Операционные усилители

По принципу действия операционный усилитель сходен с обычным усилителем. Как и обычный усилитель, он предназначен для усиления напряжения или мощности входного сигнала. Однако, тогда как свойства и параметры обычного усилителя полностью определены его схемой, свойства и параметры операционного усилителя определяются преимущественно параметрами цепи обратной связи.

Операционные усилители выполняют на базе дифференциальных усилителей постоянного тока с нулевыми значениями входного напряжения смещения нуля и выходного напряжения. Они характеризуются также большим коэффициентом усиления, высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Ранее подобные высококачественные усилители использовались исключительно в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения таких математических операций, как суммирование и интегрирование. Отсюда и произошло их название – операционные усилители.

В настоящее время операционные усилители выполняются, как правило, в виде монолитных интегральных микросхем и по своим размерам и цене практически не отличаются от отдельно взятого транзистора. Благодаря практически идеальным характеристикам операционных усилителей реализация различных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому операционные усилители практически вытеснили отдельные транзисторы как элементы схем во большинстве областей аналоговой схемотехники.

Чтобы определить, какой тип операционного усилителя подходит для конкретного случая его применения, достаточно, как правило, знания их основных характеристик. Тем не менее для некоторых особых случаев использования операционных усилителей необходимо знание их внутренней структуры.

Рассмотрим основные параметры и характеристики операционных усилителей, прежде всего те, которые используются для описания реально выпускаемых элементов, и приведём основные принципы построения схем на базе операционных усилителей с использованием внешних обратных связей.

На рис. 32 представлено обозначение операционного усилителя. Входной каскад его выполняется в виде дифференциального усилителя, так что операционный усилитель имеет два входа.

Рис. 32. Условное обозначение операционного усилителя

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

Вход, к которому приложено напряжение , называется неинвертирующим и на схеме операционного усилителя обозначается знаком «плюс». Вход с напряжением называется инвертирующим и обозначается на схеме знаком «минус».

Чтобы обеспечить возможность работы операционного усилителя как с положительными, так и с отрицательными входными сигналами, следует использовать двуполярное питающее напряжение. Для этого необходимо предусмотреть два источника постоянного напряжения, которые, как это показано на рис. 32, подключаются к соответствующим внешним выводам операционного усилителя. Как правило, стандартные операционные усилители в интегральном исполнении работают с напряжениями питания ±15 В. На принципиальных схемах устройств обычно выводы питания условно не изображают.

В действительности идеальных операционных усилителей не существует. Для того чтобы можно было оценить, насколько тот или иной операционный усилитель близок к идеалу, используются следующие технические характеристики.