ИНВЕРТИРУЮЩИЙ И НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛИ

Одно из наиболее важных применений ОУ заключается в применении его в качестве усилителя.

Усилитель – схема, которая воспринимает входной сигнал, поступающий на ее вход, и выдает на выходе усиленную копию входного сигнала.

Все рассматриваемые нами схемы в этом разделе имеют одно общее свойство: резистор обратной связи, который подключается между зажимом выхода и входа «–». Схемы такого типа называют схемами с отрицательной обратной связью (ООС).

Отрицательная обратная связь дает много преимуществ, и все они основаны на том факте, что характеристики схемы не зависят больше от коэффициента усиления ОУ без обратной связи. В результате подключения резистора обратной связи, мы получаем коэффициент усиления k_ос меньший, чем коэффициент усиления без обратной связи (k_ос< k).

     2.1 Инвертирующий усилитель

Для изучения правил работы этой схемы примем два упрощающих положения:

1. Напряжение E_д между входами «+» и «-» практически равно нулю;

2. Ток, потребляемый входами «+» и «-», пренебрежимо мал, и его также считаем равным нулю.

Рис.4. Схема инвертирующего усилителя при положительном напряжении на входе (–)

Входное напряжение (рис.4) E_вх через резистор R_вх подается на инверсный вход ОУ. Резистор обратной связи R_ос образует петлю отрицательной обратной связи. Выходное напряжение U_вых снимается с резистора нагрузки R_н. Прямой вход «+» подключен к земле. Так как E_д=0, а потенциал входа «+» тоже равен нулю, получаем что , т.е. . Поэтому входное напряжение U_вх полностью падает на резисторе R_вх: , при этом через резистор R_вх протекает ток: . Так как входа ОУ не потребляют ток, то этот ток I целиком протекает через резистор обратной связи R_ос, вызывая падение напряжения:

.

Правый вывод резистора R_ос непосредственно подключен к верхнему выводу R_н. Нижний вывод R_н находится под потенциалом земли. Левый вывод R_ос также находится под нулевым потенциалом, т.е. R_н и R_освключены параллельно друг другу и следовательно к ним приложено одинаковое напряжение, таким образом .

Окончательно имеем:        

Знак «-» указывает на то, что из-за того, что E_вх подается на вход «-» ОУ, полярность выходного сигнала будет противоположной (рис.5).

Рис. 5. Осциллограммы входного Е_вх и выходного U_вых напряжений инвертирующего усилителя

Поделим левую и правую части полученного выражения на E_вх:

 - это коэффициент усиления с обратной связью.

Резисторы R_вх и R_ос, как правило, выбирают в пределах от 1 до 100 кОм.

Выбор резистора нагрузки R_н определяется двумя предельными параметрами:

1. Допустимый ток нагрузки регламентируется производителем и приводится в справочных данных (для большинства ОУ составляет );

2. Максимальное напряжение выхода ОУ ограничено напряжением насыщения и зависит от напряжения питания. Например, , , , .