Последовательная отрицательная обратная связь в ОУ. Повторитель, неинвертирующий усилитель.

Операционный усилитель. Основные понятия. Коэффициент усиления, коэф. Подавления синфазной составляющей, входные токи, напряжение смещения. Идеальный ОУ.

Операционный усилитель (ОУ) – универсальное усилительное устройство, изначально предназначенное для выполнения математических операций – откуда и название операционный. Графическое обозначение ОУ дано на рис.2.1.

Рис.2.1. Графическое обозначение ОУ,  – коэффициент усиления ОУ

Кроме отмеченных выводов схемы ОУ имеют еще выводы питания, при необходимости, выводы частотной коррекции, балансировки, задания тока потребления и пр.

Абсолютные значения трех сигнальных напряжений, отсчитываемых относительно общего вывода питания, находятся в пределах питающих напряжений. Как правило, напряжения питания , . При этом размах выходного напряжения , и входных ,  симметричен в обеих полярностях и гарантированно перекрывает диапазон .

Основным свойством ОУ является чувствительность только к разности входных напряжений и не зависит от их абсолютных значений. Откуда вводятся два понятия: синфазное входное напряжение  (общая составляющая напряжений на входах, которая должна подавляться) и дифференциальное входное напряжение , на которое усилитель реагирует. Будем считать, что

, .

Для понимания работы схем с использованием ОУ будем полагать, что ОУ «идеальный». Под идеальным ОУ понимается следующее:  – коэффициент усиления ОУ равен бесконечности; входное сопротивление ; ; коэффициент подавления синфазного входного напряжения равен ∞. Понятно, что с таким коэффициентом усиления ОУ никому не нужен. Поэтому он предназначен для работы с глубокой отрицательной обратной связью. Различают два вида широко используемой обратной связи в схемах с ОУ. Это параллельная и последовательная отрицательные обратные связи.

Параллельная отрицательная обратная связь в ОУ. Примеры: интегратор, дифференциатор, инвертор.

На рис. 2 представлена схема с ОУ, охваченным параллельной отрицательной обратной связью.

Рис.2. Параллельная отрицательная обратная связь

Из свойств идеального ОУ  вытекает, что разность между инвертирующим и неинвертирующим входами чрезвычайно мала  и входы можно считать виртуально (квази) закороченными. Выходное напряжение для данной схемы можно найти из следующих соображений. Поскольку инвертирующий вход – точка суммирования, находится под нулевым потенциалом, то ток, протекающий по резистору , является входным током, который будет определяться следующим соотношением , а выходное напряжение , откуда коэффициент усиления  схемы с параллельной ООС будет равен , то есть  определяется не свойствами ОУ, а элементами ОС , .

На рис.3а представлена схема инвертора или схема умножения входного напряжения на . Это достигается тем, резисторы . На рис.3б представлена схема дифференциатора. Поскольку , а , который в то же время равен  (инвертирующий вход виртуально заземлен), то , .

На рис.3г, 3д представлены схемы интеграторов входного напряжения. Для схемы на рис.3г справедливо

, , , .

Аналогично имеем для схемы на рисунке 3д

, , .

Последовательная отрицательная обратная связь в ОУ. Повторитель, неинвертирующий усилитель.

В большинстве аналоговых устройств на основе операционного усилителя используется обратная связь. Обратная связь – это процесс передачи части выходного сигнала на вход. Обратная связь бывает отрицательной, при которой сигнал обратной связи вычитается из входного сигнала, и положительной – когда сигналы складываются. Принцип отрицательной обратной связи, которая наиболее часто используется в операционных усилителях и показан на рис

Неинвертирующий усилитель

    Схема неинвертирующего усилителя приведена на рисунке. В этой схеме сигнал подается на неинвертирующий вход. Используемая обратная связь называется последовательной по напряжению (источник входного сигнала и цепь ОС включены последовательно, сигнал ОС пропорционален выходному напряжению).

ПовторительНа рис. 7 представлен повторитель, подобный эммитерному, на основе операционного усилителя. Он представляет собой не что иное, как неинвертирующий усилитель, в котором сопротивление резистора R₁ равно бесконечности, а сопротивление резистора R₂ - нулю (коэффициент усиления = 1). Существуют специальные операционные усилители, предназначенные для использования только в качестве повторителей, они обладают улучшенными характеристиками (в основном более высоким быстродействием).