в аналоговых вычислительных машинах (См.
Аналоговая вычислительная машина)
, комплексное устройство, состоящее из постоянного тока усилителя (См.
Постоянного тока усилитель) и внешних элементов, образующих цепь обратной связи (См.
Обратная связь)
, предназначен для выполнения некоторых математических операций над аналоговыми величинами (как, например, суммирование, интегрирование, дифференцирование, умножение на постоянные коэффициенты и др.). Отсюда собственно
усилитель без цепи обратной связи получил название операционного усилителя (ОУ). Р. у. могут быть пневматическими, гидравлическими, магнитными и др.; наиболее распространены электронные Р. у., в которых в качестве сигналов используется электрическое напряжение или ток.
При появлении на входах Р. у. (
рис. 1) одного или нескольких входных напряжений через входные сопротивления протекают токи
l1,...,
Iт, суммирующиеся в точке
Z на входе ОУ. Поскольку коэффициент усиления ОУ делают очень большим, напряжение в точке Σ практически равно 0. Благодаря этому
. Но
, ...,
,
и поэтому
. Отношение
определяет заданную математическую операцию по входу
i. Если
, то Р. у. осуществляет алгебраическое суммирование входных напряжений. Если
, причём
Zi и
Zoc - активные сопротивления, то суммирование осуществляется с одновременным умножением слагаемых на постоянные коэффициенты
ki. В случае включения в цепь обратной связи комплексных сопротивлений происходит более сложное преобразование входных сигналов во времени. Например, если
Zi - активные сопротивления (равные
Ri)
, а цепь обратной связи образована ёмкостью
Coc, то
, т. е. происходит интегрирование суммы входных напряжений по времени. При использовании в цепях обратной связи нелинейных сопротивлений Р. у. позволяют выполнять нелинейные операции (возведение в степень, нахождение тригонометрических функций, перемножение и др.).
Погрешность при выполнении операций Р. у. обусловлена неточностью номиналов элементов цепи обратной связи, их нестабильностью и неидеальностью ОУ. Погрешность тем меньше, чем больше коэффициент усиления
ky и входное сопротивление ОУ и чем меньше его выходное сопротивление. Значительное влияние на увеличение погрешности оказывают паразитный входной ток
IП, генерируемый ОУ, сдвиг нуля
En и их нестабильность - дрейф во времени и при изменении температуры (см.
Дрейф нулевого уровня)
, а также шумы. Динамическая погрешность Р. у. тем меньше, чем шире полоса пропускания и больше частота среза
fCP (при которой
ky Реш
ающий усил
итель 1), а также чем больше скорость нарастания
Uвых.
Высококачественные ОУ обычно строят с несколькими параллельными каналами усиления (рис. 2). Такие ОУ обеспечивают ky = 108-109, Iп = 10-12-10-10 а, En = 1-50 мкв, fcp = 1-100 Мгц. ОУ с одним каналом усиления имеют ky = 10-11-10-6, Iп = 10-11-10-6, fcp = 1-20 Мгц.
Лит.: Полонников Д. Е., Решающие усилители, М., 1973; Проектирование и применение операционных усилителей, пер. с англ., М., 1974.
Д. Е. Полонников.
Рис. 1. Структурная схема решающего усилителя: Uвх1,..., Uвхn - напряжения (сигналы) на входах решающего усилителя; Z1, ..., Zn - входные сопротивления; Σ - суммирующая точка; Zoc - сопротивление цепи обратной связи; Uвых - выходное напряжение (сигнал); ОУ - операционный усилитель.
Рис. 2. Структурная схема операционного усилителя: Bx - вход операционного усилителя; С - разделительные конденсаторы; У1 - усилитель низкой частоты и постоянного тока; У2 - высокочастотный усилитель с ky Решающий усилитель 1; Уз - усилитель средней частоты; У4 - выходной широкополосный усилитель; Вых - выход операционного усилителя.