ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Операционный усилитель как усилитель с большим коэффициентом усиления без дополнительных внешних элементов применяют крайне редко. В качестве внешних элементов используют так называемую обратную связь, которая позволяет применять ОУ в различных электрических схемах.

На рис. 13.17 показана схема ОУ (Д4), охваченного глубокой отрицательной обратной связью. На вход элемента сравнения ЭС поступает U_BX и U_BUX с различными знаками. Полученная на выходе ЭС разность напряжений A U= U_BX - U_Bblx усиливается в К раз:

Из этой зависимости можно сделать два вывода:

• при К> 50000 U_Bblx = U_BX (с точностью до 0,002%);
• при К > 50000 и й_вых = ±10 В разность напряжений на входе усилителя не превышает ±0,2 мВ, т.е. можно принять, что на входе усилителя напряжение примерно 0 В.

К характерным особенностям ОУ относится также малый входной ток (не более нескольких десятков наноампер), поэтому в практи-

Рис. 13.17. Схема усилителя с отрицательной обратной связью

ческих расчетах этот ток приравнивается к нулю (/_у = 0). Из этого следует, что входной ток /_вх равен току в цепи обратной связи /_{0 с}.

Операционный усилитель является дифференциальным усилителем, т.е. усиливает в К раз разность напряжений между неинвертирующим «+» и инвертирующим «-» входами. Если вход «+» соединить с землей (нулевым потенциалом), то это приведет к тому, что в К раз будет усиливаться напряжение, подаваемое на вход «-».

В схемах, рассматриваемых далее, имеют место следующие ситуации:

• если на входы ОУ «+» и «-» поданы напряжения U⁺ и U~, то из условия AU~ 0 следует, что U⁺ = U~;
• если вход «+» ОУ подсоединен к земле, то с учетом того что /_у = 0, следует ?/_вх =/_ос.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА БАЗЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Операционные усилители используют в схемах автоматики для выполнения ряда математических операций, путем изменения параметров обратной связи усилителя.

Повторитель входного напряжения (рис. 13.18). В таком повторителе напряжение на выходе ОУ будет изменяться до тех пор, пока разность напряжений на входе «+» и «-» не станет равной нулю. Из условия U⁺ = U~ следует, что U_BbK = U_BX, т.е. выходное напряжение повторителя будет повторять входное.

Рис. 13.18. Схема повторителя входного напряжения

Неинвертирующий усилитель (рис. 13.19). В данной схеме на инвертирующий вход «-» подается часть выходного напряжения с делителя RR_oc, равная

Рис. 13.19. Схема неинвертирующего усилителя Учитывая условие AU~ 0, или = 0, получим

откуда

Таким образом, в данной схеме выходное напряжение усилителя в /?, + R_oc/R раз больше входного напряжения, при этом знаки напряжения одинаковы.

Инвертирующий усилитель (рис. 13.20): вход «+» ОУ соединен с землей. Из условия /_у ~ 0 следует ^ /_вх = 1_{о с}, или I_R] = 1_{о с}.

Рис. 13.20. Схема инвертирующего усилителя

Если I_R UJR_X, a I_oc U_BbJR_oc, то U_BX/R ^вых/^о.с’ или

^вых ^{— —}^о.с^вх/^Г

Таким образом, выходное напряжение усилителя больше входного в R_{o c}/R раз и имеет противоположный с ним знак.

Дифференциальный усилитель (рис. 13.21). Напряжения f/⁽⁺⁾ и подают непосредственно на входы DA усилителя с делителей напряжения, образованных сопротивлениями R_x и R₂.

Рис. 13.21. Схема дифференциального усилителя

В дифференциальном усилителе:

• на входе «-» ОУ

• на входе «+» ОУ

Из условия U⁺ = U~ следует, что или

Таким образом, выходное напряжение дифференциального усилителя равно разности усиленного и инвертированного напряжений входных сигналов (U_Bx2 - U_BXl), с учетом коэффициента усиления сигнала R₂/R-

Сумматор (рис. 13.22). Согласно первому и второму законам Кирхгофа для схемы справедлива система уравнений