Операционный усилитель

К активным неавтономным многополюсникам относится и операционный усилитель (ОУ), имеющий дифференциальный вход с очень большим входным сопротивлением, малое выходное сопротивление и высокий коэффициент усиления. ОУ изготовляются в виде интегральных микросхем и применяются во многих электронных устройствах различного назначения, в том числе для реализации управляемых источников, гираторов и для выполнения математических операций.
Обозначение ОУ и выбранная разметка выводов показаны на рис. 8.20, а, а на рис. 8.20, б — эквивалентная схема при уровнях сигналов, для которых ОУ можно рассматривать как линейный многополюсник. У ОУ два входных вывода 1 и 3, которые обозначают еще знаками — и + и соответственно называют инвертирующим и неинвертирующим. ЭДС управляемого источника где — внутренний коэффициент усиления, достигающий практически значений порядка . Входное сопротивление больше выходного на два-три порядка. У идеального ОУ считают бесконечно большим, . У такого усилителя , и при любом можно считать .
Схема замещения ОУ справедлива в широкой полосе частот. Этот диапазон ограничен частотой, при которой необходимо уже учитывать паразитные емкости реального устройства.
Операционный усилитель можно считать линейным многополюсником, пока напряжения не превышают некоторых предельно допустимых значений. В противном случае необходимо учитывать нелинейность характеристик ОУ.

Рис. 8.20

Пример 8.6. Составить матрицу ОУ со схемой по рис. 8.20, б.
Решение. Будем считать заземленный вывод 4 базовым. Для остальных выводов можно сразу записать уравнения, связывающие напряжения и токи.
Для входного контура (рис. 8.20,6) , т. е.

Для выходного контура т. е.

Следовательно, матрица

Операционные усилители часто применяются в схемах активных неавтономных четырехполюсников, т. е. в устройствах с двумя входными и двумя выходными выводами, в частности гираторов, конверторов сопротивлений, активных фильтров, зависимых источников. Например, на рис. 8.21 представлена схема реализации с идеальным ОУ управляемого источника ИТУТ (см. рис. 8.11, г). Действительно, при идеальном ОУ

Так как внутренний коэффициент усиления очень велик , то и передаточная функция по току

Рис. 8.21

Пример 8.7. Для активного неавтономного четырехполюсника, схема которого приведена на рис. 8.22, а, составить передаточную функцию по напряжению , считая, что у ОУ При условии построить амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики.
Решение. На рис. 8.22, б показан четырехполюсник после замены ОУ эквивалентной схемой, где