«Н»: Что значит «входные напряжения»? Разве у ОУ не один вход?

«А»: Да, представь себе, ОУ имеют ДВА ВХОДА! Я сейчас изображу это на рис. 17.1.

Вход, обозначенный как (+) называется НЕИНВЕРТИРУЮЩИМ, а вход обозначенный символом (-) — ИНВЕРТИРУЮЩИМ. Для обеспечения возможности работы ОУ как с положительными, так и с отрицательными входными сигналами, используется двуполярное питающее напряжение. ОУ характеризуются очень большим (десятки — сотни тысяч) коэффициентом усиления, а также высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Поскольку ОУ ранее широко использовались в аналоговых вычислительных и моделирующих устройствах, выполняя операции суммирования, вычитания, интегрирования и дифференцирования, то оттуда и произошло их название.

«С»: Верно! Хотя будем помнить, что ОУ — прибор реальный. Собственный (иначе дифференциальный) коэффициент усиления ОУ действительно имеет величину в пределах от десяти тысяч до миллиона! Но это есть УСИЛЕНИЕ БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ!

Затем, чтобы сделать выходное напряжение реального ОУ равным нулю, следует скорректировать напряжение смешения нуля, которое для разных типов ОУ лежит в пределах от десятков микровольт до пяти милливольт.

«А»: Известны две основные схемы усилителей, построенных на основе ОУ. Это ИНВЕРТИРУЮЩИЙ усилитель и НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ усилитель.

«Н»: А что означают эти названия?

«А»: Для начала рассмотрим схему НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО усилителя, то есть такого, который НЕ МЕНЯЕТ ФАЗУ входного сигнала! Вот он представлен на рис. 17.1, б. Коэффициент усиления К = Uвыx/Uвx в данном случае запишется так:

Кстати, если RN = 0, a R1 — стремится к бесконечности, то К = 1.

«Н»: То есть в этом случае получается ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ?

И потом, если я правильно понял, для того, чтобы получить коэффициент усиления К = 100, то мне достаточно всего лишь взять отношение RN/R1 = 99?

«А»: Это так!

«Н»: Но, в таком случае, почему бы не получить от этой же схемы значительно больший коэффициент усиления? Например 10000? Или 20000? Или даже все 50000!? К этому есть какие-то ограничения?

«А»: В идеальных ОУ — никаких. В реальных — безусловно!

«Н»: И в чем они заключаются?

«С»: Среди параметров ОУ имеется и такой, как ПОЛОСА ЧАСТОТ Так вот имеется некоторая частота f1, при которой реальный коэффициент усиления ОУ падает до ЕДИНИЦЫ, независимо оттого каким он был ранее!

Например, для упоминаемого ранее ОУ типа (IA741 (его отечественный аналог К140УД7) частота f1, равна 0,8 МГц. Это означает, что для К = 100 частотная полоса равна всего 8 кГц! Поэтому для расширения частотной полосы следует снижать К!

«А»: А каков выход из этой ситуации?

«С»: Только один — использовать ОУ, у которых f1 составляет десятки мегагерц! Это, скажем, такие ОУ как К544УД2 (f1 = 15 МГц); К154УД4 (f1 = 30 МГц) и т. д. В настоящее время в США, Японии и Европе имеются ОУ у которых f1 достигает сотен МГц — единиц ГГц!

Полезно знать и о таком параметре ОУ, как СКОРОСТЬ ОТКЛИКА. При подаче на вход ОУ скачка большого сигнала, усилитель по выходу откликается на это с некоторой конечной скоростью, определяемой внутренними токами и емкостями схемы. Скорость отклика для К140УД7 равна 0,67 вольт/микросекунду.

В нашем справочнике мы приведем и этот, и иные параметры для тех ОУ, которые найдут применение в нашей разработке.

«А»: Теперь я хочу представить вниманию собравшихся схему ИНВЕРТИРУЮЩЕГО усилителя, то есть такого, который на своем выходе МЕНЯЕТ ФАЗУ входного сигнала. Для этой схемы справедливо соотношение

«С»: А что можно сказать, сравнивая между собой входные сопротивления этих двух разновидностей усилителей?

«А»: У инвертирующего усилителя Rвх чуть меньше, чем R1. А вот у неинвертирующего — Rвх в сотни раз выше!

«С»: Ну что же… Для первого знакомства этого вполне достаточно. Тем более, что существуют многие десятки типов ОУ, входные каскады которых реализованы на согласованных биполярных транзисторах. Применяются также ОУ, входные каскады которых построены на СУПЕР-БЕТА транзисторах. Вот, например, К140УД14.