Операционные усилители. Схемные решения на операционных усилителях

Операционным усилителем называют усилитель постоянного тока, предназначенный для выполнения различного рода операций над аналоговыми сигнала при работе в схемах с отрицательной обратной связью.

Операционные усилители обладают большим и стабильным коэффициентом усиления напряжения, имеют дифференциальный вход с высоким входным сопротивлением и несимметричный выход с низким выходным сопротивлением, малым дрейфом нуля. То есть под операционным усилителем понимают высококачественный универсальный усилитель.

Условные обозначения операционных усилителей приведены на рис. 3.50. Один из входов, обозначенный знаком «+» называют неинвертирующим (прямым), так как сигнал на выходе и сигнал на этом входе имеют одинаковую полярность. Второй вход, обозначенный знаком «–», (его также обозначают знаком инверсии «o») называют инвертирующим, так как сигнал на выходе по отношению к сигналу на этом входе имеет противоположную полярность. Помимо трех сигнальных контактов (двух входных и одного выходного) операционный усилитель содержит дополнительные контакты (обычно число контактов составляет 14 или 16).

Рис. 3.50. Условные обозначения операционных усилителей

Вид выполняемых операционными усилителями операций определяется внешними по отношению к нему элементами. От параметров операционного усилителя зависит только точность выполняемых операций. Рассмотрим наиболее распространенные схемы на основе операционного усилителя.

Инвертирующий усилитель. На рис. 3.52 изображена схема инвертирующего усилителя на идеальном операционном усилителе, который осуществляет усиление аналоговых сигналов с поворотом фазы на .

Рис.3.52. Инвертирующий усилительный каскад на идеальном операционном усилителе

Во входной цепи протекает переменный ток, действующее значение которого равно

(3.69)

т. к. идеальный операционный усилитель имеет бесконечно большое входное сопротивление.

Тогда . Следовательно, коэффициент усиления схемы равен

(3.70)

Отсюда следует, что определяется внешними резисторами R1 и R2. В современных операционных усилителях и достаточно велики, поэтому расчет по выражению (3.70) обеспечивает достаточную точность при практических расчетах.

Неинвертирующий усилитель. На рис. 3.53 изображена неинвертирующая схема на операционном усилителе. В этой схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а напряжение обратной связи на инвертирующий.

Величина напряжения обратной связи равна

(3.71)

Так как коэффициент усиления достаточно высок, можно считать, что , тогда коэффициент усиления схемы равен:

(3.72)

Рис. 3.53. Неинвертирующий усилительный каскад на операционном усилителе

Если , то , то схема неинвертирующего усилителя превращается в повторитель напряжения с высоким входным и низким выходным сопротивлением (рис. 3.54).

Рис. 3.54. Повторитель напряжения на операционном усилителе

Логарифмирующий усилитель получается в том случае, когда вместо резистора в цепь обратной связи включают полупроводниковый диод (рис. 3.55). При этом постоянный ток во входной цепи равен