Неинвертирующий усилитель. Схема на рис. 17 а позволяет использовать операционный уси­литель в качестве неинвертирующего усилителя с высоким пол­ным входным сопротивлением

Схема на рис. 17 а позволяет использовать операционный уси­литель в качестве неинвертирующего усилителя с высоким пол­ным входным сопротивлением, причем коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть жестко задан с помощью сопротивлений R ₁и R _о.с. Полное входное сопротивление всей схемы оказывается высоким, так как единственным путем для тока между входом и землей (входного тока) является вы­сокое полное входное сопротивление операционного усилителя.

а б

Рис. 17. Неинвертирующий (а) и инвертирующий (б) усилитель

Сопротивления R ₁и R _о.собразуют делитель напряже­ния с очень малой нагрузкой, в силу того что ток, необходи­мый для управления усилите­лем, очень мал (I _см ≈ 0). Поэтому через R ₁и R _о.с течет одинаковый ток, и напряжение, приложенное к инвертирую­щему входу, равно U _вых R₁ / (R ₁ + R _о.с).

Если, например, U _вх= 1 В, то усилитель будет реагировать на превышение U _днад U _вых/ А,меняя выходное на­пряжение до тех пор, пока, напряжение на инвертирующем входе не станет равным напряжению на неинвертирующем входе (т. е. U _д = U _вых/ A ≈ 0). Если R₁ = 10 кОм и R_О.С = 100 кОм, то, U_BЫX должно стать равным 11 В для того, чтобы U _дстало настолько малым, чтобы точно соответствовать вы­ходному напряжению усилителя. После этого выходное напряжение будет оставаться равным 11 В, пока не изменится входной сигнал.

Чтобы получить выражение для коэффициента усиления нашей схемы, напомним, что =, так как R _вх →∞. Имеем = / R₁ и = / R _о.с. Напряжение на инверти­рующем входе усилителя равно U_BX + U_Д, поэтому

= (U _вх + U _д)/ R ₁, = [ U _вых – (U _вх + U _д)]/ R _о.с.

Следовательно, (U _вх + U _д)/ R ₁ = [ U _вых – (U _вх + U _д)]/ R _о.с. По­скольку U _вых =AU _ди U _д = (U _вых/ A,то если, как мы предпо­ложили, А→∞ и U _д ≈ 0, можно написать U _вх / R ₁ = (U _вых – U _вх )/R _о.с. Отсюда найдем коэффициент усиления схемы U _вых / U _вх,который обычно называют коэффициентом усиления с замкнутой обратной связью К _о.с или коэффициентом усиле­ния замкнутого усилителя. Решая уравнение U _вх R _о.с = R ₁ U _вых - R ₁ U _вхполучим

U _вх(R _о.с + R ₁) = R ₁ U _вых,(R _о.с + R ₁)/ R ₁ = U _вых/ U _вх = К _о.с.

Таким образом, значения сопротивления R_О,С и R₁ определяют коэффициент усиления схемы по напряжению. Формула для коэффициента усиления с замкнутой обратной связью неинвер­тирующего усилителя

К _о.с = (R _о.с + R ₁)/ R ₁ = R _о.с / R ₁ + 1 (1)

верна в случае, когда А >> К _о.с. Вторым видом выражения для коэффициента усиления (К _о.с = R _о.с/ R ₁ + 1) удобнее пользоваться при решении задач.

Использование сопротивлений R ₁и R _о.с для того, чтобы подать часть выходного напряжения на вход, как это сделано в рассмотренном неинвертирующем усилителе, называют вве­дением обратной связи. Это – весьма важное понятие. Заметим, что сопротивление R ₁ +R _о.сследует выбирать таким, чтобы общий ток нагрузки с учетом этого сопротивления не превышал максимального выходного тока усилителя.

Если надо задать коэффициент усиления с обратной связью неинвертирующего усилителя, когда R ₁уже выбрано, следует разрешить выражение для коэффициента усиления с обратной связью относительно R _о.с:

К _о.с= R _о.с/ R ₁ + 1, К _о.с – 1 = R _о.с/ R ₁ так что R _о.с = R ₁ (К _о.с– 1).