Операционные усилители

Операционный усилитель (ОУ) представляет собой усилитель постоянного и переменного тока с большим коэффициентом усиления и глубокой отрицательной обратной связью.

Позволяет реализовывать большое количество электронных устройств, но традиционно называется усилителем.

Можно сказать, что операционные усилитель являются основой всей аналоговой электроники. Широкое распространение ОУ связано с их универсальностью (возможность построения на их основе различных электронных устройств, причём, как аналоговых, так и импульсных), широким диапазоном частот (усиление сигналов постоянного и переменного токов), независимость основных параметров от внешних дестабилизирующих факторов (изменение температуры, напряжения питания и др.). В основном используются интегральные усилители (ИОУ).

Присутствие в названии слова "операционные" объясняется возможностью выполнения данными усилителями ряда математических операций - суммирования, вычитания, дифференцирования, интегрирования и др.

На рисунке 5 изображены УГО ИОУ. Усилитель имеет два входа – прямой и инверсный, и один выход. При подаче входного сигнала на неинвертирующий (прямой) вход, выходной сигнал имеет ту же полярность (фазу) – рисунок 5, а.

Условно-графические обозначения операционных усилителей

Рисунок 5 – Условно-графические обозначения операционных усилителей

При использовании инвертирующего входа фаза выходного сигнала будет сдвинута на 180˚ по отношению к фазе входного сигнала (полярность изменяется на противоположную)- рисунок 6, б. Инверсные входы и выходы обозначают кружком.

Рисунок 6 - Временные диаграммы ОУ: а) – неинвертирующего, б) - инвертирующего

При подаче напряжения на обои входы выходное напряжение пропорционально разности входных напряжений. Т.е. сигнал на инвертирующем входе берётся со знаком «-». Uвых=К(Uнеинв – Uинв), где К – коэффициент усиления.

Рисунок 7 – Амплитудная характеристика ОУ

Питание ОУ осуществляется от двухполярного источника, обычно +15В и -15В. Также допускается однополярное питание. Остальные выводы ИОУ указывают по мере их использования.

Работу ОУ поясняет амплитудная характеристика – рисунок 7. На характеристике можно выделить линейный участок, на котором с увеличением входного напряжения пропорционально увеличивается выходное, и два участка насыщения U+нас и U-нас. При определённом значении входного напряжения Uвх.max усилитель переходит в режим насыщения, при котором выходное напряжение принимает максимальное значение (при значении Uп=15 В примерно Uнас=13 В) и остаётся неизменным при дальнейшем увеличении входного сигнала. Режим насыщения используется в импульсных устройствах на ОУ.

Усилители мощности применяются в оконечных каскадах усиления и предназначены для создания необходимой мощности в нагрузке.

Их основная особенность - работа при больших уровнях входного сигнала и больших выходных токах, что вызывает необходимость использовать мощные усилительные приборы.