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.