Операційний підсилювач: опис, принцип роботи, застосування
Аналогова електроніка - один з найбільш важливих розділів електротехніки, який став деякою сходинкою для переходу від резисторів, реостатів і амперметрів до цифрового «виміру». Використовуючи комбінації багатьох електротехнічних компонентів і утворюючи складні схеми, аналогова електроніка дозволила використовувати свої досягнення для складання найпростіших цифрових електроприладів. Сьогодні аналогова електроніка - основа для схемотехніки складних сучасних електроприладів.
Один з приладів аналогової електроніки - операційний підсилювач, який являє собою складну багатокаскадний схему з використанням напівпровідників. В інтегральному вигляді даний прилад має двома входами, які інвертують один одного. Примітно, що одним з властивостей інверсного вузла прийому сигналу є велике значення коефіцієнта посилення.
Інтегральне виконання передбачає, що операційний підсилювач розміщується спеціалізовано в одному з робочих блоків мікросхеми. У схемотехніці даний прилад, як і всі інші елементи, отримав спеціальне позначення. Як правило, на принципових схемах операційний підсилювач позначають у вигляді великого трикутника. Проте останнім часом можна знайти і альтернативний символ для підсилювача - прямокутник з маленьким трикутником всередині. Швидше за все, таке позначення введено для спрощення зображення приладу на структурних схемах.
Застосування операційних підсилювачів сьогодні досить різноманітне. Ці багатокаскадні прилади використовуються в найрізноманітніших підсилювачах для різних сигналів. Крім того, операційний підсилювач часто використовуються в генераторах електричних сигналів, а також в частотних фільтрах для звукового діапазону. Крім того, підсилювач став незамінним приладом в схемах систем контролю безлічі фізичних величин (зокрема, на метеостанціях).
Принцип роботи операційного підсилювача часто порівнюють з аптекарськими вагами, стрілка яких відхиляється в ту сторону, де вантаж на чашечці найбільший. Тільки для операційного підсилювача потрібно одну з чашок відзначити знаком «+», другу - «-», а вимірювану величину замінити вольтами замість грамів. Отже, підсилювач виробляє порівняння модуля напруги на одному і другому вході. Якщо різниця потенціалів на прямому вході більше, ніж на інверсному, то на виході формується позитивне напруга (в іншому випадку - негативне).
Повертаючись до позначення операційних підсилювачів на принципових електричних схемах, варто відзначити, що прямий вхід часто позначається знаком «+», а інверсний - «-». Однак такі символи застосовуються не завжди! Іноді на схемах знаки біля входів не ставлять, але замість цього інверсний вхід відзначають у вигляді невеликого кружечка.
Для того щоб знизити чутливість операційного підсилювача до технічних коливань вхідного електричного сигналу, в операційний підсилювач вводиться ООС - негативний зворотний зв'язок. Завдяки використанню такого компонента схеми як з'єднання виходу з інверсним входом через спеціальний резистор, незначні відхилення від заданого вхідного сигналу не враховуються операційним підсилювачем при роботі.
Іноді для роботи операційного підсилювача в принципових електричних схемах складних пристроїв використовується позитивний зворотний зв'язок, при якій здійснюється з'єднання позитивного входу і виходу через спеціалізований резистор. При використанні позитивного зворотного зв'язку з'являється цікавий побічний ефект - «петля гистерезиса».
На закінчення відзначимо, що операційні підсилювачі використовують як при однополярному, там і при біполярному джерелі живлення.