В (5.8): а – модель согласно теории автоматического регулирования;
б – инвертирующий усилитель
Приведенное уравнение легко решается относительно Ua:
Здесь усиление по напряжению отрицательно и по модулю меньше на 1 по сравнению с неинвертирующим усилителем (см. рис. 5.5). Разумеется, для схемы на
рис. 5.8 можно также рассчитать коэффициент усиления, учитывая конечное дифференциальное усиление AD, то есть, когда UD ≠ 0. Из
и
следует:
при коэффициенте связи kr = R1/ (R1+ RN). Отклонение от идеальной характеристики и
здесь определяется усилением при разомкнутой цепи обратной связи, так как при
g = krAD получаем
В простейшем случае внешняя часть схемы состоит лишь из делителя напряжения, что и показано на рис. 5.6 и 5.8. Если используется RC-цепочка, появляется интегрирующее или дифференцирующее звено либо активный фильтр. Во внешней части схемы могут присутствовать также нелинейные схемные элементы, например диоды, с помощью которых формируются экспоненциальные или логарифмические функции.
5.2. Стандартные операционные усилители (VV-opa)
Как указывалось выше, в настоящее время существует четыре типа ОУ (см. рис. 5.3), и в каждом из них имеются варианты в расчете на разные применения, но все они отвечают трем общим требованиям:
• связь по постоянному напряжению;
• дифференциальный вход;
• нулевой потенциал на выходе при нулевом потенциале на входе.
У операционного VV-усилителя имеется высокоомный вход, управляемый напряжением, и низкоомный выход. Поэтому напрашиваются дифференциальный
усилитель на входе и эмиттерный повторитель на выходе. Так получается простейший операционный VV-усилитель.
Операционный усилитель должен отвечать трем условиям:
• максимальная амплитуда синфазного сигнала вплоть до напряжений питания;
• максимальная амплитуда сигнала на выходе вплоть до напряжений питания;
• как можно более высокое дифференциальное усиление AD = 104…106.
5.3. Усилитель крутизны (vс-opa)
Усилитель крутизны (Operational Transconductance Amplifier, OTA) отличается от
обычного ОУ высокоомным выходом. Последний ведет себя как источник тока. Любой операционный VV-усилитель превращается в VC-усилитель, если убрать выходной эмиттерный повторитель.
5.4. Усилитель полного сопротивления (сv-opa)
Такой усилитель, называемый операционным CV-усилителем, отличается от обычного операционного усилителя низкоомным инвертирующим входом, благодаря
чему управляется током (см. рис. 5.3).
5.5. Усилитель тока (сс-opa)
Этот усилитель, называемый операционным CC-усилителем, отличается от операционного CV-усилителя тем же, чем усилитель VC отличается от VV, – отсутствием преобразователя полного сопротивления на выходе.
В большинстве ситуаций характеристики операционного CC-усилителя определяются обратной связью по току на инвертирующем входе, тогда как обратная связь по напряжению добавляется только в особых случаях.