Интегральные операционные усилители

Операционным усилителем (ОУ) называют высококачественный интегральный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом, предназначенным для работы в схемах с обратной связью. Название усилителя связано с первоначальным применением – выполнением различных математических операций с аналоговыми сигналами (суммирование, вычитание, логарифмирование, интегрирование, дифференцирование и др.). В настоящее время ОУ выполняют более ста функций в разнообразных устройствах. Они применяются для усиления, ограничения, перемножения, частотной фильтрации, генерирования сигналов в аналоговых и цифровых устройствах.

Условное графическое обозначение ОУ приведено на рисунке 2.10, где наряду с инверсным (Вх 1) и прямым (Вх 2) входами и выходом используются так же цепи частотной коррекции и балансировки (FC, NC) и два источника питания: U₁, у которого минус соединен с общим проводом, и U₂, у которого на общем проводе плюс. Использование двух источников питания позволяет получить двухполярный сигнал на выходе.

а) полное б) упрощенное

Рисунок 2.10 – Условное обозначение ОУ

Упрощенное обозначение ОУ приведено на рисунке 2.10, а без выводов для подключения источников питания и внешних элементов.Основные параметры ОУ приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Основные параметры ОУ

В данной таблице: К_U- коэффициент усиления ОУ К_U=U_ВЫХ / (U_ВХ2- U_ВХ1), R_ВХ- входное сопротивление (БТ- входной каскад выполнен на биполярных транзисторах, ПТ- на полевых транзисторах), R_ВЫХ- выходное сопротивление, f₁- частота единичного усиления, т. е. частота, на которой коэффициент усиления снижается до единицы, K_{ОС СФ}- коэффициент ослабления синфазного сигнала K_{ОС СФ}= К_U /К_{U СФ}. К_{U СФ}= U_ВЫХ/ U_{ВХ СФ}. U_{ВХ СФ}= U_ВХ1= U_ВХ2.

Характеристика прямой передачи приведена на рисунке 2.11. Пунктиром показаны идеализированные характеристики. Однако реальные характеристики отличаются тем, что на выходе при отсутствии входного сигнала имеется некоторое напряжение (положительное или отрицательное, как показано на рисунке) из-за не идеальности элементов схемы.

Рисунок 2.11 – Характеристики ОУ

Напряжение смещения U_СМ – напряжение, которое необходимо приложить на входе, чтобы на выходе получить нулевое напряжение. В современных усилителях предусмотрены специальные выводы (NC) для балансировки (получения нуля на выходе).

Пример АЧХ приведен на рисунке 2.11. Частота, на которой коэффициент усиления снижается до единицы и есть частота единичного усиления f₁. Частота, при которой К_U снижается в , называется предельной f_ПР. В области от 3× f_ПР до f₁ действует соотношение К_U(f)×f»f₁.