Учебное пособие: Усилительные каскады на основе операционных усилителей

На рисунке 8.1 изображена схема операционного усилителя, охваченного обратной связью.

Рисунок 8.1. Схема формирования отрицательной обратной связи

Обратная связь образуется цепью Z_OC , которая обеспечивает возврат части энергии сигнала с выхода ОУ на его инвертирующий вход. Поэтому ОС является отрицательной. Так как входным сигналом цепи ОС является обратной связью по напряжению. В связи с этим, выходное сопротивление образованного усилителя будет значительно меньше, чем выходное сопротивление использованного операционного усилителя:

Z _{вых ООС} = Z _выхОУ / (1 + g K ), (8.1)

где g – коэффициент передачи цепи ОС ;

К – коэффициент усиления ОП .

Таким образом, сравнительно малое значение выходного сопротивления ОУ еще больше уменьшается.

Относительно сигнала (U _вх1 ), подаваемого на инвертирующий вход, выход цепи ООС оказывается подключенным параллельно, а относительно сигнала (U _вх2 ), подаваемого на неинвертирующий вход, – последовательно. Поэтому могут разниться входные сопротивления для этих двух источников сигнала.

Получим еще несколько выражений, которые будут использованы в дальнейшем.

Так как ОП является дифференциальным усилителем, то выходное напряжение

. (8.2)

Откуда .

Учитывая, что К велико (в идеальном ОУ К Þ¥), а величина выходного напряжения ограничена (по крайней мере, значениями напряжения источника питания, получаем:

. (8.3)

Для узла в точке А можно записать:

Если R _вх >> R _ОС (в идеальном ОУ R _вх Þ¥), то

. (8.4)

В дальнейшем кроме этих выражений, полученных на основе показателей идеальности ОУ, при анализе отдельных схем будем пренебрегать напряжением смещения нуля (U _см ), входными токами (I _вх , D I _вх ) и их дрейфами.

2. Линейные схемы

2.1. Инвертирующий усилитель

На рисунке 8.2 приведена схема простейшего инвертирующего усилителя . Неинвертирующий вход заземлен, т.е. находится под нулевым напряжением (U _вх2 рисунка 8.1 равно нулю). Входной сигнал через резистор R 1 подается на инвертирующий вход. Операционный усилитель охвачен параллельной отрицательной обратной связью по напряжению через резистор R _ОС . Найдем выражение для коэффициента усиления схемы.

Рисунок 8.2. Инвертирующий усилитель

В соответствии с выражением (8.3)

U_A = U_B = 0 (8.5)

Следовательно, потенциал точки А в первом приближении, равен потенциалу общей шины – «земли». Поэтому эта точка получила наименование «виртуальной земли».

Используя полученное значение, находим для токов, входящих в (8.4)

; (8.6)

. (8.7)

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--