Инвертирующий усилитель

На рис. 1.2 представлена базовая принципиальная схема инвертирующего усилителя. Диапазон применения этого усилителя исключительно широк и включает, в частности измерительную технику.

Рисунок 1.2 – Инвертирующий усилитель

Многие особенности инвертирующего усилителя, например расширенная полоса пропускания и пониженное выходное сопротивление, обусловлены сопротивлением цепи обратной связи R_oc.

Выражение для коэффициента усиления инвертирующего усилителя получаем, используя правило 1 и 2, приведенные в подразделе 1.1.

Поскольку неинвертирующий вход заземлен, его потенциал равен 0 V.

Согласно правилу 1, потенциал инвертирующего входа также равен 0 V (так называемая виртуальная земля). Таким образом, инвертирующий вход ОУ в схеме на рис. 1.2 во всех практических случаях также можно считать заземленным.

В соответствии с первым законом Кирхгофа алгебраическая сумма всех токов, входящих в узел и исходящих из узла, должна быть равна нулю. В то же время в силу правила 2 равен 0 и входной ток ОУ. Отсюда следует, что

и (1.2)

Поскольку правый вывод резистора находится под потенциалом земли (0 V), а на левом выводе действует входное напряжение , то, согласно закону Ома, . Аналогично получаем . Подстановка этих соотношений в уравнение 1.2 дает

или (1.3)

Таким образом, данная схема инвертирует входной сигнал и усиливает его в раз.

Диапазон линейности схемы (т.е. линейности ее амплитудной характеристики) определяется напряжением источника питания. Из рис. 1.3 видно, что при питании схемы от источника с напряжением 15 V насыщение наступает, когда выходное напряжение достигает величины напряжения насыщения , типичное значение которого 13 V.

Рисунок 1.3 – Амплитудная характеристика инвертирующего усилителя

В области насыщения любое дальнейшее увеличение никак не сказывается на величине выходного напряжения. Для большинства ОУ максимальный размах выходного напряжения в линейной области приблизительно на 4 V меньше разности между плюсовым и минусовым напряжением источника питания (некоторые типы современных ОУ имеют уровни насыщения очень близкие к величине напряжения источника питания).

Входное сопротивление инвертирующего усилителя обычно довольно мало. Поскольку инвертирующий вход по существу заземлен, входным сопротивлением для входного сигнала является сопротивление .

Увеличивая R_вх, можно повысить входное сопротивление, но при этом уменьшается коэффициент усиления. Коэффициент усиления можно поднять путем увеличение сопротивления резистора обратной связи R_ос, однако максимальное значение сопротивления R_oc имеет практическое ограничение.