Операционные усилители (ОУ).

  Это усилители постоянного тока с большим коэффициентом усиления, имеющие дифференциальный вход (два входных вывода) и общий выход (рисунок 2.16).

                                                 Рисунок 2.16

  Один из входов усилителя (Uвхн, „+”) называется неинвертирующим, а второй (Uвхи „-”) – инвертирующим. При подаче сигнала на неинвертирующий вход приращение выходного сигнала совпадает по фазе (по знаку) с приращением входного сигнала. Если подать сигнал на инвертирующий вход, то приращение выходного сигнала имеет обратный знак (противоположно по фазе) по сравнению с входным сигналом.

  Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики. Uвых=f(Uвх) (рисунок 2.17).

                                              Рисунок 2.17

  Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов, при нулевом сигнале на другом. Горизонтальные участки соответствуют режиму полностью открытого (насыщенного) транзистора либо закрытого транзистора выходного каскада. При  изменении напряжения входного сигнала на этих участках выходное напряжение усилителя остаётся без изменения и равно +Uвыхmax или –Uвыхmax, близкому к напряжению источника питания. Наклонному (линейному) участку кривых соответствует пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного. Угол наклона участка определяется коэффициентом усиления Кu=∆Uвых/∆Uвх. Коэффициент усиления ОУ зависит от типа усилителя и может составлять от нескольких сотен до сотен тысяч. Состояние Uвых=0 при Uвх=0 называется балансом ОУ.

  Частотные параметры ОУ определяются по АЧХ, Кu=f(f) (рисунок 2.18).

                                                 Рисунок 2.18

      fср – частота среза, начиная с которой Кu уменьшается. Fгр – граничная частота, соответствует уменьшению Кu в  раз и определяет полосу пропускания усилителя. f1 – частота, при которой Кu=1.

  Рассмотрим примеры построения аналоговых схем на операционных усилителях.

Инвертирующий усилитель (рисунок 2.19)

                                                Рисунок 2.19

      Инвертирующий усилитель изменяет знак выходного сигнала относительно входного. Он создаётся введением по инвертирующему входу ОУ параллельной отрицательной обратной связи по напряжению с помощью резистора Rос. Неинвертирующий вход связывается с общей точкой входа и выхода схемы (заземляется). Входной сигнал подаётся через резистор R1 на инвертирующий вход ОУ.

  Коэффициент усиления по напряжению в таком усилителе

Неинвертирующий усилитель (рисунок 2.20)

Рисунок 2.20

    Неинвертирующий усилитель содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, поданную по инвертирующему входу. Входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход ОУ. Коэффициент усиления Кu=1+Roc/R1.

  Неинвертирующий и  инвертирующий усилители широко используются в качестве высокостабильных усилителей различного назначения.

Инвертирующий сумматор (рисунок 2.21)

                                                     Рисунок 2.21

Схема выполняется с числом параллельных ветвей на входе, равным количеству сигналов, предназначенных для сложения. Обычно: Roc=R1=R2=…Rn.

Uвых= -(

Неинвертирующий сумматор (рисунок 2.22)

Рисунок 2.22

R1=R2=Rn=R

Uвых=  (U1+U2+…+Un)

Интегратор (рисунок 2.23)

Рисунок 2.23

Схема интегратора создаётся заменой в цепи обратной связи резистора на конденсатор Uвых= , где  =RC – постоянная интегрирования.