2. Операционные усилители

Операционный усилитель, это в настоящее время основной прибор для аналоговой обработке информации, каки в системах управления, так и во всехиныхсферах.

Первый интегральный ОУ μА702, имевший рыночный успех, был разработан Р. Уидларом (США) в 1963 году. В настоящее время номенклатура ОУ насчитывает сотни наименований. Операционные усилители выпускаются в малогабаритных корпусах и очень дешевы, что способствуетих массовому распространению.

Современный интегральный операционный усилитель способен усиливать сигнал постоянного напряжения с низкими значениями смещения нуля и входных токов и с вы- соким коэффициентом усиления. По размерам и цене они практически не отличаются от отдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУ почти ис- ключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителя и отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически иде- альным характеристикам ОУ, реализация различных электронных схем на их основе ока- зываетсязначительнопроще, чемнаотдельныхтранзисторах. Поэтому операционные усилители почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем ("кирпичиков") во многихобластяханалоговойсхемотехники.

Операционный усилитель (рис. 2.16) имеет два

+in

-in

out

	+in -in
		out

входа, прямой (+in) и инверсный (-in) и выход (out). Кроме того, конечно, каждый усилитель имеет цепи пи- тания. Питание ОУ бывает двуполярным(+Ucc, -Ucc) или однополярным (0, +Ucc). Цепи питания обычно на

а) б)

Рис. 2.16.

схемах не показывают, чтобы не затруднять чтение схем. На рис. 2.16,а) показано функциональное обозначение, а

на2.16,б) – обозначение ОУнапринципиальныхэлектрических схемах.

А. Идеальный операционный усилитель

Для анализа существующих схем и разработки новых вводится понятие идеального ОУ, т.е. такого ОУ, параметры схемы на котором определяются только цепями обратных связей. Идеальный ОУобладает:

1. бесконечно большим дифференциальным коэффициентом усиления по напряже- нию K_U=ΔUвых/ (U+in – U-in) (у реальныхОУот 10 тыс. до 100 млн.);

2. нулевым напряжением смещения нуля Uсм, т.е. при равенстве входных напряже- ний выходное напряжение равно нулю (у реальных ОУ Uсм, приведенное ко входу, нахо- дитсяв пределахот 5 мкВ до 20 мВ);

3. нулевымивходными токами (уреальныхОУот сотыхдолейпА до единиц мкА);

4. нулевым выходным сопротивлением (у реальных маломощных ОУ от десятков Ом до единиц кОм); под выходным сопротивлением здесь понимается отношение измене- ния выходного напряжения к изменению выходного тока при изменении сопротивления нагрузки;

5. мгновенным откликом на изменение входных сигналов (у реальных ОУ время установлениявыходногонапряжения от единицнаносекунд до сотенмикросекунд).

БольшинствосовременныхОУмогут считатьсяидеальными.

Основные правила расчета схем на идеальных ОУ. 1-е правило. Входные токи ОУ равны нулю.

2-е правило. На выходе ОУ устанавливает такое напряжение, чтобы напряжения на прямоми инверсномвходах сравнялись.

Исходя из этих простых и легко запоминающихся правил проводится расчет раз- личных схем преобразования аналоговых сигналов с использованием операционных уси- лителей.