Неинвертирующий усилитель на основе операционного усилителя

Рассмотрим схему неинвертирующего усилителя (

рис. 2.27), где имеет место последовательная отрицательная связь по напряжению.

Вначале выполним анализ схемы, используя принятые допущения, а затем выполним анализ на основе выражений, полученных для усилителя с указанной обратной связью.

В соответствии с ранее принятыми допущениями входные токи ОУ равны нулю, т. е. i₋ = i₊ = 0 и, следовательно, i₁ = i₂.

Предположим, что операционный усилитель работает в режиме усиления, тогда u диф = 0. На основании второго закона Кирхгофа получаем

u_R 1 = − u вх u_R 2 = u вх − u вых

Далее имеем следующие выражения:

i 1 · R 1 = − u вх i₂ · R₂ = u вх − u вых i₁ = − u вх / R_1 2 = u  вх − u ых  / R₂ − u вх / R₁ = u вх − u вых / R₂ u вх · ( 1 / R₁ + 1 / R₂ ) = u вых / R₂ u вых = u вх · ( R₁ + R₂ ) / R₁ u вых = u вх · ( 1 + R₂ / R₁ )

Таким образом, неинвертирующий усилитель характеризуется коэффициентом усиления по напряжению

К_и = 1 + R 2 / R 1

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Воспользуемся общим выражением для коэффициента усиления усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью по напряжению. Предположим, что используется входной сигнал низкой частоты, и поэтому будем использовать вещественные коэффициенты К, β и Ки.ос. В соответствии с общим выражением

К_и.ос = К / ( 1 + К · β ) При К → ∞ К_и.ос = 1 / β

Коэффициент β, как можно заметить из рис. 2.27, определяется выражением

β = R 1 / ( R 1 + R 2 )

Таким образом, при К → ∞ К_и.ос = 1 + R 2 / R 1 что совпадает с результатом, полученным на основании используемых допущений.

Пусть, например, R₁ = 2 кОм, R₂ = 4 кОм и u вх = 2 В. Тогда u вых = 2 · [ 1 + 4 · 10³ / ( 2 · 10³ ) ] = 6 В

Обратимся к общим выражениям для входного и выходного сопротивлений. Предполагая, что усилитель работает на низкой частоте, используем вещественные сопротивления R_вх, R_вх.ос , R_вых , R_вых.ос . Получаем, что входное сопротивление рассматриваемого усилителя

R_вх.ос = R_вх · [ 1 + К · R 1 / ( R 1+ R 2 ) ] причем при К → ∞ R_вх.ос → ∞ Аналогично R_вых.ос = R_вых / [ 1 + К · R 1 / ( R 1 + R 2 ) ]

Очевидно, при К → ∞ R_вых → 0. Заметим, что полученное выражение совпадает с приведенным выше выражением для усилителя с параллельной отрицательной обратной связью.

На входах операционного усилителя, использующегося в неинвертирующем усилителе, имеется синфазный сигнал, равный напряжению u вх . Это недостаток такого усилителя. В инвертирующем усилителе синфазный сигнал отсутствует.