Операционные усилители: питание, принцип работы и разновидности

Операционный усилитель – это элемент электронного устройства. Они просты в использовании, так как легко производят расчёты и обладают прекрасными характеристиками. Другим названием такого усилителя является дифференциальный усилитель. Дифференциальным их называют в связи с их способностью усиливать разность входящий напряжений. Применяют их чаще в звуковой технике, для усиления звука.

Выбирайте лучшие цены на авиа, жд и автобусные билеты из более чем 3000 предложений на tickets.ua

Принцип работы

В дифференцированном усилителе есть основание, из которого выходят 5 выводов. Два вывода для входа, два для питания и один для выхода.
Есть два правила действия прибора:
При входах ток не расходуется
Выход стремится к нулевой разности напряжений на входах
Вход, который обозначается знаком « — » — инвертирующий. Вход с указанием «+» является неинвертирующим.
Входы вырабатывают сильное сопротивление, которое имеет название импеданс. Благодаря ему происходит расход тока на входах. Измеряется он в наноамперах. Помимо этого такие выводы производят оценку напряжения. По этой оценке операционный усилитель отправляет на выход сигнал.
Также большим значением в приборе обладает коэффициент усиления. Бывает даже, что он достигает миллиона. Обозначает это то, что если при входе он получит 1 милливольт, то при выходе значение напряжения будет равняться напряжению источника питания.
Важно отметить и то, что если напряжение неинвертирующего входа больше инвертирующего, то на выходе будет положительное напряжение. Если ситуация наоборот, то отрицательное напряжение.
Положительное и отрицательное напряжение на выходе осуществляется при применении питания с двухполюсным расщепленным напряжением.
Питание
Выбирая батарейку в качестве питания, нужно знать, что она имеет два полюса: отрицательный и положительный полюс. При взятии за нулевую точку отрицательный полюс, положительный будет иметь значение +1,5 В.
Если точкой отсчёта является отрицательный полюс нижней батарейки, а напряжение измерить только на положительном полюсе верхней батарейки, то его значением будет +10 В.
При принятии в качестве ноля среднюю точку между батарейками, то положительный полюс будет равен +5 В, отрицательный -5 В.
Также есть схемы с расщепленным питанием. Питание в таких системах осуществляется через бытовую сеть. При этом ток понижается до 30 В, во вторичной обмотке в центре есть ответвление, благодаря которому на выходе получаются значения -15 В и +15В.
Виды

Инвертирующие усилители

Чаще всего используют именно эту схему. Особенность её в том, что она показывает не только усиление, но и изменение фазы. Параметр усиления обозначается буквой «k». На графике влияние усиления обычно указывается двумя цветами. Синий цвет обозначает сигнал входа, красный цвет – сигнал выхода. Смещение сигнала на выходе в два раза больше, чем на входе. Выходной сигнал перевернут, поэтому данный тип так и называется.
Чтобы вычислить такое усиление пользуются следующей формулой:
k=-R2/R1

Неинвертирующие усилители

Подобен первому виду, отличается только тем, что сигнал не перевернут. Коэффициент усиления равен двум. На входе сигнал в виде синусоиды и подаётся на плюсовой вывод, а на выходе изменилось смещение, если сравнивать с инвертирующим усилителем. Рассчитывается усилитель по следующей формуле:
k=1+R2/R1

Схема вычитания

Позволяет создать два усиливающих сигнала на входе. Она имеет более сложную конструкцию. Состоит из двух входов, выхода, четырех сопротивлений R1, R2, R3 и R4. Рассчитывается по формуле:
Uab=R3/R1(Ua-Ub)
Левая часть равенства (R3/R1) устанавливает коэффициент усиления, правая, где находится (Ua-Ub) показывает разность напряжений.

Схема сложения

Другое название этой схемы интегрированный усилитель. Схема сложения является противоположностью схемы вычитания. Особенность её заключается в обработке более двух сигналов. Она позволяет суммировать несколько сигналов. Формула расчёта интегративного усилителя:
U=-R(U1/R1+U2/R2+U3/R3+Un/Rn)