Основные схемы включения оу

Широкое практическое использование ОУ в аналоговых схемах основывается главным образом на применении в них различного рода внешних ОС, чему способствует большое значение коэффициента усиления ОУ К_оу, а также высокое входное и малое выходное сопротивление ОУ.

Основными схемами на ОУ являются инвертирующий и неинвертирующий усилители, режим работы которых осуществляется в пределах линейного участка передаточной характеристики.

Неинвертирующий усилитель на оу

Неинвертирующий усилитель изображен на рис. 1.15.

Рис. 1.15. Неинвертирующий усилитель

Схема обладает высоким входным сопротивлением, так как единственным путем для тока между входом и землей является высокое входное сопротивление ОУ, причем коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть жестко задан с помощью сопротивлений R₁ и R_ос.

Усилитель содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, создаваемую на резисторе R_ос и поданную на инвертирующий вход.

Сопротивления R₁ и R_ос образуют делитель напряжения с очень малой нагрузкой, так как ток, необходимый для управления усилителем, очень мал.

Поэтому через R₁ и R_ос течет одинаковый ток и напряжение, приложенное к инвертирующему входу, равно U_вх (U_q 0).

Так как

U_вых = KU_q и U_q = U_вых / K,

то, если K , U_q 0 (идеальный ОУ), можно написать

U_вх / R₁ = (U_вых - U_вх) / R_ос

Найдем отсюда коэффициент усиления схемы U_вых / U_вх, который называют коэффициентом усиления с замкнутой ОС (Kос), или коэффициентом усиления замкнутого усилителя, т.е.

U_вых = (R_ос / R₁ +1) U_вх

К_ос = R_ос / R₁ +1 .

Сопротивление (R₁ + R_ос) следует выбирать так, чтобы общий ток нагрузки с учетом этого сопротивления не превышал максимальный выходной ток усилителя.

Если выбрать R_ос =0 и R₁ = , тогда К_uос = 1, и схема (рис. 1.15) получит свойства неинвертирующего повторителя напряжения (повторитель сигнала).

Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель изображен на (рис. 1.16)

Рис. 1.16

Входной сигнал подается через резистор R₁ на инвертирующий вход ОУ. Неинвертирующий вход заземляется. Выходной сигнал инвертирующего усилителя сдвинут по фазе на 180° относительно входного. Изменение знака выходного сигнала относительно входного создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора R_ос параллельной обратной связи по напряжению

Точка А называется потенциально заземленной, поскольку потенциал почти равен нулю, так как U_q  0.

Полагая, что U_q  0 и К  , запишем

Uвх/R₁ = -U_вых/R_ос, U_вых = - R_ос/R₁* Uвх;

К_ос = U_вых/U_вх = - R_ос/R₁.

Таким образом, для идеального ОУ коэффициент усиления инвертирующего каскада зависит только от параметров внешней цепи и не зависит от коэффициента усиления самого ОУ.

Если выбрать R_ос = R₁, когда К_uос = - 1, то схема (рис. 1.16) получит свойства инвертирующего повторителя напряжения (инвертор сигнала).

Некоторые усилители имеют встроенные регулировочные элементы для устранения сдвига нуля U_см. В усилителях, которые не имеют внутренних средств для устранения сдвига, приходится добавлять внешние резисторные цепи для компенсации напряжения сдвига и тока смещения.

Подключив в цепь неинвертирующего входа сопротивление R_к (рис. 1.17), равное R₁ || R_ос, получим напряжение, возникающее на R_к, приблизительно равное напряжению смещения по инвертирующему входу от I_см (R₁ || R_ос) и компенсирующее его.

Рис. 1.17. Схема компенсации I_см

Схема компенсации напряжения сдвига (установки нуля усилителя) показана на рис. 1.18.

Рис. 1.18. Схема компенсации U_см и I_см

В этой схеме (R₃ + R₂ )= R_к - это условие компенсации напряжения сдвига выхода, вызванного токами смещения. Сопротивление R₄ выбирается так, чтобы параллельное соединение R₃ и R₄ было примерно равно R_к. Это означает, что R₃ выбирается малым, а R₄ - большим.