Операционные усилители

Операционным называют усилитель постоянного тока, имеющий большой коэффициент усиления и предна­значенный для выполнения различных операций над ана­логовыми величинами. Операционный усилитель (ОУ) имеет дифференциальный вход (два входных ввода) и один общий выход. На рис. 105 приведено обозначение опера­ционного усилителя на схемах.

Рис. 105. Обозначение ОУ на схемах

Идеальный ОУ имеет коэффициент усиления по напряжению К_и → ∞, большое входное сопротивление Rвх → ∞, малое выходное сопротивление Rвых → 0,усиливает широкий спектр частот вплоть до постоянной составляющей. Дрейф нуля операционного усилителя мал.

Использование двух источников питания (рис. 105) позволяет подавать на вход ОУ как положительные, так и отрицательные сигналы. Вход 1 ОУ называют инверти­рующим и обозначают знаком минус или кружком; вход 2 называют неинвертирующим и обозначают знаком плюс или употребляют без знака.

В области низких частот выходное напряжение Uвых ОУ находится в той же фазе, что и разность входных напряжений

Uвх = Uвх2 –Uвх1.

Зависимость Uвых ОУ от Uвх представлена на рис. 106. Она практически линейна в диапазоне Uвx min < Uвx < Uвx max. Этот диапазон называется областью усиления. Вне диапазона усиления находится диапазон на­сыщения.

Рис. 106. Передаточная характеристика ОУ

Дифференциальный коэффициент усиления ОУ оп­ределяется соотношением

при Uвх1 = const и Uвх2 = const, соответственно.

Непосредственно в качестве усилителя ОУ без об­ратной связи не используют, что обусловлено двумя при­чинами: линейный участок передаточной характеристики ограничен малыми входными напряжениями, коэффициент усиления по напряжению Кu нестабилен.

Наибольшее практическое применение имеют ин­вертирующие ОУ с параллельной отрицательной обрат­ной связью (ООС) по напряжению (рис. 107). Для такой схемы при чисто активных сопротивлениях Z1=R1 и Z2=R2 коэффициент усиления усилителя определяется по формуле Кос = -R2/R1.

Рис. 107. Инвертирующий усилитель на ОУ с параллельной ООС

На базе таких ОУ создаются схемы, предназначен­ные для выполнения различных математических операций над входными сигналами. Такие схемы находят широкое применение в устройствах автоматического управления, они составляют основу аналоговых вычислительных машин.