Операционный усилитель: описание, принцип работы, применение

Видео: Пояснение работы схемы, и её расчёт

Аналоговая электроника – один из наиболее важных разделов электротехники, который стал некоторой ступенькой для перехода от резисторов, реостатов и амперметров к цифровому «измерению». Используя комбинации многих электротехнических компонентов и образуя сложные схемы, аналоговая электроника позволила использовать свои достижения для составления простейших цифровых электроприборов. Сегодня аналоговая электроника – основа для схемотехники сложных современных электроприборов.

Один из приборов аналоговой электроники – операционный усилитель, который представляет собой сложную многокаскадную схему с использованием полупроводников. В интегральном виде данный прибор располагает двумя входами, которые инвертируют друг друга. Примечательно, что одним из свойств инверсного узла приема сигнала является большое значение коэффициента усиления.

Интегральное исполнение подразумевает, что операционный усилитель размещается специализированно в одном из рабочих блоков микросхемы. В схемотехнике данный прибор, как и все остальные элементы, получил специальное обозначение. Как правило, на принципиальных схемах операционный усилитель обозначают в виде большого треугольника. Однако в последнее время можно найти и альтернативный символ для усилителя – прямоугольник с маленьким треугольником внутри. Скорее всего, такое обозначение введено для упрощения изображения прибора на структурных схемах.

Применение операционных усилителей сегодня весьма разнообразное. Эти многокаскадные приборы используются в самых разнообразных усилителях для различных сигналов. Кроме того, операционный усилитель часто используются в генераторах электрических сигналов, а также в частотных фильтрах для звукового диапазона. Кроме того, усилитель стал незаменимым прибором в схемах систем контроля множества физических величин (в частности, на метеостанциях).

Принцип работы операционного усилителя часто сравнивают с аптекарскими весами, стрелка которых отклоняется в ту сторону, где груз на чашечке наибольший. Только для операционного усилителя нужно одну из чашек отметить знаком «+», вторую – «–», а измеряемую величину заменить вольтами вместо граммов. Итак, усилитель производит сравнение модуля напряжения на одном и втором входе. Если разность потенциалов на прямом входе больше, чем на инверсном, то на выходе формируется положительное напряжение (в противном случае – отрицательное).

Видео: Операционный усилитель с малым ...

Возвращаясь к обозначению операционных усилителей на принципиальных электрических схемах, стоит отметить, что прямой вход часто обозначается знаком «+», а инверсный – «–». Однако такие символы применяются не всегда! Иногда на схемах знаки у входов не ставят, но вместо этого инверсный вход отмечают в виде небольшого кружочка.

Для того чтобы снизить чувствительность операционного усилителя к техническим колебаниям входного электрического сигнала, в операционный усилитель вводится ООС – отрицательная обратная связь. Благодаря использованию такого компонента схемы как соединение выхода с инверсным входом через специальный резистор, незначительные отклонения от заданного входного сигнала не учитываются операционным усилителем при работе.

Иногда для работы операционного усилителя в принципиальных электрических схемах сложных устройств используется положительная обратная связь, при которой производится соединение положительного входа и выхода через специализированный резистор. При использовании положительной обратной связи появляется интересный побочный эффект – «петля гистерезиса».

В заключение отметим, что операционные усилители используют как при однополярном, там и при биполярном источнике питания.