Инвертирующий усилитель на ОУ

На рисунке 2 приведена схема простейшего инвертирующего усилителя. Неинвертирующий вход заземлен, т.е. находится под нулевым напряжением (U_вх2 рисунка 1 равно нулю). Входной сигнал через резистор R1 подается на инвертирующий вход. Операционный усилитель охвачен параллельной отрицательной обратной связью по напряжению через резистор R_ОС. Найдем выражение для коэффициента усиления схемы.

Рисунок 2. Инвертирующий усилитель

В соответствии с выражением (3)

U_A = U_B = 0 (5)

Следовательно, потенциал точки А в первом приближении, равен потенциалу общей шины – “земли”. Поэтому эта точка получила наименование “виртуальной земли”.

Используя полученное значение, находим для токов, входящих в (4)

; (6)

. (7)

Приравнивая их и учитывая, что К = U_вых / U_вх,, получаем для коэффициента усиления инвертирующего усилителя

, (8)

где знак минус указывает на изменение фазы выходного сигнала по сравнению с фазой входного на 180⁰ (выходное напряжение находится в противофазе, инверсно, с входным напряжением). В связи с этим, если входной сигнал нарастает, то усиленный выходной – спадает, и наоборот, спадающему входному сигналу соответствует нарастающий выходной. Подобное явление уже нами встречалось при рассмотрении усилителей ОЭ, ОБ и ОИ.

Из (8) видно, что инвертирующий усилитель может иметь любой коэффициент усиления как больший единицы, так и меньший.

Параллельная отрицательная обратная связь по напряжению уменьшает выходное (см. (1)) и выходное сопротивления усилителя. Величину последнего, в первом приближении, можно определить, используя понятие “виртуальная земля”. Так как напряжение в точке А равно нулю, то для источника входного сигнала “кажется”, что между его входами включен резистор R1, т.е.

R_{вх и ус} = R1. (9)

Как показано в предыдущем разделе, введение ООС расширяет диапазон усиливаемых частот. На рисунке приведена логарифмическая амплитудно-частотная характеристика ОУ и инвертирующего усилителя, спроектированного на основе этого ОУ.

Рисунок 3. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика ОУ и инвертирующего усилителя

Большие коэффициенты усиления исходного ОУ соответствуют весьма узкому диапазону частот – от нуля до примерно нескольких десятков/сотен герц.

Равномерный коэффициент усиления инвертирующего усилителя простирается до верхней частоты, равной:

. (10)

к оглавлению

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира