1.2. Инвертирующий усилитель

Схема инвертирующего усилителя показана на рис.2.

Рис. 2.

Входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ, а неинвертирующий вход соединяется с точкой нулевого потенциала. Будем считать, что потенциал точки А равен 0, т.к. разность напряжений между входами ОУ близка к нулю. Поэтому токи, текущие через резисторы R₁ и R_ос (I₁ и I₂), соответственно равны U_вх/R₁ и U_вых/R_ос. С учетом практического отсутствия входного тока самой микросхемы, их сумма, согласно первого закона Кирхгофа, равна нулю:

Отсюда, коэффициент усиления инвертирующего усилителя К равен:

(1)

.

Отрицательный знак К показывает, что выходное напряжение по знаку всегда противоположно входному, поэтому усилитель называется инвертирующим.

Входное сопротивление схемы инвертирующего усилителя существенно меньше, чем собственное входное сопротивление ОУ. Его значение можно оценить, если считать потенциал точки А равным нулю. В этом случае R_вх=R₁.

3. Неинвертирующий усилитель

Если в качестве цепи обратной связи ОУ использовать простейший делитель напряжения и производить операцию вычитания напряжений с помощью дифференциальных входов ОУ, то получим схему неинвертирующего усилителя (рис.3).

Рис. 3.

Поскольку напряжения на дифференциальных входах примерно равны, то U_вх=U_ос. Напряжение U_ос является частью выходного- напряжения:

О тсюда, коэффициент усиления равен:

(2)

Входное сопротивление схемы равно входному сопротивлению ОУ, то есть весьма велико.

Важным частным случаем неинвертирующего усилителя является такая схема включения ОУ, в которой R_ос=0. Из формулы (2) получим для этой схемы К=1. Такая схема называется повторителем (рис. 4). Она используется в качестве преобразователя сопротивлений, например, в усилителях биопотенциалов клетки, когда входное сопротивление усилителя должно быть высоким.

Рис. 4.

1.4. Интегрирующий усилитель

Схема интегрирующего усилителя приведена на рис. 5.

Рис. 5.

Так как точку А можно считать точкой нулевого потенциала, то на конденсаторе С действует напряжение U_вых, т.е. U_с=U_вых. Ток, протекающий через резистор R, равен I₁=U_вх/R. Пренебрегая малым входным током самой микросхемы, можно считать токи I₁ и I₂ равными. Током I₂ заряжается конденсатор С. Выразим этот ток.

Известно, что заряд q, накапливаемый на обкладках конденсатора равен:

Т

(3)ё

ок, протекающий через конденсатор:

Как видно из рис. 5, ток I₂ = -I₁, а ток I_c = I₂. Подставляя значения этих токов, получим:

И нтегрируя последнее выражение, получим:

(4)

Выражение (4) показывает, что выходное напряжение интегрирующего усилителя пропорционально интегралу входного напряжения.

3. Дифференцирующий усилитель

Обратная связь в дифференцирующем усилителе осуществляется через резистор R (рис.6).

Рис. 6.

Принимая потенциал точки А равным нулю, имеем: U_c=U_вх.

Ток I_с равен . С другой стороны, . Выразим напряжение U_вых:

(5)

Таким образом, выходное напряжение в дифференцирующем усилителе пропорционально производной входного сигнала по времени.