2. Операционный усилитель, характеристики

Операционным усилителем называют усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и двухтактным выходом и коэффициентом усиления по напряжению выше 1000. Усилитель имеет два входа:

Рис. 5

инвертирующий и неинвертирующий и один выход (рис. 6).

Рис. 6

Если напряжение на инвертирующем входе по отношению к неинвертирующему имеет минус, то на выходе напряжение положительно (по отношению к общему выводу) и наоборот. Основной характеристикой ОУ является амплитудная характеристика (рис. 7). При работе ОУ на линейной части своей характеристики (линейный режим) напряжение на его выходе возрастает с уменьшением напряжения на инвертирующем входе – е_– и с увеличением напряжения на инвертирующем входе – е₊. Разность напряжений на входах (е₊–е_–) называется дифференциальным входным сигналом. Полусумма этих напряжений (е₊+е_–)/2 называется синфазным входным сигналом. Операционный усилитель характеризуется некоторыми параметрами. Коэффициент усиления – отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению дифференциального входного напряжения в линейном режиме.

Рис. 7

Коэффициент усиления определяется выражением , и его значение составляет К=10³…10⁶. Операционный усилитель обладает высоким входным сопротивлением R_вх=10³…10⁶ Ом и малым выходным (десятки сотни Ом). Напряжение смещения е_см – это дифференциальное входное напряжение (е₊–е_-), при котором напряжение на выходе равно нулю U_вых =0.

В зависимости от используемых транзисторов для построения ОУ:

е_см = 3…10 мВ для биполярных,

е_см = 30 …100 мВ для полевых.

11.Инвертирующий и неинвертирующий усилители.

Инвертирующий усилитель.

На рис. 12 приведена схема инвертирующего усилителя. Для выполнения своей функции усилитель охвачен отрицательно обратной связью. Обратная связь называется отрицательной, если с увеличением сигнала на выходе управляющий сигнал на входе уменьшается. Обратная связь называется положительной, если с увеличением сигнала на выходе управляющий сигнал на входе увеличивается.

Рис. 12

В представленной схеме часть U_вых подается на Н-вход и суммируется с входным сигналом U_вх с помощью резистора R1 и R2. Эта обратная связь также называется параллельной. Коэффициент этой обратной связи . В данном инвертирующем усилителе входное напряжением U_вх проходит на И-вход с коэффициентом . Следовательно, коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен

,

где к – коэффициент усиления самого ОУ. Таким образом, если (что реально в силу большого коэффициента усиления самого усилителя), то достаточно справедливо полагать, что , а значит подбором значений сопротивлений R1 и R2 можно устанавливать желаемое значение коэффициента инвертирующего усилителя.