Перший загальнодоступний операційний підсилювач (ОП) інтегрального виконання був випущений ще в 1960-х роках. Він був розроблений Робертом Відларом у 1965 р. Застосування ОП в електроніці надзвичайно широке. Операційний підсилювач, імовірно, є елементом, що найбільш часто зустрічається в аналоговій схемотехніці. Додавання лише кількох зовнішніх компонентів робить з ОП конкретну схему аналогової обробки сигналів.

Операційний підсилювач - це підсилювач постійного струму, пристосований до роботи з ланцюгами негативного зворотного зв'язку. Тобто ОП повинен неодмінно мати інверсний вхід, подача на який вихідного сигналу або

його частини відповідає визначенню негативного зворотного зв'язку. Сучасний ОП має два входи: неінверсний, або прямий, і інверсний. Умовне позначення ОП на принципових схемах подано на рис. 12.5.

Позначення ОП, запропоновані на рис. 12.5 (а і 6), відповідають позначенням, які часто використовуються в літературі.

Підсилювач реагує на різницю вхідних сигналів, тобто справедливо:

Крім коефіцієнта підсилення за напругою ОП характеризують диференцій-ний вхідний опір, вхідний струм, напруга зміщення нуля, температурний дрейф нуля, смуга пропускання, швидкість стеження, тобто максимальна швидкість зміни вихідного сигналу, діапазон зміни вихідної напруги. Ідеальний ОП повинен мати коефіцієнт підсилення, що прямує до нескінченності, і високий вхідний опір, смуга пропускання ОП повинна починатися з нульової частоти і тягнутися до нескінченності. У багатьох випадках реальний підсилювач має досить хороші параметри, що дає змогу знехтувати його вхідними струмами і вважати його коефіцієнт надзвичайно великим. Це дає змогу значно спростити розрахунок схем з операційними підсилювачами.

При використанні операційних підсилювачів із ланцюгами негативного зворотного зв'язку за припущення, що вихідний сигнал підсилювача не досягає своїх граничних значень (тобто ОП працює в лінійній області, коли справедлива лінійна залежність вихідного сигналу від різниці вхідних сигналів), для розрахунку схеми можна користуватися двома простими правилами:

• вхідний опір підсилювача надзвичайно великий, що дозволяє не враховувати вхідний струм;

• підсилювач за рахунок зворотного зв'язку завжди забезпечує рівність напруги на своїх входах:

Щоб мати змогу формувати на виході ОП напругу будь-якої полярності, підсилювачі живлять від двох різнополярних джерел напруги, наприклад ±15 В. Можливе живлення і від однополярної напруги з формуванням середнього рівня на прямому вході ОП за допомогою, наприклад, резистивного дільника.

Операційні підсилювачі широко застосовуються в складі вирішальних підсилювачів аналогових обчислювальних пристроїв. Вирішальний підсилювач -це підсилювач, що виконує в аналоговому вигляді математичні операції. Відомою властивістю аналогових пристроїв є можливість роботи в реальному часі, теоретично з високою швидкодією. Але в наш час найбільше застосування ОП знаходять у вимірювальній техніці, в різних вузлах і пристроях спеціального призначення. Наприклад, ОП використовуються в аналого-цифрових і цифро-аналогових перетворювачах, у складі стабілізаторів напруги в джерелах живлення ЕОМ та інших електронних пристроїв.

У системах електроавтоматики дуже часто використовуються операції множення аналогового вхідного сигналу на константу. Цю операцію можна реалізувати масштабним підсилювачем, шляхом визначення співвідношення застосовуваних для замикання негативного зворотного зв'язку резисторів. Оскільки стабільність коефіцієнта визначається стабільністю відношення опорів резисторів і практично не залежить від властивостей ОП, можна з високою точністю установити коефіцієнт підсилення всього підсилювача.

На рис. 12.6 зображено схеми поширених операційних підсилювачів.

Підсилювач з точним і стабільним коефіцієнтом підсилення вважають вимірювальним.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Яке призначення підсилювачів напруги і струму?

2. Як визначається коефіцієнт підсилення?

3. Назвіть електроди в біполярних транзисторах.

4. Назвіть електроди в польових транзисторах.

Б. Опишіть підсилювач на біполярних транзисторах.

6. У чому полягає відмінність використання для підсилення транзисторів п-р-п і р-п-р переходів?

7. Дайте характеристику схемних рішень підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах.

8. Яка роль зворотного зв'язку в підсилювачах?

9. Опишіть будову операційного підсилювача.

10. Де використовується операційний підсилювач?

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020