Операционный усилитель: три нужные схемы

Операционный усилитель — универсальный кирпич аналоговой схемы. У него два входа (инвертирующий «−» и неинвертирующий «+») и один выход, а поведение задаётся внешними резисторами.

Два правила, которые работают благодаря огромному усилению (100 000 и больше):

1. Усилитель с отрицательной обратной связью стремится уравнять напряжения на входах.
2. Ток во входы почти не течёт (пикоамперы — наноамперы), поэтому входы можно считать «ничем не нагружающими».

Три схемы, которые нужны в 95 % случаев:

Повторитель (буфер): выход соединён со входом «−», сигнал на «+». Коэффициент 1, но выходное сопротивление падает до омов, а входное растёт до мегаом. Лечит «датчик не тянет нагрузку».

Неинвертирующий: сигнал на «+», делитель с выхода на «−». K = 1 + R2/R1. Входное сопротивление высокое.

Инвертирующий: сигнал через R1 на «−», R2 с выхода на «−», «+» на середину питания. K = −R2/R1. Входное сопротивление равно R1.

Питание: однополярное (0 и 3.3 В) требует смещения входа на середину, иначе сигнал обрежется снизу. Двухполярное (±12 В) проще для звука.

Что смотреть в даташите: напряжение питания, rail-to-rail (вход и выход доходят до питания), GBW (произведение усиления на полосу — при K = 100 и GBW 1 МГц полоса всего 10 кГц), входное смещение, шум.

Для точных измерений берут прецизионные ОУ (OPA333, AD8628), для звука — малошумящие (NE5532, OPA2134), для дешёвых задач — LM358 (медленный, но живучий).