Неинвертирующий усилитель.
Рис. 2.2 Схема неинвертирующего усилителя.
Цепь обратной связи образована резисторами Roc и R1.
Коэффициент обратной связи в этой схеме равен:
. (2.7)
Коэффициент усиления этой схемы можно рассчитать, исходя из
уравнений баланса токов и напряжений в схеме рис 2.2:
. (2.8)
. (2.9)
При условии, что приравняем токи , и получим:
. (210)
При условии, что величина , ( т.е. в приближении идеального О.У.), из последнего уравнения получим следующие соотношения:
.
. (2.11)
Следует подчеркнуть, что выражение (2.11) существенно отличается от выражения (2.4) , которое определяет коэффициент усиления инвертирующего усилителя.
Как следует из формулы 2.11 , коэффициент усиления неинвертирующего усилителя не может быть меньше единицы, тогда как для коэффициента усиления инвертирующего усилителя такого ограничения не существует.
Более точное выражение для расчета коэффициента усиления схемы можно получить, если учесть, что и подставить в (2.10) соотношение
,
Тогда уточненное выражение для расчета коэффициента усиления неинвертирующего усилителя примет вид:
. (2.12)
Выражение для расчета коэффициента усилителя неинвертирующего усилителя можно также получить другим способом из общего выражения (1.3) для коэффициента усиления усилителя с обратной связью:
. (2.13)
Учитывая, что в схеме рис. 2.2 величина , из (2.13) получаем:
. (2.14)
При условии, что , можно пренебречь в знаменателе выражения (2.14) единицей. Тогда из (2.14) получим выражение (2.11).
Величину называют "петлевое усиление", т.е. это усиление при обходе петли обратной связи и возвращении в исходную точку. Петлевое усиление − важный параметр, характеризующий систему с обратной связью. Выражение (2.14) является более точным, чем выражение (2.11). Относительная ошибка при замене (2.14) на (2.11) зависит от величины .
Легко показать, что при заданной величине разница между коэффициентом усиления, рассчитанным по приближенной формуле (2.11) и по точной формуле (2.14), уменьшается при увеличении собственного коэффициента усиления 0У.
Входное сопротивление схемы неинвертирующего усилителя.
Схема неинвертирующего усилителя относится к классу схем с параллельно-последовательной обратной связью. Напряжение с выхода схемы снимается параллельно и затем через обратную связь вводится на вход усилителя последовательно с входным сигналом. При этом напряжение обратной связи вычитается из входного напряжения. Данная ситуация иллюстрируется рис.2. 3.
Рис. 2.3. Схема прохождения сигнала обратной связи
За счет вычитания сигнала обратной связи из входного напряжения величина напряжения на входном внутреннем сопротивлении уменьшается с величины до величины :
. (2.15)
Отсюда следует:
. (2.16)
Следовательно, входной ток, протекающий через внутренний резистор , равен
. (2.17)
Но это означает, что эквивалентное входное сопротивление схемы, измеренное наблюдателем на входе схемы, будет равно:
. (2.18)
Как видно из формулы 2.18 , оно возросло в раз по сравнению с внутренним входным сопротивлением схемы операционного усилителя без обратной связи. Следует заметить, что здесь имеется в виду собственное входное дифференциальное сопротивление операционного усилителя .
На практике, если к входу ОУ подключен дополнительный резистор, соединенный с общим проводом, то входное сопротивление такой схемы будет меньше, и его следует рассчитывать по формуле параллельного соединения входного сопротивления ОУ и дополнительного резистора, подключенного параллельно входу. ОУ.