Усилители с обратной связью

Неинвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель

Распространена схема инвертирующего ОУ с ООС рис. 4.

Рис. 4

ОУ при подаче сигнала на инвертирующий вход при усилении меняет полярность сигнала на противоположную. При усилении синусоидального сигнала осуществляется сдвиг фазы на 180˚.

Так как входное сопротивление равно бесконечности, то I_вх=I_o

Левые части данных уравнений равны, следовательно равны и правые:

Коэффициент усиления равен:

Входное сопротивление инвертирующего усилителя с учетом того, что потенциал точки 1 равен нулю:

R_вх=R₁

При R2=R1 получаем инвертирующий повторитель К=-1.

Входной сигнал подается на прямой вход ОУ, рис. 5, а напряжение обратной связи на инверсный.

Рис. 5.

откуда

Коэффициент усиления будет равен

Минимальные значения резисторов в рассмотренных схемах ограничиваются нагрузочной способностью ОУ, а максимальные - соизмеримостям токов, протекающих по высокоомным резисторам, с диодными токами.

Выходное сопротивление неинвертирующего усилителя за счет обратной связи меньше, чем у самого ОУ.

Частный случай неинвертирующего усилителя – неинвертирующий повторитель R₁=¥, R₂=0, K=1. (Рис. 6).

Рис. 6.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя равно

где i_вх – входной ток между входами:

где R_вхОУ - входное сопротивление ОУ (без ОС).

При (U_вх-U_A) –> 0, i_вх–>0 и R_вх>>R_вхОУ

В ряде случаев входной сигнал подают на неинвертирующий вход через резистор, что позволяет уменьшить погрешность от разности входных токов.

Задача 1.1. Разработайте инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления –50 и входным сопротивлением 100 кОм.

Теория. В инвертирующем усилителе с ОС можно изменять коэффициент усиления. Сигнал на его выходе инвертирован по отно­шению ко входу. Схема инвертирующего уси­лителя показана на рис. 1.1. Резистор R_F в цепи ОС включен между выходным и вход­ным инвертирующим зажимами. В цепь меж­ду инвертирующим входом и зажимом, к ко­торому подводится усиливаемый сигнал, вклю­чено сопротивление R_1. Коэффициент уси­ления усилителя при замкнутой цепи ОС обозначен через А_цс.

При расчете коэффициента усиления пред­полагается, что ОУ идеальный. Поэтому коэф­фициент усиления при разомкнутой цепи ОС равен бесконечности и входной ток I_i = 0. Поскольку выходное напряжение имеет опре­деленное значение, а коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС равен бесконеч­ности, дифференциальное напряжение U_A=0. Узел А называют виртуальной землей. Для узла А можно записать I_i= I_F

и

Рассчитывая коэффициент усиления по напряжению, получаем

(1.1)

Так как узел А имеет потенциал земли, входное сопротивление ОУ

(1.2)

Рис. 1.1. Инвертирующий усилитель

Решение. Для схемы на рис. 1.1 соглас­но уравнению (1.2).Пусть = 100 кОм. Решая уравнение (1.1) относи­тельно получаем =50 • 100 • 10³ =5 • 10⁶ =5 МОм. Знак «-» говорит о том, что сигнал подается на инвертирующий вход.

Задание. Рассчитать и промоделировать инвертирующий усилитель на основе ОУ 741 со следующими параметрами:

№ варианта

Коэффициент усиления

Входное сопротивление, кОм

№ варианта
Коэффициент усиления
Входное сопротивление, кОм

Установить параметры генератора:

· Тип сигнала: «~»

· Частота 1 кГц

· Напряжение 10 мВ

Неинвертирующий усилитель. Усилитель может быть включен таким образом, что его выходное напряжение совпадает по фазе с входным. Такой вариант включения ОУ назы­вается неинвертирующим (рис. 1.2). Вход­ной сигнал подается на неинвертирующий вход, а инвертирующий вход соединен с ре­зистором ОС.