2. Класифікація оп.

Операційні підсилювачі, що випускаються промисловістю, постійно удосконалюються, параметри ОП наближаються до ідеальних. Проте, поліпшити всі параметри одночасно технічно неможливо, або недоцільно через дорожнечу отриманого чипа.

Для того, щоб розширити область застосування ОП, випускаються різні їх типи, в кожному з яких один або декілька параметрів є видатними, а інші на звичайному рівні (або навіть трохи гірші). Це виправдано, оскільки, залежно від сфери застосування, від ОП потрібне високе значення того або іншого параметра, а не всіх їх відразу. Звідси випливає класифікація ОП по областях застосування.

• Індустріальний стандарт. Так називають широко вживані, дуже дешеві ОП загального застосування з середніми характеристиками. Приклад: Lm324 [1].

• Прецизійні ОП мають дуже малу напругу зсуву, застосовуються в точних вимірювальних схемах. Зазвичай ОП на біполярних транзисторах по цьому показнику дещо кращі, ніж на польових. Також, від прецизійних ОП потрібна довготривала стабільність параметрів. Виключно малими зсувами володіють стабілізовані перериванням ОП. Приклад: Ad707 [2], у якого напруга зсуву становить 15 мкВ.

• ОП з малим вхідним струмом. Всі ОП, що мають польові транзистори на вході, мають малий вхідний струм. Але серед них існують спеціальні ОП, — з виключно малим вхідним струмом. Щоб повністю реалізувати їхні переваги, при проектуванні пристроїв з їх використанням, необхідно навіть враховувати витік струму по друкованій платі. Приклад: Ad549 [3], у якого вхідний струмом становить 6 • 10⁻¹⁴ А.

• Мікропотужні і програмовані ОП мають малий струм споживання. Такі ОП не можуть бути швидкодіючими, оскільки малий споживаний струм і висока швидкодія — взаємовиключні вимоги.

• Програмованими називаються ОП, для яких всі внутрішні струми спокою можна задати за допомогою зовнішнього струму, що подається на спеціальний вивід ОП.

• Потужні (сильнострумні) ОП, можуть віддавати великий струм в навантаження.

• Високовольтні ОП. Всі напруги для них (живлення, синфазна вхідна, максимальна вихідна) значно більші, ніж для ОП широкого застосування.

• Швидкодіючі ОП. Мають високу швидкість наростання і частоту одиничного підсилення. Такі ОП не можуть бути мікропотужними.

Можливі також комбінації даних категорій, наприклад, прецизійний швидкодіючий ОП.

2.1. Інвертуючий підсилювач

Інвертуючий підсилювач (необхідно розрізняти поняття "операцій­ний підсилювач" і "підсилювач, виконаний на операційному підсилювачі"), схему якого зображено на рис 2.1,а, змінює знак вихідного сигналу відносно вхідного. Він створюється введенням паралельного НЗЗ за до­помогою резистора R33 на інвертуючий вхід ОП - на цей вхід подається частина вихідного сигналу з дільникаR33, R1.

Рис 2.1 Інвертуючий підсилювач

Неінвертуючий вхід з'єднується із спільною точкою схеми (точкою з нульовим потенціалом). Вхідний сигнал через резистор R1 подається на інвертуючий вхід ОП. Кола живлення і ланцюги корекції тут і надалі не показано.

Виходячи з наведеного вище, а саме: вважаючи ОП за ідеальний, при аналізі схем з ОП слід виходити з таких положень:

1. коефіцієнт підсилення ОП нескінченний;

2. входи ОП струму не споживають (Rвх011 = & )

3. у вихідних колах ОП падіння напруги відсутнє (Rвих011= 0);

4. якщо ОП охоплено НЗЗ і він працює у лінійному режимі (в режи­мі підсилення, а не насичення), різниця потенціалів між його входами

Uвх011 = U11 = 0

Доведемо останнє положення.

Якщо КUOH>&, то Uвх011 > 0.

РеальноUвх011= U0 нулю не дорівнює. Але це настільки незначна величина, що для більшості схем на ОП нею можна знехтувати. Дійсно, якщо, наприклад, UxuxOn=10 В (це майже відповідає насиченню), а KUOn= 100000, то U0 = 100 мкВ!

Оскільки на неінвертуючий вхід подана напруга UH = 0 (він з'єдна­ний з нульовою точкою), а U0=0, то і потенціал інвертуючого входу також дорівнює нулю (віртуальний нуль). У результаті джерелом вхідно­го сигналу пристрій сприймається як R1 - вхідний опір підсилювача дорівнює величині опору резистора R

За першим законом Кірхгофа для вузла а маємо:

Тобто 

ОП, забезпечуючи рівність U0=0, створює на виході таку напругу, щоб

Ri R₃₃ =0, ство

відвести струм І1 через резистор R33.

Тоді    

Отже, К_uзз залежить лише від співвідношення опорів резисторів дільника НЗЗ. Знак «-» вказує на інверсію вхідного сигналу. Вхідний опір схеми дорівнює величині R

Якщо R33 > R1, то U вих = U вх - маємо інвертуючий масштабний

підсилювач (з масштабним коефіцієнтом К = -R33 /R1).

При R₃₃ =R K_U33 = -1 - схема набуває властивостей інвертуючого повторювача вхідної напруги (інвертор полярності).

На рис. 4.15, б наведено схему, що пояснює викладені положення.

Так, якщо R1=1 кОм, R2=10 кОм, а Uex=1 В, то матимемо наступне.

Оскільки різниця потенціалів між входами ОП Ug практично дорів­нює нулеві, то вольтметр PV3 показує нуль. Значить, подумки можна вважати цей вольтметр закороченим провідником, позначеним штри­ховою лінією, що з'єднує точку а з нульовим провідником схеми. Тоді вольтметри PV1 і PV2 показують одне й те ж значення напруги 1 В, що дорівнює Uxx. Значить через R1 в точку а з нульовим потенціалом тече струм І1 = U/ R= 1 В/1 кОм = 1 мА, а весь пристрій джерелом сигна­лу сприймається як R

Через те, що насправді провідника, позначеного штриховою лінією, немає і вхідний опір ОП нескінченний, то від точки а протікає струм І2 = І через R2 в вихід ОП. На R2 він викликає падіння напруги зі значен­ням U R2 = IR = І1 R2 = 1 мА 10 кОм = 10 В, що його показує вольт­метр PV4, підімкнений до точки а з нульовим потенціалом та до вихо­ду ОП. Очевидно, що вольтметр PV5, підімкнений до виходу ОП та нульового провідника показує напругу мінус 10 В, що дорівнює Uxmx.