Краткие теоретические сведения. Усилитель, охваченный последовательной ООС по выходному напряже­нию с коэффициентом передачи равным единице

Усилитель, охваченный последовательной ООС по выходному напряже­нию с коэффициентом передачи равным единице, называется повторителем на­пряжения (рисунок 5.1).

Краткие теоретические сведения. Усилитель, охваченный последовательной ООС по выходному напряже­нию с коэффициентом передачи равным единице - student2.ru

Рисунок 5.1 - Схема повторителя напряжения

Свойства такого усилителя подобны свойствам эмиттерного или истокового повторителя и для него выполняется условия

UВХ Н = UВЫХ

Rbx оос = Rвхо (1 + KUОУ )

Rвых оос = Rвыхо (1 + KUОУ)

Что хорошо согласуется со свойствами ОУ. Действительно, напряжение, приложенное между входами ОУ, передается на выход с коэффициентом усиле­ния KUОУ, т.е. при любом выходном напряжении

ΔUВХ = ΔUВХ И - ΔUВХ Н = ΔUВЫХ/ KUОУ

в случае KUОУ → ∞ получим ΔUВХ → 0 и UВХ Н = UВЫХ.

Появление любого входного напряжения сразу приводит к появлению раз­ности UВХ И - UВХ Н = UВЫХ - UВХ Н. Эта разность, передаваясь на выход ОУ, изменяет его выходное напряжение так, чтобы скомпенсировать возникшее отклонение и восстановить условия, указанные выше.

Учитывая, что собственное входное сопротивление ОУ стремится к беско­нечности, а выходное сопротивление стремится к нулю, можно сказать, что рас­смотренная схема подобно эмиттерному или истоковому повторителю находит практическое применение в качестве буферных или согласующих элементов.

Неинвертирующий усилитель. Схема повторителя, приведенная на ри­сунке 5.1, не инвертировала входной сигнал, но и не усиливала его. Это объяс­няется тем, что коэффициент передачи отрицательной обратной связи равен единице. Для получения коэффициента передачи усилителя, превышающего единицу в схеме необходимо обеспечить коэффициент обратной связи bОС < 1.

Для этого в цепь ООС вводят делитель напряжения так, как показано на рисун­ке 5.2. Эта схема представляет собой неинвертирующий усилитель.

Краткие теоретические сведения. Усилитель, охваченный последовательной ООС по выходному напряже­нию с коэффициентом передачи равным единице - student2.ru

Рисунок 5.2 - Схема неинвертирующего усилителя

Коэффициент передачи делителя в цепи ООС определяется из выражения

boc = R1/ (Roc - R1)

Тогда коэффициент усиления ОУ, охваченного отрицательной обратной связью

Kuooc = KUОУ /(1 + KUОУ boc)= KUОУ /[1 +R1 KUОУ /(Roc - R1)]

С учетом KUОУ →∞ окончательно получим

Kuooc =(Roc - R1)/ R1=1+ Roc / R1= 1/ boc

Из полученного выражения можно сделать следующие выводы:

- коэффициент передачи (усиления) неинвертирующего усилителя обратно пропорционален коэффициенту передачи цепи ООС;

- при любых сопротивлениях резисторов в цепи ООС коэффициент передачи неинвертирующего усилителя не может быть меньше единицы. По­следний вывод непосредственно вытекает из свойств ОУ.

Для исследования неинвертирующего усилителя применяют схему, приве­денную на рисунке 5.3.

Краткие теоретические сведения. Усилитель, охваченный последовательной ООС по выходному напряже­нию с коэффициентом передачи равным единице - student2.ru

Рисунок 5.3 - Схема исследования неинвертирующего ОУ

Коэффициент усиления схемы неинвертирующего усилителя на ОУ вы­числяется по формуле:

Ky = 1+R1/R2

Постоянная составляющая выходного напряжения усилителя U0ВЫХ опре­деляется произведением напряжения смещения UCM на коэффициент усиления схемы КУ:

U0ВЫХ = UCMКУ

Инвертирующий усилитель. В схемах повторителя и неинвертирующего усилителя сигнал UООС и UВХ подавались на различные входы ОУ. Для получе­ния инвертирующего усилителя входной сигнал и сигнал обратной связи должны подаваться на один и тот же инвертирующий вход, т.е. цепь отрицательной об­ратной связи превращается из последовательной в параллельную. Типовая схема инвертирующего усилителя приведена на рисунке 5.4

Краткие теоретические сведения. Усилитель, охваченный последовательной ООС по выходному напряже­нию с коэффициентом передачи равным единице - student2.ru

Рисунок 5.4 - Схема инвертирующего усилителя

Неинвертирующий вход связывается с общей точкой входа и выхода схемы (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R1, на инвертирующий вход ОУ.

Показатели схемы можно определить, воспользовавшись уравнением токов для узла 1. Если принять RВХОУ = ∞ и входной ток ОУ IBX = 0, то IBX=Ioc, откуда

(Ubx - Uo)/R1 = - (UBЫX – Uo)/Rос

При KUОУ → ∞ напряжение на входе ОУ Uo = UBЫX / KUОУ → 0, в связи с чем получим

Ubx /R1 = - UBЫX / Rос

Следовательно, коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя с отрицательной параллельной обратной связью KU ИНВ = UBЫX / UBX оп­ределяется параметрами только пассивной части схемы

KU ИНВ = - Rос /R1

Выбор Rос = R1, когда KU ИНВ = -1, придает схеме на рисунке 5.4 свойство инвертирующего повторителя напряжения (инвертора сигнала).

Изменение коэффициента передачи усилителя до величины, меньшей единицы, достигается за счет действия входного делителя. Действительно, в предельном случае, когда Rос = 0, коэффициент передачи цепи отрицательной обратной связи bOC = 1 и собственный коэффициент передачи сигнала со входа ОУ равен единице. В этом случае выполняется условие UВХ ИНВ = UВЫХ. Однако ко­эффициент передачи делителя, обеспечивающего необходимый входной сигнал ОУ, снижается до нуля. Вследствие этого суммарный коэффициент передачи всего ОУ также снижается до нуля. Для инвертирующего усилителя фазы вход­ного и выходного напряжений сдвинуты относительно друг друга на 1800.

Для исследования инвертирующего усилителя применяют схему, приве­денную на рисунке 5.5.

Краткие теоретические сведения. Усилитель, охваченный последовательной ООС по выходному напряже­нию с коэффициентом передачи равным единице - student2.ru Рисунок 5.5 - Схема исследования инвертирующего ОУ

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя на ОУ вычисляется по формуле:

КУ = - Rf (ОС) / R1

Знак "минус" в формуле означает, что выходное напряжение инверти­рующего усилителя находится в противофазе с входным напряжением. Посто­янная составляющая выходного напряжения U0ВЫХ усилителя зависит от коэф­фициента усиления КУ схемы и напряжения смещения UСM и вычисляется по формуле:

U0ВЫХ = UСM КУ

Наши рекомендации