Инвертирующий усилитель на основе ОУ

Т 8.3 Схемы включения операционных усилителей

Как уже отмечалось, операционные усилители в насто­ящее время используются в самых различных электронных устройствах. Их широко применяют как в аналоговых, так и в импульсных устройствах электроники. В то же время существуют и часто используются типовые линейные схе­мы на основе операционных усилителей. Такие типовые схемы должен знать каждый инженер, использующий электронные устройства. Именно такие схемы рассматри­ваются ниже.

Очень полезно овладеть достаточно простыми приема­ми ручного анализа электронных схем на основе операци­онных усилителей. Это значительно облегчит понимание принципа действия конкретных устройств электроники и будет способствовать получению достоверных результатов машинного анализа. Указанные приемы анализа основа­ны на ряде допущений, принимаемых в предположении, что используемые операционные усилители достаточно близки к идеальным. Практика расчетов показывает, что результаты, получаемые на основе допущений, имеют вполне приемлемую погрешность.

Примем следующие допущения:

1. Входное сопротивление операционного усилителя равно бесконечности, токи входных электродов равны нулю

(Rвх → ∞, i₊ = i- = 0).

2. Выходное сопротивление операционного усилителя равно нулю, т. е. операционный усилитель со стороны выхода является идеальным источником напряжения

(Rвых= 0).

3. Коэффициент усиления по напряжению (коэффици­ент усиления дифференциального сигнала) равен беско­нечности, а дифференциальный сигнал в режиме усиле­ния равен нулю (при этом не допускается закорачивания выводов операционного усилителя).

4. В режиме насыщения напряжение на выходе равно по модулю напряжению питания, а знак определяется полярностью входного напряжения. Полезно обратить внимание на тот факт, что в режиме насыщения диффе­ренциальный сигнал нельзя всегда считать равным нулю.

5. Синфазный сигнал не действует на операционный усилитель.

6. Напряжение смещения нуля равно нулю.

Рассмотрим схему инвертирующего усилителя (рис. 1), из которой видно, что в ней действует параллельная обратная связь по напряжению.

Рис. 1

Так как i- = 0, то в соответ­ствии с первым законом Кирхгофа i1 = i2.

Предположим, что операционный усилитель работает в режиме усиления, тогда и_диф = 0. В соответствии с этим на основании второго закона Кирхгофа получим

Учитывая, что i₁ = i₂, получаем и_вых = -и_вх (R₂/R₁)

Таким образом, инвертирующий усилитель характери­зуется коэффициентом усиления по напряжению, равным

Например, если R₁ = 1 кОм, R₂ = 10 кОм, тогда

Для уменьшения влияния входных токов операционно­го усилителя на выходное напряжение в цепь неинверти­рующего входа включают резистор с сопротивлением R₃ (рис. 2), которое определяется из выражения

Рис. 2

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах значительно ниже собственного входного сопротивления операционного усилителя. Это полностью соответствует сделанному раннее выводу о том, что параллельная отрицательная обратная связь, имеющая место в схеме, уменьшает входное сопротивление. Учитывая, что u_диф ≈ 0, легко заметить, что входное сопротивление усилителя на низких частотах приблизительно равно R₁.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах R_выхос существенно меньше выходного сопротивления на низких частотах R_вых собственно операционного усилителя. Это является следствием действия отрицательной обратной связи по напряжению.

Можно показать, что

где К — коэффициент усиления по напряжению операци­онного усилителя.

Дата добавления: 2014-01-20