Инвертирующий усилитель постоянного тока

В инвертирующем УПТ (рис. 12.1, а) резистор R 3поставлен для улучшения температурной стабильности режима (уменьшения ошибок сдвига и дрейфа нулевого уровня) и может отсутствовать. Операционный усилитель охвачен параллельной ООС по напряжению.

Для идеального ОУ коэффициент усиления УПТ определяется соотношением (11.14) при Z 1 =R 1, Z 2 =R 2. Следовательно, . Такой усилитель инвертирует входной сигнал и изменяет его масштаб пропорционально отношению сопротивлений резисторов в цепи обратной связи. В измерительной технике его называют масштабным усилителем.

Относительная погрешность коэффициента усиления за счет неидеальности резисторов (учитывающая их технологические и температурные погрешности и )

где – относительная погрешность резисторов.

Для повышения точности масштабного усилителя в цепи ООС используются прецизионные резисторы с одинаковыми температурными коэффициентами сопротивления.

С учетом конечности коэффициента усиления K реального ОУ (см. сигнальный граф, представленный на рис. 12.1, б) уточненное значение K _ОС можно записать в виде

.

Относительная погрешность K _ОСза счет нестабильности коэффициента усиления K операционного усилителя зависит от глубины обратной связи :

,

где – относительная нестабильность коэффициента усиления операционного усилителя K. При изменении температуры окружающей среды на десятки градусов она может составлять десятки процентов.

Например, при получаем

.

Возможная величина сдвига нулевого уровня (значение выходного напряжения при нулевом входном напряжении УПТ) определяется напряжением смещения и входными токами реального ОУ (эквивалентная схема для расчета этого параметра приведена на рис. 12.2):

. (12.1)

Резистор R 3 вводится в усилитель с целью уменьшить погрешность сдвига от входных токов I₊ и . В случае равенства этих токов полная коррекция погрешности достигается при . Однако в общем случае входные токи ОУ не равны друг другу. Имеется не равный нулю разностный входной ток . Поэтому при выполнении условия компенсации можно записать соотношение (12.1) в виде

.

С помощью балансировки нуля при комнатной температуре погрешность сдвига можно скорректировать до нуля. Но при изменении температуры окружающей среды может появиться погрешность дрейфа за счет температурной нестабильности и ( – диапазон изменения температуры):

.

Входное сопротивление УПТ (как усилителя с параллельной ООС)

.

Выходное сопротивление УПТ (как усилителя с ООС по напряжению)

.

Если передаточная функция операционного усилителя описывается выражением

,

где – постоянная времени ОУ, то передаточную функцию инвертирующего УПТ можно записать в виде

.

Верхняя граничная частота полосы пропускания УПТ на уровне 3 дБ определяется соотношением .

Она тем меньше, чем больше коэффициент усиления УПТ.