Неинвертирующий усилитель

Как известно, глубокая отрицательная обратная связь ООС стабилизирует коэффициент усиления усилителя, т.к. он будет определяться стабильностью параметров обратной связи , где — коэффициент передачи цепи ООС. А так как ИОУ имеет весьма большой коэффиц3иент усиления, то легко выполнить условие глубокой ООС

На рис. 5 приведена электрическая схема неинвертирующего усилителя, собранного на ИОУ.

 

Рис. 5

 

Цепь ООС на рис. 5, построенная на резисторах R₁ – R₂ имеет коэффициент обратной связи (коэффициент передачи):

 

Следовательно, неинвертирующий усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению

 

Так как сопротивления резисторов не зависят от частоты и отношение можно сделать весьма стабильным, то коэффициент К будет очень стабильным, независимо от частоты сигнала и условий эксплуатации усилителя.

Коэффициент усиления можно получить и из других соображений. На дифференциальном входе ИОУ действует разность напряжений

. Так как велико, т.е. можно считать (в идеале), то Следовательно, т.е. , тогда, по определению, Эти рассуждения справедливы только при выполнении условий: велико и , где — входное сопротивление ИОУ. Поэтому обычно выбирают не более 10 кОм.

Подобные рассуждения используют при анализе и других функциональных блоков на ИОУ.

Работа усилителя показана на рис. 6 при помощи временных диаграмм.

 

Рис.6

Из диаграмм видно, что фаза (или полярность при усилении постоянного напряжения) выходного напряжения совпадает с фазой (полярностью) входного напряжения. Поэтому такие усилители называют неинвертирующими. Входное сопротивление неинвертирующего усилителя

 

а выходное сопротивление

 

где — выходное сопротивление микросхемы ИОУ. Большое входное сопротивление является достоинством неинвертирующего усилителя в сравнении в инвертирующим усилителем. Выходное сопротивление в меньше, чем , что также улучшает согласование усилителя с нагрузкой.

На рис. 7 показана передаточная характеристика неинвертирующего усилителя для двух значений коэффициента усиления К₁ = 10, К₂ = 20.

 

Рис. 7

 

Выходное напряжения усилителя ограничено максимальными значениями и , при которых усилитель прекращает усиливать входной сигнал и далее при увеличении будет = const. называют напряжением насыщения. Следовательно, если мы хотим получить усиленное выходное напряжение без искажения формы, например, синусоиды, то необходимо выбирать . Для примера рассмотрим работу усилителя, усиливающего при К₁ = 10 и К₂ = 20 (рис. 8).

 

Рис. 8. Временные диаграммы

а – К = 10; б – К = 20

 

Пусть При К = 10 =10 В, т.е. более Следовательно сигнал усиливается без искажения формы (рис. 8а). Если этот же сигнал усиливать при К = 20, то должно быть = 20. Но не может быть больше = 10 В. На рис. 8б показаны искажения формы сигнала, т.к. при нет усиления.

При R₁ = ∞ или R₂ = 0 схема рис. 5 вырождается в схему повторителя напряжения, у которого К = 1. Следовательно,

, .

Такой повторитель напряжения (рис.9) можно использовать для согласования источника сигнала с большим внутренним сопротивлением с низкоомной нагрузкой R_н без усиления напряжения.

 

Рис. 9