Ключові терміни та поняття:

* операційний підсилювач, ^х інвертувальний підсилювач, ^х неінвертувальний підсилювач, * суматор, ^А інтегратор, ^х компаратор, * зворот­ний зв'язок, * коефіцієнт підсилення, ^ інвертувальний вхід, * четвертувальний вхід

7.1. Функціональні можливості операційних підсилювачів

Операційний підсилювач (ОП) — це багатокаскадний підсилювач із двома входами: прямим і інвертувальним (диференційним входом) і одним виходом, схемне зображення якого подане на рис. 43,а. Основною його характеристикою с великий коефіцієнт підсилення за напругою (К_и.оп = ∞ ).

До структури ОП (рис. 44) входять вхідний симетричний диференційний каскад (зменшує дрейф нуля і має два входи: інверту­вальний (и_вх1)) і неінвертувальний, або прямий (и_вх2)), несиметричний диференційний каскад (здійснює підсилення сигналу) й еміторний повторювач (забезпечує потужність вихідного сигналу). ОП характеризуються великим вхідним опором (R_BX → ∞) і малим вихід­ним опором (R_BиX → 0). До основних параметрів ОП відносять:

К_п — коефіцієнт підсилення ш напругою;

Кр, — коефіцієнт підсилення за потужністю;

Uвих макс — максилииьііе значення вихідної напруги;

f_H — нижню граничну частоту сигналу, що підсилюється;

Rвх — вхідний опір;

Rвих— вихідний опір.

Рис. 43. Графічне позначення (а) та передатні характеристики ОП (б)

Рис. 44. Структурна схема ОП

Важливою для ОП є передатна характеристика u_вих = f(u_вх) (рис. 43, б). Оскільки підсилювач має два входи (прямий та інвертувальний), то ця характеристика відображає роботу ОП при поданні сигналу на кожний вхід окремо. Горизонтальні ділянки характеристи­ки відповідають режиму відкритого або закритого стану транзистора вихідного каскаду. При цьому величина вихідного сигналу обме­жується максимальним значенням напруги на виході ОП додатного (U_{вих.макс}) чи від'ємного (U_{вихм;ікс}) значення, яка досягає (0,9÷0,95) напруги живлення. На цих ділянках зміна вхідного сигналу не буде викликати зміни вихідного сигналу, тобто напруга на виході буде за­лишатись сталою.

На похилих ділянках характеристики величина вихідної напруги буде визначатися коефіцієнтом підсилення

У випадку наявності сигналів на обох входах ОП, його вхідна на­пруга визначатиметься алгебричною сумою напруг на цих входах

ΔUвх = ΔU вх2- ΔUвх1.

В цьому випадку Δ и_вих = К u.on (ΔU_вх2 -ΔU_ВХ1).

Під час розрахунку схем на базі ОП без великої похибки можна приймати, що К_и.оп = ∞, де К_и.оп — коефіцієнт підсилення за напру­гою ОП без зворотного зв'язку. При використанні ОП в схемах ім­пульсної техніки важливим є значення вихідної напруги. Оскільки в імпульсній техніці рівні вхідних сигналів є більші за ті значення, які відповідають лінійній ділянці передатної характеристики, то вихідна напруга ОП визначається додатним U+_{вих..макс} або від'ємним U- _{вих..макс} значеннями.

7.2. Аналогові схеми на базі оп

Враховуючи, що ОП мають малий діапазон лінійною підсилення вхідного сигналу, то на практиці ці підсилювачі використовуються з ланками від'ємного зворотного зв'язку. Це значно розширює діапазон підсилення, а також забезпечує регулювання величини вихідної на­пруги. Таким чином здійснюється масштабування вхідного сигналу.