Общие сведения об операционных усилителях
Операционные усилители (ОУ) – это усилители, название которых связано с использованием этих усилителей для моделирования опе-раций. Они относятся к классу усилителей постоянного тока прямо-го усиления. Характерными особенностями ОУ являются большой коэффициент усиления, большое входное малое выходное сопроти-вления, широкая полоса пропускания, дифференциальный выход. Перечисленные свойства, а также интегральная технология изготов-ления сделали ОУ одним из основных компонентов современных аналоговых электронных схем. ОУ также нашли широкое примене-ние в импульсной технике в качестве компараторов, релаксацион-ных генераторов.
Условное графическое обозначение ОУ и его основные выводы показаны на рисунке.
ОУ по отношению к нулевому уровню имеет два входа и один выход. Вх.1, обозначенный знаком «-», называют инвертирующим. Вы-ходное напряжение ОУ по знаку или фазе противоположно напряжению, на этом входе. Вх. 2, обозначенный знаком «+» - не инвер-тирующий. Между ВХ.1 и Вх.2 образуется дифференциальный вход усилителя.
Входы и выход ОУ обычно выполняют на нулевом уровне, т.е. в исходном состоянии, при отсутствии входного сигнала, напряжение на входах и выходе равны нулю. При подаче входного сигнала нап-ряжение на выходе может как увеличиваться, так и уменьшаться. Поэтому для питания ОУ используют два разнополярных источника питания. Входное напряжение подают на один из входов, а на вто-рой вход подают постоянный потенциал.
Если входные напряжения одинаковы и у них совпадают ампли-туды и фазы, то их называют синфазными входными напряжения-ми.
Общая структурная схема ОУ показана на рисунке:
Для ОУ является обязательным два, а иногда три каскада усиле-ния, которые обеспечивают большой коэффициент усиления, каскад смещения или сдвига уровня, который обеспечивает на выходе ну-левой потенциал при отсутствии входного сигнала, и выходной кас-кад, обеспечивающий малое выходное сопротивление ОУ. В первом каскаде усиления применяют балансный УПТ с симметричным дифференциальным входом. В качестве второго каскада усиления используют балансный УПТ с несимметричным выходом.
Параметры и характеристики операционных усилителей.
Система параметров, характеризующих ОУ, помимо общих для усилителей любого типа включает в себя ряд специфических пока-зателей, к которым относятся:
- напряжение смещения, необходимое для смещения амплитудной характеристики в начало координат;
- температурный коэффициент напряжения смещения;
- входной ток;
- ток сдвига;
- температурный коэффициент тока сдвига;
- коэффициент передачи синфазного сигнала;
- коэффициент ослабления синфазного сигнала;
- скорость нарастания напряжения на выходе ОУ при подаче на его вход прямоугольного импульса напряжения;
- граничная частота полосы пропускания;
- частота единичного усиления.
На рисунке представлены схемы инвертирующего и не инверти-рующего усилителей.