Короткі теоретичні відомості

Операційні підсилювачі використовуються в різноманітних електронних пристроях. Їх широко застосовують, як в аналогових, так і в імпульсних пристроях електроніки. Часто використовують типові лінійні схеми на основі ОП. Такі типові схеми повинен знати кожен інженер, який використовує електронні пристрої. Дуже корисно володіти достатньо простими прийомами ручного аналізу електронних схем на основі операційних підсилювачів. Це значно полегшить розуміння принципу дії конкретних пристроїв електроніки і буде сприяти отриманню достовірних результатів машинного аналізу. Вказані прийоми аналізу засновані на припущенні, що використовуються ОП з характеристиками достатньо близькими до ідеальних. Практика розрахунків показує, що результати отримані на основі припущень мають цілком прийнятну похибку.

Приймемо наступні припущення:

1. Вхідний опір ОП дорівнює нескінченості, струми вхідних електродів рівні нулю .

2. Вихідний опір ОП рівний нулю, тобто ОП з боку виходу є ідеальним джерелом напруги ( ).

3. Коефіцієнт підсилення за напругою (коефіцієнт підсилення диференціального сигналу) рівний нескінченості, а диференційний сигнал в режимі підсилення рівний нулю (при цьому не допускається закорочення виводів ОП).

4. В режимі насичення напруга на виході рівна за модулем напрузі живлення, а знак визначається полярністю вхідної напруги.

5. Синфазний сигнал не діє на ОП.

6. Напруга зміщення нуля рівна нулю.

Розглянемо схему підсилювача-інвертора на основі ОП (рис. 8.1) в ній діє паралельний зворотній зв'язок за напругою.

Рис. 8.1. Підсилювача-інвертор на основі ОП

Так як , то відповідно до першого закону Кірхгофа . Передбачимо, що ОП працює в режимі підсилення, тоді . Відповідно з цим на основі другого закону Кірхгофа отримаємо: , .

Враховуючи, що , одержимо .

Таким чином, підсилювач-інвертор характеризується коефіцієнтом підсилення за напругою .

Рис. 8.2. Неінвертуючий підсилювач

Розглянемо схему неінвертуючого підсилювача на основі ОП (рис. 8.2), де має місце послідовий негативний зв'язок за напругою.

Відповідно прийнятими припущеннями вхідний струм ОП дорівнює нулю, , і відповідно, .

Припустимо, що ОП працює в режимі підсилення, тоді . З другого закону Кірхгофа маємо: ; .

Далі маємо такий вираз:

, , , , , , , .

Отже, неінвертуючий підсилювач на базі ОП характеризується коефіцієнтом підсилення за напругою

.

Скористаємося загальним виразом для коефіцієнта підсилення підсилювача, який охоплений послідовним від’ємним зворотнім зв’язком за напругою. Передбачимо, що використовується вхідний сигнал низької частоти, і тому будемо використовувати коефіцієнти , , і . Відповідно до виразу , у разі :

.

Коефіцієнт визначається за виразом .

Таким чином, при

.

Рис. 8.3. Повторювач напруги

Що співпадає з результатом, отриманим на основі прийнятих припущень.

Повторювач напруги на основі ОП (рис. 8.3) може бути отримана із схеми неінверуючого підсилювача при , . У такому випадку передбачається, що ОП працює в режимі підсилення . Використаємо отриманий вище загальний вираз для напруги , отримаємо: .