Оу с обратной отрицательной связью.

Для того, чтобы повысить динамический диапазон по входу и выходу, а также расширить диапазон рабочих частот ОУ охватывают отрицательной обратной связью (ООС), для этого часть выходного напряжения подают на инвертирующий вход. Коэффициент обратной связи b определяется:

b = =

где U_ос - поступающая на инвертирующий вход часть выходного напряжения.

Для ОУ без ООС справедливы соотношения:

U_вх = U_вх1 - U_вх2 ,

U_вых = К₀ U_вх ,

U_вых = К₀ U_вх

А для ОУ с ООС:

U_вх = U_вх1 - U^ _вх2 - U_ос = U_вх1-U^ _вх2 - bU_вых

U_вых=К₀ U_вх , U_вых=K₀ (U_вх1-U_вх2-bU_вых)

U_вых (I+K₀ b)= К₀ (U_вх1-U^_вх2)

U_вых = (U_вх1-U^_вх2)

Рис.7

K_ос= коэффициент усиления с ООС

Обычно K₀b1, тогда:

U_вых = (U_вх1-U^_вх2) K_ос = =1+

Для неинвертирующего ОУ при U^_вх2 = 0, тогда входной сигнал U_вх1 передается на выход с усилением

1+ = К _неин

Для инвертирующего ОУ при U_вх1 = 0 и учитывая , что U_вх2 проходит через делитель, и U^_вх2 равен только части U_вх2 , имеем:

U_вых.=

K _инв= -

Неинвертирующий усилитель.

На рис.7 представлена схема неинвертирующего усилителя постоянного тока. Для усилителя на ОУ необходимо, чтобы между входами и землей должны быть пути для протекания постоянных токов. Резистор R₂ в этой схеме нужен для того, чтобы обеспечить равенство сопротивлений между каждым из входов и землей и выбирается из условия:

R₂=R_осR₁/(R_ос+R₁).

Рис.8.

Если выходное сопротивление источника сигнала сравнимо с R₂, то его значение следует вычесть из R₂. На первый взгляд может показаться, что включение резистора R₂ последовательно с источником сигнала приведет к значительному ослаблению сигнала, но это не так, поскольку сам усилитель обладает большим входным сопротивлением, таким образом, потери сигнала на сопротивлении R₂ будут пренебрежимо малы. Коэффициент усиления определяется:

К_неин =(R_ос+R₁)/R₁

При этом выходное напряжение равно:

U_вых = К_неин U_вх

Сопротивление R₂ выбирают из условия уменьшения влияния токов смещения на выходное напряжение. Для этого необходимо, чтобы R₂  R₁ R_ос. При этом падения напряжения от токов смещения на них одинаковы и напряжение смещения минимально.

Входное сопротивление неинвертирующей схемы R_вх(1+Kb₀)R_0вх, а выходное сопротивление R_вых  .

Инвертирующий усилитель

Если подать на инвертирующий вход ОУ входной сигнал и сигнал отрицательной обратной связи, то в результате получится инвертирующий усилитель, у которого выходной сигнал сдвинут по фазе на 180˚ относительно входного сигнала. Про схему, показанную на рис.8, говорят, что в ней имеется параллельная обратная связь, поскольку сигнал отрицательной обратной связи оказывается включенным не последовательно с входным сигналом, а подается параллельно с ним на один и тот же вход. Коэффициент усиления определяется:

К_инв= - R_ос/R₁.

При этом выходное напряжение усилителя равно:

U_вых = К_инв U_вх

Рис.9. Инвертирующий усилитель.

Сопротивление R₂ выбирают из условия уменьшения влияния токов смещения на выходное напряжение. Для этого необходимо, чтобы R₂  R₁ R_ос. При этом падения напряжения от токов смещения на них одинаковы и напряжение смещения минимально. Входное сопротивление инвертирующей схемы равно R_вх  R₁, _,

а выходное сопротивление - R_вых  .

Определить действие обратной связи по напряжению и коэффициент усиления ОУ с ООС можно, воспользуясь тремя упрощающими предположениями о свойствах собственно ОУ:

коэффициент усиления без обратной связи К_о= ∞,

входное сопротивление без обратной связи R_вх = ∞,

выходное сопротивление без обратной связи R_вых = 0.

По первому закону Киргофа для узла: I_{в х}= I_ос + I_оу

Из того, что с точки зрения входного сигнала инвертирующий вход имеет тот же самый потенциал, что и неинвертирующий вход, который заземлен (мнимая земля), следует, что все входное напряжение U_вх оказывается приложенным ко входному резистору R₁. Поэтому ток, создаваемый сигналом в R₁, равен

I_вх=U_вх/R₁.

Теперь рассмотрим резистор обратной связи R_ос, включенный между мнимой землей и выходом, где действует напряжение U_вых. Полагая, что ток сигнала I_вх течет в направлении, указанном на рисунке, получим:

I_{о с}= -U_вых/R_ос

Так как входное сопротивление ОУ бесконечно велико, ток сигнала не может затекать в инвертирующий вход, и для идеального ОУ I_оу =0.

Следовательно: I_вх=I_ос, -U_вых/R_ос=U_вх/R₁

Отсюда следует: К_инв=U_вых/U_вх= - R_ос/R₁.