2015-09-07
1088
Операционными усилителями (ОУ) называют многокаскадные усилители постоянного тока с дифференциальным входным каскадом, большим усилением и несимметричным выходом, предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе с глубокой отрицательной ОС. Первоначально эти усилители предназначались для выполнения математических операций (сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование и т.д.) над непрерывными электрическими сигналами в аналоговых вычислительных машинах. Первые ОУ строились на электронных лампах, работали с высокими напряжениями (до ±300 В), имели большие размеры и стоимость. В начале 60-х годов ОУ стали серийно выпускаться в виде интегральных микросхем. Они имеют малые размеры, низкую стоимость, высокую надежность, и область применения их необычайно широко раздвинулась за те границы, которые предвидели их первые разработчики. ОУ применяются в системах телекоммуникации, вычислительной технике, в управлении процессами производства и др. При этом ОУ остается очень хорошим усилителем постоянного тока с большим коэффициентом усиления.
|
|
|
В настоящее время операционный усилитель – усилитель постоянного тока с полосой пропускания в несколько Гц с непосредственной связью (без разделительных конденсаторов) между высоким входным и малым выходным сопротивлением.
Выходной каскад операционного усилителя выполняется в виде дифференциального симметричного каскада. Поэтому он имеет два входа и реагирует на разность приложенным к ним напряжениям.
Большинство операционных усилителей имеют один несимметричный выход и два входа симметричных по отношению к общему проводу. Так как фаза выходного сигнала совпадает с фазой сигнала поданного на этот вход, его называют прямым. Инвертирующий вход – т.к. фаза выходного сигнала сдвинута на 180. Если ко входам приложены синфазные одинаковые по величине и фазе относительно общего провода сигналы, то их влияние будет взаимно скомпенсировано и выход будет иметь нулевой потенциал. Выходное напряжение измеряется относительно общего провода. Чтобы обеспечить возможность работы как с положительным так и отрицательным выходными сигналами для операционного усилителя необходимо двухполярное питающее напряжение. Коэффициент усиления является основным параметром и определяется отношением выходного напряжения от усилителя без обратной связи в режиме холостого хода к дифференциальному входному напряжению:
|
Величина Uд бесконечно мала по сравнению с U2, поэтому при расчетах принято считать Uд 
0; U1 ’ U1 ”.
Инвертирующая схема включения операционного усилителя
|
|
|
В данной схеме входной сигнал подается на инвертирующий вход, поэтому входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180. Прямой вход соединен с общим проводом.
По первому закону Кирхгофа баланс токов в точке а равен: Iвх=Iос+Iоу.
Т.к. мы приняли допущение, что Rвх® 
, то Iвх=Iос.
Iвх= Uвх/R1
Iос= - Uвых/Rос
.
Знак минус говорит о том, что выход и вход в противофазе. Из последнего соотношения коэффициент усиления инвертирующей схемы равен:
.
Не инвертирующая схема включения операционного усилителя
В данной схеме сигнал подается на инвертирующий вход. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для входной цепи запишем:
.
Отсюда коэффициент усиления для не инвертирующей схемы будет равен:
Важным частным случаем не инвертирующей схемы является операционный повторитель (R1® ; Rос=0).
Операционный повторитель передает входной сигнал на выход без изменения фазы и амплитуды. У такого повторителя очень большое входное и очень малое выходное сопротивление, что обеспечивает эффективную развязку входа и выхода.
