3.2.Инвертирующий усилитель.

Этот усилитель изменяет полярность усиливаемого сигнала на противоположную, рис. 2.2.

Согласно правилу 1 потенциал точки А равен потенциалу земли. Поэтому точку А можно назвать виртуальной землей. Через резистор R_ВХ протекает ток

, (2.3)

направление, которого зависит от полярности входного напряжения. В R_ВХ входит также и внутреннее сопротивление источника сигнала. Согласно правилу 2 ток, протекающий через сопротивление обратной связи также равен I. Этот ток создает на R_ОС падение напряжения .

С учетом (2.3) это напряжение определяется следующим образом:

.

Учитывая, что точка А потенциально заземлена, напряжение на выходе ОУ равно

,(2.4)

где коэффициент передачи напряжения инвертирующего усилителя с ОС.

Знак «» показывает, что выходное напряжение находится в противофазе с входным.

Ток нагрузки I_Н определяется только её сопротивлением R_Н и U_ВЫХ: I_Н=U_ВЫХ/R_Н. Ток в нагрузку отдает выходная цепь ОУ: I_ВЫХ=I+I_Н. Максимальное значение I_ВЫХ зависит от ОУ (типовое значение 5…20 мА). Сопротивление R_Н должно быть таким, чтобы величина I_ВЫХ не превышала максимально допустимого значения для данного ОУ. В противном случае ОУ теряет работоспособность.

Входное сопротивлениеусилителя(рис. 2.2)длягенератораЕ_ВХравноR_ВХ. Поэтому для повышения входного сопротивления схемы необходимо увеличение сопротивления R_ВХ(R_ВХ≥ 10 кОм).

3.3.Неинвертирующий усилитель.

Усилитель, рис. 2.3 не инвертирует входной сигнал.

В отличие от инвертирующего, не инвертирующий усилитель обладает большим входным сопротивлением. Согласно правилам 1 и 2 ток в цепи обратной связи I=Е_ВХ/R и создает падение напряжения на резисторе R_ОСравное Е_ВХ R_ОС/R.

Учитывая, что выходное напряжение складывается из падений напряжений на резисторе R_ОС и R можно записать:

,(2.5)

где К_ОС=(1+R_ОС/R)  коэффициент передачи напряжения не инвертирующим усилителем.

Сравнивая (2.4) и (2.5) нетрудно заметить, что коэффициент усиления по напряжению не инвертирующего усилителя равен абсолютной величине коэффициента усиления инвертирующего усилителя плюс единица.

3.4.Дифференциальный усилитель.

Усилители сигналов применяютсяв различных электронных измерительных устройствах. Дифференциальный усилитель, рис. 2.4, дает возможность измерять и усиливать слабые сигналы. Все применяемые резисторы прецизионные (с допуском не более 1%). Положим, что источник напряжения Е₁ замкнут накоротко. Для источника Е₂ схема является инвертирующим усилителем с коэффициентом усиления m, т.е. .

Если закорочен источник Е₂, то напряжение Е₁ делится резисторами R и mR. Напряжение на входе (+):

Для напряжения U(+) схема является не инвертирующем усилителемс коэффициентом усиления (1+m).

При наличии обоих источников напряжения (Е₁0, Е₂0) выходное напряжение равно:

,(2.6)

где m  дифференциальный коэффициент усиления.

Выходное напряжение дифференциального усилителя пропорционально разности напряжений приложенных к инвертирующему и не инвертирующему входам.

При наличии Е₁Е₂=0 выходное напряжение равно нулю, то есть для синфазного входного напряжения U_ВЫХ=0.

В идеале Е_СИНФ никак не влияет на выходное напряжение усилителя.В действительности же за счёт отличия К_СИНФ от нуля U_ВЫХ, хотя и в очень незначительной степени, отслеживает изменения Е_СИНФ.

Благодаря тому, что

усилитель позволяет выделить слабый сигнал на фоне сильной помехи. Для этого необходимо сделать так, чтобы для дифференциального усилителя помеха была синфазным напряжением, а полезный сигнал – дифференциальным.

ВЫВОД

Сделав реферат, я ознакомился с темой «операционные усилители». Я узнал, что операционным усилителем называют усилитель напряжения, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами при работе в цепях с отрицательной обратной связью (ООС), в состав которых могут входить сопротивления (R), емкости (С), индуктивности (L), диоды, транзисторы и другие элементы.

Также ознакомился с основными требованиями ОУ. Они сводятся к тому, чтобы усилитель как можно ближе соответствовал идеальному источнику напряжения, управляемому напряжением с бесконечно большим коэффициентом усиления. А это значит, что входное сопротивление ОУ должно быть равно бесконечности (R _вх = ) и, следовательно, входной ток I _вх =0. Выходное сопротивление должно быть равно нулю (R _вых =0), а нагрузка не должна влиять на выходное напряжение. Частотный диапазон усиливаемых сигналов должен простираться от постоянного напряжения до очень высоких частот. Т.к. коэффициент усиления велик, то при конечном значении U _вых напряжение на его входе должно быть близким к нулю.