5.7.  Усилители на микросхемах

 

В радиоэлектронике широкое применение нашли операционные усилители. Свое название они получили потому, что первоначально проектировались для выполнения операций сложения, вычитания, интегрирования, дифференцирования и др. Операционные усилители в настоящее время выполняются  на микросхемах. Основные достоинства интегральных микросхем – высокая надежность, относительно низкая стоимость, малые размеры и масса, малая потребляемая мощность.

  Операционный  усилитель имеет два входа и один выход. У него большое входное сопротивление, малое выходное сопротивление, большой коэффициент усиления постоянного напряжения. У идеального операционного усилителя входное сопротивление равно бесконечности, выходное сопротивление равно нулю, коэффициент  усиления  бесконечно  велик,  выходное напряжение равно нулю при одинаковых напряжениях на обоих входах. Реальные операционные усилители имеют коэффициент усиления до 10⁵, полосу частот от нуля до 100 МГц, выходное напряжение, отличное от нуля при входном напряжении равном нулю. Такому выходному напряжению соответствует некоторый мнимый входной сигнал, который называют напряжением смещения нуля. Напряжение смещения нуля изменяется при изменении температуры. Напряжение смещения нуля достаточно часто компенсируют подачей внешнего постоянного напряжения противоположной полярности.

Операционные усилители питаются от двух одинаковых источников напряжения, имеющих общую точку. Один из входов операционного усилителя называется инвертирующим, а другой – неинвертирующим. Фаза сигнала на выходе усилителя совпадает с фазой сигнала на неинвертирующем входе и противоположна фазе сигнала на инвертирующем входе.

На рисунке 5.21 приведена схема неинвертирующего усилителя на микросхеме К140УД7. На рисунке показаны цепи подключения источников питания. Резистором R5 устраняется напряжение смещения нуля. Коэффициент усиления усилителя с глубокой отрицательной обратной связью определяется звеном отрицательной обратной связи на резисторах R2, R3 и R4. Коэффициент усиления по напряжению можно определить по формуле К=(R2+R3+R4)/R2. Полоса пропускания усилителя зависит от коэффициента усиления и достигает максимального значения 50 кГц при минимальном для данной схемы коэффициенте усиления. Минимальный коэффициент усиления получается при сопротивлении резистора R4 равном нулю.

На рисунке 5.22 приведена схема неинвертирующего усилителя на микросхеме К140УД1А. Коэффициент усиления усилителя определяется звеном обратной связи R2, R4 и равен К=(R2+R4)/R2. Резисторы R3 и R5 необходимы для устранения напряжения смещения нуля. Конденсатор С1 и резистор R6 корректируют амплитудно-частотную характеристику усилителя.

В настоящее время имеется достаточно широкий ассортимент различных усилителей, выполненных на микросхемах. Это усилители высокой частоты, усилители промежуточной частоты, усилители низкой частоты и др.