7. Операційні підсилювачі (оп)

Перші ОП з’явилися приблизно 40–45 років тому і були реалізовані на електронних лампах. Мікроелектроніка дозволила значно розширити використання ОП, оскільки їх маса, габарити, вартість і надійність є співмірними зі звичайними біполярними транзисторами. Сама назва ОП зумовлена тією обставиною, що вводячи ті чи інші обернені зв’язки, ми можемо забезпечувати виконання основних математичних операцій (множення, ділення, додавання, віднімання, інтегрування, диференціювання, логарифмування). Саме завдяки цим властивостям свого часу були розроблені й використовувались аналогові обчислювальні машини.

Операційні підсилювачі можуть класифікуватись за:

• схемотехнічною реалізацією,

• параметрами,

• призначенням.

Щодо схемотехнічної реалізації, розрізняють:

• одновходові операційні підсилювачі,

• двовходові операційні підсилювачі.

У першому випадку підсилювач є обов’язково інвертуючим. У другому випадку один із входів інвертуючий, а другий – неінвертуючий. Отже, на вході такого ОП використовується диференційний каскад. Узагальнена структурна схема такого ОП матиме вигляд:

Рис. 105. Узагальнена структурна схема одновходового ОП

Функція диференційного підсилювача (ДП) – порівняння двох сигналів. Функція проміжних каскадів (ПК) – забезпечення заданої величини K_U, перехід від диференційного сигналу до однофазного однополярного, забезпечення міжкаскадного зниження потенціалів.

Значна величина коефіцієнта підсилення досягається шляхом використання підсилювальних каскадів із динамічним навантаженням.

Функція вихідного каскаду (ВК), як правило, реалізується за двотактними безтрансформаторними схемами. Транзистори при цьому працюють у режимах B, AB. Використання режиму А енергетично невигідне.

Забезпечення нульової вихідної напруги при нульовій вхідній вимагає використання двополярного джерела живлення.

Свого часу були розроблені ОП, побудовані за принципом перетворення сигналу, тобто вхідний сигнал перетворюється у перемінний, підсилюється бездрейфовим підсилювачем перемінного струму і на виході демодулюється (рис. 106).

Рис. 106. Схема ОП, побудованого за принципом перетворення сигналу

Диференційні підсилювачі реалізуються на біполярних, польових та супер бета-транзисторах.

До основних параметрів підсилювача слід віднести:

• коефіцієнт підсилення за напругою,

• напругу зміщення,

• нестабільність напруги зміщення,

• вхідний струм,

• різницю вхідного струму між окремими входами,

• нестабільність величини вхідного струму від температури,

• граничну робочу частоту,

• допустиму величину струму навантаження,

• амплітудне значення вихідної напруги.

Умовне позначення одного з типів ОП наведено на рис.107.

Рис. 107. Умовне позначення ОП типу К140УД17

У найпростішому випадку ОП має п’ять виводів, з яких два є вхідними, один вихідним, а два виводи живлення. Мікросхема К140УД14 має два додаткові виводи, які дозволяють здійснювати частотну корекцію (FC), у мікросхеми K140УД17 є “нуль-коректор” (NC). Мікросхема типу К140УД12 має електроди корекції величини споживаного струму (СС). Nule correction, frequency correction, current correction відповідно позначаються на ОП, як NC, FC, CC.

ОП практично не використовуються без ОЗ. Введення ОЗ при реалізації тих чи інших математичних операцій передбачає використання ідеального ОП. Під ідеальним ОП розуміють такий підсилювач, який забезпечує K_U = , U_зміщ. = 0, R_вх =, R_вих = 0.