеем на нагрузке.
Как видно выходной сигнал очень сильно ослаблен.
Как же решить эту проблему.
И вот как раз одним из способов решения и является буферный усилитель.
Вариантов буферных усилителей существует множество. Они могут быть и на лампах, на транзисторах, но нас сейчас интересует буфер на операционном усилителе.
Коэффициент этого усилителя равен единице. Но у такого схемного решения есть другие преимущества, которые которая как раз в нашем случае очень необходимы.
Буферный усилитель напряжения понижает выходное сопротивление источника, в идеале являясь генератором напряжения с нулевым выходным сопротивлением. Выходное напряжение такого усилителя, как правило, равно входному; такие буферные усилители называют повторителями.
И тем более что схема с применением операционного усилителя получается очень простой. Всего лишь нужно замкнуть выход этого усилителя с инвертирующим входом.
Для примера будем использовать самый простой, дешёвый и распространённый усилитель lm358
И вот теперь используя операционный усилитель в режиме Буферного Каскада попробуем решить нашу задачу.
У нас тот же источник сигнала и та же нагрузка. Только теперь разрыв нашей схемы включен буферный каскад.
Для полноты измерений подключим ещё третий щупа с осциллографа.
И вот такую картину мы можем увидеть на нашей осциллограмме. Так как сигналы частично совпадают их лучше разнести на три графика чтобы они не сливались.
1 осциллограмма — сигнал нашего источника
2 осциллограмма — сигнал на входе операционного усилителя
3 осциллограмма — сигнал на нагрузке
Какие выводы из этого можно сделать:
выходной сигнал у нас частично искажён, а точнее искажена его отрицательная полуволна.
положительная полуволна полностью повторяет входной сигнал.
Можно сказать что частично мы проблему решили. Но у нас появилась другая проблема — искажение сигнала отрицательной полуволны.
И давайте попробуем разобраться как решить теперь эту проблему.
Имеется несколько вариантов решения. Давайте попробуем разобраться применив некоторые из них.
Первый вариант решения проблемы искажения сигнала
Сразу же приходит на ум очень простое решение. Наш входной сигнал нужно сместить вверх. То есть добавить ему положительную составляющую. Это также можно сделать различными способами. И один из них подать напряжение смещения.
Я это смещение включу в генераторе источника нашего сигнала. Давайте посмотрим на наши осциллограммы
И теперь все три осциллограммы полностью идентичны, то есть в идеале они должны совпасть. Но это всё в идеале. Как это будет выглядеть на практике?
В какой-нибудь следующих статей, а также видят я соберу реальные схемы и сделаю реальные замеры.
И потом сравним результаты и сделаем выводы.
Второй вариант решения проблемы искажения сигнала
Наша проблема возникла из-за того что мы применили при питании операционного усилителя однополярное питание. Получается что если мы, наш усилитель будем питать от двухполярного источника мы должны решить эту проблему.
Давайте немного изменим схему и опять всё посмотрим на осциллограммах
Как видно из схемы изменения незначительные но требуется ещё один источник питания
Вот конечный результат наших измерений. Как видим наши три идеальных сигнала полностью совпадающих.
