Операційні підсилювачі

Термін «операційний підсилювач» раніше стосувався конкретного типу підсилювача, що використовувався в аналогових обчислювальних машинах для виконання суто математичних дій (наприклад, додавання, віднімання, диференціювання, інтегрування).

У сучасній технічній термінології під ОП розуміють ППС з великі: коефіцієнтом підсилення (понад 10 000), двома високоомними входами, одним основним низькоомним виходом і кількома проміжними коректувальними виходами.

Ідеальний ОП має забезпечувати:

• лінійне підсилення сигналів без спотворень до деякого досить високого рівня на виході (тобто його динамічний діапазон має бути великій при мінімальних шумах);

• великий початковий коефіцієнт підсилення напруги ( );

• великий вхідний опір ( );

• малий вихідний опір ( );

• рівномірну в досить широкій смузі частот від АЧХ, яка дуже швидко спадає за верхньою граничною частотою;

• дуже малу зміну напруги на виході та коефіцієнта підсилення під впливом дестабілізуючих факторів (зміна температури, напруги живлені тощо).

Реальні інтегральні ОП досить повно відповідають ідеальному ППС Структурно ОП складається з трьох частин:

• одно- або двокаскадного диференціального підсилювача на вход, що забезпечує великий коефіцієнт підсилення напруги і великий вхідний опір при наявності двох входів;

• підсилювача на виході, який забезпечує підсилення потужності й має досить малий вихідний опір (це — найчастіше одно- або двокаскадній емітерний повторювач);

• схеми проміжного узгодження рівнів напруги і компенсації розбалансу, яка забезпечує нульовий рівень сигналу на виході, якщо сигнал на вході відсутній (це дає змогу здійснювати послідовне з'єднання ОП між собою та з іншими пристроями без роздільних конденсаторів, що принципово необхідне для підсилення постійного струму).

Завдяки універсальним можливостям ОП стали уніфікованими основними елементами в таких радіоелектронних пристроях:

• підсилювачах попередніх, вимірювальних, імпульсних, вибірних, масштабних, підсилювачах-обмежувачах;

• генераторах гармонічних та імпульсних сигналів:

• активних RС-фільтрах;

• еквівалентних реактивностях з великими ємністю й індуктивністю;

• пристроях аналогової обчислювальної техніки (пристрої множення, додавання, логарифмування, інтегрування, диференціювання тощо);

• пристроях цифрової обчислювальної техніки (цифро-аналогові й аналого-цифрові перетворювачі);

• пристроях джерел живлення радіоапаратури (випрямлячах, стабілізаторах напруги).

Електронний генератор синусоїдальних електричних коливань

Самозбуджуємий генератор (автогенератор) синусоїдальних коливань уявляє собою резонансний підсилювач з додатним зворотним зв’язком без стороннього джерела вхідного сигналу.

К оливальний контур L_k, C є колекторним навантаженням транзистора V1. Індуктивний зв’язок між виходом і входом підсилювача забезпечується котушкою L_Б, що приєднана до бази транзистора. Елементи R₁, R₂, R_Е, C_Е призначені для забезпечення необхідного режиму роботи за постійним струмом та його термостабілізації. Завдяки С₁, що має малий опір на частоті генерації, створюється коло для змінної складової струму між базою і емітером. Точками позначені початки обмоток L_Б і L_К, оскільки необхідно виконати умову балансу фаз (згадайте, що таке додатний зворотний зв’язок).

Робота починається при включені Е_К. Початковий імпульс струму збуджує в контурі L_k, C коливання з частотою , які могли б припинитись через втрати. Але оскільки між L_Б і L_К є індуктивний зв’язок (взаємоіндукція М), в базовому колі виникає змінний струм І_Б = U_Б / R_вх, що співпадає по фазі з струмом колекторного кола (умова балансу фаз забезпечується раціональним включенням кінців обмотки L_Б). Підсилені коливання передаються з контуру знову в базове коло, і розмах коливань постійно зростає до заданого значення. Збільшення амплітуди коливань пояснюється перевищенням кількості енергії, що надійшла над втрачаємою, а наступне встановлення певного (незмінного) розмаху коливань обумовлене встановленням динамічної рівноваги між притоком енергії і її втратами при даній амплітуді коливань.

Регулювання частоти коливань здійснюється зміною С або L_К.