Операционные усилители

Составной частью практически всех современных усилительных схем являются операционные усилители (ОУ), которые могут быть интегрированными (монолит­ными) или гибридными (состоящими из монолитных и дискретных частей). В состав интегрированного ОУ входят сотни транзисторов, резисторов и конденса­торов. Разработчики аналоговых устройств, меняя подключение дискретных ком­понентов к выводам ОУ, реализовали большое количество полезных схем (не толь­ко усилительных). На основе ОУ строятся специализированные ИС, часто назы­ваемые интегральными схемами прикладной ориентации (ASIC). В последующих разделах будут приведены типовые схемы интерфейсных устройств, реализован­ные на ОУ, часто применяемые для подключения различных датчиков.

На рис. 2.3 показано схематичное представление ОУ. Типовой ОУ, как прави­ло, обладает следующими характеристиками:

ü Двумя входами: инвертирующим (-) и неинвертирующим (+)

ü Высоким входным сопротивлением (порядка сотен МОм и даже ГОм)

ü Низким выходным сопротивлением (доли Ома)

ü Способностью работать с емкостной нагрузкой

ü Низким входным напряжением смещения е₀ (несколько мВ и даже мкВ)

ü Низким входным током смещения /₀ (несколько пА и даже меньше)

ü Очень высоким коэффициентом усиления при разомкнутой цепи обратной свя­зи (ОС) A_0L (10⁴ ...10⁶ и даже выше). Этот коэффициент показывает во сколько раз ОУ увеличивает разность напряжений между двумя входами.

ü Высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС). КОСС показывает насколько эффективно ОУ подавляет синфазные сигналы оди­наковой амплитуды V_CM, одновременно поданные на оба входа

ü Низким коэффициентом собственного шума

ü Широким рабочим частотным диапазоном

ü Низкой чувствительностью к помехам по шине питания

ü Высокой стабильностью характеристик при изменении параметров окружа­ющей среды.

Рис. 2.3. А — основное символьное обозначение ОУ, Б — зависимость коэффи­циента усиления ОУ от частоты

Для получения более подробной информации и рекомендаций по примене­нию ОУ следует обращаться к специализированным справочникам, в которых даны подробные описания характеристик каждого типа выпускаемых ОУ. Часто в та­кой литературе ОУ сгруппированы по следующим критериям: ОУ с низким на­пряжением смещения, ОУ с низким током смещения, малошумящие ОУ и т.д.

Произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания характеризует способность ОУ усиливать высокочастотные сигналы малой амплитуды. Это произве­дение равно частоте f₁при которой коэффициент усиления ОУ становится равным 1, т.е. ОУ перестает усиливать сигнал.