4.5.2. Инвертирующее включение оу

Так называют включение, при котором выходной сигнал U_вых сдвинут по фазе на 180° (находится в противофазе) по отношению к усиливаемому сигналу U₁. Принципиальная схема инвертирующего включения ОУ приведена на рис. 4.23 (номера выводов соответствуют номерам вывода ОУ типа К140УД6, К140УД7). Вход ОУ, на который подан усиливаемый сигнал U₁ (конт. 2) называют инвертирующим и обозначают знаком «». Раньше его обозначали значком “ – “. Другой вход 0У (конт. 3) называют неинвертирующим. Раньше его обозначали значком “+”. Неинвертирующий вход в этой схеме заземлен (имеет нулевой потенциал). На схеме ОУ условно представлен его параметрами, заключенными в треугольник: входным дифференциальным сопротивлением R_вх.д, дифференциальным коэффициентом усиления K_д, выходным сопротивлением R_j. Отрицательная обратная связь всегда включается между выходом 6 и инвертирующим входом 2. На рис. 4.23 ОС образована резисторами R_ОС, R1.

Параметры инвертирующего усилителя определяются цепью ОС и свойствами ОУ. Для упрощения анализа и расчетов ОУ считают идеальным. Для схемы на рис. 4.22 очевидны равенства:

.

Для идеального ОУ U_вх = 0, I_вх = 0, K_д = , тогда

. (4.35)

Из равенств (4.35) легко находятся параметры инвертирующего усилителя:

1. Инвертирующий коэффициент усиления

. (4.36)

а

б в

Рис.4.23

В разделе обратной связи K_ин – это коэффициент усиления K_ОС усилителя, охваченного глубокой отрицательной связью с коэффициентом обратной связи _ос, в соответствии с (2.104) K_ин = K_оос = 1/ _ос.

При изменении сопротивления R_ОС в пределах 0 < R_ОС <  коэффициент K_ин изменяется в пределах 0 < K_ин < K_д. Практически R_ОС не может выбираться малым, так как в него ответвляется часть выходного (весьма небольшого) тока, уменьшая ток нагрузки.

Для реальных ОУ (K_д < ) коэффициент K_инр несколько меньше определенного по формуле (4.36):

. (4.36)

Для современных ОУ K_инр очень близок к K_ин.

2. Входное сопротивление R_вх.ин легко находится с учетом (4.35) и того, что потенциал точки 2 равен нулю (так как U_вх = 0):

. (4.37)

Для реальных OУ (U_вх  0) потенциал точки 2 отличен от нуля, поэтому R_вх.инр чуть больше R₁ [7,8]:

(4.37)

3. Выходное сопротивление R_вых.ин находится с учетом свойств ОС по напряжению:

(4.38)

при K_д  , R_вых.ин  .

4. Ошибка на выходе U_ош.ин обусловлена напряжением смещения нуля U_см0 и разностью входных токов I_вх входного дифференциального каскада (1ДУ). Синфазный сигнал на входах этой схемы отсутствует (U_сф = 0). Величина U_ош.ин зависит от величин сопротивлений R₁, R₂, R_ОС. Минимальная величина ошибки [7,8]

(4.39)

получается при выполнении условий балансировки:

Резистор R2 включается для балансировки, величина сопротив­ления R₂ определяется из условия балансировки. Если условие не выполнено, величина ошибки увеличивается по сравнению с полученной по формуле (4.39).

Инвертирующее включение ОУ используется в масштабных (с заданным коэффициентом K_ин) и суммирующих усилителях. Простейшей схемой масштабного усилителя является инвертирующий повторитель сигнала (см. рис. 4.22), в котором R₁ = R_ОС = R, поэтому согласно (4.36) K_ин = -1 и U_вых= -U₁. Инвертирующее включение используется и во многих других схемах [7].

Инвертирующий сумматор. Подключив несколько источников сигнала к инвертирующему входу схемы на рис. 4.23,а, можно произвести довольно точное суммирование входных сигналов (с одновременным усилением суммы сигналов). Такую схему, приведенную на рис. 4.23,в, называют инвертирующим сумматором. С учетом идеальности ОУ можно получить равенства, аналогичные (4.35):

(4.40)

Подставив значения токов в первую строку, легко получить равенство

(4.41)

Выходное напряжение U_вых равно сумме входных сигналов U₁, U₂, …, U_n с их весовыми коэффициентами k_i = R_ОС/R_i с противоположным знаком. Если все сопротивления равны (R₁ = R₂ = … = R_n = R), то (4.41) упрощается:

(4.42)

или при R_ОС = R

.

Для выполнения условий балансировки (4.24) необходимо выполнение соотношений

или