ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
Лекция 13
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
Операционным усилителем (ОУ) называют высококачественный усилитель постоянного тока, предназначенный для выполнения различных операций с аналоговыми сигналами: их усиление и ослабление, сложение и вычитание, интегрирование и дифференцирование, логарифмирование, преобразование их формы и др. Все эти операции ОУ выполняет с помощью цепей положительной и отрицательной обратной связи, в состав которых могут входить сопротивления, емкости и индуктивности, диоды, транзисторы и другие элементы.
Согласно ГОСТ 2.759-82 на схемах радиоаппаратуры ОУ обозначается прямоугольником (рис. 1, а), в верхней части которого изображается равносторонний треугольник, указывающий направление передачи. Оба вывода входов ОУ делают с одной стороны прямоугольника, обычно слева, а выход – с противоположной стороны. Вход, сигнал с которого передается на выход ОУ без изменения фазы, называется неинвертирующим, или прямым. Другой вход является инвертирующим (инверсионным) и отмечается кружком.
Прямоугольник может быть разграничен на основное и дополнительные одно или два поля, расположенные по обе стороны от основного. На дополнительных полях указывают назначение дополнительных выводов ОУ (питание, коррекция, балансировка нуля, корпус микросхемы). Большинство ОУ питаются от двух разнополярных источников питания, как правило, равной величины +
и 
.
а б
Рис. 1. Условное обозначение ОУ:
а − обозначение ОУ согласно ГОСТ 2.759-82;
б − обозначение ОУ, широко распространенное в технической литературе
На рис. 1, б приведено широко распространенное в технической литературе обозначение ОУ в виде равностороннего треугольника, которое будет использоваться в настоящих методических указаниях.
Входная цепь ОУ обычно выполняется по дифференциальной схеме и входные сигналы можно подавать как на любой из двух входов, так и на оба входа.
Выходное напряжение при дифференциальном включении определяется следующим выражением:
,
где K0 – коэффициент усиления ОУ.
При этом одно из входных напряжений может быть равно нулю, а второй вход включен на корпус. Если оба входа ОУ соединить вместе, то имеем один вход, а приложенный к нему сигнал называется синфазным входным сигналом 
= 
=
.
Идеальный операционный усилитель должен обладать следующими свойствами:
- дифференциальный коэффициент передачи (усиления) − неограниченно большая величина,
- бесконечно большое входное сопротивление,
- нулевое выходное сопротивление,
- полностью подавляет синфазную составляющую сигнала,
- бесконечная полоса пропускания.
Реальные ОУ по своим параметрам весьма близки к идеальным ОУ. Поэтому при решении многих задач реальные ОУ можно заменять идеальными и рассматривать их как усилительные «кирпичики», из которых можно строить различные усилительно-преобразовательные устройства.