2.11. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Операционный усилитель при подаче сигнала на инвертирующий вход при усилении изменяет полярность сигнала на противоположную. При передаче синусоидального напряжения осуществляется сдвиг фазы усиливаемого сигнала на 180°. В усилительных устройствах широко применяется схема инвертирующего ОУ с ООС (рис. 2.20). Входной сигнал и сигнал ООС подают на инвертирующий вход ОУ, при этом происходит сложение токов , т. е. речь идет об ООС со сложением токов, называемой также параллельной ООС.

Для осуществления сложения токов необходимо исключить подключение непосредственно ко входу ОУ источников ЭДС, т. е. необходимо обеспечить .

Найдем усилительные параметры ОУ с ООС. При анализе полагаем: эти условия в реальных схемах легко выполняются. Поскольку у ИМС .

Рис. 2.20. Инвертирующий ОУ с ООС (а) и его передаточная характеристика (б)

В § 2.10 было отмечено, что на линейном участке передаточной характеристики ОУ напряжение между его входами . Тогда

Отсюда легко получить коэффициент усиления схемы рис. 2.20, а;

Знак минус указывает, что полярности входного и выходного напряжений противоположны. Коэффициент усиления , но при этом Киос зависит только от соотношения сопротивлений , поэтому его стабильность очень высока.

Найдем входное сопротивление ОУ с OOC:

Так как , из (2.25) следует

Конечное значение входного сопротивления отличает рассматриваемый ОУ от схемы рис. 2.18, а. При стабилизации коэффициента усиления схема приближается по своим свойствам к источнику ЭДС, т. е. выходное сопротивление снижается. Можно заключить, что , что является преимуществом, достигаемым за счет ООС.

Передаточная характеристика инвертирующего усилителя приведена на рис. 2.20, б. Она отличается от характеристики рис. тем, что расположена во втором и четвертом квадрантах, что характерно для схем, инвертирующих полярность сигнала. Линейный участок характеристики ограничен напряжениями Поскольку , линейный участок передаточной характеристики расширяется за счет введения ООС и сигналы большей амплитуды передаются без искажений.

Таким образом, введение ООС в схему инвертирующего ОУ позволяет улучшить его параметры: повысить стабильность коэффициента усиления, уменьшить выходное сопротивление, расширить линейную область передаточной характеристики и снизить искажения при передаче сигналов большой амплитуды. Такие же результаты достигаются и при введении ООС в неинвертирующий ОУ, отличается только значение входных сопротивлений (см. § 2.10). Таким образом, с помощью ООС за счет ухудшения одного из параметров коэффициента усиления Киос) можно улучшить остальные параметры. Снижение во многих схемах несущественно, так как ОУ обладают очень высоким При необходимости большого усиления сигналов применяют многокаскадные схемы, в которых каждый каскад выполнен на ОУ и охвачен цепью ООС.