Операционные усилители

        -  -

Лекции «Електроніка та мікропроцесорна техніка» (Rus), ч. 1 Лекция 5,5a – ОПЕРАЦИОННЫЕ  УСИЛИТЕЛИ

Лекция 5,5a

5. Операционные усилители

Операционный усилитель (ОУ) представляет собой многокаскадный усилитель постоянного напряжения, выполненный в виде интегральной микросхемы. Он используется в качестве отдельного элемента схемы или библиотечного элемента для создания интегральных микросхем более высокой степени интеграции. В принципе

нет существенной разницы между обычным и операционным усилителями: оба применяются для усиления напряжений или токов. Но если свойства обыкновенного усилителя задаются его внутренним устройством, то операционный усилитель рассчитывается таким образом, чтобы его функции преимущественно определялись цепями внешней обратной связи. Для этого операционные усилители выполняются с большим коэффициентом усиления и связью по постоянному напряжению. Во избежание дополнительных мер для установки рабочей точки входной и выходной потенциалы задают равными нулю, поэтому операционному усилителю обычно требуется два источника питания – положительного и отрицательного напряжений. Подобные усилители, собранные на дискретных элементах (электронных лампах или транзисторах), применялись раньше исключительно в аналоговых вычислительных устройствах и для выполнения таких математических операций, как сложение и интегрирование. Отсюда и произошло само название операционных усилителей.

5.1. Общие сведения

Разнообразные операционные усилители выпускаются в виде интегральных микросхем, мало отличаясь по размерам и стоимости от дискретных транзисторов.

Благодаря во многом идеальным свойствам операционных усилителей, применять

их значительно проще, чем дискретные транзисторы. Привлекательность классического ОУ связана его высокими параметрами на низких частотах. Однако первые операционные усилители были слишком инерционны, поэтому вскоре появились варианты с модифицированной архитектурой, обладающие хорошими высокочастотными характеристиками, так что к настоящему времени практически не осталось направлений, где бы дискретные транзисторы имели преимущества перед ОУ.

Современные операционные усилители крайне разнообразны, они различаются не только параметрами, но и принципиальными  схемами. Можно выделить четыре типа таких усилителей.

Схемное обозначение операционного усилителя приведено на рис. 5.1. У него

имеется два входа – инвертирующий и неинвертирующий – и один выход.

[pic 1]

Рис. 5.1. Выводы операционного услителя

В идеальном ОУ усиливается только разность приложенных напряжений

UD == UP – UN. Неинвертирующий вход обозначают символом P, на схеме ему соответствует знак «+». Инвертирующий вход помечается символом N в тексте и знаком

«–» на схеме (иногда вывод инвертирующего входа снабжается кружком). Операционный усилитель имеет два вывода для подключения питания, к одному из которых приложено положительное (относительно земли) напряжение питания, а к другому – отрицательное, чем обеспечивается равенство нулю входного и выходного потенциалов. У операционных усилителей иногда отсутствует вывод «земли», хотя к нему относят входные и выходные напряжения. Обычное рабочее напряжение питания у схем универсального применения составляет ±15 В, хотя все чаще применяется напряжение ±5 В, и действует тенденция дальнейшего снижения напряжения питания. Типичное расположение выводов операционных усилителей показано на рис. 5.2. Поскольку часто в одном корпусе микросхемы содержится несколько ОУ, выпускаются также спаренные или счетверенные приборы, позволяющие экономить место и средства.