Учебники

Op-Amp-Applications

Схема называется линейной , если между ее входом и выходом существует линейная зависимость. Точно так же цепь называется нелинейной , если существует нелинейная связь между ее входом и выходом.

Операционные усилители могут использоваться как в линейных, так и в нелинейных приложениях. Ниже приведены основные применения ОУ –

  • Инвертирующий усилитель
  • Неинвертирующий усилитель
  • Повторитель напряжения

В этой главе подробно рассматриваются эти основные приложения.

Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель принимает вход через свой инвертирующий вывод через резистор R1 и выдает его усиленную версию в качестве выхода. Этот усилитель не только усиливает вход, но и инвертирует его (меняет знак).

Принципиальная схема инвертирующего усилителя показана на следующем рисунке –

Инвертирующий усилитель

Обратите внимание, что для операционного усилителя напряжение на инвертирующей входной клемме равно напряжению на его неинвертирующей входной клемме. Физически между этими двумя терминалами нет коротких замыканий, но фактически они коротки между собой.

В схеме, показанной выше, неинвертирующий входной терминал подключен к земле. Это означает, что на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя подается нулевое напряжение.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя будет равно нулю.

Узловое уравнение в узле этого терминала, как показано ниже –

 frac0ViR1+ frac0V0Rf=0

=> fracViR1= fracV0Rf

=>V0= влево( гидроразрываRfR1 справа)Vт

=> fracV0Vi= fracRfR1

Соотношение выходного напряжения V0 и входного напряжения Vi представляет собой усиление напряжения или усиление усилителя. Следовательно, коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен  fracRfR1.

Обратите внимание, что усиление инвертирующего усилителя имеет отрицательный знак . Это указывает на то, что между входом и выходом существует разность фаз 180 °.

Неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель принимает вход через неинвертирующий терминал и выдает усиленную версию в качестве выходного. Как следует из названия, этот усилитель просто усиливает вход, не инвертируя и не изменяя знак выхода.

Принципиальная схема неинвертирующего усилителя показана на следующем рисунке –

Неинвертирующий усилитель

В вышеупомянутой схеме входное напряжение Vi напрямую подается на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя. Таким образом, напряжение на неинвертирующей входной клемме операционного усилителя будет составлять Vi.

Используя принцип деления напряжения , мы можем рассчитать напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя, как показано ниже:

=>V1=V0 left( fracR1R1+Rf right)

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующем входном выводе операционного усилителя такое же, как и напряжение на его неинвертирующем входном выводе.

=>V1=Vi

=>V0 влево( гидроразрываR1R1+RF справа)=Vя

=> гидроразрываv0Vi= гидроразрываR1+RFR1

=> гидроразрываv0Vi=1+ гидроразрываRFR1

Теперь соотношение выходного напряжения V0 и входного напряжения Vi или усиления или усиления неинвертирующего усилителя равно 1+ fracRfR1.

Обратите внимание, что усиление неинвертирующего усилителя имеет положительный знак . Это указывает на отсутствие разности фаз между входом и выходом.

Повторитель напряжения

Повторитель напряжения представляет собой электронную схему, которая вырабатывает выход, следующий за входным напряжением. Это особый случай неинвертирующего усилителя.

Если мы рассматриваем значение резистора обратной связи, Rf как ноль омов и (или) значение резистора, 1 как бесконечность, то неинвертирующий усилитель становится повторителем напряжения. Принципиальная схема повторителя напряжения показана на следующем рисунке –

Повторитель напряжения

В вышеупомянутой схеме входное напряжение Vi напрямую подается на неинвертирующий входной вывод операционного усилителя. Таким образом, напряжение на неинвертирующей входной клемме операционного усилителя равно Vi. Здесь выход напрямую подключен к инвертирующему входу терминала операционного усилителя. Следовательно, напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя равно V0.

Согласно концепции виртуального короткого замыкания , напряжение на инвертирующей входной клемме операционного усилителя такое же, как и напряжение на его неинвертирующей входной клемме.

=>V0=Vi

Таким образом, выходное напряжение V0 повторителя напряжения равно его входному напряжению Vi.

Таким образом, усиление повторителя напряжения равно единице, поскольку и выходное напряжение V0, и входное напряжение Vi повторителя напряжения одинаковы.