ОУ с последовательной обратной связью, примеры использования.

Операционный усилитель (ОУ) – универсальное усилительное устройство, изначально предназначенное для выполнения математических операций – откуда и название операционный. Графическое обозначение ОУ дано на рис.1.

Рис.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 полагают, 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.

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 , .

Схема с ОУ с последовательной отрицательной обратной связью представлена на рис. 3.

Рис.3. Последовательная отрицательная ОС

В данной схеме часть выходного напряжения передается на инвертирующий вход через делитель , . Напряжение на инвертирующем входе равно

.

Напряжение на неинвертирующем входе равно . Поскольку входы ОУ виртуально заземлены , то справедливо равенство

, ,

откуда

, .

Таким образом, коэффициент усиления  схемы определяется, как и прежде, только соотношением сопротивлений резисторов ,  и не зависит от свойств от ОУ. Несколько схем включения ОУ с последовательной ОС представлено на рис. 3.

На рис.3а представлена схема сумматора. Напряжение , а напряжение  находится следующим образом

,

где .

Рис.2. Схемы на основе ОУ с последовательной ООС

Таким образом, выходное напряжение представляет собой сумму входных, взятых с определенным весовым коэффициентом.

.

На рисунке 3б представлена схема повторителя. , . Достоинством схемы является высокое входное сопротивление  и низкое выходное сопротивление . Схема используется для согласования источников напряжения с высоким и нестабильным выходным сопротивлением.

Недостатком схем с последовательной ООС является высокий уровень синфазного напряжения, равный напряжению на неинвертирующем входе.