Перейти к содержанию

Неинвертирующий усилитель

Когда источник сигнала слабый и высокоомный — датчик, делитель, пьезоэлемент, — инвертирующая схема его нагружает. Неинвертирующий усилитель подаёт сигнал прямо на вход ОУ, поэтому источник почти не видит нагрузки, а усиление по-прежнему задают два резистора.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Неинвертирующий усилитель — схема на операционном усилителе, в которой сигнал подают на неинвертирующий вход, а на инвертирующий вход возвращают часть выходного напряжения через делитель Rf–Rg. Обратная связь доводит инвертирующий вход до уровня входного сигнала, и по правилу делителя (SLOD006B, разд. 3.2):

K=UвыхUвх=1+RfRgK = \frac{U_\text{вых}}{U_\text{вх}} = 1 + \frac{R_f}{R_g}

Свойства

ПараметрЗначение
Коэффициент усиления1 + Rf/Rg, не меньше 1
Фазасовпадает со входом
Входное сопротивлениевходное сопротивление ОУ — очень большое
Синфазное напряжение на входах ОУравно входному сигналу
Шумовое усилениесовпадает с сигнальным

Как и у инвертирующей схемы, усиление задаёт только отношение резисторов: TI приводит пары 10 кОм / 10 кОм и 100 кОм / 100 кОм, которые дают одинаковое усиление 2.

Повторитель — частный случай

Если Rg убрать, а Rf закоротить, усиление становится равным 1 — получается повторитель напряжения. TI советует и в повторителе оставлять резистор в обратной связи, часто 20 кОм: он ограничивает ток через входную защиту при перенапряжении, а некоторые ОУ без него повреждаются (SLOD006B, разд. 3.2).

О чём помнить

Расчёт на практике — схема усилителя на ОУ и статья об операционном усилителе.

Частые вопросы

Почему неинвертирующий усилитель не может ослаблять сигнал?

Потому что выход должен быть больше входа, чтобы делитель Rf–Rg вернул на инвертирующий вход ровно Uвх. При Rf = 0 схема превращается в повторитель с усилением 1 — это нижняя граница (Kuphaldt, Vol. III, разд. 8.5). Если нужно ослабить сигнал без инверсии, ставят делитель перед повторителем.

Зачем в повторителе резистор в обратной связи, если усиление и так 1?

Для защиты. TI объясняет, что резистор между выходом и инвертирующим входом ограничивает ток через входную защитную структуру при перенапряжении (обычно до 1 мА) и может иметь почти любой номинал, часто 20 кОм; некоторые ОУ без него повреждаются, а у ОУ с токовой обратной связью он обязателен (SLOD006B, разд. 3.2).

Какая полоса у неинвертирующего усилителя с усилением 10?

Примерно GBW, делённое на шумовое усиление, которое у этой схемы совпадает с сигнальным: 1 + Rf/Rg = 10. ОУ с GBW 1 МГц даст около 100 кГц. Для больших усилений и широкой полосы каскад делят на два с меньшим усилением каждый.

Источники

  1. Texas Instruments. Op Amps For Everyone, Design Reference, SLOD006B (August 2002) — разд. 3.2: сигнал подаётся на неинвертирующий вход, источник видит бесконечный импеданс; выход гонит ток через RF, пока инвертирующий вход не сравняется с VIN; по правилу делителя VIN = VOUT·RG/(RG + RF), откуда VOUT/VIN = 1 + RF/RG (ур. 3-2); при RG много больше RF усиление стремится к 1 — буфер с единичным усилением; RF в повторителе защищает инвертирующий вход от перенапряжения, ограничивая ток через входную структуру ЭСР (обычно < 1 мА), часто 20 кОм; некоторые ОУ разрушаются без RF; у ОУ с токовой обратной связью RF обязателен; при RF = RG = 10 кОм или 100 кОм усиление 2, номиналы задают ток и влияние паразитных ёмкостей
  2. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. III — Semiconductors, ch. 8 «Operational Amplifiers» (CC BY) — разд. 8.5: обратная связь через делитель на инвертирующий вход, сигнал на неинвертирующий — неинвертирующий усилитель, AV = R2/R1 + 1; усиление не бывает меньше 1, при R2 = 0 схема превращается в повторитель; полярность выхода совпадает с входом; разд. 8.8: неинвертирующий сумматор — пассивный усреднитель и неинвертирующий усилитель с усилением 3

Нашли ошибку?

Смотрите также