6.3. Инвертирующий усилитель
Наиболее часто ОУ используется в инвертирующих и неинвертирующих усилителях. Упрощенная принципиальная схема инвертирующего усилителя на ОУ приведена на рисунке 6.7.
Резистор
представляет собой внутреннее
сопротивление источника сигнала
,
посредством
ОУ охвачен ||ООСН.
При
идеальном ОУ разность напряжений на
входных зажимах стремиться к нулю, а
поскольку неинвертирующий вход соединен
с общей шиной через резистор
,
то потенциал в точке а
тоже должен быть нулевым ("виртуальный
нуль", "кажущаяся земля"). В
результате можем записать:
,
т.е.
.
Отсюда получаем:
,
т.е.
при идеальном ОУ
определяется отношением величин внешних
резисторов и не зависит от самого ОУ.
Для
реального ОУ необходимо учитывать его
входной ток
,
т.е.
или
,
где
- напряжение сигнала на инвертирующем
входе ОУ, т.е. в точке а.
Тогда для реального ОУ получаем:
.
Нетрудно
показать, что при глубине ООС более 10,
т.е.
,
погрешность расчета
для случая идеального ОУ не превышает
10%, что вполне достаточно для большинства
практических случаев.
Номиналы резисторов в устройствах на ОУ не должны превышать единиц мегом, в противном случае возможна нестабильная работа усилителя из-за токов утечки, входных токов ОУ и т.п. Если в результате расчета величина превысит предельное рекомендуемое значение, то целесообразно использовать Т-образную цепочку ООС, которая при умеренных номиналах резисторов позволяет выполнить функцию эквивалента высокоомного (рисунок 6.7б) . В этом случае можно записать:
.
На
практике часто полагают, что
,
а величина
обычно задана, поэтому
определяется достаточно просто.
Входное
сопротивление инвертирующего усилителя
на ОУ
имеет
относительно небольшое значение,
определяемое параллельной ООС:
,
т.е. при больших входное сопротивление определяется величиной .
Выходное
сопротивление инвертирующего усилителя
в
реальном ОУ отлично от нуля и определяется
как величиной
,
так и глубиной ООС F.
При F>10
можно записать:
.
С помощью ЛАЧХ ОУ можно представить частотный диапазон инвертирующего усилителя (см. рисунок 6.6), причем
.
В
пределе можно получить
,
т.е. получить инвертирующий повторитель.
В этом случае получаем минимальное
выходное сопротивление усилителя на
ОУ:
.
В
усилителе на реальном ОУ на выходе
усилителя при
всегда будет присутствовать напряжение
ошибки
,
порождаемое
и
.
С целью снижения
стремятся выровнять эквиваленты
резисторов, подключенных к входам ОУ,
т.е. взять
(см. рисунок 6.7а). При выполнении этого
условия для
можно записать:
.
Уменьшение возможно путем подачи дополнительного смещения на неинвертирующий вход (с помощью дополнительного делителя) и уменьшения номиналов применяемых резисторов.
На основе рассмотренного инвертирующего УПТ возможно создание усилителя переменного тока путем включения на вход и выход разделительных конденсаторов, номиналы которых определяются исходя из заданного коэффициента частотных искажений (см. подраздел 2.5).