Тема№5. Підсилювачі електричних сигналів

8. Операційні підсилювачі

Операційним підсилювачем (ОП) називають диференціальний підсилювач постійного струму з великим коефіцієнтом підсилення (десятки ... сотні
тисяч), що має два входи й один вихід, і живиться від джерела біполярної напруги. Спочатку ОП застосовувалися головним чином для виконання різних операцій над аналоговими величинами (додавання, віднімання, інтегрування й т.д.). У цей час ОП відіграють роль багатоцільових елементів при побудові апаратури всілякого призначення. Вони застосовуються в
підсилювальній техніці, пристроях генерації сигналів синусоїдальної й
імпульсної форм, у стабілізаторах напруги, активних фільтрах і т.д.

Рисунок 6 - Умовне позначення операційного підсилювача

Умовне позначення ОП показано на рис.6. Один із входів називається
що інвертує, а другий – що не інвертує. При подачі сигналу на вхід, що не
інвертує, збільшення вихідного сигналу збігається за знаком (фазі) зі
збільшенням вхідного сигналу.
Якщо ж сигнал поданий на вхід, що інвертує, то збільшення вихідного
сигналу має зворотний знак (протилежний по фазі) у порівнянні зі
збільшенням вхідного сигналу, вхід, що інвертує, часто використовується для
введення в ОП зовнішніх від’ємних зворотних зв'язків. Живлення ОП
здійснюється від двох джерел E1 і E2 з однаковими напругою. Джерела
живлення мають загальну точку - E1, + E2.

Рисунок 7 -Амплітудні (передатні) характеристики операційного
підсилювача

Найважливішим показником операційного підсилювача є коефіцієнт підсилення К_U. Значення K_U =D Uвuх / DUвх залежить від ОП і може становити від декількох сотень до сотень тисяч і більше. Великі значення  ku отримують при охваченні таких підсилювачів глибоким від’ємним зворотним зв'язком, це дозволяє одержувати схеми із властивостями, які залежать тільки від параметрів ланцюга від’ємного зворотного зв'язку. Найважливішими характеристиками ОП є його амплітудні (передатні) характеристики (рис. 7). Характеристики знімаються при подачі сигналу на один із входів при нульовому сигналі на іншому.
Кожна із кривих складається з горизонтальних і похилих ділянок.
Горизонтальні ділянки відповідають насиченню підсилювача. Похилій
(лінійній) ділянці кривих відповідає пропорційна залежність вихідної
напруги від вхідного. Кут нахилу ділянки визначається коефіцієнтом
підсилення ku .
На рис.8 наведені схеми підсилювачів на ОП із від’ємним зворотним
зв'язком. В ОП зворотний зв'язок від’ємний, якщо вона подається з виходу
підсилювача на інвертуючий вхід, при цьому напруга Uзз , що перебуває у
фазі з Uвuх , буде у противофазі із вхідною напругою на вході, що інвертує.
І навпаки зворотний зв'язок є додатним, якщо він подається на не вхід,
що інвертує.
При послідовному ЗЗ вхідний сигнал Uвх і сигнал ЗЗ подаються на
різні входи, при паралельному - на один. На рис.8,а показана схема реалізації
послідовного від’ємного ЗЗ по напрузі = c R2 /(R1 + R2). На рис.8,б
наведена схема включення ОП з послідовним від’ємним ЗЗ за струмом, на
рис.2.26,в- — з паралельним від’ємним ЗЗ за напругою. Для підсилювача, що інвертує коефіцієнт підсилення визначається формулою (рис.2.26,в)