Основные сведения об операционных усилителях

Операционные усилители находят широкое распространение в современной электронике. Они выполняются в виде интегральных микросхем и имеют два входа – инвертирующий и неинвертирующий. С помощью операционных усилителей можно производить различные аналоговые математические операции: сложение и вычитание с весовыми коэффициентами, дифференцирование и интегрирование. Отсюда они и получили название «операционные». ОУ имеют большой коэффициент усиления от нескольких тысяч до сотен тысяч. Они используются в различных электронных устройствах: предварительные усилители в УНЧ, компараторы, активные фильтры, эквалайзеры, источники опорного напряжения и т.д.

ОУ включаются в различные схемы обычно с использованием отрицательной обратной связи (ООС). Существуют два основных способа включения ОУ в схему. В первом случае сигнал подается на инвертирующий вход, а во втором – на неинвертирующий. Определим коэффициент усиления с обратной связью Кос для обоих случаев.

Первый случай, когда сигнал подается на инвертирующий вход, изображен на рис.2.12.

 
 

 

 


Рис.2.12. Схема включения операционного усилителя при подаче сигнала на инвертирующий вход

 

Коэффициент усиления при разомкнутой ООС

, (1)

отсюда

Uвых.= - КуиUвх.ос

Входное напряжение ОУ Uвх.ос складывается из двух слагаемых, первое из которых образуется за счет воздействия входного сигнала, а второе – за счет воздействия выходного сигнала через цепь ООС.

(2)

 

Обозначим и подставим выражение (2) в выражение (1).

Uвых = - Куи Uвхα – Куи Uвых(1-α),

Uвых(1+ Куи(1-α)) = - Uвх Куи α,

откуда

.

 

Т.о. коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связью определяется отношением сопротивлений делителя в цепи ООС.

Второй случай, когда сигнал подается на неинвертирующий вход, изображен на рис.2.13.

 

 
 

 

 


Рис.2.13. Схема включения операционного усилителя при подаче

сигнала на неинвентирующий вход

 

В этом случае коэффициент усиления с обратной связью имеет вид

 

Рассмотрим некоторые приложения использования ОУ для выполнения различных математических операций.

Схема сложения сигналов с весовыми коэффициентами изображена на рис.2.14.

 

 
 

 

 


Рис.2.14. Схема сложения сигналов

 

.

 

Схема операции дифференцирования изображена на рис.2.15.

 

 

 
 

 

 


Рис.2.15. Схема операции дифференцирования

,

где P = jω – оператор Лапласа.

 

Схема операции интегрирования изображена на рис.2.16.

 

 
 

 

 


Рис.2.16. Схема операции интегрирования

 

.