3. Неинвертирующий усилитель с обратной связью

Неинвертирующий усилитель с обратной связью усиливает входное напряжение в К раз, сохраняя знак входного напряжения (см. рис. 5.4). Для этого в ОУ вводится последовательная отрицательная обратная связь по напряжению (ООС), при которой на вход ОУ подается разность напряжений: входного U_ВХ и напряжения обратной связи U_ООС (U_ВХ1 = U_ВХ – U_ООС).

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя с ООС

К_ОС = ,

где β = – коэффициент передачи звена ООС;

К = – коэффициент усиления ОУ без ООС.

Полагая К весьма большим и βК  1, получают

К = .

Отсюда следует, что при большом коэффициенте усиления самого ОУ коэффициент усиления с ООС определяется лишь параметрами элементов обратной связи.

4. Инвертирующий усилитель с обратной связью

Инвертирующий усилитель с обратной связью (см. рис. 5.5) усиливает входное напряжение в К раз и изменяет знак напряжения на противоположный. Для этого в ОУ вводится параллельная ООС по напряжению, при которой на входе из входного тока I_ВХ1 вычитается ток обратной связи I_ВХ2.

Полагая I_ВХ = 0, получают I₁ = I₂.

Считая ОУ идеальным и принимая U_ВХ = 0, определяют:

I_ВХ1 =; I_ВХ2 = ;

; К = .

5. Сумматор

В сумматоре (см. рис. 5.6) отсутствует взаимное влияние входных сигналов. Это происходит вследствие того, что инвертирующий вход имеет практически нулевой потенциал.

Выходное напряжение

U_ВЫХ =U_ВХ1.

Выходное напряжение равно сумме входных, каждое из которых помножено на свой коэффициент усиления. Знак минус показывает, что наряду с суммированием происходит инвертирование полярности сигналов.

В цепи одного из входов обычно устанавливается сопротивление R6. Оно не влияет на коэффициент усиления и вводится, когда это необходимо, для уменьшения изменений выходного напряжения, вызванных временными или температурными колебаниями входных токов.

Сопротивление R6 выбирают таким, чтобы эквивалентные сопротивления, подключенные к входам ОУ, были одинаковы. Если токи входов равны и изменяются на одинаковую величину, то создаваемые ими падения напряжения не создадут дифференциального сигнала и не вызовут дополнительного смещения нуля.

6. Компаратор

Компаратор (см. рис. 5.7) предназначен для сравнивания двух напряжений, поступающих на его входы. Одно из сравниваемых напряжений, называемое опорным, может быть неизменным по величине, а другое обычно изменяется во времени. В зависимости от знака разности входных напряжений на выходе компаратора устанавливается максимальный () или минимальный () уровень напряжения.

Компаратор переключается в моменты равенства U_ВХ1 = U_ВХ2, и выходные напряжения имеют форму прямоугольных импульсов. Ширина этих импульсов при заданной амплитуде синусоиды зависит от величины U_ВХ2. Таким образом, простейший компаратор может служить преобразователем синусоидального напряжения в прямоугольное.

7. Интегратор

В интеграторе (см. рис. 5.9) выходное напряжение пропорционально интегралу от входного напряжения. Во время переходного процесса в цепи R2-С, протекающего при подаче на вход схемы сигнала U_Н в виде скачка напряжения, интегрирующий усилитель (интегратор) работает в линейном режиме. Этому режиму соответствует процесс интегрирования:

U_ВЫХ = – ,

где τ = R2C – постоянная времени.

Если входное напряжение постоянно, то

U_ВЫХ = – U_ВХ .

Перед началом интегрирования интегратор надо «сбросить» на ноль. Это обусловлено тем, что вследствие неидеальности ОУ на конденсаторе С может быть накоплен значительный заряд, который вызывает появление выходного напряжения, близкого к максимально достижимому. Для сброса на ноль параллельно с конденсатором С подключают размыкающий контакт кнопки.

Интеграторы широко применяют при создании генераторов линейно изменяющегося и синусоидального напряжений, в качестве фильтров низких частот и пр.