2.3. Основные схемы включения оу

Так как ОУ обладает очень большим усилением, то даже малое постоянное дифференциальное входное напряжение, которое может возникнуть из-за асимметрии входного ДК или нестабильности элементов входной цепи, способно перегрузить ОУ и вызвать смещение или сдвиг нуля постоянного выходного напряжения к предельному значению. Тогда ОУ окажется в состоянии насыщения и потеряет способность усиливать. Кроме того, коэффициент усиления ОУ может иметь значительный технологический разброс и зависеть от температуры и напряжения питания. Поэтому, как правило, ОУ применяются с глубокой внешней отрицательной ОС, которая обеспечивает стабильность усиления и малый сдвиг нуля выходного напряжения. Рассмотрим основные схемы включения ОУ.

2.3.1 Инвертирующий усилитель

Схема инвертирующего усилителя приведена рис.6,а. Входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ через сопротивление R1. Неинвертирующий вход заземлен через сопротивление R3, которое в некоторых случаях может отсутствовать. Для того чтобы ОС была отрицательной, ее сигнал должен сниматься с выхода и подаваться на инвертирующий вход. В приведенной схеме отрицательная ОС подается с выхода на вход через резистор R2 и является параллельной по напряжению. Поскольку данная схема приводится для анализа работы ОУ, выводы подключения источников питания, а также дополнительные выводы, используемые на практике, на схеме не показаны.

Ограничимся упрощенным анализом, который является точным только в случае допущения, что ОУ является идеальным (К_д = ∞, R_вх.д = ∞). Так как U_вых ограничено значением напряжения питания, а К_д = ∞, то U_вх.д = 0, т.е. пренебрежимо мало. Кроме того из-за R_вх.д = ∞ входной ток ОУ ничтожно мал. Следовательно, величины токов I, протекающих через R1 и через резистор связи R2, одинаковы. Поскольку U_вх.д = 0, то напряжение на R1 равноU_вх, а на R2 равно U_вых и ток

, (1)

откуда коэффициент усиления с учетом ОС

. (2)

Входное сопротивление R_вх.β = U_вх /I, а с учетом (1) R_вх.β = R₁. Выходное сопротивление самого ОУ составляет десятки или сотни Ом. Отрицательная ОС по напряжению уменьшает выходное сопротивление схемы. При К_д = ∞ глубина ее бесконечно велика и R_вых.β уменьшается до нуля.

В случае реального ОУ (К_д ≠ ∞, R_вх.д ≠ ∞) для точного определения найденных показателей необходимо применять теорию обратных связей.

2.3.2. Неинвертирующий усилитель

В схеме неинвертирующего усилителя (рис.6,б) входное напряжение подается на неинвертирующий вход ОУ, а напряжение ОС подается по-прежнему на инвертирующий вход через делитель R2, R1 для того, чтобы обратная связь была отрицательной. Организованная в схеме внешняя ОС оказывается последовательной по напряжению.

Здесь также ограничимся упрощенным анализом, считая ОУ идеальным. Тогда по тем же причинам, что и в инвертирующем усилителе, U_вх.д и I_вх.д пренебрежимо малы. Поэтому через R2 и R1 протекает один и тот же ток I , причем

, .

Отсюда коэффициент усиления неинвертирующего усилителя с учетом ОС

. (3)

Входное сопротивление схемы для случая идеального ОУ R_вх.β = ∞, а выходное R_вых.β = 0.