Операционный усилитель основные понятия

1. ПОНЯТИЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Операционным усилителем (ОУ) принято называть усилитель постоянного
напряжения с двумя входами и одним выходом; он характеризуется высоким
коэффициентом усиления, а также большим входным и малым выходным сопротивлением.
Он почти всегда используется с внешней глубокой отрицательной обратной связью,
определяющей его результирующие характеристики.
Свое название ОУ получил вследствие того, что он может использоваться для
выполнения различных математических операций над сигналами: алгебраического
сложения, интегрирования, дифференцирования, логарифмирования и т. д. Современный
ОУ выполняется на базе интегральной микросхемы (ИМС), к выводам которой, кроме цепи
обратной связи, присоединяются питание, нагрузка, источники сигналов и другие цепи.
Чтобы в отсутствие входных сигналов потенциал выхода можно было привести к
нулю (к потенциалу «земли»), питание ОУ делают двуполярным и обычно симметричным
(например, ±15 В).

2.

Интегральная микросхема имеет два входных вывода: инвертирующий («–») и неинвертирующий («+»). Сигнал
на выходе ОУ инвертирован по отношению к сигналу, поданному на вход (–), и не инвертирован по отношению к сигналу,
поданному на вход (+). В общем случае на входные выводы(+) и (–) ИМС поступают соответственно напряжения U+ и U–.
Из них выделяют синфазный Uсф и дифференциальный Uдиф сигналы.
Синфазный сигнал соответствует равным по значению и оди- наковым по знаку напряжениям, приложенным к
обоим входам: Uсф = (U++U-)/2. Относительно Uсф потенциал одного вывода выше, а другого — ниже на ∆U.
Дифференциальный сигнал Uдиф = 2DU = U + -U - .
U
В литературе ИМС ОУ
называют усилителем без обратной
связи, а ОУ — операционным
усилителем с обратной связью.
Иногда термином «операционный
усилитель»
называют
как
интегральную микросхему, так и сам
усилитель.
U+
U-
t

3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИМС ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Отечественная и зарубежная промышленность выпускает разнообразные ИМС ОУ. Рассмотрим их основные
параметры.
Коэффициент усиления постоянного напряжения K — отношение выходного напряжения ИМС к
дифференциальному входному напряжению. Интегральные микросхемы ОУ имеют коэффициенты усиления от тысяч до
нескольких миллионов.
Входное сопротивление для дифференциального сигнала Rвх диф— сопротивление между входами ИМС.
Значение Rвх диф лежит в широких пределах — от единиц килоом до сотен мегаом. Входное сопротивление синфазному
сигналу Rвх сф— сопротивление между одним из входов и «землей» при разомкнутом втором входе. Значение Rвх сф обычно
превышает 100 МОм.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала KОСсф — отношение коэффициента усиления K
дифференциального сигнала к коэффициенту усиления Kсф синфазного сигнала. Обычные значения KОСсф 60–80 дБ. Чем
больше KОСсф, тем меньшую разность входных сигналов может различать ОУ на фоне большого синфазного напряжения.
Входное напряжение смещения нуля Uсм — дифференциальное напряжение, которое нужно приложить между
входами ИМС, чтобы ее выходное напряжение в отсутствие входных сигналов стало равным нулю. Необходимость Uсм
обусловлена в основном разными напряжениями на эмиттерно-базовых переходах входных транзисторов. Обычно Uсм =
3–7 мВ. Значение Uсм зависит от температуры и напряжения питания. Для установки нулевого выходного напряжения при
нулевом дифференциальном сигнале предусмотрены специальные выводы ИМС, с помощью которых проводится
коррекция нуля. Эту операцию называют балансировкой операционного усилителя. Начальные нулевые входные и
выходные напряжения ОУ ИМС относительно «земли» (общего провода) позволяют соединять ОУ последовательно, без
разделительных конденсаторов.
Выходное сопротивление Rвых определяется выходным каскадом и обычно составляет 100–500 Ом.

4.

+
−
Входной ток Iвх — полусумма токов