I.2. Неинвертирующиий усилитель

Для неинвертирующего усилителя (рис. 1.5) выходное и входное напряжения находятся в фазе. Резисторы R₁ и R_ос образуют цепь последовательно - параллельной отрицательной обратной связи.

Рис. 1.5. Включение ОУ по схеме неинвертирующего усилителя

Определим коэффициент усиления такого усилителя. Согласно схемы U_вх+ = U_вх , а U_вх- = U_вых R₁/(R₁+R_ос). Учитывая, что входы ОУ виртуально замкнуты т.е. U_вх- = U_вх+ , получим выражение для коэффициента усиления такого усилителя:

K_u= U_вых/U_вх = 1+R_ос/R₁. (4)

Если R_ос= 0, то К_u= 1 и такой усилитель называют повторителем напряжения.

I.3. Инвертирующий сумматор напряжения

Это устройство, у которого выходное напряжение равно алгебраической сумме входных напряжений, взятой с противоположным знаком (рис.1.6).

Рис. 1.6. Включение ОУ по схеме инвертирующего сумматора напряжения

Установим связь между выходным и входными сигналами такой схемы. Если считать, что ОУ идеальный т.е. I_оу=0 и U_вх- = U_вх+ =0, то при подаче на его входы напряжения U₁, U₂,..., U_n, можно записать, что I_вх = I_ос , где I_вх = I₁ + I₂ +...+ I_n , а I₁ = U₁/ R₁, I₂ = U₂/ R₂ ,..., I_n = U_n/ R_n . Поскольку U_вых = -I_ос R_ос , то выражение связывающее входное и выходное напряжения примет вид;

U_вых=R_ос/R₀(U₁+U₂+ ...+ U_n) , (5)

где R₀ = R₁ = R₂ = ... = R_n , а знак минус означает инвертирование.

I.4. Дифференциальный усилитель (усилитель разности)

Это усилитель в котором выходное напряжение пропорционально разности входных сигналов U_вх2 и U_вх1 (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Включение ОУ по схеме дифференциального усилителя

Установим связь между входными и выходными сигналами этой схемы, учитывая что R₁ = R₂ и R₃ = R₄.

Поскольку для идеального ОУ U_вх- = U_вх+ = U₂ R₄/(R₂+R₄) и I_вх = I_ос , где I_вх=(U_вх+ - U_вх-) / R₃, то выражение связывающее выходное и входное напряжения примет вид:

U_вых=R₄/R₂(U_вх2-U_вх1) . (6)

Идеальный разностный усилитель при подаче на оба входа одинаковых напряжений, т.е. U_вх1 = U_вх2, имеет на выходе напряжение равное нулю. Такие входные напряжения называются синфазными U_cc. В общем случае синфазный сигнал представляет собой среднее значение двух входных напряжений, т.е. U_cc= (U_вх1 + U_вх2)/2. Если U_вх1=-U_вх2, то U_cc= 0.

Разность двух входных напряжений называется дифференциальным сигналом U_дс=U_вх2-U_вх1. Поскольку усилитель разности усиливает только разностный (дифференциальный) сигнал, то такой усилитель часто называют дифференциальным усилителем.

I.5. Дифференцирующий усилитель

Это устройство в котором входное и выходное напряжение связано соотношением:

U_вых=KdU_вх/dt . (7)

Простейшие дифференцирующие цепи (например RC - цепь) выполняют эту операцию со значительными погрешностями, причем с повышением точности дифференцирования существенно уменьшается уровень выходного сигнала.

Схема дифференцирующего усилителя на ОУ приведена на рис. 1.8. Считая ОУ идеальным можно записать U_вх = U_с и U_вых = - R_ос I_ос , а учитывая, что токи I_ос = I_вх = I_с = СdU_вх/dt получим:

U_вых = - R_осCdU_вх/dt , (8)

где R_осС=  - постоянная времени дифференцирующего усилителя.

Рис. 1.8. Включение ОУ по схеме дифференцирующего усилителя

Коэффициент передачи дифференцирующего усилителя определяется выражением:

К_(j) = U_вых/ U_вх = j =K_()e ^j() , (9)

где K_() =  - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); _() = /2 - фазово- частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи.