3.1.9 Операційні підсилювачі

Операційний підсилювач (ОП) — це багатокаскадний підси­лювач із двома входами: прямим і інвертуючим (диференційним входом), одним виходом, додатковими виводами: спільним „земля”, додатнім і від’ємним виводами живлення, схемне зображення якого подане на рис. 3.16, а. Основною його характеристикою є великий коефіцієнт підсилення за напругою (К_и__оп  ).

+ U_дж U_вих В

U_вх.і + U_дж

U_вх.н U_вих інвертуючий не інвертуючий

вхід вхід

- U_дж

а)

- U_дж

Рис. 3.16. Умовне графічне зображення (а) та передаточні характеристики ОП (б)

До структури ОП (рис.3.17) входять вхідний симетричний диференційний каскад (зменшує дрейф нуля і має два входи: інвертуючий (U_вх1) і неінвертуючий, або прямий (U_вх2), несиметричний диференційний каскад (здійснює підсилення сигналу) й емітерний повторювач (забезпечує потужність вихідного сигналу). U_дж

ОП +

U_вх.і U_вих

U_вх.н

- U_дж

Рис. 3.17. Структурна схема ОП

• О П характеризуються великим вхідним опором ( ) і малим вихідним опором ( );

• ОП за входами не споживає струм;

• диференційний сигнал між входами дорівнює нулю.

Основні параметри підсилювача:

коефіцієнт підсилення за напругою

; (3.19)

U_вх вимірюється між двома входами, або між одним входом і спільною шиною при незмінному потенціалі другого входу. Підсилювачі виконують симетричними

; К = 10³ ... 10⁵

в хідний опір (вимірюється для одного із входів при незмінному потенціалі іншого

(3.20)

в хідний синфазний опір – вхідний опір синфазного сигналу – відношення приросту напруги на обох входах по відношенню до „землі” до приросту середнього вхідного струму (R_сф >> R_вх) (3.21)

середній вхідний струм та зміна вхідного струму (вимірюються в режимі, коли U_вих =0)

; (3.21)

вихідний опір – показує на скільки вихідне коло ОП відрізняється від джерела напруги (R_вих<<R_вх).

Важливою для ОП є передаточна характеристика U_вих = f (U_вх) (рис. 3.16, б). Оскільки підсилювач має два входи (прямий та інвертуючий), то ця характеристика відображає роботу ОП при поданні сигналу на кожний вхід окремо. Горизонтальні ділянки характеристи­ки відповідають режиму відкритого або закритого стану транзистора вихідного каскаду. При цьому величина вихідного сигналу обме­жується максимальним значенням напруги на виході ОП додатного чи від'ємного значення, яка досягає (0,9...0,95) напруги живлення. На цих ділянках зміна вхідного сигналу не буде викликати зміни вихідного сигналу, тобто напруга на виході буде за­лишатись сталою.

На похилих ділянках характеристики величина вихідної напруги буде визначатися коефіцієнтом підсилення.

АНАЛОГОВІ СХЕМИ НА БАЗІ ОП

Враховуючи, що ОП мають малий діапазон лінійного підсилення вхідного сигналу, то на практиці ці підсилювачі використовуються з ланками від'ємного зворотного зв'язку. Це значно розширює діапазон підсилення, а також забезпечує регулювання величини вихідної на­пруги. Таким чином здійснюється масштабування вхідного сигналу.