Неинвертирующий усилитель на оу

В неинвертирующем усилителе (рис. 8.10) коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть жестко задан с помощью сопротивлений R₁и R_ос. В данной схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ. Усилитель содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, создаваемую на резисторе R₁и поданную на инвертирующий вход. Схема обладает высоким полным входным сопротивлением.

Выражение для коэффициента усиления этой схемы можно получить, используя условие равенства напряжений на входах ОУ и считая ОУ идеальным. Тогда

Рис. 8.11. Повторитель напряжения

,

отсюда коэффициент усиления схемы равен:

.

Повторитель напряжения

Если в неинвертирующем усилителе положить R₁ равным бесконечности (R₁ = ∞), а R_ос равным нулю (R_ос= 0), то мы придём к схеме, изображённой на рис. 8.11.

Согласно принятым допущениям, напряжение на инвертирующем входе ОУ должно равняться входному напряжению (U_вх). Но, с другой стороны, неинвертирующий вход соединен с выходом схемы. Следовательно,Uвых =U_вх, то есть выходное напряжениеповторяетвходное напряжение.

Такая схема повторителя напряжения используется в качестве усилителя с большим значением входного сопротивления, обеспечивая развязку предыдущего каскада от нагрузочного влияния следующих за ним каскадов.

И Рис. 8.12. Схема инвертирующего усилителянвертирующий усилитель

В инвертирующем усилителе (рис. 8.12) входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180°. Изменение знака выходного сигнала относительно входного создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора R_оспараллельной обратной связи по напряжению. Неинвертирующий вход связан с общей точкой (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R₁на инвертирующий вход ОУ.

Так как неинвертирующий вход ОУ заземлен и разность напряжений между входами U₀ = 0, то инвертирующий вход тоже имеет нулевой потенциал относительно земли. Поэтому I_вх = U_вх/ R₁. Так как входы ОУ не потребляют тока, то

I_ос = I_вх = U_вх / R₁.

Выходное напряжение, то есть напряжение на выходном выводе относительно общей шины, можно найти как падение напряжения от тока I_осна резисторе R_ос, т.е.

U_вых= -R_осI_ос= -U_вхR_ос/ R₁.

Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен:

K_{u инв}= U_вых / U_вх = -R_ос / R₁.

Таким образом, коэффициент усиления инвертирующего каскада ОУ зависит только от параметров внешней цепи и не зависит от коэффициента усиления самого ОУ. Обычно R₁ выбирается так, чтобы не нагружать источник напряжения (U_вх), а R_ос должно быть достаточно большим, чтобы чрезмерно не нагружать операционный усилитель.

Если выбрать R_ос= R₁, когда К_uос= -1, то схема (см. рис. 8.12) получит свойства инвертирующего повторителя напряжения.

Поскольку U₀→ 0, входное сопротивление схемы R_вх= R₁, выходное сопротивление усилителя равно:

R_вых= (R_выхоу(1 + R_ос / R₁)) / К_u,оу.

При коэффициенте усиления ОУ, стремящемся к бесконечности (К_u,оу→ ∞) выходное сопротивление стремится к нулю (R_вых→ 0).

Инвертирующий сумматор

В схеме трехвходового сумматора (рис. 8.13) потенциал суммирующей точки (точка А) равен потенциалу земли. Поэтому:

; ;.

В

Рис. 8.13. Инвертирующий сумматор

се эти токи проходят через R_ос, т.е.

I_C = I₁ + I₂ + I₃.

Это значит, что I₁, I₂, I₃не влияют друг на друга. Следовательно, и входные напряжения Е_вх1, Е_вх2, Е_вх3не взаимодействуют друг с другом.

По аналогии с инвертирующим усилителем :

.

Или учитывая, что R_ос = R, имеем:

.

Если в схеме (см. рис. 8.13) требуется просуммировать только два входных сигнала (Е_вх1, Е_вх2), третий вход можно просто заземлить.

Для n входов выходное напряжение равно:

U_вых= -(E_вх1+E_вх2+ …+E_вхn ),

где n - число входов.

Суммирующие схемы могут работать как при постоянных, так и при переменных напряжениях. В случае необходимости суммирования входных сигналов с разными весовыми коэффициентами целесообразно использовать схему рис. 8.14. Выходное напряжение сумматора определяется аналогично:

.