Інвертуючий та неінвертуючий підсилювач

В схемах інвертуючих підсилювачів від’ємний зворотний зв’язок реалізується через опір з виходу на інвертуючий вхід ОП (рис. 6.6.а). Наявність такого зв’язку призводить до того,що завжди у стані рівноваги . Тоді, за другим закономКірхгофа,

, . (1)

а) б)

Рис. 6.6. Схеми інвертуючого (а) та неінвертуючого (б) підсилювачів

Оскільки вхідний опір операційного підсилювача дуже великий, струм I _ОП=0, а отже і напруга на вході операційного підсилювача . Враховуючи це, з рівняння (1) виводимо співвідношення для струмів:

, .

За першим законом Кірхгофа запишемо для струмів:

.

Враховуючи, що , вхідний струм буде визначатися як , а отже

.

З останнього виразу знаходимо коефіцієнт підсилення за напругою інвертуючого підсилювача

,

де – коефіцієнт передачі кола зворотного зв’язкуінвертуючогопідсилювача. Необхідно відзначити, що коефіцієнт підсилення ОПзі зворотним зв’язком не залежить від частоти вхідного сигналу.

В схемах неінвертуючих підсилювачів вхідний сигнал подається на неінвертуючий вхід ОП, вихідна напруга має той же знак,що і вхідна, а зворотний зв’язок забезпечується через елемент з виходу на інвертуючий вхідОП (рис. 6.6.б).

В цьому випадку другий закон Кірхгофа має вигляд

.

Тоді, враховуючи, що , а отже напруга , отримаємо наступне співвідношення для напруг

.

Коефіцієнт передачі ланки зворотного зв’язку неінвертуючого ОП:

.

Коефіцієнт підсилення неінвертуючого підсилювача буде визначатись як

.

Таким чином, коефіцієнти підсилення масштабного інвертуючого та неінвертуючого підсилювачів не залежать від частоти вхідного сигналу, а визначаються лише параметрами елементів ланки зворотного зв’язку.

Інтегруючий підсилювач (інтегратор)

Інтегратори – це пристрої електроніки, що реалізують функцію інтегрування і виконуються на базі інвертуючого підсилювача шляхом введення в ланку від’ємного зворотного зв’язку конденсатора С (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Схема інтегратора на ОП

Враховуючи, що , а отже і струм . Записавши рівняння за другим законом Кірхгофа для вхідного та вихідного контуру

, ,

і враховуючи, що для ОП , отримаємо

.

Вихідна напруга інтегруючого пристрою на базі конденсатора визначається наступним виразом:

.

Отже, отримуємо, що вихідна напруга такої схеми є пропорційною до інтегралу від вхідної напруги

,

де – стала інтегрування, яка визначається параметрами кола зворотного зв'язку.

Якщо вхідна напруга незмінна за величиною , вихідна напруга буде пропорційною до тривалості часу інтегрування (рис. 6.8.а): . Тривалість інтегрування визначається часом перехідного процесу, що виникає в ланці RC при поданні , а швидкість інтегрування (нахил прямої) визначається сталою інтегрування .

Якщо напруга є знакозмінною, то напруга на виході інтегратора буде трикутною (рис. 6.8.б), що використовується в генераторах лінійно-змінної напруги.

а) б) в)

Рис. 6.8. Часові діаграми роботи інтегратора для постійної (а), періодично змінної (б) вхідної напруги та у випадку несиметричної вхідної напруги (в)

В тому випадку, коли напруга на вході інтегратора є несиметричною (рис. 6.8.в), вихідна напруга інтегратора міститиме ділянки, на яких вона залишається незмінною. Вигляд вихідної напруги визначається тим, що тривалість заряду/розряду конденсатора визначається тривалістю додатної півхвилі вхідної напруги і є величиною незмінною. Тому при розряді конденсатора виникає пауза, коли конденсатор вже повністю розрядився, а вхідна напруга ще залишається негативною.