2.5.3. Основные включения операционного усилителя.

Основное инвертирующее включение.

Схема основного инвертирующего включения приведена на рис.84.

На приведенной схеме и в дальнейшем не будем показывать цепи питания, считая что, используется симметричная схема питания.

О

Рис.84. Инвертирующее включение.

сновное инвертирующее включение – схема с отрицательной обратной связью, образованной резисторами R0 и R1. Доля выходного напряжения, задаваемая делителем напряжения R0,R1, подается на инвертирующий вход ОУ. Неинвертирующий вход ОУ подключен к общему проводу. Определим зависимость Uвых = f(Uвх). С этой целью для точкиа составим уравнение по первому закону Кирхгофа

. Сделаем допущение, что Iвх = 0 входной ток операционного усилителя примем равным нулю. Это допущение целесообразно, так как входной ток операционного усилителя в сотни раз меньше тока в цепи обратной связи, что приводит к методической ошибке в доли процента, но существенно упрощает вывод. Напряжение на неинвертирующем входе равно нулю, так как этот вход подключен к общему проводу, это приводит в свою очередь к тому, что U^- → 0. В соответствии с принятыми допущениями получим Uвых = - (R0/R1)*Uвх, т.е. выходное напряжение равно входному умноженному на коэффициент (R0/R1) и взятому с обратным знаком. Коэффициент (R0/R1) = Ксос будем называть коэффициент передачи схемы с обратной связью. Знаку минус говорит о том, что данная схема инвертирует входное напряжение.

Входное сопротивление схемы полностью определяется R1, так как U^- → 0.

Выходное сопротивление будет определяться выражением R0||Rвых, но, учитывая, что обычно R0 >> Rвых выходное сопротивление схемы будет в основном определяться выходным сопротивлением ОУ.

Основное неинвертирующее включение.

Схема основного не инвертирующего включения приведена на рис.85.

Как видно из схемы сохранилась цепь отрицательной обратной связи. Но левый по схеме вывод входного резистора R1 подключен к общему проводу, а входное напряжение подается на неинвертирующий вход. Выполним вывод уравнения для определения выходного напряжения.

Определим напряжение в точке а. Ua = U¯ = (Uвых*R1)/(R0 + R1). Напряжение на неинвертирующем входе равно входному напряжению U⁺ = Uвх. Рассмотрим основное уравнение операционного усилителя Uвых = Ку*( U⁺ - U¯). Если правую и левую части уравнения поделим на Ку, то получим Uвых / Ку = (U⁺ - U¯) → 0. Это близко к истине, так как Ку величина большая и теоретически стремиться к бесконечности, Uвых конечна и не может быть больше напряжения питания. Отсюда получаем U⁺ = U¯, U

Рис.85. Неинвертирующее включение.

вх = (Uвых*R1)/(R0 + R1). Полученное выражение разрешим относительно выходного напряжения. В данном случае коэффициент передачи Ксос = (R0 + R1)/R0, и не может быть меньше единицы.

Выходное сопротивление схемы определяется также как и в предыдущей схеме.

Входное сопротивление схемы значительно больше, чем в предыдущем случае, так как оно определяется входным током операционного усилителя. Если используется ОУ 140УД7 с входным током 200нА, то при Uвх = 10в получим Rвхос = 10В/200нА = 50 мегом.

Модификацией основного не инвертирующего включения является схема без резистивной цепи обратной связи показанная на рис.83.

Эта схема характеризуется тем, что:

- для нее выполняется соотношение Uвых = Uвх, т.е. она является повторителем напряжения,

-она имеет высокое входное сопротивление,

-она имеет низкое выходное сопротивление.

В соответствии с указанными особенностями эта схема часто используется в качестве преобразователя импеданса (полного сопротивления).

Выводы основных соотношений для включений ОУ выполнены на постоянном токе (с целью упрощения), однако полученные результаты могут быть распространены и на частотную область. Для частотной области будем иметь:

• и

  Рис. 86. Повторитель.

  нвертирующее включение,

• не инвертирующее включение .

Приведенные выражения позволяют просто получить выражения передаточных функций , которые подтверждают ранее полученный вывод о том, что при использовании усилителей с большим коэффициентом усиления передаточная функция определяется цепь обратной связи.

Передаточные функции будут иметь вид

• для инвертирующего включения ,

• для не инвертирующего включения .

Следовательно, если известна схема цепи обратной связи, то можно определить полные сопротивления и передаточную функцию.