Общие сведения. ОУ - это универсальное усилительное устройство, первоначально предназначавшееся для выполнения различных операций над аналоговы­ми величинами в схемах с

ОУ - это универсальное усилительное устройство, первоначально предназначавшееся для выполнения различных операций над аналоговы­ми величинами в схемах с отрицательными обратными связями (ООС). В начале 60-х годов ОУ стали выпускаться в виде отдельных ИС и к настоящему времени они- получили очень широкое распространение. Причем ОУ используются не столько для выполнения математических операций (аналоговые вычислительные машины сейчас практически не выпускаются), сколько для усиления, преобразования и формирования сигналов, но старое название за ними сохранилось.

В настоящее время ОУ - это УПТ с полосой пропускания несколько МГц, с большим коэффициентом усиления, с высоким входным и малым выходным сопротивлениями, с низким уровнем шума и с хорошей темпе­ратурной стабильностью, способный устойчиво работать при замкнутой цепи ОС.

По габаритным размерам и стоимости ОУ мало отличается от от­дельно взятого транзистора. Реализация различных устройств с при­менением ОУ значительно проще, чем на отдельных транзисторах, при этом получается выигрыш в габаритных размерах и массе. Благодаря своим многосторонним характеристикам ОУ вытесняет устройства на дискретных транзисторах и становится базовым (унифицированным) уз­лом в аналоговой схемотехнике. Помимо выводов, показанных на рис.4.6, ОУ снабжается выводами для подачи питающих напряжений и, если это необходимо, выводами для частотной коррекции, установки нуля сдвига или регулировки тока питания и т.п.

На входы ОУ поступают два напряжения u⁺ и u^– (рис.4.6). Типичным свойством ОУ является его чувствительность к разности этих напряжений и независимость (в идеа­ле) выходного напряжения ОУ от абсолют­ных значений входных напряжений (u⁺ и u^–). Из этого свойства ОУ вытекает два понятия: дифференциальное (и_д) и синфазное (u_сф) входные напряжения.

Дифференциальное входное напряжение - это разность

u_д = u^– – u⁺. (4.14)

Синфазное входное напряжение определяют как полусумму этих напряжений

u_СФ = (u^– + u⁺)/2. (4.15)

Если учесть, что u_д + u⁺ = u^– и u_д u_д << u⁺ (так как коэффициент усиле­ния ОУ значительно больше единицы), то из (4.16) следует, что u_сф ≈ u⁺- Таким образом, впредь синфазное входное напряжение будет отождествляться с неинверсным входным напряжением и⁺. Такое опре­деление u_сф оправдано также тем, что при введении ОС неинвертирую­щий вход, как правило, заземляется, а входной сигнал и сигнал ОС связи подаются на инвертирующий вход.

По принципу действия ОУ сходен с обычным усилителем. Однако ОУ специально создан для использования в схемах с глубокой ООС, так, чтобы параметры всего устройства определялись в основном парамет­рами цепи ОС, а ОУ был бы функционально незаметен. Такой ОУ по своим свойствам должен приближаться к идеальному. Идеальный ОУ должен иметь бесконечно большой коэффициент усиления в бесконечно широкой полосе пропускания, бесконечное входное и нулевое выходное сопротивления. Кроме moгo, усилитель не должен иметь статических ошибок, изменяющихся от температуры и времени. Реальные ОУ облада­ют параметрами, близкими к параметрам идеального ОУ. Знание этих параметров позволяет выяснить ценность конкретного ОУ, произвести грамотно и быстро выбор нужного ОУ, проектировать устройства прак­тически без макетирования.

Параметры ОУ можно разделить на несколько групп: входные и вы­ходные, энергетические, усилительные и т.д. Наиболее часто пара­метры ОУ подразделяются на параметры на постоянном и переменном токе или на статические и динамические параметры.