Инвертирующий усилитель на основе ОУ

Линейные схемы на основе операционных усилителей

Операционные усилители (ОУ) 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.

При создании схем с операционными усилителями используется ряд допущений, принимаемых в предположении, что используемые операционные усилители достаточно близки к идеальным.

Примем следующие допущения:

1. Входное сопротивление ОУ равно бесконечности, токи входных электродов равны нулю .
2. Выходное сопротивление ОУ равно нулю, т. е. ОУ со стороны выхода является идеальным источником напряжения (R_вых =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 ОУ).
4. В режиме насыщения напряжение на выходе равно по модулю напряжения питания, а знак определяется полярностью входного напряжения.
5. Синфазный сигнал не действует на ОУ.
6. Напряжение смещения нуля равно нулю.

Рассмотрим схему инвертирующего усилителя (рис. 10.1), из которого видно, что в ней действует параллельная обратная связь по напряжению.

Рис. 10.1. Инвертирующий усилитель с параллельной обратной связью

по напряжению

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

Если ОУ работает в режиме усиления, то u_диф = 0. В соответствии с этим на основании второго закона Кирхгофа получим

, .

Учитывая, что i₁ = i₂, получаем

.

Например, если R₁ =1 кОм, R₂ =10 кОм, тогда u_вых = –10 · u_вх.

Для уменьшения влияния входных токов ОУ на выходное напряжение в цепь неинвертирующего входа включают резистор R3 (рис. 10.2), которое определяется из выражения

.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах значительно ниже собственного входного сопротивления ОУ. Это подтверждает вывод о том, что параллельная отрицательная обратная связь уменьшает входное сопротивление.

Рис. 10.2. Операционный усилитель с обратной связью

Учитывая, что , входное сопротивление усилителя на низких частотах приблизительно равно R₁.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах R_вых.ос 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 ОУ.

Дата добавления: 2015-05-26