Инвертирующий усилитель

Если подать на инвертирующий вход ОУ входной сигнал и сигнал отрицательной обратной связи, то в результате получится инвертирующий усилитель, у которого выходной сигнал сдвинут по фазе на 180˚ относительно входного сигнала. Про схему, показанную на рис.6, говорят, что в ней имеется параллельная обратная связь, поскольку сигнал отрицательной обратной связи оказывается включенным не последовательно с входным сигналом, а подается параллельно с ним на один и тот же вход.

Рис.6. Инвертирующий усилитель.

Коэффициент усиления определяется:

К_инв= - R_ос/R₁.

При этом выходное напряжение усилителя равно:

U_вых = K_инв. U_вх.

Сопротивление R₂ выбирают из условия уменьшения влияния токов смещения на выходное напряжение. Для этого R₂ выбирают из условия

R_{2 =} R_ос R₁/(R_ос+R₁). При этом падения напряжения от токов смещения минимально. Из принципа, что инвертирующий вход ОУ виртуально замкнут, входное сопротивление схемы равно R_вх ≈ R₁, а выходное сопротивление уменьшается в (1+К₀β) раз и равно

Определить действие обратной связи по напряжению и коэффициент усиления ОУ с ООС можно, воспользуясь тремя упрощающими предположениями о свойствах ОУ:

коэффициент усиления без обратной связи К_о= ∞,

входное сопротивление Z_вх=∞,

выходное сопротивление Z_вых=0.

По первому закону Кирхгофа для узла:

I_вх= I_ос+I_оу

Из того, что с точки зрения входного сигнала инвертирующий вход имеет тот же самый потенциал, что и неинвертирующий вход, который заземлен (мнимая земля), следует, что всё входное напряжение U_вх оказывается приложенным к сопротивлению R₁. Поэтому ток, протекающий по R₁, равен:

I_вх=U_вх/R₁.

Теперь рассмотрим резистор обратной связи, включенный между мнимой землей и выходом, где действует напряжение U_вых . Полагая, что ток I_вх течет в направлении, указанном на рисунке, получим:

I_{о с}= -U_вых/R_ос

Так как входное сопротивление ОУ бесконечно велико, ток сигнала не может затекать в инвертирующий вход, для идеального ОУ I_оу =0

Отсюда следует, что

I_вх= I_ос

-U_вых/R_ос=U_вх/R₁

Отсюда следует:

К_инв=U_вых/U_вх= - R_ос/R₁.

Дифференцирующий усилитель

Рис. 7

Это устройство, в котором входное и выходное напряжения связаны соотношением:

U_вых = К 

Простейшие дифференцирующие цепи (например, RC-цепи) выполняют эту операцию со значительными погрешностями, причем с повышением точности дифференцирования существенно уменьшается уровень выходного сигнала. Схема дифференцирующего усилителя на ОУ приведена на рис. 7. Считая ОУ идеальным, можно записать U_вх= U_с и U_вых = - R_ос  I_ос, а учитывая, что I_ос = I_вх = I_с = С , получим:

U_вых = - R_ос  С ,

где R_ос  С =  - постоянная времени дифференцирующего усилителя.

Коэффициент передачи дифференцирующего усилителя определяется выражением:

К(jw) = = jw = К(w)  е ^{j (w)},

где К(w) = w - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);  (w) = - фазо-частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи.

Интегрирующий усилитель

Рис. 8

Это устройство, в котором входное и выходное напряжения связаны соотношением:

U_вых = К  .

Простейшие интегрирующие цепи (например, RC-цепи) выполняют эту операцию со значительными погрешностями, причем с повышением точности интегрирования существенно уменьшается уровень выходного сигнала. Схема интегрирующего усилителя на ОУ приведена на рис. 8. Если ОУ считать идеальным, то можно записать U_вх = R₁  I_вх и U_вых = U_с, а учитывая, что I_вх = I_ос = С , то получим.

Следовательно

U_вых = ,

где RC =  - постоянная времени интегрирующего усилителя.

Коэффициент передачи интегрирующего усилителя имеет вид:

К(jw) = = (jw)^-1 = К(w)  е ^{j (w)},

где К(w) = (w) – АЧХ,  (w) = – – ФЧХ интегрирующего усилителя.