9.2.5 Схемы усилителей на оу
Так как коэффициент усиления ОУ очень большой (103 105), то линейный участок передаточной характеристики мал (микровольты, единицы милливольт). Действительно, при КU = 105 и выходном напряжении 10 В (эта величина характерна для многих типов ОУ) входное напряжение будет равно:
Uвх = Uвых/K = 10/105 = 10-4 В
и для упрощенного анализа схем на ОУ, работающих в линейном режиме можно считать, что Uдиф 0.
Кроме того, так как ОУ обладает высоким входным сопротивлением (сотни килоом, мегаом), то можно считать, что ток, протекающий между инвертирующим и неинвертирующим входами, также равен нулю. Это утверждение справедливо и для линейного режима и для режима насыщения. Для расширения линейного участка передаточной характеристики ОУ в усилителях используется ООС. Коэффициент усиления усилителя с ООС определяется соотношением:
Кос = К/(1 - К)
Так
как для ОУ К 
,
то Кос
-1/β - и, следовательно, Кос
определяется
только параметрами цепи обратной связи.
9.2.5.1 Инвертирующий усилитель на оу
Для реализации инвертирующего усилителя входной сигнал подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий соединяется с общей шиной. Схема инвертирующего усилителя приведена на рисунке 9.6а.
а б
Рисунок 9.6 - Инвертирующий усилитель на ОУ
С учетом того, что Uд 0 и Iвх 0 можно записать
Знак "-" указывает, что выходной сигнал находится в противофазе с входным. Передаточная характеристика усилителя приведена на рисунке 9.6б.
9.2.5.2 Неинвертирующий усилитель на оу
Схема усилителя приведена на рисунке 9.7а, а передаточная характеристика на рисунке 9.7б. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а на инвертирующий вход – сигнал ООС. При подаче входного
а б
Рисунок 9.7 - Неинвертирующий усилитель на ОУ
напряжения Uвых начнет возрастать до тех пор, пока не достигнет значения, при котором падение напряжения на R1 от появившегося тока iос ≈ i1 не создаст потенциал точки А, примерно равный Uвх. При а Uвх окажутся выполненными оба условия (Iвх 0, Uд 0) - это соответствует установившемуся режиму работы ОУ. При этом
Uвх Uа = I1R1 = UвыхR1/(R1 + Rос)
Откуда
Uвых = Uвх(R1 + Rос)/R1 = Uвх(1 + Rос/R1)
Из этого следует, что Кос неинвертирующего усилителя равен
Кос = 1 + Rос/R1
9.2.5.3 Дифференциальный усилитель на оу
Схема усилителя приведена на рисунке 9.8.
Входные сигналы подаются на оба входа одновременно. Анализ работы будем вести учитывая, что Uд 0 и iвх 0. Предварительно необходимо отметить, что если Uвх = 0, то усилитель по отношению к U1 будет действовать как инвертирующий. Входной ток на неинвертирующем входе равен нулю (через R2, R4 ток не протекает) и U'ос = 0. Если U1 = 0, а сигнал подан на неинвертирующий вход, то по отношению к U2 усилитель будет действовать как неинвертирующий.
Рисунок 9.8 - Дифференциальный усилитель на ОУ
При этом
U
=
U2R4/(R2
+ R4)
Если поданы оба напряжения, то сигнал на инвертирующем входе вызовет такое изменение выходного напряжения, что потенциал точки А примерно станет равным потенциалу точки Б, т.е.
Uос U
Так как i1 iос, i2 i , Uд 0, то
Откуда
При условии, что R1 = R2, R3 = R4 = Rос (коэффициенты передачи по обоим входам одинаковы) для Uвых можно получить соотношение
Uвых = R3(Uос/R3 + Uос/R1 – U1/R1) = UосR3(1/R3 + 1/R1) – U1R3/R1 = =U2R4/R1 – U1(R3/R1) = Rос/R1(U2 – U1).
Исходя из этого следует, что сигнал на выходе пропорционален разности входных напряжений, а Кос при условии равенства сопротивлений равен
Передаточная характеристика для такого усилителя приводится или в виде двух кривых отдельно по каждому входу или в виде зависимости Uвых = (U2 – U1). При этом ее вид совпадает с характеристикой для неинвертирующего усилителя.