Решающий усилитель

Реша́ющий усилитель

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,..., I_т, 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 Z_i и Z_oc — активные сопротивления, то суммирование осуществляется с одновременным умножением слагаемых на постоянные коэффициенты k_i. В случае включения в цепь обратной связи комплексных сопротивлений происходит более сложное преобразование входных сигналов во времени. Например, если Z_i — активные сопротивления (равные R_i), а цепь обратной связи образована ёмкостью C_oc, 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 k_y и входное сопротивление ОУ и чем меньше его выходное сопротивление. Значительное влияние на увеличение погрешности оказывают паразитный входной ток I_П, 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 f_CP (при которой k_y ~ 1), а также чем больше скорость нарастания U_вых.

Высококачественные ОУ обычно строят с несколькими параллельными каналами усиления (рис. 2). Такие ОУ обеспечивают k_y = 10⁸—10⁹, I_п = 10^-12—10^-10 а, E_n = 1—50 мкв, f_cp = 1—100 Мгц. ОУ с одним каналом усиления имеют k_y = 10^-11—10^-6, I_п = 10^-11—10^-6, f_cp = 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: U_вх1,..., U_вхn — напряжения (сигналы) на входах решающего усилителя; Z₁, ..., Z_n — входные сопротивления; Σ — суммирующая точка; Z_oc — сопротивление цепи обратной связи; U_вых — 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 k_y ~ 1; У_з — усилитель средней частоты; У₄ — выходной широкополосный усилитель; Вых — выход операционного усилителя.