Инвертирующем усилителе

Повторитель напряжения. При выполнении условия г > г значение коэффициента усиления неинвертирующего усилителя (10.37) стремится к единице. В предельном случае (rt -*•<», г -»0) неинвертирующий усилитель преобразуется в повторитель напряжения ( 10.80).

- входное сопротивление инвертирующего усилителя.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя, как и неинвертирующего, мало.

Схемы с применением ОУ можно выполнить различными способами, однако в линейных устройствах необходима отрицательная обратная связь, и, следовательно, использование для ее осуществления только инвертирующего входа. На 8.1,6, в приведены наиболее распространенные схемы включения ОУ. Схема неинвертирующего устройства (см. 8.1,6) характеризуется последовательной по входу ОС и подачей сигнала на неинвертирующий вход. У инвертирующего усилителя (см. 8.1,в) ОС является параллельной относительно входа ОУ. Напряжение усиливаемого сигнала также подается на инвертирующий вход. В этом случае неинвертирующий вход соединяется с общим проводом. Со стороны выхода обе схемы имеют ОС по напряжению. На базе этих структур можно выполнить операционные схемы с выходом по току и одноименной ОС, как показано на 8.1,г [13]. Для последней схемы ОУ должен представлять источник тока по отношению к нагрузке.

Повторитель напряжения — особый случай неинвертирующего усилителя — самая простая операционная схема. Ее цепь ОС вырождается в непосредственное соединение выхода со входом (Яв2 = 0, Яв1 = оо) В результате Кр=Ко1(1 +KD) ~1.

Для определения входного сопротивления схемы по формуле Блек-мана запишем ^о=^в1+.Квх1>(#в2 + Ян1]#выхг>). В схеме инвертирующего усилителя с ?/4/?/3=./(в=°°, RBXD—OO, #выхл=0 коэффициенты передачи Ki^RBzKRm+RBz), Kz—1, Кск = 0, B = Rml(RB\ + +RBZ), а сопротивление #о = ^в1+#в2 и FK= 1+/Св^в1/)(^в1 + /?в2), Ср. В результате

. Пример 8.14. Определить коэффициент усиления напряжения инвертирующего усилителя ( 8.1, в) при ^В1 = 10 кОм, RBZ— =82 кОм.

4.5. Схема инвертирующего усили-. теля (а) и инвертирующего усилителя с «выравнивающим» резистором (б)

Применение операционных усилителей. При использовании ОУ в качестве инвертирующего усилителя ( 4.5, а) выходное напряжение сдвинуто по отношению к входному на 180°. Входное напряжение 0Вх подается на инвертирующий вход через резистор Ri. С помощью резистора /?0с осуществляется

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя

Нетрудно убедиться, что входное сопротивление инвертирующего усилителя

Инвертирующий усилитель. В инвертирующем усилителе используется параллельная отрицательная связь по напряжению ( 10.81). Отрицательный характер обратной связи обеспечивается цепью обратной связи с сопротивлением г , соединяющей выход усилителя и его инвертирующий вход. В сопротивлении входной цепи т\ учтено внутреннее сопротивление источника сигнала.

/С* =1001, #BXF=$BI=I МОм. Такого результата в простом инвертирующем усилителе можно было бы достичь только при использовании в качестве RB2 «электрометрического» резистора с сопротивлением 1001 МОм. Этот способ увеличения сопротивления, однако, имеет серьезный недостаток — оно сопровождается возрастанием сдвига и шумов.

Знак « — » в выражении (4.2) означает, что в инвертирующем усилителе входное и выходное напряжения находятся в противофазе.

Если в инвертирующем усилителе (см. 4.5) резистор Roc заменить конденсатором Сос, то получится интегратор ( 4.8, а). Действительно, uBX=/?iiBx, a иВЫх=ис. Так как А" in /- Аи,,,,

Другой широко распространенный вариант включения ОУ реализуется в виде неинвертирующего усилителя, принципиальная схема которого приведена на 3.47. Входной сигнал здесь поступает на неинвертирующий вход ОУ, а на инвертирующий подается сигнал обратной связи. Нетрудно показать, что в инвертирующем усилителе на ОУ имеет место последовательная ООС по напряжению.

Инвертирующий усилитель. В инвертирующем усилителе используется параллельная отрицательная связь по напряжению ( 10.81). Отрицательный характер обратной связи обеспечивается цепью обратной связи с сопротивлением го с, соединяющей выход усилителя и его инвертирующий вход. В сопротивлении входной цепи г\ учтено внутреннее сопротивление источника сигнала.

Инвертирующий усилитель. В инвертирующем усилителе используется параллельная отрицательная связь по напряжению ( 10.81). Отрицательный характер обратной связи обеспечивается цепью обратной связи с сопротивлением г^ , соединяющей выход усилителя и его инвертирующий вход. В сопротивлении входной цепи г\ учтено внутреннее сопротивление источника сигнала.

В инвертирующем усилителе на ОУ ( 85, а) согласно принципу виртуального нуля можно считать напряжение на инвертирующем входе ОУ равным напряжению на его неинвертирующем входе, т.е. равным нулю, и что входной ток схемы /вх, пройдя через резистор R1, не ответвляется во входной вывод ОУ, а целиком протекает через резистор обратной связи R2. Тогда можно записать: /вх = (UBX - 0)^ = UBX/Ri и (Увых = - /вх (Я2 - 0) = - /ВХЯ2, где цифрой 0 условно обозначен потенциал инвертирующего входа ОУ. Из этих соотношений можно получить коэффициент усиления схемы KUOC - Цзых/^вх — - Ri/Ri, т.е. KU определяется только цепью обратной связи R1—R2. Входное и выходное сопротивления инвертирующего усилителя равны: ЯвхОС = fjl- ЯзыхОс * RBUX/(КиосКи), т.е. очень мало (здесь ЯВЬ1Х и Кц — собственные выходное сопротивление и коэффициент усиления ОУ).

Пример 4.5. Определить с каким справочным значением коэффициента усиления необходимо выбирать ОУ, чтобы в инвертирующем усилителе он обеспечивал стабильность коэффициента усиления не хуже 0,5 % при коэффициенте усиления усилителя 40 и сопротивлениях резисторов /?[ = 15 кОм и /?2=600 кОм.

В ограничителе по схеме 1.18,6 ограничение выходного сигнала наступает вследствие пробоя двустороннего стабилитрона Д, включенного в цепь OOG операционного усилителя. Поскольку при этом напряжение на И-входе ОУ за счет ООС поддерживается равным нулю, то уровни ограничения равны напряжениям стабилизации двустороннего стабилитрона Д. Внутри диапазона, ограниченного этими напряжениями, выходное напряжение ОУ изменяется как и в обычном инвертирующем усилителе, т.е.:

Другой подход к анализу схемы основан на том, что падение напряжения на резисторе R3 для всех частот сигнала одинаково (так как напряжение между его выводами изменяется одинаково), т. е. он представляет собой источник тока. Но сопротивление источника тока бесконечно. На самом деле фактическое значение сопротивления не бесконечно, так как коэффициент усиления повторителя немного меньше 1. Последнее вызывается тем, что падение напряжения между базой и эмиттером зависит от коллекторного тока, который изменяется при изменении уровня сигнала. Тот же результат можно получить, если рассмотреть делитель, образованный выходным сопротивлением со стороны эмиттера [гэ = 25//к (мА) Ом] и эмиттерным резистором. Если коэффициент усиления повторителя по напряжению обозначить А (А к 1), то действующее значение сопротивления R3 на частотах сигнала равно R3/(\ — А). На практике действующее значение сопротивления R3 больше его номинала приблизительно в 100 раз, и во входном сопротивлении преобладает входное сопротивление транзистора со стороны базы. В инвертирующем усилителе с общим эмиттером может быть выполнена аналогичная следящая связь, так как сигнал на эмиттере повторяет сигнал на базе. Обратите внимание, что схема делителя напряжения смещения запитывается по переменному току (на частотах сигнала) с низкоомного эмиттер-ного выхода, поэтому входному сигналу не приходится этим заниматься.