Инвертирующий усилитель

Так как операционный усилитель (ОУ) имеет большой коэффициент усиления по напряжению , то даже малое дифференциальное входное напряжение, которое может возникнуть из-за ассиметрии входного каскада или нестабильности элементов входной цепи, способно перегрузить ОУ и вызвать смещение от 0 до . Тогда ОУ окажется в состоянии насыщения и потеряет способность усиливать. Кроме того зависит от температуры и .

Вследствие указанных причин ОУ почти всегда применяется с глубокой ОС, которая обеспечивает получение хорошей стабильности и нуля выходного напряжения. Чаще других применяются параллельная ООС по напряжению.

Рисунок 2.15 Схемы инвертирующего усилителя на базе ОУ с внешней ООС (без цепи питания и частотной коррекции)

Это базовая схема, на основе которой строятся почти все остальные. Название усилителя говорит о том, что входной сигнал должен подаваться на инвертирующий вход. Сигнал ОС тоже должен подаваться на инвертирующий вход (только тогда ОС àOOC). Также ОС оказывается параллельной и по напряжению.

Для идеального ОУ:

Учитывается также, что ограничено , и можно считать

Следовательно, ток , протекающий через резистор R1, равен току , протекающий через . Так как , то всё входное напряжение падает на резисторе R1:

а всё выходное напряжение падает на резисторе :

.

Отсюда коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя с ОС:

Входное сопротивление:

Выходное сопротивление: , так как даже без ОС ; кроме того, здесь ОС – отрицательная по напряжению, она понижает выходное сопротивление; глубина её бесконечна, так как

Уравнение показывает, что коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется только сопротивлением резисторов и не зависит от характеристик самого ОУ. Знак “–“ указывает на инвертирование.

Недостатком инвертирующего усилителя является невысокое (на практике 10 кОм). Выбрать большим нельзя, так как необходимо увеличивать . При высокоомных , инвертирующий усилитель становится неустойчивым из-за влияния входной дифференцирующей ёмкости. Простейший способ снижения – подключение его к выходу ОС через делитель , .

Коэффициент передачи от входааменьше, чем к зажимам выхода.Благодаря этому при том же требуемое оказывается большим, что и повышает входное сопротивление.