32.Построение усилителей на основе оу, инвертирующий и неинвертирующий усилители, сумматор сигнальных напряжений.

Собственный коэффициент усиления ОУ очень велик. Уменьшая его с помощью обратной связи можно получать усилители с любым заданным коэффициентом усиления амплитуды напряжения. Обратная связь, т.е. возвращение части выходного сигнала обратно на вход является необходимым атрибутом использования ОУ и единственным способом обеспечить активный режим его работы.

На рис.10.4 показаны схемы двух усилителей, построенных на основе ОУ. В обоих усилителях выходной сигнал ОУ (u2) возвращается на инвертирующий вход через резистивный делитель напряжения R1-R2. Усиливаемый сигнал в первом случае подается на неинвертирующий вход ОУ, а во втором – через R1 на инвертирующий.

О пределим зависимость напряжения выходного сигнала u_вых от входного u_вх. Причем речь идет мгновенных величинах сигнальных напряжений. Способ вычислений очень простой: записываются выражения для u₁₁ u₁₂ и подставляются в уравнение ОУ (10.1), из которого выражается искомая величина. Для схемы (а) рис.26 u₁₁=u_вх, u₁₂=u_выхR₁/(R₁+R₂). Подставив это в (10.1), получим

откуда получим Ввиду того, что собственный коэффициент усиления ОУ – k очень велик вторым слагаемым в знаменателе можно пренебречь, т.е.считать, что (R₁+R₂)/k<<R₁. В этом случае

u_вых=u_вх(1+R₂/R₁). (10.2)

Таким образом, первый усилитель, показанный на рис.10.4, обладает безупречной линейностью и дает положительный коэффициент усиления сигнального напряжения, равный k_u=1+R₂/R₁. Его называют неинвертирующим усилителем.

Для схемы (б) рис.10.4 напряжения на входах ОУ запишутся в виде: u₁₁=0. u₁₂=u_вхR₂/(R₁+R₂)+u_выхR₁/(R₁+R₂).

После подстановки в (34) и выражения u_вых получим . (10.3)

Данный усилитель обеспечивает отрицательный коэффициент усиления, с модулем, равным R₂/R₁. Его называют инвертирующим усилителем.

Из рассмотрения простейших усилителей, построенных на основе ОУ, следует простой принцип описания подобных устройств. Обратная связь, создаваемая резистором R2, при огромном собственном коэффициенте усиления ОУ заставляет напряжение на инвертирующем входе ОУ (u₁₂) всегда быть почти равным напряжению неинвертирующего входа (u₁₁). Это позволяет очень просто вычислить напряжение выходного сигнала, выразив через него u₁₂ и приравняв его к u₁₁. В дальнейшем мы будем пользоваться именно этим приемом.

Суммирование сигнальных напряжений нескольких источников можно осуществить последовательным их соединением (рис.10.5а). Однако, если источники имеют общий для них провод, такой способ невозможен. В этом случае приходится использовать параллельное включение источников через дополнительные резисторы (рис.10.5б), теряя на них часть амплитуды сигналов. В обоих случая источники суммируемых сигналов оказываются неразвязанными друг от друга. Ток, создаваемый одним из источников, протекает по другим, что не всегда допустимо.

О перационный усилитель позволяет почти идеально просуммировать сигнальные напряжения нескольких источников с заданными коэффициентами, обеспечивая развязку источников друг от друга. На рис. 10.5в показана схема такого сумматора. Поскольку напряжение неинвертирующего входа ОУ равно нулю (он соединен с общим проводом), обратная связь через R2 будет поддерживать нулевое напряжение на инвертирующем входе, являющимся узлом соединения суммируемых источников. Это обеспечит развязку между ними. Каждый из источников создает через свой резистор сигнальный ток, равный u/R. Эти токи суммируются на инвертирующем входе ОУ и далее протекают по R2, создавая на нем падение напряжения, являющееся напряжением выходного сигнала.

u_вых=-(i₁+i₂+i₃)R₂=-u₁R₂/R₁₁-u₂R₂/R₁₂-u₃R₂/R₁₃ (10.4)

Источников суммируемых сигналов может быть сколько угодно. Увеличение или уменьшение их количества не влияет на весовые коэффициенты суммирования.