3 Основные схемы включения операционных усилителей

Синтез разнообразных устройств на операционных усилителях и правила их анализа базируются на следующих принципах:

Свойства устройств, создаваемых на базе операционных усилителей за счет их охвата внешней обратной связью, полностью определяются лишь свойствами этой обратной связи.
Входы ОУ не потребляют ток от цепи источника сигнала.
Между входами ОУ имеет место виртуальный нуль, т.е. напряжение управления Uoy в любой схеме включения равно нулю.

Существует три основные схемы усилителей на основе ОУ: инвертирующий, неинвертирующий усилители и повторитель напряжения.

Инвертирующий усилитель. Схема такого усилителя приведена ранее на рис.6.2,а. Соотношение резисторов R1, R2 определяет коэффициент усиления. Резистор R1 повышает входное сопротивление усилителя, а резистор R3 нужен для компенсации входных токов ОУ, но и может и отсутствовать, то есть неинвертирующий вход может быть заземлен. Такой усилитель инвертирует входной сигнал, имеет небольшое входное сопротивление, но его коэффициент усиления может быть как больше, так и меньше единицы.

Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя приблизительно равняется

. (6.3)

Знак “-“ помечает, что входной сигнал усилителем инвертируется.

Входное сопротивление такого усилителя определяется параллельным соединением входного сопротивления ОУ и уменьшенного в (К_U + 1) раз сопротивления резистора обратной связи входного сопротивления R2 и последовательно включенного сопротивления резистора R1

_{, (6.4)}

где || - знак обозначения параллельного соединения элементов;

r_ВХ, К – входное сопротивление и коэффициент усиления ОУ.

Поскольку, то входное сопротивление инвертирующего усилителя практически определяется номиналом сопротивления R1.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя определяется

, (6.5)

где r_ВЫХ – выходное сопротивление ОУ.

Реально входное сопротивление усилителя достигает десятков…сотен кОм, а выходной десятков Ом.

Неинвертирующий усилитель. Схема такого усилителя приведена ранее на рис.6.2,б. Соотношение резисторов R1, R2 определяет коэффициент усиления. Резистор R1 повышает входное сопротивление усилителя, резистор R2 является резистором обратной связи, а резистор R3 нужен для компенсации входных токов ОУ. Такой усилитель не инвертирует входной сигнал, имеет большое входное сопротивление, но его коэффициент усиления может быть только больше единицы.

Коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя приблизительно равняется

. (6.6)

Входное сопротивление такого усилителя определяется приблизительно из

(6.7)

где М_СФ – коэффициент ослабления синфазного сигнала ОУ.

Сравнение (6.4) и (6.7) показывает, что входное сопротивление неинвертирующего усилителя, как правило, значительно выше, чем у инвертирующего и достигает десятков МОм.

Выходное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется также согласно (6.5).

, (6.8)

Повторитель напряжения. Это частный случай неинвертирующего усилителя (см. рис.6.2,в). Его коэффициент усиления равняется 1, поскольку R2 = 0, а R1 = ∞. Он имеет очень большое входное сопротивление (достигает десятков - сотен МОм) и малое выходное сопротивление (достигает десятков Ом). Поэтому его используют для согласования каскадов.

Значение сопротивления резистора R3 инвертирующего и неинвертирующего усилителей выбирают из условия

. (5.9)

Содержание