Идеальный операционный усилитель

Лабораторная работа 7

Операционный усилитель

Цель работы

Ознакомление с различными схемами включения интегральной микросхемы операционного усилителя (ОУ).

Теоретические сведения

Операционнымусилителем принято называть усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом с высоким коэффициентом усиления, а также большим входным и малым выходным сопротивлениями. Он почти всегда используется с внешней отрицательной обратной связью, определяющей его результирующие характеристики.

Операционные усилители выпускаются в виде полупроводниковых интегральных микросхем и применяются не только для выполнения математических операций, благодаря чему они получили свое название. Все чаще они используются в радиоэлектронных устройствах различного назначения. Этому способствует их низкая стоимость, близкая к стоимости отдельных транзисторов.

Структурная схема операционного усилителя приведена на рис. 1. Как видно из схемы, первый каскад, а иногда и второй являютсядифференциальнымиусилителями. Поэтому у операционного усилителя имеются два входа: инвертирующий (обозначен знаком "-") и неинвертирующий (обозначен знаком "+").

Дифференциальным усилителемназывается устройство, усиливающее разность двух напряжений. Выходное напряжение реального усилителя:

, (1)

где K_р – коэффициент усиления разностного сигнала,

K_с – коэффициент передачи синфазного сигнала.

Величина K_ос.сф = K_р/K_с называется коэффициентом ослабления синфазного сигнала.

На рис. 2 показано обычно применяемое условное графическое обозначение операционного усилителя.

Идеальный операционный усилитель

При анализе схем устройств, в которые входит операционный усилитель, можно получить значительные упрощения, если использовать представление об идеальном операционном усилителе. Идеальным называется операционный усилитель с входным сопротивлением для разностного сигнала R_вх = ¥ , внутренним коэффициентом усиления K_в = ¥ и выходным сопротивлением R_вых = 0. Кроме того, предполагается что коэффициент ослабления синфазного сигнала равен бесконечности.

Анализ схем включения операционного усилителя упрощается также и потому, что идеальный усилитель за счет бесконечно большого внутреннего коэффициента усиления и выходного сопротивления, равного нулю, развивает конечное напряжение на любой выходной нагрузке, отличной от нуля, при входном напряжении, равном нулю. Это дает возможность при анализе схем полагать напряжение между зажимами (+) и (-) равным нулю. Также равным нулю считают ток, ответвляющийся в бесконечно большое входное сопротивление.