Неинвертирующий операционный усилитель с простой формулой для коэффициента усиления

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2017

José Carrasco and Ausias Garrigós

EDN

Инвертирующие и неинвертирующие усилители, основанные на операционных усилителях, описаны во множестве учебников. Формулы для коэффициентов усиления этих усилителей различны. Если усиление инвертирующего усилителя равно отношению сопротивлений резистора обратной связи и входного резистора, то выражение для неинвертирующего усилителя содержит дополнительный член. В некоторых конструкциях и для простоты было бы желательно простой иметь пропорциональный коэффициент усиления (для усилений бóльших и меньших единицы) как для инвертирующих, так и для неинвертирующих усилителей.

Рисунок 1.	Этот неинвертирующий усилитель имеет простую пропорциональную формулу коэффициента усиления.

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя, показанного на Рисунке 1, выражается простой пропорциональной формулой:

Усиление пропорционально отношению резисторов и может принимать любые значения. Резистор R₃ на коэффициент усиления не влияет. Если вам нужен неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, идентичным коэффициенту усиления инвертирующего усилителя, подойдет схема, изображенная на Рисунке 2. Его коэффициент усиления достаточно точно выражается следующей приближенной формулой:

Рисунок 2.	Формула для коэффициента усиления этого неинвертирующего усилителя идентична формуле для инвертирующего усилителя.

Однако вторая схема накладывает на выбор R₄ некоторые ограничения. Точность формулы усиления зависит от величины сопротивления резистора R₄, которое должно быть намного ниже сопротивлений R₁ или R₂. Тем не менее, сравнение точного выражения для коэффициента усиления и вышеприведенного приближения показывает, что если сопротивление R₄ в десять раз меньше R₁ или R₂ (в зависимости от того, какое из сопротивлений меньше), приближенная формула дает ошибку усиления менее 5%. Точное значение величины ошибки позволяет найти формула

При выборе сопротивления резистора R₄ вы должны принимать во внимание тот факт, что максимальные выходные токи большинства микросхем операционных усилителей имеют порядок 20 мА.