Операционный усилитель изначально был спроектирован для выполнения математических операций (отсюда его название), путём использования напряжения как аналоговой величины. Такой подход лежит в основе аналоговых компьютеров, в которых ОУ использовались для моделирования базовых математических операций (сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т. д.). Однако идеальный ОУ является многофункциональным схемотехническим решением, он имеет множество применений помимо математических операций. Реальные ОУ, основанные на транзисторах, электронных лампах или других активных компонентах, выполненные в виде дискретных или интегральных схем, являются приближением к идеальным.
Ламповый операционный усилитель K2-W.
Первые промышленные ламповые ОУ (1940-е гг.) выполнялись на паре двойных триодов, в том числе в виде отдельных конструктивных сборок в корпусах с октальным цоколем. В 1963 Роберт Видлар, инженер Fairchild Semiconductor, спроектировал первый интегральный ОУ — μA702. При цене в 300 долларов прибор, содержавший 9 транзисторов использовался только в военных применениях. Первый доступный интегральный ОУ, μA709, также спроектированный Видларом, был выпущен в 1965; вскоре после выпуска его цена упала ниже 10 долларов, что было всё ещё слишком дорого для бытового применения, но вполне доступно для массовой промышленной автоматики и т. п. гражданских задач.
ОУ 741 в корпусе TO-5
В 1967 National Semiconductor, куда перешёл работать Видлар, выпустила LM101, а в 1968 Fairchild выпустило практически идентичный μA741 — первый ОУ со встроенной частотной коррекцией. ОУ LM101/μA741 был более стабилен и прост в использовании, чем предшественники. Многие производители до сих пор выпускают версии этого классического чипа (их можно узнать по числу «741» в наименовании). Позднее были разработаны ОУ и на другой элементной базе: на полевых транзисторах с p-n переходом (конец 1970х) и с изолированным каналом (начало 1980х), что позволило существенно улучшить ряд характеристик. Многие из более современных ОУ могут быть установлены в схемы, спроектированные для 741 без каких-либо доработок, при этом характеристики схемы только улучшатся.
Применение ОУ в электронике чрезвычайно широко — операционный усилитель, вероятно, наиболее часто встречающийся элемент в аналоговой схемотехнике. Добавление лишь нескольких внешних компонент делает из ОУ конкретную схему аналоговой обработки сигналов. Многие стандартные ОУ сто́ят всего несколько центов в крупных партиях, но усилители с нестандартными характеристиками (в интегральном или дискретном исполнении) могут стоить $100 и выше.
На рисунке показано схематичное изображение операционного усилителя. Выводы имеют следующее значение
* V+: неинвертирующий вход
* V−: инвертирующий вход
* Vout: выход
* VS+: плюс источника питания (также может обозначаться как VDD, VCC, или VCC + )
* VS−: минус источника питания (также может обозначаться как VSS, VEE, или VCC − )
Указанные пять выводов присутствуют в любом ОУ, они абсолютно необходимы для его функционирования. Помимо этого, некоторые ОУ могут иметь дополнительные выводы (предназначенные, например, для установки тока покоя, частотной коррекции, балансировки или других функций).
Выводы питания (VS+ и VS−) могут быть обозначены по-разному (см. выводы питания интегральных схем). Часто выводы питания не рисуют на схеме, чтобы не загромождать её несущественными деталями, при этом способ подключения этих выводов явно не указывается или считается очевидным (особенно часто это происходит при изображении одного усилителя из микросхемы с четырьмя усилителями с общими выводами питания). При обозначении ОУ на схемах можно менять местами инвертирующий и неинвертирующий входы, если это удобно; выводы питания, как правило, всегда располагают единственным способом (положительный вверху).
Система обозначений оу
Наименование ИС начинается с номера серии, причем первая цифра характеризует ее конструктивно-технологическую особенность. Цифры 1, 5, 7 обозначают, что ИС полупроводниковая (7 присвоена безкорпусным полупроводниковым ИС), а 2, 4, 6, 8 – гибридная. Другие две (или три) цифры – порядковый номер разработки серии. О функции, которую выполняет ИС, судят по двухбуквенному шифру, стоящему после номера серии. Затем указывается порядковый номер ИС в данной серии. В конце условного обозначения типа ИС может быть буквенный индекс, характеризующий отличие ИС данного типа по численному значению одного или нескольких параметров. Перед наименованием ИС, предназначенных для бытовой и промышленной аппаратуры, ставится буква К.
Пример условного обозначения интегрального ОУ приведена на рис. 1.1. По двухбуквенному шифру (УД) заключаем, что перед нами ОУ. Исключением из этого правила является ИС К118УД1А-В, представляющая собой однокаскадный дифференциальный усилитель. Цифры свидетельствуют о том, что ОУ полупроводниковый серии 153 с номером разработки в данной серии 1. Буква в конце условного обозначения предупреждает о различиях в численных значениях по меньшей мере одного из параметров ОУ данного типа. Однако информации о том, какой это параметр, в указанном индексе не содержится.
Лишь по справочным данным можно узнать, например, что ОУ 153УД1 и 153УД1А различаются значением коэффициента усиления.
Микросхемам, различающимся только конструктивным исполнением, присваивают, как правило, единое цифровое обозначение серии. Для характеристики материала и типа корпуса перед цифровым обозначением серии могут быть добавлены следующие буквы: А – для пластмассового планарного корпуса; Е – для металлополимерного корпуса второго типа, И – для стеклокерамического планарного корпуса и Р – для пластмассового и стеклокера-мического корпуса второго типа.
Параметры ОУ |
Uпит., В |
Uпит.ном.,В |
KDx10-3 |
Iп.,мА |
Uсм, мВ |
TKUсм, мкВ/К |
Ii,нА |
Дельта Ii, нА |
К140УД1А, КР140УД1А |
- |
2Х6,3 |
0.5 |
6 |
7 |
20 |
5000 |
1500 |
К140УД1Б, КР140УД1Б |
- |
2Х12,6 |
1.3 |
12 |
7 |
20 |
8000 |
1500 |
К140УД5А(1) |
2Х(6...13) |
2Х12 |
0,5 |
12 |
10 |
35 |
5000 |
1000 |
К140УД5Б(1) |
2Х(6...13) |
2Х12 |
1 |
12 |
7 |
10 |
10000 |
5000 |
К140УД6, КР140УД608 |
2Х(5...20) |
2Х15 |
30 |
3 |
8 |
20 |
50 |
15 |
К140УД7. КР140УД708 |
2Х(5...20) |
2Х15 |
30 |
2,8 |
9 |
10 |
400 |
200 |
К140УД8, КР140УД8 |
- |
2Х15 |
50 |
5 |
50 |
50 |
0.2 |
0.1 |
К140УД9 |
2Х (9...18) |
2Х12.6 |
3S |
8 |
5 |
20 |
350 |
100 |
К140УД10 |
2Х(5...18) |
2Х15 |
50 |
10 |
5 |
50 |
250 |
70 |
К140УД11. КР140УД1101 |
2Х(5...18) |
2Х15 |
30 |
8 |
10 |
50 |
500 |
200 |
К140УД12. КР140УД1208(2) |
2Х(11.5...18) |
2Х3/15 |
25/50 |
0,03/0.17 |
6 |
5/6 |
10/50 |
6/28 |
К140УД14, КР140УД1408 |
2Х(15...18) |
2Х15 |
50 |
1 |
5 |
20 |
5 |
1 |
К140УД17 |
2Х(0...18) |
2Х15 |
200 |
5 |
0,25 |
1.3 |
10 |
5 |
КР140УД18 |
2Х(6...18) |
2Х15 |
25 |
- |
10 |
- |
0.2 |
0,2 |
К140УД20 |
2X(5...2U) |
2Х15 |
50 |
3 |
5 |
2 |
100 |
30 |
К153УД1 |
2Х(9...18) |
2Х15 |
15 |
6 |
7.5 |
30 |
1500 |
500 |
К153УД2 |
2Х(15...18) |
2Х15 |
25 |
3 |
7.5 |
30 |
1500 |
500 |
К153УДЗ |
2Х(0...18) |
2Х15 |
25 |
4 |
2 |
15 |
200 |
50 |
К153УД4 |
2Х(3...9) |
2Х6 |
5 |
0.8 |
5 |
50 |
400 |
150 |
К153УД5 |
2Х(15...16) |
2Х15 |
500 |
3,5 |
2 |
10 |
100 |
20 |
К153УД6 |
2Х(15...18) |
2Х15 |
50 |
3 |
2 |
15 |
75 |
10 |
К154УД1 |
2Х(14...18) |
2Х15 |
150 |
0.15 |
5 |
30 |
40 |
20 |
К154УД2 |
2Х(5...18) |
2Х15 |
100 |
6 |
2 |
20 |
100 |
20 |
К154УДЗ |
2Х(5...18) |
2Х15 |
8 |
7 |
10 |
30 |
200 |
50 |
К154УД4 |
2Х(15...17) |
2Х15 |
8 |
7 |
6 |
50 |
1200 |
300 |
К157УД1 |
2Х(3...20) |
2Х15 |
50 |
9 |
5 |
50 |
500 |
150 |
К157УД2 |
2Х(3...18) |
2Х15 |
50 |
7 |
10 |
50 |
500 |
150 |
К544УД1, КР544УД1 |
2Х(8...16.5) |
2Х15 |
50 |
3,5 |
20 |
50 |
0,1 |
0.05 |
К544УД2, КР544УД2 |
2Х16...17) |
2Х15 |
20 |
7 |
50 |
50 |
0,5 |
0.1 |
К551УД1 |
2Х(5...16.5) |
2Х15 |
500 |
5 |
1,5 |
5 |
100 |
20 |
КМ551УД1 |
2Х(5...16.5) |
2Х15 |
500 |
0 |
2 |
10 |
120 |
35 |
КМ551УД2 |
2Х (5...16.5) |
2Х15 |
5 |
10 |
5 |
20 |
2000 |
1000 |
К553УД1 |
2Х(9...18) |
2Х15 |
10 |
6 |
7.5 |
30 |
200 |
60 |
К553УД2 |
2Х (5...18) |
2Х15 |
20 |
3 |
7,5 |
30 |
1500 |
500 |
К553УДЗ |
2Х(9...18) |
2Х15 |
30 |
4 |
2 |
15 |
200 |
50 |
К574УД1. КР574УД1 |
- |
2Х15 |
50 |
8 |
50 |
50 |
0,5 |
0.2 |
К574УД2. КР574УД2 |
- |
2Х15 |
25 |
10 |
50 |
30 |
1 |
0.5 |
К574УДЗ, КР574УДЗ |
2Х(3...16.5) |
2Х15 |
20 |
7 |
5 |
5 |
0,5 |
0.2 |
К1401УД1 |
4...15 |
2Х15 |
2 |
8 |
5 |
30 |
150 |
- |
К1401УД2 |
2Х(2...15) |
2Х15 |
25 |
3 |
5 |
30 |
150 |
30 |
К1407УД1, КР1407УД1 |
2Х(3...12) |
2Х5 |
10 |
8 |
10 |
50 |
10 |
2 |
К1407УД2, КР1407УД2 |
2Х(1.2...13,2) |
2Х12 |
50 |
0.1 |
0,5 |
- |
150 |
50 |
К1407УДЗ. КР1407УДЗ |
2Х12...12) |
2Х12 |
10 |
2 |
5 |
20 |
5 |
1 |
КФ1407УД4 |
2Х(1,5..,6) |
2Х5 |
3 |
2 |
5 |
- |
0.5 |
0.06 |
К1408УД1, КР1408УД1 |
2Х(7...40) |
2Х27 |
70 |
5 |
8 |
- |
40 |
10 |
К1408УД2 |
2Х(15...20) |
2Х15 |
50 |
2,8 |
4 |
- |
200 |
70 |
К1409УД1 |
2Х(5...15) |
2Х15 |
20 |
6 |
15 |
- |
0.05 |
0.03 |
1) Эти микросхемы имеют две пары входных выводов: высокоомный вход-8 и 11, низкоомный-9 и 10. Параметры для К140УД1Б указаны для низкоомного входа (вывод 8 соединен с 9, 10-с 11). 2) Параметры указаны для двух значений управляющего тока Iупр=1,5/15 мкА. 3) Значения параметра для положительного перепада выходного напряжения и отрицательного неодинаковы.
