Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель, схема которого представлена на рис. 5, преобразует входные сигналы, поступающие на инвертирующий вход ОУ, так, что выходной сигнал имеет фазу, противоположную фазе входного сигнала. Если при рассмотрении этой схемы считать ОУ «идеальным», у которого входной ток равен нулю, а коэффициент усиления А достаточно велик, то можно определить токи в схеме по закону Ома:

 

 

 

Рис. 5. Инвертирующий усилитель

 

При этом i₁ =iос, так как эти токи протекают по одной цепи. В то же время из выражения u_вых = — Аu’_вх видно, что u’_вх --> 0, так как А --> ¥. С учетом этого в уравнениях для токов можно пренебречь членом u’_вх. Тогда

 

Или

 

 

Как видно из этого выражения, коэффициент передачи К при инвертирующем включении целиком определяется параметрами элементов цепи обратной связи. Кроме того, напряжение и'_вх на инвертирующем входе при достаточно большом коэффициенте усиления А и заземленном неинвертирующем входе пренебрежимо мало, что позволяет рассматривать инвертирующий вход как точку «кажущейся земли». Из этого также следует, что входное сопротивление инвертирующего усилителя равно сопротивлению резистора R1, так как его правый вывод подключен к точке с «нулевым» потенциалом.

Хотя коэффициент усиления реального ОУ на постоянном токе и низких частотах весьма велик, все же его величина конечна. С учетом этого коэффициент усиления инвертирующего усилителя имеет вид:

 

Следует отмстить, что на низких частотах, где собственный коэффициент усиления ОУ велик, усиление схемы определяется практически только цепью обратной связи. На высоких же частотах глубина обратной связи падает из-за снижения величины А, которая начинает оказывать заметное влияние на усиление усилителя с замкнутой обратной связью.

 

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя уменьшается при увеличении глубины обратной связи иопределяется следующим соотношением:

 

Это соотношение справедливо при условии A >> Roc / R1, когда собственный коэффициент усиления ОУ значительно больше отношения Roc / R1, т. е. при условии достаточно глубокой отрицательной обратной связи.

 

Полоса пропускания ОУ с замкнутой петлей обратной связи определяется значением частоты единичного усиления f₁ и увеличивается при снижении общего коэффициента усиления схемы .

 

Выходное напряжение смещения инвертирующего усилителя из-за входных погрешностей на входе ОУ определяется следующим выражением:

 

 

Для уменьшения выходного напряжения смещения сопротивление резистора R2 выбирается равным сопротивлению параллельно соединенных резисторов R1 и Roc, т. е.

Тогда

 

 

Как видно из приведенного выражения, выходное напряжение смещения равно алгебраической сумме входного напряжения смещения самого ОУ, умноженного на коэффициент усиления инвертирующего усилителя, и напряжения, создаваемого разностным током на сопротивлении обратной связи. При работе инвертирующего усилителя от низкоомного источника, когда Uсм / R1 > ÙIвх - входная погрешность определяется напряжением смещения самого ОУ, а в случае высокоомного источника, когда, Uсм / R1< ÙIвх, — разностью входных токов.

Для уменьшения входных погрешностей необходимо, чтобы входной ток сигнала всегда был больше токов входных погрешностей: