Итак, цель: донести до новичка (!!!) что такое операционный усилитель. Простыми словами. Без замороченных формул и подводов. Только факты, без доказательств :)
Для начала, как эта жуть обозначается на схемах. Есть два варианта. "Гробик" и треугольник. Лично я предпочитаю первый.
Раз это усилитель, значит он усиливает. Логично. Почему же операционный?
Вспомнился диалог из фильма "Доктор Дуллитл" между морской свинкой и Доллитлом.
-Почему меня называют морской свинкой, ведь я даже не умею плавать? И я не свинья!!!
Операционный - так как с помощью этого девайса можно производить математические операции: сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование. Но это другая тема. Просто будь в курсе.
Тут мы его рассматриваем именно как усилитель, потому для нас, в первую очередь важно понятие "коэффициент усиления" (далее Ку). В общем, это показатель, который говорит нам во сколько выходной сигнал больше входного. Другими словами, во сколько раз он усилился.
Видим два входа и один выход. В общем случае это так и есть (питание вынесли за скобки обсуждения). Конечно, есть разные классы ОУ, которые "обрастают" разными дополнительными выводами, но это "в топку". Не сегодня.
Итак, вход "+" принято называть "прямой вход"; вход "-" - инверсный. НЕ ПУТАТЬ С ПИТАНИЕМ! ЭТО СИГНАЛЬНЫЕ ВХОДЫ.
Кроме того, в том виде, в котором я нарисовал, обладает просто запредельным Ку. Десятки, сотни тысяч. Как правило такая "мощь" не нужна и Ку искусственно загрубляют. Вводят обратную свяь (ОС). Именно через обратную связь ОУ и воздействует на свои же входные выводы. Кстати, ОУ без ОС называют "операционный усилитель с разомкнутой обратной связью". Практически не используются (компараторы - тема другая).
Теперь та инфа, которая, в своё время, мне открыла глаза... помогла просто увидеть этот девайс в новом свете. Короче, как понять как эта штука работает?
Вся суть в том, что ОУ всеми силами пытается сделать так, что бы на его входах (прямом и инверсном) разность потенциалов (напряжение) было равно НУЛЮ. ВСЁ. Другими словами, если мы возмем вольтметр и ткнём щупами на входы "+" и "-", то увидим нуль (в идеальном случае).
На этом строится вся суть работы. Зафиксировали инфу. Двигаемся дальше.
Итак, обратная связь бывает положительная и отрицательная. Сейчас говорим за отрицательную. Отрицательная - значит обратная связь стремится уменьшить входное напряжение. Другими словами, стремится вычесть из входного напряжение какую-то величину. Смотрим рисунок.
Классическая схема включение ОУ как неинвертирующегоусилителя.
Как работает. Помним, что ОУ всеми силами пытается сделать так, что бы на его входах (прямом и инверсном) разность потенциалов (напряжение) было равно НУЛЮ.
Нулю напряжение между входами IN+ и IN- будет равно тогда, когда напряжение ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ на каждом из входов будет одинаковое. Т.е. если мы вольтметром одним щупом встанем на "землю", а другим, по очереди, будем тыкать в IN+ и IN-, то измеренное напряжение будет одинаковым. Это и есть "измерить относительно земли". Зафиксировали инфу. Двигаемся дальше.
R1, R2 предcтавляет собой делитель напряжения. Что такое делитель - расписывать не буду, простите :) Для простоты положим, что R1=R2. Значит делитель делит подаваемое на него напряжение поровну. Обратите внимание, входным напряжением для делителя является выходное напряжение ОУ. Помним то, что ОУ всеми силами... бла, бла, бла... Значит он (ОУ) начнет поднимать выходное напряжение до того момента, пока напряжение на входе IN- не сравняется с напряжением на IN+ (по-совместительству с входным напряжением, которое мы хотим усилить). Так как выход ОУ соединен с IN- через делитель с коэф. 2 (напомню, R1 = R2), то выходное напряжение достигнет значения 2*Vin, так как именно при этом условии ОУ сбалансирует напряжения на входах "+" и "-".
Пример. Vin = 5V, R1 = R2 = 10k, тогда Vout = 10V. Почему? Выходное напряжение делится пополам делителем и подается вход "-". Оно будет возрастать до того моменета, пока не будет достигнут баланс напряжений на входах "+" и "-".
С места в карьер. "Боевая" схема из журнала "Радио". Электронная нагрузка. Используется для проверки работоспособности блоков питания под нагрузкой. Считай, стабилизатор тока. Т.е. ток в цепи R1 поддерживается постоянным, вне зависимости от напряжения на проверяемом источнике.
Узнаёте схему (выкинув всё "лишнее")? DA1 - наш ОУ. Вот только ОС хитрая, реализована через VT1, R1. Держим в голове мантру: " ОУ всеми силами... бла, бла ".
На прямом входе напряжение устанавливается делителем напряжение (R5+R3), R2. ОУ "видит" что напряжения на входах 2, 3 не сбалансированы и начинает "задирать" свое выходное напряжение (вывод 1), которым воздействуя на транзистор VT1 открывает его. Через VT1, к которому подключен проверяемый блок питания, и R1 начинает течь ток. В результате на R1 начинает увеличиваться напряжение, которое "контролирует" ОУ своим входом 2. Получается, что транзистор будет открываться до той степени, пока напряжение, которое "упало" на R1 не станет равно напряжению, которое подано с делителя (R5+R3), R2 на вход 3 микросхемы. Вот таким простым способом можно управлять достаточно серьезным током, который течет по цепи VT1 - R1.
Не смотря что я опустил множество вопросов,надеюсь я донёс основную мысль до читателя. Коротко не получилось.
