Инвертирующий усилитель на основе оу

Рассмотрим схему инвертирующего усилителя (рис. 10.1), из которого видно, что в ней действует параллельная обратная связь по напряжению.

Рис. 10.1. Инвертирующий усилитель с параллельной обратной связью

по напряжению

Так как i = 0, то в соответствии с первым законом Кирхгофа i₁ = i₂.

Если ОУ работает в режиме усиления, то u_диф = 0. В соответствии с этим на основании второго закона Кирхгофа получим

, .

Учитывая, что i₁ = i₂, получаем

.

Например, если R₁=1 кОм, R₂=10 кОм, тогда u_вых = –10 · u_вх.

Для уменьшения влияния входных токов ОУ на выходное напряжение в цепь неинвертирующего входа включают резистор R3 (рис. 10.2), которое определяется из выражения

.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах значительно ниже собственного входного сопротивления ОУ. Это подтверждает вывод о том, что параллельная отрицательная обратная связь уменьшает входное сопротивление.

Рис. 10.2. Операционный усилитель с обратной связью

Учитывая, что , входное сопротивление усилителя на низких частотах приблизительно равноR₁.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах R_вых.ос существенно меньше выходного сопротивления на низких частотах R_вых собственно операционного усилителя. Это является следствием действия отрицательной обратной связи по напряжению.

Можно показать, что

,

где К – коэффициент усиления по напряжению ОУ.

Неинвертирующий усилитель на основе оу

Рассмотрим схему неинвертирующего усилителя (рис. 10.3), где имеет место последовательная связь по напряжению.

В соответствии с ранее принятыми допущениями входные токи ОУ равны нулю, т. е. i_– = i₊ = 0 и, следовательно, i₁ = i₂. Если ОУ работает в режиме усиления, тогда u_диф = 0.

Рис. 10.3. Неинвертирующий усилитель на основе ОУ с обратной связью

На основании второго закона Кирхгофа получаем

, .

Неинвертирующий усилитель характеризуется коэффициентом усиления по напряжению

.

Коэффициент усиления усилителя, охваченный обратной связью, определяется выражением

.

При

.

Коэффициент β определяется выражением

.

Таким образом, при

.

Пусть, например, R₁=2 кОм, R₂=4 кОм и u_вх=2 В.

Тогда

.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя на ОУ с обратной связью

,

причем при К→R_вх.ос→.

На входах операционного усилителя, использующегося в неинвертирующем усилителе, имеется синфазный сигнал, равный напряжению u_вх. Это недостаток такого усилителя. В инвертирующем усилителе синфазный сигнал отсутствует.

Повторитель напряжения на основе оу

Схема повторителя (рис. 10.4) легко может быть получена из схемы неинвертирующего усилителя при R₁→,R₂→ 0. Здесь предполагается, что операционный усилитель работает в режиме усиления (u_диф0). Используя второй закон Кирхгофа, получаем u_вых = u_вх.

Рис. 10.4. Повторитель напряжения на основе ОУ

Сумматор напряжения (инвертирующий сумматор)

Рассмотрим схему сумматора, приведенную на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Сумматор напряжения (инвертирующий сумматор)

Предположим, что операционный усилитель работает в режиме усиления, тогда u_диф 0. Учитывая, что i_–= i₊= 0, получим . Приu_диф 0 получим u_Rj = u_вхj, j = 1,…,n; u_Rос = u_вых. На основании этих выражений после несложных преобразований получаем

.

Для уменьшения влияния входных токов ОУ в цепь неинвертирующего входа включают резистор с сопротивлением

R_э = R₁ // R₂ //… // R_n // R_ос .