I.I. Инвертирующий усилитель

Для инвертирующего усилителя выходной и входной сигналы сдвинуты по фазе на 180. Его схема приведена на рис.3. Входное напряжение U_вх подают через резистор R₁ на инвертирующий вход. С помощью резистора R_ос осуществляется последовательно - параллельная отрицательная обратная связь. Определим коэффициент усиления по напряжению т.е. К_u= U_вых/ U_{вх .}

Для узла А по первому закону Кирхгофа можно записать уравнение

Iвх = Iос + Iо

(2)

Если считать, что ОУ идеальный, для которого входы виртуально замкнуты т.е. U_вх- = U_вх+ =0 и I_оу=0, то уравнение (2) упростится I_вх = I_ос. Отсюда учитывая, что U_вх= R₁I_вх , а U_вых= -R_осI_ос, получаем выражение для коэффициента инвертирующего усилителя

Ku= Uвых/Uвх = -RосIос /R1Iвх =-Rос/R1

(3)

Знак ( - ) минус означает инвертирование сигнала.

I.2. Неинвертирующиий усилитель

Для неинвертирующего усилителя (рис.4) выходное и входное напряжения находятся в фазе. Резисторы R₁ и R_ос образуют цепь отрицательной обратной связи. Определим коэффициент усиления такого усилителя. Согласно схемы U_вх+ = U_вх , а U_вх- = U_вых R₁/(R₁+R_ос). Учитывая, что входы ОУ виртуально замкнуты т.е. U_вх- = U_вх+ , получим выражение для коэффициента усиления такого усилителя

Ku= Uвых/Uвх = 1+Rос/R1

(4)

Если R_ос= 0, то К_u= 1 и такой усилитель называют повторителем напряжения.

I.3. Инвертирующий сумматор напряжения

Это устройство у которого выходное напряжение равно алгебраической сумме входных напряжений, взятой с противоположным знаком (рис.5). Установим связь между выходным и входными сигналами такой схемы. Если считать, что ОУ идеальный т.е. I_оу= 0 и U_вх- = U_вх+ = 0, то при подаче на его входы напряжения U₁, U₂,..., U_n, можно записать, что I_вх = - I_ос , где I_вх = I₁ + I₂ +...+ I_n, а I₁ = U₁/ R₁, I₂ = U₂/ R₂ ,..., I_n = U_n/ R_n. Поскольку U_вых = -I_ос R_ос , то выражение связывающее входное и выходное напряжения примет вид

Uвых=Rос/R0(U1+U2+ ...+ Un),

(5)

где R₀ = R₁ = R₂ = ... = R_n , а знак минус означает инвертирование.

I.4. Дифференциальный усилитель (усилитель разности)

Это усилитель в котором выходное напряжение пропорционально разности входных сигналов U_вх2 и U_вх1 (рис.6). Установим связь между входными и выходными сигналами этой схемы, учитывая что R₁ = R₂ и R₃ = R₄. Поскольку для идеального ОУ U_вх- = U_вх+ = U₂ R₄/(R₂+R₄) и I_вх = - I_ос , где I_вх =(U_вх+ - U_вх-)/ R₃, то выражение связывающее выходное и входное напряжения примет вид

Uвых=R4/R2(Uвх2-Uвх1)

(6)

Идеальный разностный усилитель при подаче на оба входа одинаковых напряжений, т.е. U_вх1 = U_вх2, имеет на выходе напряжение равное нулю. Такие входные напряжения называются синфазными U_cc. В общем случае синфазный сигнал представляет собой среднее значение двух входных напряжений, т.е. U_cc=(U_вх1 + U_вх2)/2. Если U_вх1=-U_вх2, то U_cc= 0.

Разность двух входных напряжений называется дифференциальным сигналом U_дс=U_вх2-U_вх1. Поскольку усилитель разности усиливает только разностный (дифференциальный) сигнал, то такой усилитель часто называют дифференциальным усилителем.