Инвертирующий усилитель

Пример упрощенного расчета неинвертирующего усилителя

Упрощенный расчет неинвертирующего усилителя

Обычно известны: максимальная величина входного напряжения и требуемого при этом значение выходного напряжения . Причем это напряжение должно быть не больше напряжения насыщения микросхемы, т.е. . Тогда, по определению, коэффициент усиления будет . Для обеспечения такого К необходимо выбрать соответствующие значения R₁ и R₂. Согласно уравнению, К = . Выбираем стандартное значение R₁ (до 10 кОм) и определяем R₂ = (К – 1) R₁. При этом необходимо, чтобы R₂ было больше 2 кОм, но меньше . Выбираем ближайшее стандартное значение R₂.

Требуется рассчитать усилитель на микросхеме 15УД2 для усиления напряжения до , где .

По определению = 13,75. Согласно уравнению, К = Следовательно, Здесь не отдельное сопротивление R₁ или R₂ определяет коэффициент усиления, а отношение при различных R₁ и R₂. Поэтому здесь имеется возможность произвольного выбора R₁ или R₂. Выбираем стандартное значение R₁ = 1,5 кОм. Тогда R₂ = 12,75 R₁ = 12,75∙1,5 = 19,14 кОм. Выбираем ближайшее стандартное значение R₂ = 20 кОм. При этом

т.е. больше требуемого на 4%. Но эта по номинальным значениям. Сопротивления реальных резисторов отличаются от номинала и находятся в диапазоне в зависимости от ряда номинала изготовленной серии резисторов. Поэтому часто после сборки усилителя требуется подстройка его для более точного получения требуемого К.

 

Принципиальная электрическая схема инвертирующего усилителя приведена на рис. 10. Инвертирующий усилитель не только усиливает но и изменяет (инвертирует) фазу сигнала на 180⁰ (изменяет полярность на противоположную), т.к. подключается к инвертирующему входу ИОУ. Как и в неинвертирующем усилителе, здесь осуществлена глубокая ООС при помощи цепи обратной связи на резисторах R₁ - R₂.

 

Рис. 10

Определим коэффициент усиления инвертирующего усилителя на основе следующих допущений: R₁ , при большом К_ИОУ. Тогда можно записать i₁ = i₂, или . Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя

 

Знак «минус» показывает, что в этом усилителе происходит инвертирование фазы (изменение полярности). Входное сопротивление R_вх инвертирующего усилителя мало (R_вх = R₁ ), что является недостатком в некоторых случаях, когда источник сигнала имеет большое внутреннее сопротивление.

Выходное сопротивление такое же как у неинвертирующего усилителя и определяется уравнением

 

Передаточная (амплитудная) характеристика расположена во втором и четвертом квадрантах (рис. 11).

 

Рис. 11

В частном случае, когда R₂ = R₁, коэффициент усиления К = - 1 и инвертирующий усилитель превращается просто в инвертор, который изменяет фазу входного сигнала на 180⁰ (изменяет полярность) без изменения его величины.

При упрощенном расчете инвертирующего усилителя по известным значениям и определяют . Задаваясь стандартным значением R₁, определяют R₂ = и выбирают ближайшее стандартное значение резистора R₂, т.е. аналогично расчету неинвертирующего усилителя.