Операционный усилитель в режиме масштабного усиления

Операционный усилитель в режиме масштабного усиления

Коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя достигает Кус = 120000. Но поскольку усилению подлежит разность входных сигналов, то даже при минимальном значении этой разности, например ΔU = n10-3В, уровень выходного сигнала усилителя будет равен уровню питающего напряжения. Поэтому выходной сигнал  подают через сопротивление Rос на инверсный вход усилителя (рис.3.4,а), организуя тем самым обратную связь, повышая при этом значение Uвх2, а значит, снижая значение ΔU.

а

Uвх1

Rос

Rвх      Uвых

Uвых

б

+Uпит

m         Кус2    Кус1

Uвх2 = 0

Rвх

w         +U

-U

Кус2>Кус1

Uвх

-Uпит

Рис.3.4. Прямое масштабное усиление

Значение выходного сигнала определяется соотношением

Uвых = КусUвх1,       (2.11)

где       Кус =

  Rос

Rвх

коэффициент усиления.

Данная схема включения операционного усилителя обеспечивает устойчивую работу усилителя при незначительном усилении исследуемого сигнала Кус = n101.

При дальнейшем повышении Кус усилитель теряет устойчивость и может перейти в режим автоколебаний. Поэтому для обеспечения устойчивости операционный усилитель, как правило, включают по схеме инвертирующего усиления (рис.3.5,а). Это

достигается тем, что исследуемый сигнал Uвх1 подают через входной резистор на инверсный вход, а прямой вход усилителя непосредственно соединяют с шиной питания «0В».

а

Uвх2 = 0         3

Rос

6

m

Uвых

Кус1

Uвых

б

+Uпит

Кус2

Uвх1

Rвх

w         +U  4

2          7

-U

К140УД701

Кус2>Кус1

-Uпит

Uвых = КусUвх1

Uвх

Рис.3.5. Инвертирующий масштабный усилитель

Поскольку усилению подлежит разница сигналов, поступающих на прямой и инверсный входы, т.е.  ΔU = 0 – Uвх1, то при положительных значениях Uвх1, ΔU становится меньше нуля, а значит, и Uвых  приобретает отрицательную полярность (рис.3.5,б). Соединение выхода усилителя с инверсным входом через Rос создает отрицательную обратную связь, обеспечивающую устойчивую работу операционного усилителя во всем диапазоне усиления.

Получение неинвертированного усиленного сигнала достигается повторной инверсией, при которой выход данного усилителя соединяют с инверсным входом другого инвертирующего усилителя, имеющего Rос= Rвх, а значит, коэффициент усиления, равный единице.