Точные операционные усилители (ОУ) имеют большой коэффициент усиления без обратной связи, низкие напряжение и ток смещения, низкие уровни шумов напряжения и тока, а также низкие искажения. Однако им часто не хватает возможности обеспечивать большие выходные токи при сохранении высокой точности всех остальных характеристик. Другими словами, низкоомные нагрузки являются проблемой для высокоточных операционных усилителей. Одним из решений проблемы является «нейтрализация» нагрузки. Если сопротивление резистивной нагрузки равно R Ом, и вы подключите ее параллельно отрицательному сопротивлению –R Ом, сопротивление параллельного соединения будет бесконечным. Схема с отрицательным входным сопротивлением показана на Рисунке 1:

Рисунок 1.	Со стороны входа эта схема имеет отрицательное сопротивление.

Вывести эту формулу можно следующим образом:

и

Практическая реализация концепции представлена на Рисунке 2. На первом операционном усилителе собран буфер с единичным усилением, а на втором – сильноточный широкополосный драйвер с коэффициентом усиления, равным 2. Поскольку во втором каскаде с отрицательным сопротивлением R₁ = R₂, его входное сопротивление равно –R_NF = –200 Ом, что по абсолютной величине соответствует величине сопротивления нагрузки точного буфера. Если эти величины идеально совпадают, драйвер со стороны выхода V_OUT будет восприниматься обрывом. Входной буфер подключен к неинвертирующему входу второго усилителя, а вход с отрицательным сопротивлением второго усилителя управляет нагрузкой. Ошибки усиления, допустимые значения выходного тока и рассогласование сопротивлений резисторов ограничивают минимальное сопротивление, с которым может работать схема, но нагрузкой 200 Ом она управляет легко. Эта нагрузка на порядок ниже той, которую самостоятельно может выдержать точный усилитель без ухудшения характеристик. Обратите внимание, что ошибка усиления второго ОУ, напряжение смещения и ток смещения не влияют на точность первого ОУ. Переходная характеристика этой схемы гладкая и не имеет выбросов или звона.

Рисунок 2.	Подключение отрицательного сопротивления параллельно нагрузке позволяет прецизионному операционному усилителю работать с низкоомными нагрузками.

Описанное решение одинаково хорошо работает и в случае двуполярного питания операционных усилителей, поскольку часть схемы, имеющая отрицательное сопротивление, может как отдавать, так и принимать ток. Если ОУ драйвера не имеет внутренних резисторов, задающих его усиление, можно установить его неинвертирующий коэффициент усиления ближе к единице, тем самым, позволяя обоим операционным усилителям использовать один источник питания. Этот подход ограничивает размах выходного сигнала точного операционного усилителя, но в данном приложении такое ограничение может быть приемлемым. Чтобы обеспечить полное использование полосы пропускания точного ОУ, усилитель драйвера должен иметь гораздо более широкую полосу пропускания.

1. Datasheet Maxim MAX4014
2. Datasheet Maxim MAX4250