55. Инвертирующий и неинвертирующий усилители на оу

Ш ирокое практическое использование ОУ в аналоговых схемах основывается главным образом на применении в них различного рода внешних ОС, чему способствует большое значение коэффициента усиления К_оу, а также высокое входное и малое выходное сопротивление ОУ. Высокие качества параметров современных интегральных ОУ позволяют без внесения заметной погрешности при расчете схем на ОУ принимать К_uоу    , К_Iоу     и R_вх.оу    .Основными схемами на ОУ являются инвертирующий и неинвертирующий усилители, режим работы которых осуществляется в пределах линейного участка передаточной характеристики. Также весьма важны схемы компенсации напряжения сдвига .Неинвертирующий усилитель на ОУДанная схема позволяет использовать в качестве неинвертирующего усилителя ОУ, схема обладает высоким полным входным сопротивлением, причем коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть жестко задан с помощью сопротивлений R₁ и R_ос.В данной схеме входной сигнал подается а неинвертирующий вход ОУ.Усилитель содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, создаваемую на резисторе R_ос и поданную на инвертирующий вход.

Полное входное сопротивление всей схемы оказывается высоким, так как единственным путем для тока между входом и землей является высокое полное входное сопротивление ОУ.Сопротивления R₁ и R_ос образуют делитель напряжения с очень малой нагрузкой, так как ток, необходимый для управления усилителем, очень мал ( I_см >> 0 ).Поэтому через R₁ и R_ос течет одинаковый ток и напряжение, приложенное к инвертирующему входу, равно:U_вх.инв = U_выхR₁/R₁+R_оТак как IR₁ = IR_ос , R_вх     , имеем

I R₁ = UR₁/R₁ , IR_ос = UR_ос/R_ос , U_вх.инв = U_вх + U_q,поэтомуIR₁ = (U_вх + U_q)/R₁ , IR_x = (U_вых - (U_вх + U_q)) / R_осСледовательно:(U_вх + U_q) / R₁ = (U_вых - (U_вх + U_q)) / R_осТак какU_вых = KU_q и U_q = U_вых / K,то если K     , U_q >>0, можно написать U_вх / R₁ = (U_вых - U_вх) / R_осайдем отсюда коэффициент усиления схемы U_вых / U_вх , который называют коэффициентом усиления с замкнутой ОС (Kос), или коэффициентом усиления замкнутого усилителя, т.е.

U_вхR_ос = R₁U_вых - R₁U_вх U_вх(R_ос + R₁) = R₁U_вых (R_ос + R₁) / R₁ = U_вых / U_вх = К_ос К_ос = R_ос / R₁ +1 , когда К>>К_ос.

Сопротивления R₁ + R_ос следует выбирать так, чтобы общий ток нагрузки с учетом этого сопротивления не превышал максимального выходного тока усиления.Инвертирующий усилительИнвертирующий усилитель изображен на (рис. 1.12)

Входной и выходной сигналы инвертирующего усилителя сдвинуты по фазе на 180°. Изменение знака выходного сигнала относительно входного создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора R_ос параллельной обратной связи по напряжению. Неинвертирующий вход связан с общей точкой входа и выхода схемы (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R₁ на инвертирующий вход ОУ.Благодаря высокому коэффициенту усиления усилителя без ОС для изменения выходного напряжения усилителя во всем рабочем диапазоне достаточно весьма малого значения Uз (обычно U_вых.max < U_и.п.).Если на схему подать положительное входное напряжение U_вх, то U_q станет положительным и выходной потенциал начнет снижаться. Выходное напряжение будет меняться в отрицательном направлении до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе в точке А не станет почти нулевым: U_q = U_вых / Kоу >> 0.Таким образом, R₁ и R_ос действует как делитель напряжения между U_вых и U_вх и U_вых / U_вх = R_ос / R₁.Точка А называется потенциально заземленной, поскольку потенциал почти равен потенциалу Земли,так как U_q >> 0.Если принять R_вх.оу     и входной ток ОУ I_оу = 0, тоIR₁ = (U_вх - U_q) / R₁ и IR₁ = - (U_вых - U_q) / R_ос,следовательно(U_вх - U_q) / R₁ = - (U_вых - U_q) / R_ос.Полагая,что U_q >> 0 и К     , запишем Uвх/R₁ = U_вых/R_ос, К_ос = U_вых/U_вх = - R_ос/R₁Таким образом, коэффициент усиления инвертирующего каскада ОУ зависит только от параметров внешней цепи и не зависит от коэффициента усиления самого ОУ. Обычно R₁ выбирается так, чтобы не нагружать источник напряжения U_вх, а R_ос должно быть достаточно большим, чтобы чрезмерно не нагружать операционный усилитель.Если выбрать R_ос = R₁, когда К_uос = - 1, то схема (рис. 1.12) получит свойства инвертирующего повторителянапряжения(инвертор сигнала).Поскольку U_q   0, входное сопротивление схемы R_вх = R₁, выходное сопротивление усилителя:R_вых = ((R_вых оу (1+R_ос/R₁)) / К_u,оу