3.4.14 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. В разделе 3.4.3 был проведен анализ влияния ООС на параметры усилителя. В частности, 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.
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 3.33а.
Ток во входной цепи усилителя можно найти из выражения
I1 = (Uвх - Uд)/R1 Uвх/R1, (3.103)
так как Uд 0.
Для узла А по первому закону Кирхгофа:
Iос = I1 – Iвх I1, (3.104)
так как Iвх 0.
а б
в г
д е
а, б – инвертирующий усилитель: а – схема, б – передаточная характеристика; в, г – неинвертирующий усилитель: в – схема, г – передаточная характеристика; д – усилитель с дифференциальным входом; е – повторитель напряжения.
Рисунок 3.33 – Схемы включения ОУ
Для выходной цепи по второму закону Кирхгофа запишем соотношение:
Iос Rос = -(Uвых – Uд) или Iос = -Uвых/Rос . (3.105)
На основании (3.104), используя (3.103) и (3.105), получим
Uвых = -UвхRос/R1 = -KосUвх . (3.106)
Знак "-" в (3.106) указывает, что выходной сигнал находится в противофазе с входным. Передаточная характеристика усилителя приведена на рисунке 3.33б.
Неинвертирующий усилитель на оу
Схема усилителя приведена на рисунке 3.33в, а передаточная характеристика на рисунке 3.33г. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а на инвертирующий вход – сигнал ООС. При подаче входного 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). (3.107)
Откуда
Uвых = Uвх(R1 + Rос)/R1 = Uвх(1 + Rос/R1). (3.108)
Из (3.108) следует, что Кос неинвертирующего усилителя равен:
Кос = 1 + Rос/R1. (3.109)