Книга: Схемотехника аналоговых электронных устройств

6.3. Инвертирующий усилитель

6.3. Инвертирующий усилитель

Наиболее часто ОУ используется в инвертирующих и неинвертирующих усилителях. Упрощенная принципиальная схема инвертирующего усилителя на ОУ приведена на рисунке 6.7.


Рисунок 6.7. Инвертирующий усилитель на ОУ

Резистор R1 представляет собой внутреннее сопротивление источника сигнала Eг, посредством Rос ОУ охвачен ?ООСН.

При идеальном ОУ разность напряжений на входных зажимах стремиться к нулю, а поскольку неинвертирующий вход соединен с общей шиной через резистор R2, то потенциал в точке a тоже должен быть нулевым ("виртуальный нуль", "кажущаяся земля"). В результате можем записать: Iг=Iос, т.е. Eг/R1=–Uвых/Rос. Отсюда получаем:

KU инв = Uвых/Eг = –Rос/R1,

т.е. при идеальном ОУ KU инв определяется отношением величин внешних резисторов и не зависит от самого ОУ.

Для реального ОУ необходимо учитывать его входной ток Iвх, т.е. Iг=Iос+Iвх или (EгUвх)/R1=(UвхUвых)/Rос+Uвх/UвхОУ, где Uвх — напряжение сигнала на инвертирующем входе ОУ, т.е. в точке a. Тогда для реального ОУ получаем:


Нетрудно показать, что при глубине ООС более 10, т.е. Ku ОУ/KU инв=F>10, погрешность расчета KU инв для случая идеального ОУ не превышает 10%, что вполне достаточно для большинства практических случаев.

Номиналы резисторов в устройствах на ОУ не должны превышать единиц мегом, в противном случае возможна нестабильная работа усилителя из-за токов утечки, входных токов ОУ и т.п. Если в результате расчета величина Rос превысит предельное рекомендуемое значение, то целесообразно использовать Т-образную цепочку ООС, которая при умеренных номиналах резисторов позволяет выполнить функцию эквивалента высокоомного Rос (рисунок 6.7б) . В этом случае можно записать:


На практике часто полагают, что Rос1=Rос2>>Rос3, а величина R1 обычно задана, поэтому Rос3 определяется достаточно просто.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на ОУ Rвх инв имеет относительно небольшое значение, определяемое параллельной ООС:

Rвх инв = R1 +(Rос/Ku ОУ + 1)?RвхОУ? R1,

т.е. при больших Ku ОУ входное сопротивление определяется величиной R1.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя Rвых инв в реальном ОУ отлично от нуля и определяется как величиной Rвых ОУ, так и глубиной ООС F. При F>10 можно записать:

Rвых инв = Rвых ОУ/F = Rвых ОУ/KU инв/Ku ОУ.

С помощью ЛАЧХ ОУ можно представить частотный диапазон инвертирующего усилителя (см. рисунок 6.6), причем

fвОС = fT/KU инв.

В пределе можно получить KU инв=1, т.е. получить инвертирующий повторитель. В этом случае получаем минимальное выходное сопротивление усилителя на ОУ:

Rвых пов = Rвых ОУ/Ku ОУ.

В усилителе на реальном ОУ на выходе усилителя при Uвх=0 всегда будет присутствовать напряжение ошибки Uош, порождаемое Uсм и ?Iвх. С целью снижения Uош стремятся выровнять эквиваленты резисторов, подключенных к входам ОУ, т.е. взять R2=R1?Rос (см. рисунок 6.7а). При выполнении этого условия для KU инв>10 можно записать:

Uош ? UсмKU инв + ?IвхRос.

Уменьшение Uош возможно путем подачи дополнительного смещения на неинвертирующий вход (с помощью дополнительного делителя) и уменьшения номиналов применяемых резисторов.

На основе рассмотренного инвертирующего УПТ возможно создание усилителя переменного тока путем включения на вход и выход разделительных конденсаторов, номиналы которых определяются исходя из заданного коэффициента частотных искажений Mн (см. подраздел 2.5).

Оглавление книги


Генерация: 1.338. Запросов К БД/Cache: 3 / 0
поделиться
Вверх Вниз