4.2. Инвертирующий усилитель.

В схеме инвертирующего усилителя (рис. 4.2) входное напряжение через резистор R₁ подается на инвертирую­щий вход, который с помощью резистора обратной связи R_ос охвачен па­раллельной ООС по напряжению. Не инвертирующий вход усилительного каскада заземлен.

Для определения параметров инвертирующего усилителя воспользуемся первым законом Кирхгофа для токов инвертирующего входа: I_вх=I₀+I_ос. Поскольку по второму свойству идеального ОУ ток I₀=0, то I_вх=I_ос. Выра­зив токи через соответствующие им входные напряжения, получим:

(4.4)

Рис.4.2. Инвертирующие схемы на ОУ:

а – усилителя; б – сумматора

По первому свойству идеального ОУ напряжение U₀ = 0, поэтому U_вх/R₁=-U_вых/R_ос. Тогда коэффициент усиления инвертирующего уси­лителя:

(4.5)

Согласно формуле (4.5), изменением величины сопротивления обратной связи Roc можно регулировать коэффициент усиления.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя существенно меньше собственного входного сопротивления ОУ. В схеме рис. точка под­ключения инвертирующего входа ОУ является виртуальным нулем, т.е. по входному сигналу она заземлена. Можно показать, что входное и выходное сопротивления инвертирующего усилителя:

(4.6)

Отметим, что при R₁ = Roc, Ки = - 1 схема рис. 4.2а превращается в ин­вертирующий повторитель (инвертор).

Еще одним вариантом построения инвертирующего усилителя является преобразователь тока в напряжение. Это достигается при R₁ = 0. Тогда ток I_вх=I_ос=-U_вых/R_ос и выходное напряжение U_вых= -I_вхR_ос.

4.3. Инвертирующий сумматор (суммирующий усилитель).

Для суммирования не­скольких напряжений можно использовать инвертирующее включение ОУ. На рис. 4.2б в качестве примера показан трехвходовый инвертирующий сумматор. Входные напряжения U₁,U₂ и U₃ через резисторы с обычно одина­ковыми сопротивлениями R подаются на инвертирующий вход ОУ. Учитывая, что напряжение на инвертирующем входе ОУ характеризуется виртуальным нулем, токи I₁, I₂ и I₃ будут заданы только соответствующими им входными напряжениями U₁,U₂ и U₃ и сопротивлением R:

(4.7)

Поскольку, согласно второму свойству идеального ОУ, инвертирующий вход практически не потребляет ток, то сумма всех входных токов I₁, I₂ и I₃ протекает только через резистор R_ос и создает на нем падение напряжения U_вых=-(I₁+I₂+I₃)R_ос. Подставив в эту формулу соответствующие значения токов, выраженные через входные напряжения, и положив R = Roc, получим:

(4.8)

Итак, выходное напряжение равно алгебраической сумме входных напря­жений, взятых с обратным знаком.

В данной схеме инвертирующего сумматора все входные токи полно­стью протекают через резистор обратной связи Roc. При этом токи прак­тически не влияют друг на друга, следовательно, и входные напряжения не взаимодействуют друг с другом, т.е. все три входа усилителя полностью развязаны. Последнее свойство инвертирующего сумматора исключительно полезно для смешивания (микширования) сигналов низкой (звуковой) частоты.

4.4. Не инвертирующий усилитель.

В не инвертирующем усилителе входной сиг­нал поступает на не инвертирующий вход, а инвертирующий вход — с помощью резистивного делителя -R₁, Roc- охвачен последовательной ООС по напряже­нию (рис.4.3а).

В схеме U_вых=U₀+U_ос.. Поскольку U_o = 0, то U _вх=U_ос+U_выхR₁/(R₁+R_ос).

Отсюда коэффициент усиления не инвертирующего усилителя:

(4.9)

С помощью несложных математических выкладок можно показать, что входное сопротивление не инвертирующего усилителя велико и равно вход­ному сопротивлению ОУ по не инвертирующему входу, а выходное сопротив­ление близко к нулю.

Если сопротивление обратной связи R_оc = 0, то U_яых = U_вх, и не инверти­рующий усилитель превращается в повторитель напряжения, который часто используют в радиоэлектронных устройствах для гальванической развязки различных схем.

Рис. 4.3. Не инвертирующие схемы на ОУ:

а – не инвертирующего усилителя; б – не инвертирующего сумматора