11.8. Неинвертирующий усилитель

В этом усилителе входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя, а на инвертирующий вход подается сигнал обратный связи через делитель R_l, R_oc. Усилитель охвачен последовательной ООС по напряжению. Принципиальная схема неинвертирующего усилителя приведена на рис. 11.8,б.

Напряжение обратной связи, снимаемое с делителя R₁, R_oc, пропорционально выходному напряжению усилителя

. (11.15)

Сопротивление R₁+R_oc необходимо выбирать таким, чтобы общий ток нагрузки с учетом этого сопротивления не превышал максимального выходного тока усилителя. Поскольку U_bx и U_oc подаются на разные входы операционного усилителя, то для идеального ОУ U_bx=U_oc, и коэффициент усиления неинвертирующего усилителя по напряжению равен

. (11.16)

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя меньше чем неинвертирующего при одинаковых значениях R₁, R_oc и глубине обратной связи. Это различие обусловлено тем, что в инвертирующем усилителе входное напряжение дополнительно ослабляется делителем R_l, R_oc.

За счет глубокой последовательной ООС, охватывающей усилитель, и большого входного сопротивления операционного усилителя R_вх ОУ входное сопротивление неинвертирующего усилителя велико и определяется следующим выражением:

. (11.17)

Анализ выражения (11.17) показывает, что с уменьшением коэффициента усиления К_{U неинв} входное сопротивление неинвертирующего усилителя возрастает и может составлять единицы-десятки ГОм.

Благодаря глубокой отрицательной обратной связи по напряжению и при одинаковой ее глубине выходное сопротивление в неинвертирующем и инвертирующем усилителях мало R_{вых инв}=R_{вых неинв} и не превышает десятков Oм.

При увеличении глубины ООС в неинвертирующем усилителе коэффициент усиления К_{U неинв} уменьшается и при 100 % ООС стремится к единице. Неинвертирующий усилитель становится повторителем напряжения. Этот повторитель выполняет те же функции согласующего каскада, что эмиттерный и истоковый повторители.

Т ак как в повторителе напряжения все выходное напряжение должно поступать на вход, то необходимость в резисторах R_oc и R₁ отпадает (рис. 11.9). На основании закона Кирхгофа для входной цепи можно записать

, (11.18)

а так как выходное напряжение в свою очередь связано с U_д следующей зависимостью U_вых=K_U ОУU_д, то выражение (11.18) преобразуется к виду

.

Ввиду того что К_U ОУ очень велико, то U_д стремится к нулю, в результате чего U_вх=U_вых. Учитывая, что U_bx подается на неинвертирующий вход, то сигнал на выходе совпадает по фазе и амплитуде со входным.

Входное сопротивление повторителя рассчитывается по формуле (11.17) при К_{U неинв}=1 и достигает значения сотен–тысяч МОм. Выходное же сопротивление очень мало (доли Ома). В связи с этим повторитель напряжения является почти идеальным согласующим или буферным каскадом.

Инвертирующий и неинвертирующий усилители широко применяются в качестве высокостабильных усилителей различного назначения.

11.9. Суммирующие схемы

К суммирующим схемам относятся сумматоры и схемы вычитания. Эти схемы используются для решения алгебраических уравнений и в устройствах аналоговой обработки сигналов. Сумматором называется устройство, на выходе которого сигналы, подаваемые на его входы, суммируются. Сумматоры строятся с использованием инвертирующих и неинвертирующих усилителей.