Операционные усилители. Часть 1.

Автор:
Опубликовано 24.02.2006

А это что ещё за зверь невиданный, спросите вы. И накой он нам вообще сдался. Что с ним хорошего можно сделать. А вот это уже будет более правильный вопрос, так как сделать с ним можно много чего, причем очень простого для понимания. Для меня это было значительно проще чем понимать транзисторы, хотя со временем я и их освоил.

Итак, как же это чудо выглядит на картинке. А примерно вот так (Ну почему же примерно, Мяу?! Так и выглядит. - здесь и далее прим. Кота). Мы видим у него два входа (обозначены + и - ) и один выход (на самом деле я лукавлю, и не показываю остальные выводы операционника, коих ещё как минимум два - +Uпит и -Uпит, но сейчас они нам не нужны).
Для ясности дальнейшего изложения назовем вход, обозначенный значком "+" - неивертирующим, а вход со значком "-" - инвертирующим.
А теперь давайте посмотрим как это работает.
Если напряжение на входе "+", больше чем на "-", то на выходе установится напряжение +Uпит. Если ситуация обратная, то на выходе будет напряжение -Uпит. Хм, если у него на выходе всего два состояния, то зачем нужен такой усилитель? Правильно, без обратной связи он нам и не нужен, ибо она-то и позволяет придать операционному усилителю такие приятные свойства.
Что такое обратная связь, спросите вы? Непонятное какое-то слово.
Ну в общем это когда часть сигнала с выхода подается на вход, чтоб скорректировать самого себя. Непонятно? Ну тогда будем разбираться на примерах. А для начала выучим два правила работы с "идеальными" операционными усилителями. С реальными мы познакомимся чуть позже.

1. Выход операционного усилителя всегда стремится сделать так, чтоб напряжение между входами было равно 0.
2. Входы операционного усилителя ток не потребляют.
Ну что-то ты совсем нас запутал, скажите вы. Тогда начинам смотреть примеры.

На рисунке изображена схема классического инвертирующего усилителя. Почему инвертирующего. А вот сейчас прям и разберемся. Применяем правило №1 мы видим, что потенциал инвертирующего входа будет равен 0В (потенциал земли). А это значит, что через резистор R2 протечет ток равный Uвх(на схеме 1 В)/R2. Ну ладно, течет и течет, а дальше то что. А дальше начинается применение правила №2. Раз входы операционного усилителя не потребляют ток, значит так просто на землю он не стекает, а поскольку деваться ему собственно некуда, то он продолжает течь через резистор R1. Ну а раз так, то на резисторе R1 создается падение напряжения, равное IR1. То есть на выходе будет напряжение равное Uвх(R1/R2). Браво. Только давайте разбираться со знаком этого напряжения: поскольку у нас входное напряжение было больше чем потенциал земли, то потенциал инвертирующего входа должен быть выше чем потенциал выхода, то есть на выходе мы должны получить напряжение -Uвх(R1/R2). То есть мы усилили входное напряжение в R1/R2 раз, ну и сменили его полярность. Поэтому такой усилитель называется инвертирующим.

Теперь попробуем рассмотреть схему неинвертирующего усилителя. Она немного отличается от этой схемы. Опять начинаем применять те правила, которые мы уже выучили. Потенциал инвертирующего входа должен быть равен потенциалу неинвертирующего -> через резистор R2 протекает ток Uвх(опять 1В)/R2. Ну а поскольку входы ток не потребляют и не отдают, то придется этот ток брать с резистора R1, напряжение на котором будет IR1, а с учетом того, что инвертирующий вход имеет напряжение, равное напряжению на входе, то напряжение выхода будет равно Uвых=Uвх(1+R1/R2). То есть мы усилили напряжение, не изменяя его полярности. Отлично. Если эти вещи мы освоили, то можно переходить к следующей части нашего повествования. В заключение этой части хочется лишь назвать микросхемы операционных усилителей. Из отечественных это серия К140УДxx. Самый ходовой это видимо К140УД6, хотя я могу и ошибаться. Из зарубежных, их так много, что перечислять их я не считаю возможным, скажу лишь, что в основном на этом деле специализируется фирма Analog Devices.

--Поехали дальше-->>