Что такое операционный усилитель и как он устроен?

Что такое операционный усилитель? В основном об этом понятии говорят, когда речь идет о так называемой обратной связи. Операционный усилитель (или же его сокращенное название ОУ) – это дифференциальный прибор, работающий на постоянном токе, обладающий большим значением коэффициента усиления. Обычно у него несимметричный вход.

Принцип работы операционного усилителя

Следует рассмотреть вкратце вопрос о том, что это за устройство и как оно работает. Почему вкратце? Дело в том, что операционный усилитель – это размытое понятие. Сюда входит большое количество разных устройств, которые, однако, объединены более-менее схожими принципами действия. Операционный усилитель – это обновленный и усовершенствованный дифференциальный усилитель, который имеет два выхода и несимметричный вход. Часто ДУ называли прообразом ОУ. Однако реально операционный усилитель имеет намного больший коэффициент усиления и обладает значительно меньшим выходным импедансом, а также вполне допускается изменение выходных сигналов в полном диапазоне от питающего напряжения (чаще всего в таком случае и используют расщепленный источник на 15 вольт).

В промышленности на сегодняшний день налажен выпуск многих сотен самых разнообразных типов подобных устройств. Однако для всех характерен схожий тип работы, несмотря на то, что применение операционных усилителей возможно почти во всех сферах промышленной электроники и цифровой схемотехники. Основными особенностями и преимуществами считают высокие показатели входного сопротивления и низкие выходного, а также большой коэффициент усиления. Вход обозначают плюсом (+), выход – минусом (-). Выходной сигнал в положительном направлении изменяется в то время, когда входной потенциал становится положительным в сравнении с потенциалом на выходе. Этот же цикл может повторяться в обратной последовательности.

Конструктивные особенности прибора

Следует разобрать более подробно конструктивные особенности этого устройства. Операционный усилитель проще рассмотреть как «черный ящик», который обладает идеализированными характеристиками. Такой метод обычно применяют в промышленной электронике. Однако необходимо иметь определенное представление о внутренней структуре такого прибора, как операционный усилитель. Это позволит избежать проблем, связанных со схемотехникой. Структурно различные усилители могут отличатся, но основной принцип будет одинаков. Состоит операционный усилитель из нескольких функциональных блоков:

1. Дифференциальный усилитель, который позволяет обеспечить усиление при низком уровне шума и имеет очень высокие показатели входного сопротивления. Имеет так называемый дифференциальный выход.

2. Усилитель, который имеет большой коэффициент усиления напряжения, спад частотно-амплитудной характеристики наподобие однополюсного фильтра низких частот. Имеет обычно один-единственный выход.

3. Выходной усилитель, который обеспечивает высокие нагрузочные способности по току, а также низкие показатели выходного сопротивления.