Инвертирующий усилитель напряжения

Для усиления входного напряжения необходимо преобразовать его в ток и подать на вход приёмника тока (см. рис. 5.1). Это преобразование в схеме инвертирующего усилителя (рис. 5.2) осуществляет резистор R 1, сопротивление которого задает значение входного тока инвертирующего усилителя I ₁. Значение тока в цепи обратной связи I ₂ задает сопротивление резистора R 2.

Резистор R 2 создаёт отрицательную обратную связь, с помощью которой расширяется полоса пропускания усилителя и обеспечивается требуемый коэффициент усиления напряжения усилителя, который существенно меньше собственного коэффициента усиления ОУ. Значения сопротивлений резисторов R 1 и R 2 определяют глубину отрицательной обратной связи и, следовательно, значение коэффициента усиления инвертирующего усилителя, которое равно:

К_и = . (5.8)

A Рисунок 5.2 – Схема инвертирующего усилителя

Рассчитаем коэффициент усиле-ния напряжения инвертирующего усилителя К_и. Находим токи:

І ₁ = ; (5.9)

І ₂ = .(5.10)

В формулах (5.9) и (5.10) напряжение U_i равно разности потенциалов между входами ОУ.

Поскольку отрицательная обратная связь выравнивает потенциалы входов ОУ, то потенциал инвертирующего входа равен нулю, т.е. можно полагать, что он является виртуальной землёй, тогда,

U_і = 0. (5.11)

Тогда токи в схеме (5.2) будут равны:

І ₁ = ; (5.12)

І ₂ = – .(5.13)

Знак “–“ в формуле (5.13) отражает тот факт, что сигнал поступает к инвертирующему входу, поэтому знаки входного U _вх и выходного U _вых напряжений противоположны, сдвинуты по фазе на π.

Поскольку входные сопротивления входов собственно ОУ бесконечно велики, то они никогда не обтекаются токами. Поэтому входной ток І ₁ может протекать только по цепи обратной связи R2, следовательно,

І ₁ = І ₂. (5.14)

Из формул (5.8) и (5.12)…(5.14) получаем выражение для коэффициента усиления инвертирующего усилителя

К_{и и} = . (5.15)

Знак “–“ указывает на противоположность фаз U _вх и U _вых: U _вых = – К_и U _вх, т.е. инвертирующий усилитель поворачивает фазу входного сигнала на 180^о.

Из выражения (5.15) видно, что коэффициент усиления инвертирующего усилителя однозначно определяется отношением сопротивлений резистора R 2в цепи обратной связи и резистора R 1в цепи инвертирующего входа. Выбором сопротивления R ₂ обеспечивают требуемое усиление.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя равно R ₁, поэтому значение R ₁ выбирают из условия обеспечения необходимого входного сопротивления. Значит, требуемый коэффициент усиления обеспечивают преимущественно выбором значения сопротивления R ₂.

Инвертирующий усилитель может принимать сигналы как непосредственно по гальванической цепи (усилитель постоянного тока), так и через разделительный конденсатор (усилитель переменного тока).