9. Операционный усилитель

   1. Операционный усилитель как идеальный усилитель

Анализируя характеристики усилителя, можно составить список свойств, которыми должен обладать идеальный усилитель:

• бесконечный коэффициент усиления по напряжению;

• бесконечно большое полное входное сопротивление;

• нулевое полное выходное сопротивление;

• равенство нулю выходного напряжения при отсутствии входного;

• бесконечная ширина полосы пропускания.

На практике ни одно из этих свойств не может быть осуществлено полностью, однако можно приблизиться к идеалу с достаточной для многих приложений точностью. Среди используемых в настоящее время устройств наиболее близки к идеальному усилителю операционные усилители.

Операционный усилитель (ОУ) — это высококачественный усилитель, предназначенный для усиления разнообразных сигналов (постоянного и переменного тока или напряжения). Ранее такие усилители использовались для аналогового выполнения различных математических операций (сложение, вычитание и т.п.), что и послужило предпосылкой появления термина «операционный». В настоящее время под ОУ понимают усилитель, выполненный в виде схемы на одном кристалле. При этом микросхема ОУ может содержать десятки компонентов (резисторов, конденсаторов, транзисторов и т. д.), а размеры и стоимость ОУ приближаются к размерам и стоимости одного дискретного транзистора. Будем рассматривать ОУ как «черный ящик», не уделяя внимания его внутреннему строению.

На рис. 83 показаны несколько возможных вариантов УГО операционного усилителя. Первый вариант соответствует принятому ГОСТу, однако два других еще встречаются в литературе, особенно зарубежной.

Рис. 83

л11р1

Рассмотрим основные выводы ОУ.

Выводы питания , — выводы для подключения внешнего источника питания. Для ОУ характерно использование двух источников питания, например "+15В" и "-15В" относительно общего провода. В этом случае говорят, что ОУ питается от двухполярного или расщепленного источника. Существуют ОУ, способные работать при наличие одного источника питания без существенного ухудшения параметров. Такие ОУ находят применение в носимой батарейной аппаратуре, создание в которой двухполярного питания связано с определенными трудностями.

Общий вывод 0V — вывод для подключения общего провода; в большинстве ОУ с двухполярным питанием отсутствует, но обязательно присутствует в ОУ, работающих от одного источника питания.

Частотная коррекция — выводы для подключения внешних пассивных элементов, предотвращающих возникновение генерации (возбуждения) ОУ; в некоторых ОУ реализована внутренняя коррекция, поэтому эти выводы отсутствуют.

Инвертирующий вход — вход ОУ, подача на вход которого некоторого гармонического сигнала при заземленном неинвертирующем входе приводит к появлению на выходе сигнала, сдвинутого по фазе на 180 относительно входного.

Неинвертирующий вход — вход ОУ, подача на вход которого некоторого гармонического сигнала при заземленном инвертирующем входе приводит к появлению на выходе сигнала, совпадающего по фазе с входным.

Выводы балансировки нуля NC — специальные выводы, предназначенные для подключения внешнего подстроечного резистора, позволяющего изменять (подстраивать) напряжение смещения ОУ; в некоторых ОУ выводы балансировки отсутствуют.