2. Структурная схема операционного усилителя

Операционный усилитель (ОУ) - это УПТ с весьма большим коэффициентом усиления по напряжению. Характерной особенностью ОУ является наличие двух входов и одного выхода (рис 3). Один из входов обозначается символом " - " и называется инвертирующим. При подаче сигнала на этот вход выходной сигнал оказывается в противофазе с входным. Другой вход ОУ обозначается символом "+" и называется неинвертирующим. При подаче сигнала на этот вход выходной сигнал оказывается в фазе с входным сигналом. Условное графическое обозначение ОУ приведено на рис.3.

Питание ОУ осуществляется обычно от двухполярного источника. Термин "ОУ" дан потому, что первоначально ОУ предназначался для применения в аналоговых вычислительных машинах для выполнения математических операций, таких как суммирование, вычитание, масштабирование и т.д.

ОУ представляет собой многокаскадный УПТ. В зависимости от числа каскадов, вносящих основной вклад в коэффициент усиления, различают трех- и двухкаскадные ОУ.

Три и более усилительных каскада имели ОУ первоначальных разработок (60-е годы).

Cовременный ОУ - это усилитель напряжения, коэффициент усиления которого в полосе частот от 0 до нескольких десятков килогерц составляет величину 10³ – 10⁵ и является двухкаскадным. В его структуре можно выделить три основных элемента: входной каскад, усилитель напряжения и выходной каскад (рис.4).

Кроме того, схема ОУ может содержать еще ряд вспомогательных цепей, корректирующие цепи, схемы сдвига уровней, схемы защиты выходного каскада от перегрузки при коротком замыкании выхода, стабилизаторы напряжения и тока и т.д.

Входной каскад ОУ представляет собой дифференциальный усилитель, что обеспечивает высокое входное сопротивление ОУ и сравнительно малую чувствительность его основных характеристик к изменениям напряжения питания.

Этот усилитель имеет повышенный коэффициент усиления из-за специальных схемных решений. Например, вместо резисторов в коллекторные цепи включается динамическая нагрузка на основе транзисторов, в качестве УЭ используют транзисторы с большим коэффициентом усиления (супербета-транзистор) и т.д.

Усилитель напряжения в сочетании с входным каскадом предназначен для обеспечения основного усиления сигналов и обычно также представляет собой дифференциальный усилитель со схемами согласования его симметричного выхода с несимметричным входом оконечного (выходного) каскада.

Выходной каскад ОУ - это либо эмиттерный повторитель, либо, что встречается чаще в ИС, двухтактный усилитель с несимметричным выходом. Основная задача выходного каскада обеспечение необходимой мощности в нагрузке.

Таким образом, наличие двух симметричных входов делает этот усилитель многофункциональным элементом, так как указанное обстоятельство позволяет осуществить комбинацию различных цепей обратной связи и получать за счет этого схемы различного функционального назначения.