Тема 14. Операционные усилители

 

Общие сведения

 

Операционный усилитель (ОУ) – это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим (10⁵-10⁶) коэффициентом усиления и несимметричным выходом. Название "операционный" он получил в связи с первоначальным применением для выполнения различных операций с аналоговыми сигналами (суммирование, вычитание, интегрирование и т.д.). ОУ выполняются в виде аналоговой интегральной микросхемы. По размерам и цене они практически не отличаются от отдельного транзистора, реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому ОУ почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем ("кирпичиков") во многих областях аналоговой схемотехники.

Условные обозначения ОУ приведены на рис. 67, а, б. Вход, напряжение на котором сдвинуто по фазе на 180⁰ относительно выходного напряжения, называется инвертирующим (обозначен знаком инверсии "○" на рис. 67, а). Вход, напряжение на котором совпадает по фазе с выходным напряжением, – неинвертирующий. Для питания ОУ обычно используют два разнополярных источника  и  (как правило, ± 15 В), позволяющие получить выходной потенциал, равный в состоянии покоя нулю.

Рис. 67. Условные обозначения ОУ

Идеальный ОУ обладает следующими свойствами:

1) коэффициент усиления по напряжению равен бесконечности  (на рис. 67, а обозначено " ");

2) бесконечное входное сопротивление ;

3) нулевое выходное сопротивление ;

4)  при ;

5) бесконечная ширина полосы пропускания (отсутствие задержки при прохождении сигнала через усилитель).

ОУ никогда не используются без ОС, при этом результирующие характеристики устройства на базе ОУ зависят только от цепи ОС. Промышленностью выпускаются сотни типов ОУ. В качестве примера рассмотрим устройство ОУ LF411 фирмы National Semiconductor. Как и все ОУ, он представляет собой крошечный элемент, размещенный в миниатюрном корпусе мини-DIP с двухрядным расположением выводов (на рис. 68 показано соединение с выводами корпуса).

Рис. 68. Соединение ОУ LF411 с выводами корпуса (вид сверху)

 

ОУ LF411 – это кристалл кремния, содержащий 24 транзистора (21 биполярный и 3 полевых), 11 резисторов и 1 конденсатор. Точка на крышке корпуса и выемка на его торце служат для обозначения точки отсчета при нумерации выводов. В большинстве корпусов электронных схем нумерация выводов осуществляется в направлении против часовой стрелки со стороны крышки корпуса. Выводы "установка нуля" (или "баланс", "регулировка") служат для устранения небольшой асимметрии, возможной в операционном усилителе.

Рассмотрим основные правила, определяющие работу ОУ, охваченного ОС.

1. ОУ потребляет очень небольшой входной ток (например, ОУ LF411 потребляет 0,2 нА; ОУ со входами на полевых транзисторах – порядка пикоампер), поэтому можно считать, что входы ОУ ток не потребляют ( ).

2. С помощью цепи ОС напряжение из выходной цепи во входную подаётся таким образом, чтобы разность напряжений между входами стремилась к нулю.

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: