6.2 Инвертирующий усилитель на основе оу

Схема инвертирующего включения операционного усилителя (ОУ) приведена на рисунке 6.3, из которой видно, что в ней действует параллельная отрицательная обратная связь по напряжению.

Uвых

Рисунок 6.3 – ОУ в инвертирующем включении

Согласно характеристикам ОУ ток инвертирующего входа (Iвх-) равен нулю, тогда I1 = I2, в соответствии с первым законом Кирхгофа.

Если Uвх  0 (Uдиф = 0), тогда по второму закону Кирхгофа:

С учетом I1 = I2, получим:

Таким образом

Для уменьшения влияния разности входных токов ОУ на выходное напряжение в цепь неинвертирующего входа включают резистор, величина которого рассчитывается как параллельное соединение двух сопротивлений R1 и R2:

Входное сопротивление ОУ в инвертирующем включении значительно ниже его собственного входного сопротивления. Это определяется влиянием параллельной ООС. Раз Uдиф = 0, то входное сопротивление в этом случае приблизительно равно R1.

Выходное сопротивление ОУ для инвертирующего включения на низких частотах значительно меньше Rвых для собственного выходного сопротивления ОУ. Это также является следствием влияния ООС (ОС по напряжению уменьшает Rвых, см. раздел 2.1).

Величина R_{ВЫХ О.С.} может быть рассчитана:

где Rвых – сопротивление ОУ;

К – коэффициент усиления ОУ по напряжению (без ОС);

коэффициент передачи звена ОС.

6.2 Неинвертирующий усилитель на основе оу

В неинвертирующем включении (см. рисунок 6.4) имеет место последовательная ООС по напряжению. Наличие подобной формы ООС изменяет и основные соотношения для Ku, Rвх, Rвых.

В соответствии с ранее принятыми допусками i_вх- = i_вх+ (входной ток инфвертирующего и неинвертирующего входов ОУ) = 0, тогда i1 = i2.

Рисунок 6.4 – ОУ в неинвертирующем включении

Поскольку Uдиф = 0, U_ВХ = - U_R1 , а U_ВХ - U_ВЫХ = I2R2. Следовательно, I1R1 = - U_ВХ, I1 = - U_ВХ / R1.

,

Таким образом, коэффициент усиления неинвертирующего ОУ равен:

На низкой частоте входное сопротивление ОУ будет определяться как:

и при К =  (К – коэффициент усиления цепи прямого преобразования, неи путать с К_ОС), R_{ВХ OC} = .

Аналогично:

и при К =  , R_{ВЫХ OC}  0.

В реальных ОУ выходное сопротивление лежит в диапазоне: сотни Ом – единицы кОм.

6.3 Повторитель напряжения на оу

Схема повторителя напряжения легко получается из схемы усилительного звена на ОУ в неинвертирующем включении для R1  , R2  0 (см. рисунок 6.5). И тогда для каскада коэффициент усиления ОУ равен 1, а напряжение на выходе повторяет напряжение на входе :

С одной стороны повторитель – это усилитель, охваченный 100 % последовательной ООС по напряжению. В этом случае β = 1. Следовательно, произведение β ·К_ОУ >> 1 (см. раздел 2.1),

С другой стороны для неинвертирующего включения (см. раздел 6.2):

Рисунок 6.5 – Повторитель напряжения на ОУ

Учитывая, что повторитель напряжения на ОУ подобен по свойствам эмиттерному и истоковому повторителям:

(см. свойства последовательной ООС по напряжению), поскольку коэффициент усиления ОУ без обратной связи (К_ОУ) лежит в пределах 10⁴÷10⁵, R_ВХ__ОУ → ∞, R_{ВЫХ_ОУ}→ 0.

Повторители напряжения на ОУ используются там же, где применяют эмиттерные и истоковые повторители – во входных буферных и выходных согласующих каскадах.