4. Простейшие схемы на операционных усилителях

   1. Инвертирующий усилитель (рис.6.23.)

Инвертирующий усилитель (рис.6.23.) меняет знак выходного сигнала относительно входного и создается введением по инвертирующему входу 1 параллельной отрицательной обратной связи по напряжению через резистор R_ОС. Неинвертирующий вход 2 заземляется. Входной сигнал подается через резисторR₁на инвертирующий вход ОУ. Идеализация ОУ:

1. Входные токи ОУ равны нулю (I_ВХ= 0). Это возможно, когда входное сопротивление ОУR_ВХ.

2. Коэффициент усиления ОУ К_U. Тогда напряжение на входе.

3. Выходное сопротивление ОУ близко к нулю R_ВЫХ= 0.

Из первого положения идеализации следует, что ток I₁ =I_ОС, поэтому

, (6.23.)

а т.к. U₀ = 0, тои следовательно

, (6.24.)

т.е. коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется параметрами только пассивной части схемы.

Если R_OC = R₁, тоK_U = –1, и схема на рис.6.23. представляет собой схему инвертора сигнала.

2. Неинвертирующий усилитель (рис.6.24.)

Неиевертирующий усилитель (рис.6.24.) содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, поданную по инвертирующему входу 1. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход 2.

Т.к. напряжение между входами ОУ равно нулю (U₀= 0), тоU_ВХ= U₂ = U₁, т.е.

, (6.25.)

поэтому коэффициент усиления

. (6.26.)

При R_OC = 0 илиR₁ =  схема на рис.6.24. представляет собой схему повторителя с К_U = 1.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя равно входному сопротивлению ОУ по неинвертирующему входу, выходное сопротивление близко к нулю.

3. Преобразователь тока в напряжение (рис.6.25.)

Схема на рис.6.25. осуществляет преобразование тока в напряжение. Из схемы имеем , откуда

U_ВЫХ= –I_ВХR_OC. (6.27.)

4. Инвертирующий сумматор (рис.6.26.)

Схема инвертирующего сумматора на рис.6.26. выполняется по типу инвертирующего усилителя (рис.6.23.) с числом параллельных ветвей на входе 1, равным количеству сигналов, предназначенных для сложения. Воспользуемся идеализацией ОУ как при рассмотрении инвертирующего усилителя. Пусть сопротивления резисторов одинаковы R₁ = R ₂ = … = R_n. ПриI_ВХ= 0 имеем

I₁ + I₂ + …+ I_n = I_OC (6.28.)

или

, (6.29.)

или

. (6.30.)

Суммирование может производиться с различными масштабирующими коэффициентами для каждого из слагаемых путем применения различных значений сопротивлений резисторов во входных ветвях. Если R₁ = R ₂ = … = R_n, то

U_ВЫХ= -(U₁ + U₂ +…+U_n). (6.31.)

5. Неинвертирующий сумматор (рис.6.27.)

Неинвертирующий сумматор выполняется по схеме на рис.6.27.

При U₀= 0 напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ равны:

. (6.32.)

При равенстве нулю тока по неинвертирующему входу I₁ + I₂ + …+ I_n = 0 или

. (6.33.)

Если R₁ = R ₂ = … = R_n, то U₁ + U₂ + …+ U_n = nU_n = nU_ВЫХR' /(R' + R_OC)или

. (6.34.)

Если , тоU_ВЫХ=U₁ + U₂ +…+ U_n.

6. Интегрирующий усилитель (рис.6.28.)

Схема интегратора создается заменой в схеме инвертирующего усилителя резистора R_OC конденсатором. ТокI₁ = I_OC, поэтому

,

. (6.35.)

Будем считать, что u_ВЫХ(0) = 0 иRC= Тпостоянная интегрирования. Тогда.

7. Дифференцирующий усилитель (рис.6.29.)

Схема дифференцирующего усилителя создается заменой в схеме инвертирующего усилителя резистора R₁ конденсатором. Напряженияu₁ = u₂ =0, поэтомуu_C = u_ВХ. ТокI_С = I_OC, поэтому

,

. (6.36.)

17