16 Операционный усилитель (оу).

Операционные усилители были созданы для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах.

Несмотря на свою сложную внутреннюю структуру по размерам и цене операционный усилитель практически не отличается от обычного транзистора. Реализация же различных функциональных схем на операционных усилителях значительно проще, чем на отдельных дискретных транзисторах.

Функционально операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока с очень высоким коэффициентом усиления. Входной каскад операционного усилителя выполнен по дифференциальной схеме.

Конструктивно операционный усилитель – это аналоговая интегральная схема, имеющая минимум пять выводов.

С учетом фазовых соотношений входных и выходного сигналов вход 1 называется неинвертирующим входом (р-входом), а вход 2 – инвертирующим входом (n-входом).

Выводы +Е_п и –Е_п используются для подключения источников питания положительной и отрицательной полярности (или двухполярного источника питания). Общие выводы источников питания подключаются к общей шине схемы, относительно которой отсчитываются (измеряются) входные и выходное напряжение ОУ. Наличие двухполярного напряжения питания необходимо для формирования двухполярного выходного напряжения U_вых.

Для ОУ общего применения напряжение питания лежит в диапазоне 3 – 18 В.

Кроме пяти основных выводов ОУ может иметь несколько дополнительных выводов для подключения внешних цепей, предназначенных для коррекции фазо-частотной характеристики ОУ или для коррекции напряжения сдвига ОУ.

Характеристики ОУ приближаются к характеристикам идеального ОУ, имеющего:

1. бесконечный коэффициент усиления по напряжению (А = );

2. бесконечное входное сопротивление (R_вх = 0, I_вх,_р = I_вх,_n = 0);

3. нулевое выходное сопротивление (R_вых = 0);

4. равенство нулю выходного напряжения при равных напряжениях на его входах (U_вых = 0 при U_р = U_n);

5. бесконечную ширину полосы пропускания (f = , отсутствие задержки при прохождении сигнала через ОУ).

На практике ни один из этих параметров не достигается. Параметры реального ОУ равны параметрам идеального с той или иной степенью приближения.

17

Инвертирующий усилитель (ИУ)

Для ИУ справедливы следующие соотношения:

1. U_р = U_n = 0 из условия идеализации;

2. I₁ = I₂ из условия идеализации;

3. при U_вх > 0 U_вых < 0.

Из равенства токов I₁ и I₂ следует: . Таким образом, коэффициент усиления ИУ равен: .

Входное сопротивление ИУ определяется параметрами цепи обратной связи: R_вх  R₁. Выходное сопротивление: R_вых  0.

Достоинство ИУ – нулевое входное синфазное напряжение: U_сс = 0.

18 Неинвертирующий усилитель (ну)

Для НУ справедливы следующие соотношения:

1. U_р = U_вх = U_n из условия (16);

2. I₁ = I₂ из условия (17); направления токов заданы для U_вх > 0;

3. при U_вх > 0 U_вых > 0.

Из равенства токов I₁ и I₂ следует:

, или .

Отсюда коэффициент усиления НУ равен:

. (18) НУ имеет большое входное и малое выходное сопротивления: R_вх  , R_вых 0.

Недостаток НУ – большое входное синфазное напряжение: U_сс = U_вх.

К ак следует из (18), при R₂ = 0 или R₁ =  коэффициент усиления НУ равен 1 (имеет место 100% ООС). Такой НУ называется повторителем напряжения.

Параметры повторителя: К_п = 1; R_вх  ; R_вых  0; U_сс = U_вх.

Повторитель напряжения широко используется для согласования источников сигнала, имеющих высокое выходное сопротивление, с приемниками сигналов с низким входным сопротивлением.