Аналоговые микросхемы

4.1Операционные усилители

Операционный усилитель (ОУ) - это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиле­ния и несимметричным выходом. Реальные операционные усилители обла­дают высокими коэф­фициентами усиления (обычно порядка 10⁵-10⁶) и меньшими выходными импедансами, а также допускают изменение выходного сигнала почти в полном диа­пазоне питающего напряжения (обычно используют расщепленные источники пи­тания ±15 В). Промышленность выпус­кает сейчас сотни типов операционных усилителей; условное обозначение, приня­тое для всех типов, представлено на рис. 4.1.

Условное обозначение операционного усилителя

Входы операционного усилителя обозначают (+) и (—), и рабо­тают они, как можно догадаться, следу­ющим образом: выходной сигнал изменяется в положительном направлении, когда потенциал на входе (+) становится более положительным, чем

потенциал на входе (—), и наоборот. Символы «+»и «—» не означают, что на одном входепотенциал всегда должен быть более положительным, чем на другом; эти символы просто указывают относительную фазу выходного сигнала (это важно, если в схеме используется отрицательная ОС). Во избежание путаницы лучше называтьвходы «инвертирующий» и «неинвертирующий», а не вход «плюс» и вход «минус». На схемах часто не показывают подключение источников питания к ОУ и вывод, предназначенный для заземления.

Операционные усилители обладают колоссальным коэффициентом усиления по напряжению и никогда (за редким иск­лючением) не используются без обратной связи. Можно сказать, что операционные усилители созданы для работы с обратной связью. Коэффициент усиления схемы без обратной связи так велик, что при наличии замкнутой петли ОС характеристики усилителя зависят только от схемы обратной связи. Конечно, при более подробном изучении должно оказаться, что такое обобщенное заключение справедливо не всегда. Начнем мы с того, что просто рассмотрим, как работает операционный усилитель, а затем по мере необходимости будем изучать его более

тща­тельно.

Промышленность выпускает буквально сотни типов операционных усилителей, которые обладают различными преиму­ществами друг перед другом.

Повсеместное распространение получилаочень хорошая схема типа LF411(отечественный аналог К140УД6) представленная на рынок фирмой National Semiconductor. Как и все операционные усилители, она представляет собой крошечный элемент, размещенный в миниатюрном корпусе с двухрядным расположением выводов; ее внешний вид показан на рис. 4.2. В дальнейшем в этой главе мы будем использовать схему типа LF411 как стандарт операционного усилителя. Схема типа 411 -это кристалл кремния, содержащий 24 транзистора (21 биполярный транзистор, 3 полевых транзистора, 11 резисторов и 1 конденсатор).

На рис. 4.3 показано соединение с выводами корпуса. Точка на крышке корпуса и выемка на его торце служат для обозначения точки отсчета при нумерации выводов. В большинстве корпусов электронных схем нумерация выводов осуществляются в направлении против часовой стрелки со стороны крышки корпуса. Выводы «уста­новка нуля» (или «баланс», «регулиров­ка») служат для устранения небольшой асимметрии, возможной в операционном усилителе.

Соединение ОУ с выводами корпуса