Анализ схем инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Схемы решающих усилителей (РУ) на основе применения ОУ имеют единый принцип построения: реализация необходимых функциональных возможностей за счет подключения внешних элементов (обратных связей), тип и параметры которых определяют характер выполняемой операции и соответствующие параметры РУ.

Схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей, основанные на применении ОУ, показаны на рисунке 3.26.

В схемах использована отрицательная обратная связь путем подключения резистора R₂ между выходом и инвертирующим входом.

а - инвертирующий усилитель; б - неинвертирующий усилитель

Рисунок 3.26 - Схемы решающих усилителей

Коэффициент обратной связи для схем инвертирующего и неинвертирующего усилителей одинаков и определяется по формуле:

Кос = b = .

(3.38)

В схеме на рисунке 3.26, а входной сигнал поступает на инвертирующий вход через делитель с коэффициентом

m .

(3.39)

Выходное напряжение в схеме на рисунке 3.26, а имеет знак, противоположный знаку входного, и коэффициент усиления К_U имеет отрицательное значение.

а - инвертирующий усилитель; б - неинвертирующий усилитель

Рисунок 3.27 - Структурные схемы усилителей

В схеме на рисунке 3.26, б входной сигнал поступает на неинвертирующий вход и коэффициент усиления этой схемы имеет положительный знак.

Представим схемы усилителей на рисунке 3.26 в виде структурных схем (рисунок 3.27).

На рисунке 3.27 операционный усилитель (ОУ) представлен коэффициентом усиления по напряжению К. Коэффициент обратной связи и делитель определены выражениями (3.38) и (3.39).

Выполнив преобразования, можно получить выражения для определения коэффициента усиления К_И инвертирующего и К_Н - неинвертирующего усилителей:

,

.

Учитывая, что b К >> 1, выражения для К_И и К_Н принимают вид:

,	(3.40)
.	(3.41)

Выражения (3.40) и (3.41) показывают, что при большом значении коэффициента усиления ОУ (10³…10⁵) величина в скобках , равна единице, и коэффициенты усиления (3.40) и (3.41) зависят от соотношения параметров внешних элементов (R₁ и R₂) и не зависят от параметров ОУ.

Одной из центральных задач при проектировании схем с применением ОУ является выбор параметров внешних элементов, подключаемых к ОУ, так как выражения (3.40) и (3.41) устанавливают соотношения между сопротивлениями резисторов R₁ и R₂ при заданном значении К_И и К_Н.