Применение ОУ. Инвертирующие и неинвертирующие усилители

Схема инвертирующего усилителя приведена на рис.4.4 а. На инвертирующий вход ОУ в этой схеме подается сигнал, определяемый суммой входного и выходного напряжений и делителем на сопротивлениях R₁ и R₂. Так как неинвертирующий вход ОУ соединен с общим выводом, а U_диф ≈ 0, то напряжение на инвертирующем входе также будет равно нулю. В результате для схемы ( рис.4.4 а) можно записать уравнение

откуда находим коэффициент усиления усилителя:

(4.1)

Схема неинвертирующего усилителя приведена на рис.4.4 б. В этой схеме вход­ной сигнал подается непосредственно на неинвертирующий вход ОУ, а к инвертирующему входу подводится напряжение обратной связи с выхода ОУ. Поскольку напряжение между входами равно нулю, то на инвертирующем входе также будет напряжение

Таким образом, коэффициент усиления определяется формулой

(4.2)

В частном случае при R₂=0 и любом значении R₁, (кроме нуля) Получаем повторитель напряжения с коэффициентом передачи K=1.

Схемы интеграторов тока и напряжения приведены на рис. 4.5. Для схемы интегратора тока (рис.4.5 а) можно записать уравнения i_вх=-i_с , откуда получаем значение выходного напряжения

. (4.3)

Аналогично, можно записать для интегра­тора напряжения (рис. 4.5 б) значение выходно­го напряжения, если учесть, что i_вх=U_вх/R,

. (4.4)

Кроме линейных элементов в цепи обратной связи ОУ могут быть включены различные не­линейные элементы: диоды, стабилитроны, транзисторы и др. Так, например, в схеме логарифматора тока (рис.4.6) в цепи отрицательной обратной связи включен диод D. Для этой схе­мы можно записать уравнения: i_вх= -i_д, u_вых=u_д.Учитывая связь между током и напряжением на диоде , получим значение выходного напряжения

(4.5)

Операционные усилители широко используются для построения разнообразных функциональных блоков, таких как активные фильтры, источники тока, стабилизаторы напряжения, генераторы сигналов различной формы, и многих других.

Контрольные вопросы

1. Какими свойствами должен обладать идеальный ОУ?

2. Как реагирует ОУ на синфазный и дифференциальный (противофазный) сигналы?

3. Чему равно входное сопротивление усилителя, построенного на ОУ по инвертирующей схеме и неинвертирующей схеме?

4. Чему равен коэффициент усиления, если входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход ОУ, а выходной сигнал подаётся на его инвертирующий вход?

5. При каких условиях усиление схемы на ОУ зависит только от внешних элементов?