Операционный усилитель. (ОУ)

Операционный усилитель – один из самых главных «кирпичиков» современной аналоговой электроники. Он спроектирован так, чтобы удовлетворять самым взыскательным требованиям разработчиков электронной техники. Вот его обозначение и структурная схема:

У операционного усилителя два входа: неинвертирующий, обозначенный «+», и инвертирующий, обозначенный «-». Если на не инвертирующий вход подать положительный потенциал, то потенциал на выходе возрастет. Но если положительный потенциал подать на инвертирующий вход, потенциал на выходе уменьшится. А если одинаковый потенциал подать сразу на оба входа? Потенциал выхода не изменится. Как и полагается усилителю с дифференциальным входом, операционный усилитель реагирует только на разность потенциалов между входами и хорошо подавляет одинаковые сигналы на входах или, как говорят специалисты, синфазную составляющую входного сигнала.

При интегральной технологии нет нужды экономить на транзисторах. Если уж процесс отработан, то практически не имеет значения, сколько транзисторов расположено на пластинки полупроводника. Интегральная микросхема изготавливается с помощью станков-автоматов в едином технологическом процессе. Размеры самих транзисторов составляют микрометры, а размер кристалла – миллиметры. Поэтому и десять тысяч транзисторов для одной микросхемы не предел. Это принесло большую пользу инженерам – проектировщикам микросхем и позволило воплотить в жизнь множество интересных и полезных схематических решений. Например при нагреве параметры одного транзистора изменяются, и его коллекторный ток возрастает. Значит, при нагреве надо уменьшить напряжение смещения транзистора. Это делает другой транзистор, включенный в цепь смещения. Более того, включим пару транзисторов по дифференциальной схеме. Тогда несмотря на то, что ток обоих транзисторов возрастет, разность токов, которая и определяет полезный входной сигнал, практически не меняется.

Благодаря этому операционный усилитель оказывается термостабильным. Температурный «дрейф» его не превосходит нескольких десятков микровольт на градус, тогда как у усилителя на дискретных элементах он в десятки раз больше. У операционных усилителей еще много подобных достоинств главное из которых, их универсальность использования.

Операционный усилитель также применяют – в качестве компаратора, т.е. устройства для сравнения между собой двух различных величин, например напряжений.

Пусть одно из этих напряжений подается на один вход усилителя, второе - на другой.

В этом устройстве нет отрицательной обратной связи и высокий собственный коэффициент усиления используется полностью. Если напряжение U1 хотя бы немного (на несколько микровольт) больше напряжения U2 , то потенциал на выходе устройства принимает максимально возможное значение, несколько меньше напряжения питания. В этом случае говорят, что усилитель «вошел в насыщение». Если же напряжение U1 меньше U2, то потенциал на выходе принимает такое же, но отрицательное значение. Следовательно компаратор имеет «релейную» характеристику и выдает на выходе только два дискретных значения. Их можно назвать единица (1) и нуль (0) как это принято в цифровой технике. Да и сам компаратор чаще всего используют в устройствах для преобразования аналоговых сигналов в цифровые, сокращенно АЦП, что означает аналого -цифровой преобразователь.

АЦП в виде компаратора на основе ОУ

В качестве датчика В1 использован прибор магнитоэлектрической системы (микроамперметр). Действие которого основано на изменении величины тока проходящего через катушку, расположенную в магнитном поле прибора, при изменении положения стрелки.