Другие классификации

По входным сигналам:

Обычный двухвходовый ОУ;

ОУ с тремя входами ^[8]: третий вход, имеющий коэффициент передачи +1 (для чего используется внутренняя ООС), используется для расширения возможностей ОУ, например, смещение по напряжению выходных сигналов относительно входных, или возможность построения каскада с высокимвыходным сопротивлением синфазному сигналу, что напоминает трансформатор с двумя обмотками, однако каскад на AD8132 передаёт и постоянный ток, что трансформатор не может.

По выходным сигналам:

Обычный ОУ с одним выходом;

ОУ с дифференциальным выходом 

14-16. инвертирующий усилитель на операционном усилителе; интегратор на оу; дифференциатор на оу; прецизионный выпрямитель на оу

Дифференциальный усилитель (вычитатель)

Дифференциальный усилитель

Примечание: не следует путать дифференциальный усилитель с дифференциатором (см. ниже)

Данная схема предназначена для получения разности двух напряжений, при этом каждое из них предварительно умножается на некоторую константу (константы определяются резисторами).

Входное сопротивление (между входными выводами) равно   = 

В случае, когда   и  , имеем:

Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель

Инвертирует и усиливает напряжение (то есть умножает напряжение на отрицательную константу).

 (Поскольку   является виртуальной землей)

Третий резистор с сопротивлением, равным   (сопротивление параллельно соединенных резисторов R_f иR_in), устанавливаемый (при необходимости) между неинвертирующим входом и землей, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.

Если R_in = 0, то схема реализует собой линейный преобразователь ток-напряжение. Входное сопротивление такой схемы определяется коэффициентом усиления реального ОУ и сопротивлением обратной связи по формуле:  , где K_A - коэффициент усиления операционного усилителя. Выходное напряжение получается по формуле: 

Неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель

Усиливает напряжение (умножает напряжение на константу, большую единицы)

 (на практике — входное сопротивление операционного усилителя: от 1 MОм до 10 TОм)

Третий резистор с сопротивлением, равным   (сопротивление параллельно соединенных резисторов R₁ иR₂), устанавливаемый (при необходимости) между точкой подачи входного сигнала   и неинвертирующим входом, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.

Повторитель напряжения

Повторитель напряжения

Используется как буферный усилитель, для исключения влияния низкоомной нагрузки на источник с высокимвыходным сопротивлением.

 (на практике — входное сопротивление операционного усилителя: от 1 MОм до 10 TОм)

Инвертирующий суммирующий усилитель (инвертирующий сумматор)

Суммирующий усилитель

Суммирует (с весом) несколько напряжений. Сумма на выходе инвертирована, то есть все веса отрицательны.

Если  , то

Если  , то

Выход инвертирован

Входной импеданс n-го входа равен   (Поскольку   является виртуальной землей)

Интегратор

Интегратор на операционном усилителе.

Интегрирует (инвертированный) входной сигнал по времени.

где   и   — функции времени,   — выходное напряжение интегратора в момент времени t = 0.

Данный четырехполюсник можно также рассматривать как фильтр нижних частот.

Некоторые потенциальные проблемы:

Обычно предполагается, что у входного напряжения V_in отсутствует постоянная компонента (т.е. усреднение V_inпо времени даёт ноль). В противном случае выходное напряжение будет дрейфовать, со временем выходя за пределы рабочего диапазона напряжений, если конденсатор не подвергать периодической разрядке.

Даже если V_in не смещено, токи смещения и утечки на входах операционного усилителя могут создать нежелательную постоянную добавку к V_in и, таким образом, привести к дрейфу выходного напряжения. Дрейф можно уменьшить путём балансировки входных токов и введением резистора сопротивлением R в цепь заземления неинвертирующего входа.

Поскольку в этой схеме отсутствует обратная связь по постоянному току (конденсатор не пропускает ток с нулевой частотой), смещение выхода может оказаться любым, т.е. конструктор не может управлять напряжением V_initial.

Эти проблемы можно частично решить введением резистора с большим сопротивлением R_F, шунтирующего конденсатор. На достаточно высоких частотахf >> 1/R_FC влияние этого сопротивления пренебрежимо мало; при этом на низких частотах, где существенны проблемы ненулевого смещения и дрейфа, резистор обеспечивает необходимую обратную связь по постоянному току. Он снижает усиление интегратора по постоянному току от, формально говоря, бесконечности до конечного значения R_F/R.

Дифференциатор

Differentiating amplifier

Примечание: Не следует путать дифференциатор с дифференциальным усилителем (см. выше)

Дифференцирует (инвертированный) входной сигнал по времени.

где   и   — функции времени.

Данный четырехполюсник можно также рассматривать как фильтр высоких частот.

Компаратор

Основная статья: Компаратор

Comparator

Сравнивает два напряжения и выдает на выходе одно из двух состояний в зависимости от того, какое из входных напряжений больше.

 — положительное напряжение питания;

 — отрицательное напряжение питания.

Измерительный усилитель

Основная статья: Измерительный усилитель

Instrumentation amplifier

Измерительный усилитель, также называемый инструментальным усилителем (англ. instrumentation(al) amplifier), принципиально не отличается от дифференциального усилителя, однако обладает очень высоким входным сопротивлением, высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала, низким напряжением смещения.

Может быть построен путем добавления неинвертирующих буферных усилителей к каждому входудифференциального усилителя для увеличения входного сопротивления.

Существуют также реализации на основе двух (а не трёх, как в приведённой схеме) операционных усилителей.

Триггер Шмитта

Основная статья: Триггер Шмитта

Триггер Шмитта

Компаратор с гистерезисом.

Гиратор

Основная статья: Гиратор

Гиратор

Имитирует индуктивность.

Преобразователь отрицательного сопротивления

Преобразователь отрицательного сопротивления

Преобразователь отрицательного сопротивления (англ. Negative impedance converter) имитирует резистор с отрицательным сопротивлением.

Нелинейные системы

Прецизионный выпрямитель

Super diode

Основная статья: Precision rectifier

Ведет себя подобно идеальному диоду для нагрузки, которая здесь представлена в виде обыкновенного резистора  .

Эта базовая схема имеет ряд ограничений. Для того, чтобы получить более полную информацию, смотрите основную статью.

Пиковый детектор

Peak detector

При замкнутом выключателе конденсатор разряжается и выходное напряжение падает до нуля. Когда выключатель разомкнут в течение определенного времени, емкость заряжается до максимального входного напряжения.

Время заряда конденсатора должно быть значительно меньше периода наибольшей частоты входного сигнала.

Логарифмический усилитель

Logarithmic configuration

Отношение между входным   и выходным   напряжениями представлено следующей формулой:

где   - ток насыщения.

Предположив, что операционный усилитель идеальный и инвертирующий вход виртуально заземлен, то ток, протекающий через резистор от источника (и далее через диод на выход, таким образом, через входы операционного усилителя ток не протекает) описывается следующей формулой:

где   - ток, протекающий через диод. Как известно, отношение между током и напряжением для диода:

Когда напряжение больше нуля, эта формула может быть преобразована в:

Рассмотрение этих двух формул вместе и предположение, что выходное напряжение   является обратным по отношению к напряжению на диоде, является доказательством формулы.

Учтите, что расчеты не учитывают температурную стабильность и другие эффекты, присущие реальным устройствам.

Экспоненциальный усилитель

Exponential configuration

17. ДУ.

Дифференциа́льный усили́тель — электронный усилитель с двумя входами, выходной сигнал которого равен разности входных напряжений, умноженной на константу. Применяется в случаях, когда необходимо выделить небольшую разность напряжений на фоне значительной синфазной составляющей.

Выходной сигнал дифференциального усилителя может быть как однофазным, так и дифференциальным. Это определяется схемотехникой выходного каскада.

Транзисторы дифференциального усилителя могут быть биполярными, полевыми или баллистическими. Наиболее высокочастотными (ТГц диапазон) являются дифференциальные усилители на интегральной паре баллистических транзисторов^[1][2].

Инструментальный дифференциальный усилитель

Схема инструментального дифференциального усилителя на базе ОУ

Для предварительного усиления слабого дифференциального сигнала в высокоточных системах от усилителя требуются высокие параметры точности коэффициента усиления, и во многих случаях также большое входное сопротивление. Точность коэффициента усиления обычно обеспечивают применением глубокой отрицательной обратной связи, охватывая ею операционный усилитель. Однако дифференциальный усилитель на базе одного операционного усилителя не обеспечивает высокого входного сопротивления порядка нескольких мегаом, поэтому зачастую применяют сборку, аналогичную изображённой на схеме. Здесь входное дифференциальное напряжение (V2-V1) подаётся на неинвертирующий вход операционного усилителя, который не используется для создания обратной связи, а собственное входное сопротивление прецизионных операционных усилителей составляет значения порядка нескольких сотен мегаом.Инструментальные дифференциальные усилители применяются для точного съёма напряжений с плеч электронного моста и других датчиков с малым выходным импедансом. Промышленностью выпускаются микросхемы, подобные приведённой схеме, с дополнительными возможностями по настройке коэффициента усиления, фильтрации шумов и частотной коррекции.

Применение

Схема дифференциального усилителя на базе одного ОУ

Дифференциальный усилитель необходим в случаях, когда информацию несёт не абсолютное значение напряжения в некоторой точке (относительно уровня заземления), а разность напряжений между двумя точками. Характерным примером является резистивный датчик тока, включенный последовательно с исследуемой цепью.

Следует использовать дифференциальные усилители всегда, когда возможно наличие синфазных помех в сигнале. Например, при измерении электрических потенциалов, снимаемых с определённых точек живого организма: при снятии электрокардиограммы, электроэнцефалографии и подобных методах исследования. Обычно необходимо также использовать специальные линии передачи сигналов, например, экранированную двухпроводную линию для передачи сигнала с микрофона (применяется, например, в линиях с разъёмом XLR).

• С 1960-х годов дифференциальный усилитель применяется в цифровых микросхемах с эмиттерно-связанной логикой(ЭСЛ).

• Дифференциальный усилитель применяется в эмиттерно-связанных триггерах Шмитта.

• Аналоговые умножители, Ячейка Гилберта