3.5.2. Неинвертирующий усилитель

Рассмотрим схему неинвертирующего усилителя (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Неинвер­тирующий усили­тель на ОУ

Для анализа схемы воспользуемся тем, что разность напряжений между входами для ОУ, охваченного ООС, равно нулю. Тогда напряжение в точке А U_A=U_вх. Напряжение U_A снимается с делителя напряжения:

Если U_A=U_вх, то

(3.11)

В схеме реализована последовательная ООС по напряжению, вследствие чего входное сопротивление схемы велико (для ОУ с биполярными транзисторами на входе оно превышает 100 МОм), а выходное — доли ом.

Главное достоинство схемы — высокое входное сопротивление, недостаток — на входе ОУ имеется синфазное напряжение, равное входному сигналу.

Рис. 3.16. Повтори­тель на ОУ

На рис. 3.16 представлен повторитель на основе ОУ. Он представляет собой неинвертирующий усилитель, в котором сопротивление резистора R₁ равно бесконечности (разрыв), а сопротивление резистора R_ОС — нулю (замыкание), при этом коэффициент передачи схемы равен нулю.

Усилитель с единичным коэффициентом повторения называют иногда буфером, так как он обладает отличными свойствами для согласования схем с высокими выходными и низкими входными сопротивлениями. Существуют специальные операционные усилители, предназначенные для использования только в качестве повторителей. Они обладают улучшенными характеристиками, в основном более высоким быстродействием.

Рис. 3.17. Усилитель пере­менного тока на ОУ

Во многих случаях требуется, чтобы в усилителе происходило усиление только переменных сигналов, причем возможно наличие постоянной составляющей входного сигнала. Для этой цели применяют включение во входной цепи разделительного конденсатора (рис. 3.17).

Резистор R_вх включен для того, чтобы не происходила зарядка конденсатора входным током ОУ и не появлялось дополнительное напряжение смещения на входе. Основной недостаток схемы состоит в том, что резистор R_вх шунтирует собой вход схемы, а входное сопротивление схемы равно сопротивлению резистора R_вх, что гораздо меньше входного сопротивления ОУ. Величина R_вх определяет напряжение смещения на выходе. Для устранения на выходе схемы постоянного напряжения необходимо поставить последовательно с выходом разделительный конденсатор.

3.5.3. Суммирующий усилитель

Сумматор на основе ОУ — инвертирующий усилитель с дополнительными входами (рис. 3.18). В этой схеме также используются свойства мнимой земли.

Составляя уравнение баланса токов и полагая, что входы ОУ ток не потребляют, имеем:

I_ОС=I₁+I₂.

Поскольку инвертирующий вход ОУ в этой схеме является мнимой землей, токи можно выразить через напряжения сигналов и сопротивления резисторов следующим образом:

Рис. 3.18. Суммирующий усили­тель

(3.12)

Сопротивления резисторов обычно лежит в пределах от 10 до 100 кОм, удобно их выбрать так, чтобы выполнялись равенства R₁=R₂=R_ОС, в этом случае

U_вых=–(U₁+U₂). (3.13)

Заметим, что хотя выходной сигнал и равен по величине сумме входных сигналов, все же знак его обратный, это свойство схем с мнимой землей.

Характерная особенность схемы в том, что входные сигналы не влияют друг на друга.