Неинвертирующий усилитель напряжения с ОУ

Устройства с операционным усилителем.

Идеальный ОУ.

Для анализа состояния устройств, содержащих ОУ, введено понятие идеального операционного усилителя:

U _{вых,макс} = E _ип, K_U = ∞, R _вх = ∞, R _вых = 0, f _гр = ∞

Для идеального ОУ при этом следует:

- входное напряжение U_вх1-U_вх2=0,

- входные токи I_вх1=I_вх2=0.

ОУ используются всегда с отрицательными обратными связями.

На рис. 9.11 приведена схема неинвертирующего усилителя напряжения.

Рис.9.11. Схема неинвертирующего усилителя напряжения с ОУ.

Свойства усилителя можно описать следующим образом. Так как U _вх1- U _вх2≈0 (т.е. U _вх1≈ U _вх2 ) и входной ток инвертирующего входа ОУ I _вх2=0, то резисторы R₁ и R₂ имеют один ток и их можно считать соединенными последовательно. Поэтому U _вх2 = U _вых R ₁/(R₁ +R₂) и U _вх1 = U _вых R ₁/(R₁ +R₂). Отсюда коэффициент усиления по напряжению равен

K_{U 1}= U _вых / U _вх1 = (R ₁ + R ₂) / R ₁ = 1 + R ₂ / R ₁

Здесь напряжение на резисторе R ₁ равно части выходного напряжения U _вых. Это напряжение подается на инвертирующий вход U _вх2 одновременно с напряжением U _вх1 и уменьшает выходное напряжение. Таким способом формируется отрицательная обратная связь (ООС), при которой часть выходного напряжение (напряжение обратной связи) подается на вход, уменьшая выходное напряжение. В данном случае имеет место последовательная (т.к. входное напряжение ОУ составляется из двух напряжений) отрицательная (т.к. напряжения сигнала и обратной связи вычитаются) обратная связь по напряжению (т.к. напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению).

Заметим, что в выражение для коэффициента усиления не входит коэффициент усиления операционного усилителя, его входное и выходное сопротивления. Это допустимо в той мере, в какой входное сопротивление ОУ больше внутреннего сопротивления источника сигнала и выходное сопротивление - меньше сопротивления нагрузки. В правильно сконструированных устройствах это выполняется с достаточной точностью для инженерной практики.