1.4. Неинвертирующий усилитель
Если в качестве цепи обратной связи использовать омический делитель напряжения и производить операцию вычитания напряжений с помощью дифференциальных входов ОУ, то получится базовая схема охваченного обратной связью неинвертирующего усилителя (рис. 1.3).
Коэффициент
обратной связи
.
Коэффициент усиления для данной схемы
В
случае идеального ОУ (
)
коэффициент усиления
данной схемы определяется как
.
В
ажным
особым случаем неинвертирующего
усилителя является случай, когда
,
т. е.
и
.
Рассмотрим схему такого усилителя,
имеющего коэффициент усиления, равный
1 (рис. 1.4).
Подобная схема включения называется следящей и используется, как и схема эмиттерного повторителя, в качестве преобразователя сопротивления (увеличение входного и уменьшение выходного сопротивлений схемы). Существенным преимуществом такой схемы является то, что разница между выходным и входным напряжениями составляет единицы милливольт.
1.4.1 Инвертирующий усилитель
Рассмотрим ещё один способ включения омической обратной связи (рис. 1.5).
Коэффициент
ослабления входного сигнала для
инвертирующего усилителя
,
коэффициент обратной связи определяется
как
.
Тогда коэффициент усиления
по напряжению охваченного обратной
связью усилителя определяется выражением
.
В
случае идеального ОУ (
)
коэффициент усиления
данной схемы определяется как
.
Входное
сопротивление схемы инвертирующего
усилителя имеет существенно меньшее
значение, чем собственное входное
сопротивление ОУ и приблизительно равно
.
Если
,
то
,
т. е. схема инвертирует знак входного
напряжения и является инвертором
сигнала.
1.5. Коррекция частотной характеристики оу
Вследствие наличия паразитных емкостей и многокаскадной структуры операционный усилитель по своим частотным свойствам аналогичен фильтру нижних частот высокого порядка. Типичная частотная характеристика дифференциального коэффициента усиления операционного усилителя с частотной коррекцией и без неё приведена на рис. 1.6.
Выше
частоты
частотная характеристика определяется
инерционным звеном с минимальной
граничной частотой. Коэффициент усиления
в этой области падает (наклон 20 дБ/дек),
а фазовый сдвиг выходного напряжения
относительно входного достигает значения
минус 90°. Выше частоты
начинает действовать второй фильтр
нижних частот, коэффициент усиления
уменьшается сильнее (наклон 40 дБ/дек),
а фазовый сдвиг между выходным и входным
напряжениями достигает величины минус
180°. Это означает, что входы ОУ фактически
поменялись ролями, и отрицательная
обратная связь в этой частотной области
становится положительной. Автоколебания
в схеме могут возникнуть при наличии
частоты, для которой фазовый сдвиг по
цепи обратной связи становится равным
нулю (условие баланса фаз), а коэффициент
(условие баланса амплитуд).
Ряд операционных усилителей имеют встроенные цепи коррекции.
1 .6. Скорость нарастания выходного сигнала
Коррекция частотной характеристики ОУ даёт нежелательные эффекты – уменьшение полосы пропускания и ограничение скорости нарастания выходного напряжения. Второй динамической характеристикой ОУ является скорость нарастания выходного сигнала, значение этого параметра обычно лежит в пределах 3…50 В/мкс.
Скорость нарастания выходного напряжения определяется при подаче на вход схемы импульса прямоугольной формы. Она прямо пропорциональна значению выходного тока дифференциального каскада и частоте среза ОУ. Существенно высокой скоростью нарастания выходного напряжения и частотой среза, по сравнению с ОУ на биполярных транзисторах, обладают ОУ на полевых транзисторах на входе.