Инвертирующий усилитель на ОУ

Схема инвертирующего усилителя приведена на рис. 5.11. Для упрощения, цепи питания ОУ на схеме не показаны. В инвертирующем усилителе входной сигнал u _вх и сигнал ООС u _ОС подаются на один вход. Поэтому на вход усилителя подается не весь входной сигнал, а только его часть, снимаемая с элемента Z _ОС (р) (учтен 3 -й постулат ОУ). Поэтому для суммарной передаточной функции устройства можно записать:

передаточная функция входного делителя напряжения;

передаточная функции цепи ОС, полагая сопротивление источника сигнала равным нулю, которое, при необходимости, можно прибавить к Z ₁(p).

Если Z ₁ (р) = R ₁ и Z _ОС (р) = R _ОС, то коэффициент усиления ОУ по напряжению с ООС

Может быть как меньше, так и больше единицы.

Неинвертирующий усилитель на ОУ

  Схема неинвертирующего усилителя, выполненного на ОУ, приведена на рис. 5.12.   Если принять, что коэффициент усиления ОУ стремится к бесконечности, то требуемое его значение обеспечивается введением последовательной цепи ООС по выходному напряжению (см. делитель на элементах Z ₁ и Z _ОС, часто носящий комплексный характер.

Определим передаточную функцию каскада усиления по напряжению. Ранее было показано, что передаточная функция преобразователя сигналов W _пр (р) на ОУ с ООС определяется выражением

где W _ОУ (р) – передаточная функция каскада усиления на ОУ без цепи ООС; W _ОС (р) – передаточная функция цепи ООС:

Тогда
При выводе выражения W _пр (р) для каскада усиления учтен 1 -й постулат ОУ. Если Z _ОС (р) = 0, то неинвертирующий усилитель превращается в повторитель напряжения, аналогичный эмиттерному повторителю по выполняемым функциям.

Отметим, что коэффициент передачи неинвертирующего усилителя (модуль | W _пр(р)| = К_u функции W _пр (р)) не может быть меньше единицы.

Если Z ₁(р) = R ₁ и Z _ОС(р) = R _ОС, то коэффициент передачи усилителя

Интегратор на ОУ

Если цепь ООС выполнена на частотно-зависимых (комплексных) элементах Z ₁ и Z _ОС, то на ОУ можно построить устройства, реализующие функции интегрирования и дифференцирования.

На рис. 5.13 приведена схема интегратора, в которой операторные (по Лапласу) сопротивления

Передаточная функция идеального интегрирующего звена

 

В схеме интегратора (см. рис. 5.13) выходной сигнал u _вых пропорционален интегралу от входного напряжения u _вх.

К аналогичному выводу можно прийти, записав для инвертирующего входа ОУ уравнение токов по первому закону Кирхгофа (с учетом 2-го постулата ОУ):

Откуда

 

Дифференциатор на ОУ

Передаточная функция идеального дифференцирующего звена (рис. 5.14) с операторными элементами Z ₁ (р) = 1/(C ₁ p) и Z _ОС (р) = R _ОС

W _диф (p) = R _OC C ₁ р.

Выходной сигнал u _вых дифференциатора пропорционален производной от входного сигнала u _вх.

Аналогичный результат можно получить из уравнения для входных токов дифференциатора:

Откуда

 

Если в цепи ОС использовать нелинейные элементы, то на операционном усилителе можно построить схемы, реализующие более сложные функции. Например, при использовании диода можно построить схемы, выходной сигнал которых будет пропорционален логарифму или экспоненте от входного напряжения. По такому же принципу могут быть построены устройства с произвольно заданными частотными свойствами, так называемые активные фильтры.

К онтрольные вопросы по теме 4

1. Перечислите основные типы преобразователей (усилителей сигналов на транзисторах с ОЭ) и приведите их ВАХ (зависимости их выходных напряжений от коллекторных токов).