Инвертирующий усилитель

Одним из наиболее распространённых устройств на ОУ является инвертирующий усилитель, схема которого приведена на рис.7.4.

Входное напряжение подаётся на инвертирующий вход через резистор R1, определяющий величину входного сопротивления. Резистор R2 обеспечивает в усилителе отрицательную обратную связь.

Ток, протекающий через инвертирующий вход ОУ, примерно равен нулю из-за большого входного сопротивления, а напряжение на вхо­де ненасыщенного ОУ близко к нулю из-за большого коэффициента усиления.

С учётом этого можно считать, что напряжение на резисторе R2 примерно равно выходному напряжению 0У Uвых, а входной ток I₁= - I₂ ≈ , тогда

Uвых≈ = =-Uвх , (7.1)

а коэффициент усиления инвертирующего усилителя

(7.2.)

Коэффициент усиления К полностью определяется величинами резисторов R1, R2 и не зависит от напряжений источников пита­ния Е1, Е2, коэффициента усиления 0У и других факторов, ко­торые могут изменяться в процессе работы устройства. Следователь­но, рассматриваемый инвертирующий усилитель обладает высокой ста­бильностью коэффициента усиления. Подбирая необходимую величину сопротивления резистора R2 при заданном сопротивлении R1, можно обеспечить требуемый коэффициент усиления. Обычно этот коэф­фициент усиления не превышает ста и должен быть много меньше коэф­фициента усиления ОУ. Только в этом случае достигается устойчивая и стабильная работа устройства, а принятые допущения и выражения (7.1)-(7.2) будут справедливы.

Интегратор

Интегратор представляет собой устройство, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный интегралу oт входного напряжения. Для этого в цепь отрицательной обратной связи включают кон­денсатор С, а входной сигнал подают на инвертирующий вход через резистор R (рис.7.5).

С учётом принятых для инвертирующего усилителя допущений напряжение на выходе интегратора

, (7.3)

где U_С - напряжение на конденсаторе обратной связи; i_С -ток конденсатора.

Подставляя в (3) величину тока i_С=- имеем

. (7.4)

Таким образом, выходное напряжение устройства определяется интегралом от входного напряжения и произведением τu=RC, которое называют постоянной времени интегратора. С увеличением постоянной времени интегратора уменьшается погрешность интегрирования и уменьшается величина выходного напряжения.

При входном напряжении, имеющем форму прямоугольных импульсов с длительностью τu положительной полярности и такой же дли­тельности отрицательной полярности (рис.7.6), выходное напряжение будет изменяться по линейному закону согласно выражению

Uвых=- (7.5)

Изменяя величину резистора R, можно регулировать амплитуду Uвыхm выходного пилообразного напряжения. На рис.7.6 кривая I получена при меньших значениях резистора R, а кривая 2 - при больших.

Постоянная времени интегратора ограничивает длительность вход­ного импульса. Для нормальной работы интегратора необходимо, что­бы за время τu конденсатор заряжался до напряжения, меньшего напряжения насыщения 0У. Из выражения (7.5) можно получить мини­мально допустимую величину постоянной времени интегратора.

t_и > (7.6)