Операционный усилитель

По своей сути операционный это усилитель постоянного тока, который имеет два входа и один выход. Питание операционного усилителя может быть как двухполярное(например +15 вольт и -15 вольт) так и однополярное (+5 v и GND). По принципу работу усилитель очень похож на реле (для простоты объяснения), которое переключает напряжение в одну сторону или в другую, в зависимости от напряжения на его управляющих контактах.

Операционный усилитель сравнивает напряжение на входе + (неивертирующий) и на входе - (инвертирующий) и в зависимости от того кто больше на выход подает напряжение + или - но уже с цепи питания. Т.е. если у нас питание операционника происходит от +5 вольт, а на вход + подали +0.01v, на вход - подали +0.00999V, то на выходе мы получим почти 5 вольт, при этом ток I входа многократно меньше тока выхода, что обусловленно очень высоким сопротивлением между входами и низким сопротивлением между выходом и + или - питания. Конечно же по факту будет падение, но усиление может быть в сотни и тысячи раз.

На схемах операционные усилители обозначаются в виде треугольника, который имеет два входа подписанные + и - , что не нужно путать с питанием + и - , так как это обозначение для инвестирующего и неинвертирующего входа, так же ОУ часто обозначают без питания, так как это только усложняет схему.

Если питание не обозначено, то подразумевается двуполярное питание +V и -V, помимо этого может быть обозначение и +E и -E, но гораздо более интересно обозначение Vcc и Vee. Если мы вспомним транзисторы, то у нас были три контакта :
-Collector (коллектор)
-Emitter (эмиттер)
-Base (база)

Обозначение Vcc и Vee как Вы уже догадались и берет оттуда свое происхождение, где Vcc это + питания, так как коллектор у нас на плюсе, а Vee -это производная от Emitter и - питания, такое обозначение применяется в схемах на биполярных транзисторах. Не менее популярно и схемы на полевых транзистора, но как мы помним там обозначение немного иное (D-drain(сток +), S- source(исток -), G-gate(затвор)). В таких микросхемах питание обозначается как Vdd для положительного и Vss для минуса

Самое простое, что можно сделать на операционном усилители это повторитель напряжения, при такой схеме мы замыкаем инвертирующий вход (-) на выход усилителя, по сути мы повторяем напряжение которое подается на неинвертирующий вход, т.е. если на него пришло +2 вольта, то на выходе мы получим так же +2 вольта и так до максимума, который определяется питанием микросхемы, если мы питаемся от +9 вольт, то на выходе может получить максимум (почти) 9 v. Зачем тогда нам нужна целая микросхема, Вы скажите, если можно сделать просто перемычку, все дело в силе тока и согласование сопротивлений входных и выходных, так же с помощью подобной схемы можно управлять большими нагрузками или развязать силовую часть схемы с перцизинной (обладающей высокой точностью).

Если вместо перемычки между инвестирующим входом и выходом усилителя мы поставим делитель напряжения на двух резисторах, 3Ком и 1Ком то мы получим усиление сигнала в три раза и его инверсию, т.е. если мы подадим +1 вольт то на выходе получим -3вольта, а если подадим -2вольта то на выходе получим +6 вольт и так далее до максимального напряжения питания, а если на вход мы подадим синусоиду в 40 герц, то на выходе мы получим перевернутую(отзеркаленную) эту же синусоиду, но у которой амплитуда будет в три раза выше.

Так же очень часто нужно исключить всевозможные наводки и сделать двоичный вывод, да или нет. Для таких целей можно собрать схему триггера Шмитта на операционном усилители. Как видно из рисунка у нас есть нужный нам сигнал в 40 герц, на него мы накладываем помехи в виде 1000 герц, все это с помощью трех резисторов соединяется в схему и на выходе мы видим четкий прямоугольный меандр, который говорит нам где сейчас синусоида, выше или ниже нуля, соответственно на выходе мы поулчаем +5 или 0 (1 истина или 0 лож), что в дальнейшем нам понадобиться для микроконтроллеров.