Основные понятия и определения электроники. Компонентная база электроники, страница 14

                                                kус = Uвых =1+ R2 .                               (4.3)

                                                                                     Uвх                  R1

                                                                                                U

Рис. 4.3. Схема неинвертирующего усилителя и его передаточная характеристика

Недостатком этого усилителя является невозможность получить коэффициент усиления меньше единицы и, следовательно, его нельзя использовать, например, в качестве масштабного усилителя.

Основное преимущество неинвертирующего усилителя – высокое входное сопротивление, равное входному сопротивлению ОУ. 

Благодаря этому свойству неинвертирующий усилитель со 100 % обратной связью применяют в качестве преобразователя сопротивлений, подобно эмиттерному повторителю (см. п. 3.4). Схема такого преобразователя представлена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Схема повторителя напряжения на ОУ

В данной схеме сопротивление в цепи обратной связи неинвертирующего усилителя R₂ = 0, поэтому коэффициент усиления напряжения, согласно формуле (4.3), равен единице: k_ус =1+ 0¥=1. Следовательно, такую схему можно применять для согласования входного высокоомного источника сигнала с выходной низкоомной нагрузкой ОУ. Следствием этого является значительное усиление мощности входного сигнала.

4.3. Измерительный усилитель

Схема измерительного усилителя приведена на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Измерительный усилитель

Измерительный усилитель позволяет прецизионно измерять разность входных напряжений, сочетая достоинства инвертирующего и неинвертирующего усилителей. При условии, что R₄ = R₆ и R₅ = R₇ , коэффициент усиления для измерительного усилителя рассчитывается по формуле

                                  kус = U U-выхUвх2 = R1R+2R3 RR54 .                 (4.4)

вх1

Этот усилитель используется при усилении сигналов с датчиков температуры, давления, тока, напряжения, магнитной индукции и т. д. Благодаря высокому входному сопротивлению он практически не влияет на измерительные цепи. Часто измерительный усилитель выполняют в рамках одной интегральной микросхемы.

4.4. Интегратор и дифференциатор

Схема инвертирующего интегратора и его диаграммы работы в случае синусоидального входного напряжения приведены на рис. 4.6.

                                                                                                  U                            U

                                                                                   вых                 U

Рис. 4.6. Схема инвертирующего интегратора и его диаграммы работы

Коэффициент усиления для данной схемы определяется в соответствии с соотношением (4.1):

                    kус( j w)= UUвыхвх =- zz21 =-1/ j Rw C =- j w1R C ,   (4.5) где w= 2p f – циклическая частота, рад/с.

Для инвертирующего интегратора справедливо соотношение

                                      U_вых(t) =- ¹     U_вх(t) dt.                       (4.6)

R C

Таким образом, данная схема интегрирует в реальном времени входной сигнал. Например, при подаче на вход постоянного напряжения на выходе появится линейно нарастающее напряжение, поскольку интеграл от константы – это линейная функция.

Схема инвертирующего дифференциатора и его диаграммы работы в случае синусоидального входного напряжения приведены на рис. 4.7.

                                                                                                 U                                  U

                                                                                  вых                  U

Рис. 4.7. Схема инвертирующего дифференциатора и его диаграммы работы

Аналогично интегратору коэффициент усиления дифференциатора равен

                    k_ус(j w)= ^UU^вых_вх =- ^zz₁² =-1/ j ^Rw C =- j w R C.                                                            (4.7)

Для этой схемы справедливо соотношение