Операционный усилитель. Структура и основные характеристики операционных усилителей.

 

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

Операционный усилитель – универсальный функциональный элемент, широко

используемый в современных схемах формирования и преобразования

информационных сигналов различного назначения как в аналоговой, так и в

цифровой технике.

Операционный усилитель является разновидностью дифференциального усилителя.

Операционный усилитель (ОУ) предназначен для выполнения математических

операций в аналоговых вычислительных машинах.

ОУ представляют собой усилители медленно изменяющихся сигналов с низкими

значениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким

коэффициентом усиления.

Операционные усилители могут быть классифицированы по типу их конструкций:

Дискретные - созданные из отдельных транзисторов или электронных ламп;

Микросхемные - интегральные операционные усилители наиболее распространены;

Гибридные - созданные на основе гибридных микросхем малой степени интеграции;

Структура ОУ различных марок отличается, но в основе лежит один и тот же принцип. ОУ второго и последующих поколений состоят из следующих функциональных блоков:

1.Дифференциальный усилитель

Входной каскад — обеспечивает усиление при малом уровне шума, высокое входное сопротивление. Обычно имеет дифференциальный выход.

2.Усилитель напряжения

Имеет высокий коэффициент усиления по напряжению, спад Амплитудно-частотной характеристики как у однополюсного фильтра низких частот, обычно единственный (то есть не дифференциальный) выход.

3.Выходной усилитель

Выходной каскад — обеспечивает высокую нагрузочную способность по току, низкое выходное сопротивление, ограничение выходного тока и защиту от короткого замыкания в нагрузке.

Операционный усилитель имеет следующие характеристики:

Коэффициент усиления с разомкнутой петлёй обратной связи равен бесконечности (при теоретическом анализе полагают коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи AOL стремящимся к бесконечности).

Диапазон выходных напряжений Vout равен бесконечности (на практике диапазон выходных напряжений ограничивают величиной напряжения питания Vs+ и Vs-).

Бесконечно широкая полоса пропускания (т.е. амплитудно-частотная характеристика является идеально плоской с нулевым фазовым сдвигом).

Бесконечно большое входное сопротивление (Rin = ∞, ток из V+ в V- не течёт).

Нулевой входной ток (т.е. предполагается отсутствие токов утечки и токов смещения).

Нулевое напряжение смещения, т.е. когда входы соединены между собой V+ = V-, то на выходе присутствует виртуальный ноль (Vout = 0).

Бесконечно большая скорость нарастания напряжения на выходе (т.е. скорость изменения выходного напряжения не ограничена) и бесконечно большая пропускная мощность (напряжение и ток не ограничены на всех частотах).

Нулевое выходное сопротивление (Rout = 0, так что выходное напряжение не меняется при изменении выходного тока).

Отсутствие собственных шумов.

Бесконечно большая степень подавления синфазных сигналов.

Бесконечно большая степень подавления пульсаций питающих напряжений.

28)

Дифференциальный усилитель (вычитатель)

 

Данная схема предназначена для получения разности двух напряжений, при этом каждое из них предварительно умножается на некоторую константу (константы определяются резисторами).

Инвертирующий усилитель

Инвертирует и усиливает напряжение (то есть умножает напряжение на отрицательную константу).

3.Неинвертирующий усилитель

Усиливает напряжение (умножает напряжение на константу, большую единицы)

Повторитель напряжения

Используется как буферный усилитель, для исключения влияния низкоомной нагрузки на источник с высоким выходным сопротивлением.