Операционный усилитель (ОУ) – усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных опреаций над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью. В качестве ОУ обычно используют усилитель постоянного тока, способный усиливать как переменный, так и постоянный ток, т.е. сигнал, в спектральный состав которого может входить нулевая частота.

В интегральном исполнении современный ОУ обычно имеет один выход и два входа (прямой и инвертирующий) (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема решающего усилителя

Решающий усилитель – функциональный узел, состоящий из ОУ и внешних элементов, образующих цепи отрицательной и положительной обратной связи, и выполняющий операции над аналоговыми веоичинами.

В общем виде схема решающего усилителя на базе дифференциального ОУ представлена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Схема решающего усилителя в общем виде

Используя закон Кирхгофа для алгебраической суммы токов в узловой точке, составим уравнение, описывающее происходящие в схеме процессы:

Выражая токи через соответствующие разности напряжений и проводимости цепей и учитывая формулу , получим систему уравнений для решающего усилителя.

Из этой системы уравнений определим

, где

,

Т.о., решающий усилитель на базе дифференциального ОУ выполняет операцию вычитания алгебраических сумм входных напряжений, подаваемые через входные проводимости на инвертирующий вход ОУ. Причем каждое напряжение одновременно умножается на свой собственный коэффициент передачи или . Выбирая соответствующим образом электронные цепи для реализации проводимостей рассматриваемого решающего усилителя, можно осуществлять сложные преобразования зависящих от времени входных напряжений и в зависящее от времени выходное напряжение .

Наличие в схеме цепей обратной связи, в том числе положительной, требует решение в каждом конкретном случае проблемы устойчивости создаваемой схемы. Это несколько затрудняет широкое использование возможностей схемы, но при создании специализированных аналоговых устройств не является существенным ограничением, поскольку достигаемый выигрыш в простоте реализации требуемой функции может быть существенным.

Можно заметить, что коэффициенты передачи и описываются громоздкими выражениями. Существенно упростить формулы и облегчить задачу практического использования схемы можно, если выполнить следующие равенства:

, т.е. из схемы убирается цепь положительной обратной связи и несколько других проводимостей. В этом случае для коэффициентов справедливы равенства:

, .