6.3. Идеальный оу. Виртуальный ноль
Понятие идеального ОУ вводится с целью упрощения анализа схем на ОУ. Идеальным называется ОУ, обладающий входным сопротивлением для дифференциального сигнала равным бесконечности, бесполезным внутренним коэффициентом усиления и нулевым выходным сопротивлением.
Rвх=,K=,Rвых=0.
Кроме того, предполагается, что коэффициент ослабления синфазного сигнала равен бесконечности.
Охватим идеальный ОУ обратной отрицательной связью (ООС), (рис. 5.5). Поскольку ОУ обладает K=, то любой малый сигналU1, поданный на вход, будет усилен и передан по цепи отрицательной обратной связи (R2) во входную цепь. Входной сигналUвхдолжен быть скомпенсирован так выходным сигналом, чтобы в состоянии равновесия сигнал между входамиU1был равен нулю, а точка А оказалась так называемым виртуальным (фактическим) нулем.
6.4. Инвертированный усилитель
Широкое применение получила схема инвертирующего ОУ с ООС (рис. 6.5). ОУ при подаче сигнала на инвертирующий вход при усилении меняет
Рис. 6.4
Рис. 6.5
полярность сигнала на противоположную. При усилении синусоидального сигнала осуществляется сдвиг фазы на 180.
Так как входное сопротивление равно бесконечности, то Iвх=Io
,
(6.4.1)
.
(6.4.2)
Левые части данных уравнений равны, следовательно равны и правые:
.
Коэффициент усиления равен:
K=
.
(6.4.3)
Входное сопротивление инвертирующего усилителя с учетом того, что потенциал точки 1 равен нулю:
Rвх=R1
При R2=R1 получаем инвертирующий повторитель К=-1.
6.5. Неинвертирующий усилитель
Входной сигнал подается на прямой вход ОУ, (рис. 6.6), а напряжение обратной связи на инверсный.
,
(6.5.1)
откуда 
.
(6.5.2)
Коэффициент усиления будет равен
.
(6.5.3)
Минимальные значения резисторов в рассмотренных схемах ограничиваются нагрузочной способностью ОУ, а максимальные соизмеримости токов протекающих по высокоомным резисторам, с входными токами.
Выходное сопротивление неинвертирующего усилителя за счет обратной связи меньше, чем у самого ОУ.
Частный случай неинвертирующего усилителя - неинвертирующий повторитель R1=,R2=0,K=1, (рис. 6.7). Входное сопротивление неинвертирующего усилителя равно
Rвх=
,
где iвх- входной ток между входами:
откуда
,
Рис. 6.6
Рис. 6.7
где RвхОУ- входное сопротивление ОУ (без ОС).
При (Uвх-UA)0 ,iвх0 иRвх>>RвхОУ
В ряде случаев входной сигнал подают на неинвертирующий вход через резистор, что позволяет уменьшить погрешность от разности входных токов.
6.6 Аналоговые интеграторы и дифференциатор
Интегратор на ОУ реализуется на базе инвертирующего усилителя. В цепь ОС включается конденсатор С (рис. 6.8).
Известно из электротехники:
.
(6.6.1)
Так как Rвх=,
то
.
Следовательно:
,
(6.6.2)
Схема выполняет математическую операцию интегрирования. Если перейти от неопределенных интегралов к определенным, то получим:
,
(6.6.3)
Выходное напряжение зависит от начального напряжения на конденсаторе в момент t=0. На рис. 6.9 показаны временные диаграммы работы интегратора.
(6.7.4)
(6.7.5)
откуда
Uвых=-RC
.
(6.6.6)
Временные диаграммы работы дифференциатора показаны на рис. 6.11.