Усилители электрических сигналов

На рис.2.102 приведены базовые схемы усилителей электрических сигналов.

В схеме инвертирующего усилителя, рис.2.102,а, входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ через резистор R_вх. Согласно правилу 1, напряжение на R_вх равно Е_вх. Следовательно, через R_вх протекает ток I_вх = Е_вх/ R_вх. На основании правила 2 весь ток I_вх протекает по сопротивлению обратной связи R_ос. На R_ос создается падение напряжения R_ос I_вх = R_ос (Е_вх/ R_вх). Согласно правилу 1, выходное напряжение усилителя равно падению напряжения на сопротивлении обратной связи. Поэтому, с учетом инвертирования (изменения знака) входного напряжения:

U_вых = - Е_вх (R_ос/ R_вх) или U_вых = К_ос Е_вх, (2.5)

где К_ос = - (R_ос/ R_вх) – коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя.

Рис. 2.102. Усилители электрических сигналов

а. – инвертирующий усилитель;

б. – повторитель напряжения;

в. – неинвертирующий усилитель.

На рис. 2.102.б приведена схема усилителя с единичным коэффициентом усиления по напряжению. Так как источник входного напряжения подключен к неинвертирующему входу ОУ, выходной сигнал имеет такой же знак, как и входной сигнал. Согласно правилу 1, U_вых = Е_вх. Так как ОУ имеет очень большое сопротивление со стороны своих входов (правило 2), входное сопротивление такой схемы велико.

Повторитель напряжения применяется в основном для повышения входного сопротивления какой-либо схемы. Для этого достаточно подключить повторитель напряжения ко входу такой схемы. Например, с помощью повторителя напряжения можно повысить входное сопротивление вольтметра, что способно существенно уменьшить методическую погрешность измерения напряжения в высокоомных цепях.

В схеме неинвертирующего усилителя, рис.2.102.в, входное напряжение (как и в случае повторителя напряжения) подается на неинвертирующий вход ОУ. Благодаря резисторам R_ос и R_вх возможно изменение коэффициента передачи напряжения.

Согласно правилу 1, на R_вх падает напряжение равное входному напряжению Е_вх. Через R_вх протекает ток I_вх = Е_вх/ R_вх. Согласно правилу 2, весь ток I_вх протекает через резистор обратной связи R_ос, создавая на нем падение напряжения I_вх R_ос. Как видно из схемы усилителя, выходное напряжение равно сумме падений напряжений на резисторах R_ос и R_вх. То есть:

U_вых = Е_вх + (Е_вх/R_вх) R_ос = Е_вх (1+ R_ос/R_вх) = Е_вх К_ос, (2.6)

где К_ос = 1+ (R_ос/R_вх) – коэффициент передачи напряжения неинвертирующим усилителем.

Сравнивая формулы (2.5) и (2.6) нетрудно заметить, что коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя равен соответствующему коэффициенту инвертирующего усилителя плюс 1.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя значительно больше, чем входное сопротивление инвертирующей схемы. В самом деле, входное сопротивление схемы, рис.2.102.а, равно R_вх, а входное сопротивление схемы, рис.2.102.в, равно сопротивлению ОУ со стороны неинвертирующего входа.

Кроме рассмотренных схем с ОУ существует множество других применений операционных усилителей. Ряд из них представлен в учебном пособии: Ефимов И.П. Операционные усилители и их применение: Учебное пособие. – Ульяновск: УлГТУ, 2000. – 70 с.

Дата добавления: 2014-01-07