Операционен усилвател

Операционен усилвател (ОУ, OpAmp) е вид диференциален усилвател с несиметричен изход и имащ много голям коефициент на усилване.^[1]

Операционен усилвател в метален корпус.

Принципна схема на операционен усилвател.

Операционни усилватели в различни пакети.

Вътрешна реална структура на ОУ.

Операционните усилватели се зараждат с аналоговите компютри, където се използват за извършване на математически операции в много линейни, нелинейни и честотно-зависими схеми. Популярността на операционния усилвател като основен елемент в аналоговата електроника се дължи на неговата гъвкавост. Използвайки отрицателна обратна връзка, характеристиките на схемата на операционния усилвател и неговият входен и изходен импеданс се определят от външни компоненти, но имат слаба зависимост от температурните коефициенти в самия операционен усилвател.

В днешно време операционните усилватели са сред най-широко използваните електронни устройства, намирайки приложение в множество потребителски, промишлени и научни инструменти. Повечето стандартни операционни усилватели струват стотинки за да се произведат. Все пак, някои хибридни операционни усилватели със специални експлоатационни качества могат да струват стотици левове.^[2]

Определение

Операционният усилвател има два входа:

• неинвертиращ (в електронните схеми се обозначава с +)
• инвертиращ (обозначава се с −)

Изходното напрежение на ОУ е пропорционално на разликата в напреженията между неинвертиращия и инвертиращия входове:

${\displaystyle V_{out}=G(V_{+}-V_{-})}$

Освен това Операционните усилватели са т.нар. „идеални“ усилватели заради тяхната „права“ на волт-амперната им характеристика. Т.е. с идеалната си кристална структура в чипа и точното оразмеряване на вътрешната им архитектура не внасят никакви Нелинейни изкривявания върху манипулирания сигнал.

История

Операционните усилватели са изобретени още във времето на електронните лампи, сега те се произвеждат във формата на интегрални схеми, много често няколко усилвателя в един корпус.

Разлики между реалния и идеалния ОУ

Реално изходното напрежение на усилвателя е ограничено отгоре и отдолу със стойността на захранващото напрежение. Коефициентът на усилване на ОУ може да надвиши 10⁶ и не се нормира. Практически операционните усилватели винаги се използват в схеми с отрицателна обратна връзка. ОУ без обратна връзка се използва в качеството на компаратор.

Схеми на базата на ОУ

Типична принципната схема на включване на операционния усилвател е показана на фигурата. Посредством резисторите Rf и Rg е реализиран делител на напрежение.

Операционен усилвател с отрицателна обратна връзка.

${\displaystyle V_{-}={R_{f} \over R_{f}+R_{g}}V_{out}}$

С отчитане на първото уравнение,

${\displaystyle V_{out}=V_{in}{1 \over {R_{f} \over R_{f}+R_{g}}+{1 \over G}}}$

Колкото ${\displaystyle G}$ е по-голям, толкова коефициентът на усилване клони към:

${\displaystyle {V_{out} \over V_{in}}\simeq {R_{f}+R_{g} \over R_{f}}}$

Източници

1. Understanding Single-Ended, Pseudo-Differential and Fully-Differential ADC Inputs // Архивиран от оригинала на 26 юни 2007. Посетен на 10 ноември 2007.
2. Apex OP PA98 // Архивиран от оригинала на 2016-01-01. Посетен на 8 ноември 2015.

Външни препратки

• Курс лекции