Инвертирующий усилитель

На рис. 37показана схема инвертирующего усилителя.

Рис. 37. Принципиальная схема инвертирующего усилителя.

Цепь обрат­ной связи в этом случае представляет собой единственный резистор R_о.с., который служит для передачи части выходного сигнала обратно на вход. Тот факт, что резистор соединен с инвертирующим входом, указывает на отрицательный характер обратной связи.

В данной схеме входное напряжение U_вх. подается на инвертирую­щий вход ОУ через резистор R₁. Резистор R₂ включен в цепь неинвертирующего входа для уменьшения составляющей погрешности выходного напряжения, обусловленной протеканием тока во входных цепях реально­го операционного усилителя. Сопротивление резистора R₂ определяется из соотношения:

.

Очевидно, что при R_о.с. >> R₁ можно выбрать R₂ = R₁.

Применяя правила Кирхгофа, для схемы рис. 36, можно составить следующие уравнения:

,

, (знак «минус», так как ОС отрицательная) , .

Решая совместно эти уравнения, можно получить следующее выражение для выходного напряжения схемы:

,

где Z - полное сопротивление цепи обратной связи, определяемое соотно­шением:

.

Сопротивления входного резистора и резистора цепи обратной связи обычно большие (десятки кОм), а коэффициент передачи ОУ очень высо­кий (А > 100000), таким образом, полное сопротивление цепи обратной связи с высокой точностью можно считать равным Z =R_о.с.-.Кроме того, величина ∆U обычно очень мала (несколько мкВ) и если значение входно­го сопротивления ОУ (Z_вх.) высокое (обычно около 10 МОм), то тогда входной ток (i_вх. =∆U/ Z_вх.) чрезвычайно мал и им можно пренебречь. С учетом сказанного выходное напряжение будет равно:

,

где К - коэффициент передачи усилителя, охваченного обратной связью, равный K = R_о.с. /R₁.

Знак минус в выражении означает, что выходной сигнал имеет полярность противоположную входному сигналу, т.е. инвертирован отно­сительно него, поэтому такой усилитель называют инвертирующим усили­телем. Коэффициент передачи инвертирующего усилителя на операцион­ном усилителе можно регулировать посредством выбора сопротивлений двух резисторов, R₁ и R_о.с..