Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ - усилитель электрических колебаний (УЭК) с внеш. цепями, предназначенный для выполнения нек-рых линейных операций (суммирование, интегрирование, дифференцированиеи др.). Часто название "О. у." относят к самим УЭК, к-рые обычно выполняютсяв виде серийно выпускаемых микросхем. Структурная схема типового О. у. <содержит входной дифференц. каскад, осн. усилитель и выходной каскад смалым выходным сопротивлением. О. у. имеет два входа: неинвертирующий (+)и инвертирующий ( - ); соответственно входное напряжение усиливается безсмены или со сменой полярности. О. у. питается от источника биполярного(симметричного относительно корпуса) напряжения Е.

Гл. требования, предъявляемые к характеристикамО. у.: высокий коэф. усиления k= 10³ - 10⁹;большое входное сопротивление R _вх (до 100 МОм) и малоевыходное сопротивление R _вых (~10² Ом); нулевоезначение выходного напряжения при нулевом входном и симметричное изменениевыходного напряжения в обе стороны в нек-ром диапазоне U_max,близком к Е; малыйдрейф нуля, обусловленный изменениями внеш. условий и нестабильностью эдсисточника; малый уровень собств. шумов; сильное (~60 дБ) подавление синфазнойсоставляющей, т. е. малое значение отношения выходного напряжения ко входному, <поданному одновременно на оба входа; широкая полоса пропускания (от 0 до100 МГц). Выполнение этих требований обеспечивает возможность каскадного включения О. у., высокую точность выполнения операций и универсальностьприменения. Обычно УЭК охватывают отрицательной обратной связью с выходана инвентирующий вход. Поскольку R _вx и k велики, <в рабочем (линейном) режиме напряжения на обоих входах О. у. практическиодинаковы и почти не отличаются от 0 ("виртуальный нуль").

В суммирующем О. у. при подаче сигналовна инвертирующий вход (рис. 1)

Рис. 1.

U _вых =-[RU _вх1/R _ос+ R₂U _вх2/R _ос + R₃U _вх3/R _ос].

К неинвертирующему входу иногда подключаютбалансировочный резистор R _б ~ _ос. Входноесопротивление такой схемы со стороны источника сигнала при одном входе U _вх1, R _вх ~ R₁. Прииспользовании неинвертирующего входа (рис. 2) U _вых =U _вх(l + R _ос /R₁). Посколькувходное сопротивление такой схемы велико, её иногда используют для согласованиявыхода высокоомного генератора с низкоомной нагрузкой (при R _ос" R₁ как повторитель напряжения).

В схеме, изображённой на рис. 3. U _вых= - R _ОСU _вх/R₁+R₃(R₁+R _ОС)U _вх/R₁(R₂+R₃ )при R₁=R₂=R _ос.

U _вых =U _вх2- U _вх1 (дифференц. схема).

Рис. 3.

С помощью О. у. можно осуществить операцииинтегрирования и дифференцирования (с одноврем. суммированием). В схемеинтегрирования (рис. 4, а)

где K _иl = 1/R₁ С _ос,К _{и 2 =} 1/R₂ С _ос. В схемедифференцирования (рис. 4, б)

U _вых = - K _д1dU _вх1/dt- K _д2dU _вх2/dt,

где К _д1 = R_OCC₁, К _д2 = R_OCC₂ (см. также Дифференцирующаяцепь, Интегрирующая цепь).

Рис. 4.

В схемах, приведённых на рис. 1 - 4, долженсохраняться линейный режим, т. е. напряжение на выходе не должно достигатьграниц U_mах.Используя комбинации внеш. элементов, строят модели разл. линейных динамич. <систем (электронные аналоговые модели). В электронных схемах О. у. применяютдля преобразования и фильтрации сигналов, в т. ч. импульсных (напр., дляпреобразования прямоугольных напряжений в пилообразные и обратно). О. у. <применяют также для генерирования колебаний (в т. ч. импульсных), при этомиспользуют нелинейные режимы О. у. (выходное напряжение за пределами U_mах).О. у. используют также в аналоговых вычислит. машинах, где с их помощьювыполняют линейные операции и нелинейные преобразования (возведение в степень, <перемножение и др.). Иногда используют также гидравлич., пневматич., магн. <и др. О. у.

Лит.: Алексенко А. Г., Шагуриy И. <И., Микросхемотехника, М., 1982.

Б. X. Кривицкий.