До и после Победы. Перелом. Часть 2

Выходной каскад согласовывал выходное напряжение с последующими схемами — он уменьшал выходное сопротивление. А еще RC-цепочки, предотвращающие самовозбуждение.

Но самым главным элементом операционного усилителя была отрицательная обратная связь. Она не только позволяла создать усилитель одновременно и с большим, и со стабильным коэффициентом усиления, но ее характер определял функцию, которую выполнял операционник над входным сигналом. Она определялась типом и сочетанием элементов, включенных в обратную связь или на входе — суммирование, дифференцирование, интегрирование и так далее. А номинальная величина сопротивления или конденсатора задавали коэффициенты, с которыми идет обработка. Например, отношение величины входного сопротивления к сопротивлению обратной связи будет коэффициентом, с которым участвует напряжение на данном входе в суммировании с остальными входами. Простота реализации разных функций буквально покорила наших разработчиков, и я стал опасаться, что они излишне увлекутся аналоговыми схемами.

Конечно, эта простота была относительна, а на самом деле операционный усилитель был гораздо сложнее обычных схем. Так-то суммирование токов можно было бы сделать и на обычных резисторах, без применения схем на электронных лампах. Но в этом случае ошибка суммирования будет зависеть от количества входов и значения напряжений на каждом входе — то есть схему пришлось бы поднастраивать на каждое сочетание входных напряжений. На операционниках этого не происходит — схема сама выполняет компенсацию. То же с дифференцированием — его выполняет и обычная RC-цепь, но помимо того, что она работает дольше, она вносит погрешность — рост напряжения на конденсаторе отстает или опережает рост входного напряжения. В дифференцирующем ОУ это расхождение усиливается лампами, что ускоряет рост напряжения на конденсаторе в то же количество раз, что и коэффициент усиления ОУ — а это десятки тысяч раз. Конечно, какое-то запаздывание имеется, и это надо учитывать, но оно совершенно не сравнимо с запаздыванием обычной RC-цепочки, а уж по точности они и рядом не валялись. Аналогично, интегрирование с применением операционников выполняется также RC-цепями, только теперь конденсатор включается между сигналом и землей, а не во входную линию. И в этом случае ОУ также дает увеличение быстродействия и точности, только теперь в обратную связь включается не резистор, а конденсатор.

Да, операционники тоже давали погрешность, но ее можно было контролировать в гораздо более широких пределах. Если на обычных RC-цепях конденсатор постепенно разряжается, то операционники свой конденсатор подпитывают, и чем дольше идет то же интегрирование — тем точнее оно получится. Мы ограничивались погрешностью в один процент, поэтому время с начала интегрирования до момента, когда проинтегрированное значение начинало использоваться в последующих каскадах, не превышало трех секунд даже для ОУ с общим усилением в тысячу раз, а допустимое время, в течение которого могли интегрировать входной сигнал, составляло более минуты — по сравнению с обычной RC-цепью, где уже после шести сотых секунды возникала ошибка интегрирования более одного процента — обычные цепи резистор-конденсатор явно не подходили для управления технологическими процессами, где требовалось отслеживать изменение параметров в течение минимум нескольких секунд, а то и минут. Увеличив усиление в десять раз, мы снизили время начала интегрирования с указанной точностью до одной секунды, а максимальное время интегрирования — увеличили до десяти минут.