Неинвертирующий операционный усилитель.

Несмотря что, ОУ концентрирует в себе лучшие качества усилительных устройств, применение его в качестве непосредственно усилителя не применяется. Это связано с двумя причинами:

· Линейный участок передаточной характеристика ОУ ограничен весьма малыми напряжениями U_{вых.мах}/K_u. При увеличении входного сигнала за эти границы изменение выходного сигнала не происходит, т.е. наступают нелинейные искажения.

· Коэффициент усиления ОУ К_U меняется от экземпляра в широких пределах и очень зависит от температуры, что вызвано зависимостью β транзистора.

Для улучшения параметров усилителя применяют ОУ с обратными связями

на рис 4.9 приведена схема неинвертирующего усилителя с ОС.

 

 

 

Рис.4.9.

 

Входной сигнал подается на прямой вход. С выхода ОУ напряжение ОС подается на инвертирующий вход ОУ. Таким образом, на входах ОУ действует входное напряжение u_вх и напряжение обратной связи u_ос, т.е. речь идет об ОС со сложением напряжений, называемой так же последовательной ОС. Выходное напряжение ОУ определяется разностью (u_вх – u_ос), такая обратная связь называется отрицательной.

Найдем коэффициент усиления схемы, рис. 4.9 . При этом полагаем, что R_наг.>R_вых., R_вх.>R₁, R₂>R_вых Напряжение ОС

U_ос.=U_вых.

 

 

Отсюда формула для расчета ОУ с ООС имеет вид:

 

K_Uос=U_вых/U_вх=K_U/ (1+K_Uγ) <K_U

ООС уменьшает коэффициент усиления, так как на входе усилителя действует не напряжение U_вх , а меньшее значение U_вх – U_ос. Поскольку в ОУ K_U очень велико, то получаем

K_U=1/γ=(R₁+R₂)/R₁, т.е. K_Uос определяется только отношением сопротивлений (R₁+R₂)/R₁ и не зависит от K_U.

Таким образом, введение ООС позволяет стабилизировать коэффициент усиления ИМС.

Рис. 4.10..

Действительно, если К_u уменьшится, уменьшатся значения входного и напряжения обратной связи, возрастет разность (U_вх -U_ос), что приведет к возрастанию U_вых, компенсирующему первоначальное уменьшение выходного напряжения.

Возможно, получить это положение и другим путем, что позволит познакомиться с расчетным приемом, используемым в анализе ОУ U_вых.<U_{вых. мах.}, а коэффициент усиления ИМС K_U→∞, следовательно, U_вх.-U_ос=U_вых/K_U= 0, т.е. U_вых=U_ос. Следует полученное раннее выражение. В режиме линейного усиления напряжен ие между входами ОУ очень мало, - это свойство проявляется в любых схемах включения ОУ и широко используется при анализе .

Хотя коэффициент усиления зависит только от отношения сопротивлений R₁, R₂ это не означает, что они могут быть выбраны произвольно. Минимальное сопротивление резистора ограничено нагрузочной способность ИМС. Максимальное сопротивление резистора ограничено, потому что протекающие через высокоомные резисторы малые токи будут соизмеримы со входными токами ОУ

Стабилизация коэффициента усиления ОУ за счет введения ОС приближает свойства усилителя к источнику ЭДС, т.е. выходное сопротивление схемы меньше, чем выходное сопротивление самого усилтеля. Это одно из достоинств, которое достигается за счет ОС.

Входное сопротивление определяется. R_{вх.ос .}=U_вх./l_вх., где l_вх. – ток между входами ОУ I_вх.=(U_вх-U_ос)/R_вх., где R_вх. – входное сопротивление собственно ОУ. Поскольку (U_вх.-U_ос.)=0, то входное сопротивление резко увеличивается, что является достоинством ОУ. Напряжение ОУ ограничено U_{вых мах}

 

Рис.4.11.

Поскольку снижается значение коэффициента усиления, то и линейная часть характеристики будет большая.

Таким образом введение обратной связи расширяет линейную область передаточной характеристики. Расширение зоны линейной части передаточной характеристики имеем за счет снижения коэффициента усиления, что уже было раннее.