3. Инвертирующий усилитель

В схемах повторителя и неинвертирующего усилителя сигнал ООС u_ooc и входной сигнал и_вх.н подавались на различные вхо­ды ОУ. Для получения инвертирующего усилителя входной сигнал и сигнал обратной связи должны подаваться на один и тот же инвертирующий вход, т. е. цепь ООС превращается из последовательной в параллельную. При этом неинвертирующий вход, как правило, соединяют с общей шиной. Типовая схема инвертирую­щего усилителя на ОУ приведена на рис. 8.3.

Для данного усилителя в случае нулевого выходного сопротивления источника входного сигнала коэффициент передачи цепи ООС также определяется из выражения (8.2). Однако в отличие от неинвертирующего усилителя входной сигнал попадает на вход ОУ не непосредственно, а через делитель напряжения, образованный этими же резисторами. Предполагая, что выходное со­противление ОУ равно нулю, для коэффициента передачи усилителя (рис. 8.3) можно записать

Полагая (как и в предыдущем случае) , получим

(8.5)

Из выражения (8.5) следует, что в отличие от неинвертирующего усилителя выбором резисторов цепи ООС коэффициент передачи инвертирующего усилителя может быть уменьшен до сколь угодно малой величины. Сделанный вывод не означает, что собственно напряжение, присутствующее на входе ОУ, передается на его выход с коэффициентом передачи, меньшим единицы. Это противо­речило бы свойствам ОУ.

Изменение коэффициента передачи усилителя до величины, меньшей единицы, достигается за счет действия входного делителя. Действительно, в предельном случае, когда ZОС = 0, коэффи­циент передачи цепи ООС boc= 1 и собственный коэффициент пе­редачи сигнала со входа ОУ равен единице. В этом случае выпол­няется условие и_вх.и = и_вых. Однако коэффициент передачи делителя, обеспечивающего необходимый входной сигнал ОУ, снижается до нуля (К_дел = 0). Вследствие этого суммарный коэффициент передачи всего ОУ также снижается до нуля. Для инвертирующего усилителя фазы входного и выходного напряжений сдвинуты от­носительно друг друга на 180°. Поэтому, строго говоря, перед правой частью выражения (8.5) должен стоять знак минус.

Изменение типа ООС приводит к тому, что входное сопротивление ОУ определяется выражением (5.32). При активном характере сопротивления

(8.6)

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя вследствие того, что цепь ООС по-прежнему выполнена по напряжению, мало и определяется выражением

.

4. Усилитель с дифференциальным входом

Принципиальная электрическая схема усилителя с дифференциальным входом приведена на рис. 8.7. По существу, данная схема является комбинацией рассмотренных ранее схем инвертирующего и неинвертирующего усилителей.

Так как мы имеем дело с линейным устройством, то, используя принцип суперпозиции для выходного напряжения, можно записать

Суммируя полученные выражения, найдем

(8.20)

На практике часто выполняется условие

и (8.21)

Тогда выражение (8.20) примет более простой вид

(8.22)

Из полученного выражения следует, что при выполнении условия (8.21) сигнал на выходе схемы на рис. 8.7 равен усиленной разности сигналов, присутствующих на его инвертирующем и неинвертирующем входах. При этом коэффициент усиления соответствует коэффициенту усиления инвертирующего усилителя. Следовательно, рассматриваемая схема может выполнять математическую операцию вычитания двух чисел.

Посмотрим, является ли условие (8.21) единственным, при котором справедливо равенство (8.22). Для этого выражение (8.20) перепишем так, чтобы оно содержало только отношения сопротивлений резисторов .

Тогда

Нетрудно заметить, что если отношения однотипных резисторов равны, т. е.

(8.23)

то выражение (8.22) также справедливо.