Какое включение оу лучше для звука

Операционный усилитель. Устройство и применение.

Прообразом современных интегральных операционных усилителей (ОУ) послужил μA702, созданный Робертом Видларом (Robert John Widlar) в компании Fairchild Semiconductor в 1965 г. Также знаковым этапом в развитии интегральных ОУ стал μA741 — первый ОУ с встроенной частотной коррекцией. Он оказался настолько удачной разработкой, что версии этой микросхемы производятся до сих пор. Впоследствии появилось еще множество типов ОУ, и их совершенствование постоянно продолжается.

Сегодня на рынке немало вариантов ОУ, описать их все в нашем коротком обзоре невозможно, поэтому рассмотрим только линейные ОУ с обратной связью по напряжению, оставив за рамками обзора ОУ с обратной связью по току, иногда их называют трансимпедансными ОУ, логарифмические и дифференциальные ОУ, каждый из которых имеет свою специфику. Также по причине ограниченного объема обзора мы не сможем описать все без исключения параметры ОУ и множество схем его применения. Но постараемся упомянуть основные особенности и базовые схемы.

Классификация ОУ

ОУ представляет собой сложный электронный компонент, работа которого описывается многими параметрами. Универсального ОУ, одинаково пригодного для всех случаев, не существует. Производители выпускают специализированные усилители, отвечающие требованиям конкретных областей применения. Классификация ОУ у разных производителей может немного различаться, но в общем случае она выглядит следующим образом:

• ОУ общего применения;
• ОУ с малым энергопотреблением (микромощные ОУ);
• ОУ с низкими входными токами (электрометрические ОУ);
• прецизионные ОУ;
• ОУ с низким уровнем шума;
• высокоскоростные ОУ.

ОУ общего применения отличаются низкой стоимостью и невыдающимися параметрами, они используются в схемах, где не предъявляются особые требования по точности и быстродействию, не нужно работать с микровольтовыми сигналами и энергопотребление не ставится во главу угла.

ОУ с малым энергопотреблением используются в системах батарейного питания. В таких системах важно снизить энергопотребление до минимума, чтобы продлить срок службы батарей. К микромощным ОУ причисляют усилители с собственным потреблением не более 0,5–1 мА. В ряде случаев желательно, чтобы у таких ОУ был предусмотрен режим выключения (shutdown), при котором выходной каскад переводится в высокоимпедансное состояние. В этом случае ток потребления можно снизить до нескольких микроампер или даже менее 1 мкА.

ОУ с низкими входными токами используются, когда внутреннее сопротивление источника сигнала, поступающего на вход ОУ, достигает многих сотен мегаом или нескольких гигаом. Входные токи электрометрических ОУ измеряются единицами пикоампер.

Для прецизионных ОУ важны высокая точность и повторяемость результатов. Чтобы обеспечить эти характеристики, требуется выбрать ОУ с высоким коэффициентом усиления, малым напряжением смещения V_OS и низким температурным дрейфом напряжения смещения. В зависимости от схемы может понадобиться высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС).

ОУ с низким уровнем шума востребованы в схемах с микровольтовым уровнем сигнала. Спектральная плотность шума в таких случаях не должна превышать 10 нВ/√Гц. Полоса пропускания высокоскоростных ОУ должна быть не менее 50 МГц, поскольку они используются в схемах, где требуется широкая полоса частот.

Следует понимать, что производственные технологии совершенствуются и приведенная выше классификация достаточно условна. Например, прецизионные ОУ, как правило, имеют низкий уровень шума. А электрометрические ОУ могут по параметрам частично совпадать с прецизионными ОУ.

Кроме того, ОУ различаются по технологии изготовления:

• биполярные ОУ;
• КМОП ОУ;
• биполярные ОУ с входным КМОП-каскадом.

По биполярной технологии производятся высокоскоростные ОУ и усилители с повышенным напряжением питания. Также эта технология обеспечивает малое напряжение смещения V_OS, низкий температурный дрейф и отличное подавление синфазного напряжения.

КМОП ОУ обеспечивают низкое напряжение питания, малое энергопотребление и размах сигнала, равный напряжению питания (rail-to-rail). Также эти усилители имеют минимальный входной ток, вплоть до сотен пикоампер. Попытка взять лучшее от обеих технологий привела к созданию биполярных ОУ с входным КМОП-каскадом, но сегодня такие усилители встречаются нечасто.

Идеальный ОУ и основные расчетные соотношения

Рис. 1. Общий принцип построения ОУ

Несмотря на то, что схемотехника ОУ довольно разнообразна, в них может содержаться от нескольких десятков до нескольких сотен транзисторов, а параметры ОУ могут существенно различаться, общий принцип их построения неизменен для всех вариаций (рис. 1). Многие параметры ОУ зависят от входного дифференциального каскада, упрощенная схема которого приведена на рис. 2. Как видно из рисунка, на вход каскада подаются два сигнала, с которыми и совершаются математические операции. Отсюда и название — операционный усилитель.

Рис. 2. Упрощенная схема входного дифференциального каскада ОУ

Рис. 3. Базовые схемы включения ОУ

Один из входов ОУ является инвертирующим, другой — неинвертирующим. На рис. 3 приведены базовые схемы включения ОУ, опираясь на которые, мы постараемся разъяснить особенности применения ОУ и их основные параметры. Для вычисления коэффициента усиления схем на рис. 3 используется модель идеального ОУ с бесконечным коэффициентом усиления A_OL (OL, Open Loop — разомкнутая петля обратной связи) и бесконечным входным импедансом. Из этих допущений следует три соотношения:

Z _ВЫХ = 0 (3)

Где: I₊ — входной ток неинвертирующего входа; I _– — входной ток инвертирующего входа; V₊ — напряжение на неинвертирующем входе; V _– — напряжение на инвертирующем входе; Z _ВЫХ — выходной импеданс ОУ.

Исходя из соотношений (1) и (2) легко получить значение коэффициента усиления А_CL (CL, Close Loop — замкнутая петля обратной связи) для схем на рис. 3. Для инвертирующего усилителя (рис. 3а) в соответствии с (2) получаем:

V _ВХ /R1 + V _ВЫХ /R2 = 0

Для неинвертирующего включения ОУ (рис. 3б) из условия (1) запишем:

V _ВЫХ * [ R1/(R1 + R2)] = V _ВХ (5)

А_CL = V _ВЫХ /V _ВХ = 1 + (R2/R1) (6)

Для схемы с дифференциальным включением (рис. 3в) исходя из (1) имеем:

V₊ = V _{ВХ 2} * [R4/(R3 + R4)] (7)

При усилении дифференциального сигнала обычно выполняется соотношение (R1/R2) = (R3/R4). В этом случае соотношение (5) принимает вид:

V _ВЫХ = (V _ВХ2 – V _ВХ1 ) * (R2/R1) (9)

Обратите внимание: в инвертирующем включении (рис. 3а), в соответствии с условием (1), напряжение на входах ОУ V₊ = V _– = 0 В. При неинвертирующем и дифференциальном включении (рис. 3б и 3в) напряжение на входах ОУ отлично от нуля и определяется соотношениями (5) и (7), но при этом по-прежнему выполняется условие (1). Напряжение, описываемое соотношениями (5) и (7), называется синфазным напряжением V_CC. При инвертирующем включении ОУ V_CC = 0.

Несмотря на принятые выше допущения (1), (2) и (3), при корректном выборе ОУ полученные для коэффициентов усиления соотношения (4), (6) и (9) можно использовать на практике для подавляющего большинства случаев. Если вместо резисторов R1–R4 применяются более сложные цепи, расчет передаточных функций также выполняется исходя из допущений (1), (2) и (3), при этом в формулах (4), (6), (9) вместо сопротивлений R1–R4 используются импедансы Z1–Z4 соответствующих цепей.

Параметры реального ОУ

В реальном ОУ коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью A_OL хоть и очень велик, но все же конечен, из-за чего выражение коэффициента усиления реального ОУ с замкнутой обратной связью А _CLR принимает следующий вид:

При корректном выборе ОУ ошибка усиления будет невелика. Например, при А_CL = 10 и A_OL = 100 000 получим А_CLR = 0,9999А_CL.

Даже самая совершенная производственная технология не позволяет изготовить абсолютно одинаковые транзисторы в дифференциальном входном каскаде (рис. 2). Поэтому при одинаковом входном напряжении на выходе дифференциального каскада имеется напряжение смещения V_OS, которое приведет к появлению нежелательного выходного напряжения V _ВЫХ = А_{CL *} V_OS. Высокий температурный дрейф напряжения приведет к нарушению повторяемости результатов измерения, что недопустимо для прецизионных схем.

Если требуется получить очень высокую точность, рекомендуем использовать ОУ с автоматической компенсацией смещения, которые функционально представляют собой систему из нескольких усилителей. Их стоимость довольно высока, но у них нет альтернативы, если требуется добиться очень высокой точности повторяемости результатов измерения.

Еще одним источником ошибки может стать синфазное напряжение V_CC, о котором мы писали выше. При неинвертирующем включении (рис. 3б) выполняется соотношение V _ВХ = V_CC. Реальный ОУ не только усиливает входное напряжение V _ВХ , но и передает с выхода на вход напряжение V_CC, при этом ослабляя его в КОСС (в англоязычной транскрипции CMRR) раз. Таким образом, выходное напряжение определится из соотношения (11):

В современных ОУ КОСС варьируется в пределах 60–120 дБ. Необходимо учесть, что КОСС зависит от частоты: примерный вид зависимости приведен на рис. 4. Обычно производители приводят подобный график в документации.

Рис. 4. Зависимость КОСС от частоты

Оказывает влияние на работу ОУ и напряжение питания: его изменение сказывается на входном напряжении смещения V_OS. Ослабление влияния напряжение питания на работу ОУ характеризуется коэффициентом ослабления нестабильности питания (КОНИП), в англоязычной литературе – PSRR. КОНИП определяется следующим образом:

Рис. 5. Зависимость КОНИП от частоты

Так же, как КОСС, КОНИП зависит от частоты. Примерный вид такой зависимости показан на рис. 5 . К сожалению, далеко не всегда производители указывают значение КОНИП и приводят его график. Учтите, что приведенная зависимость справедлива при синусоидальном изменении напряжения питания. «Иголки» и «пички» на шинах питания подавляются гораздо хуже и легко «пролезают» на вход, поэтому топология шин питания имеет очень большое значение при разработке печатной платы.

Рис. 6. Амплитудно- и фазо-частотная характеристики ОУ

При выборе ОУ обязательно нужно обращать на его динамические характеристики. Амплитудно- и фазо-частотная характеристики ОУ схематично изображены на рис. 6 . В документации производитель указывает границу полосы единичного усиления (GBW в англоязычной литературе). Вернемся к формуле (10) и уточним, что погрешность усиления зависит от частоты сигнала.

Еще одним важным динамическим параметром является скорость нарастания SR выходного сигнала ОУ. Она определяет полосу пропускания большого сигнала. Величина SR определяется из простого соотношения:

SR = Δ(V _ВЫХ )/Δt (13)

SR выражается в В/нс.

Полоса пропускания большого сигнала BW_LS определяется из формулы:

BW_LS = SR/(0,707 * 2π * V_PLS) (14)

Где: V_PLS – амплитуда большого сигнала.

Звучание операционных усилителей

• 1

2 декабря 2022 в 10:51 | 58136
Рейтинг статьи: 58

Многие из нас любят слушать музыку в хорошем качестве будь то это на компьютере с хорошей звуковой картой или на Hi-Fi аппаратуре с акустической системой или на портативном плеере в наушниках. Все мы ищем подходящий звук в силу вкусовых и музыкальных пристрастий.

Как правило в окрасе звука участвуют основные составляющие: цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), операционные усилители (ОУ) и обвязка схемы. Заменив усилитель на другой можно изменить характер подачи звука, к тому же производитель аудиотехники часто предусматривает легкую установку ОУ в «кроватку».

И даже если усилитель припаян, заменить на другой не составит титанического труда, достаточно уметь пользоваться паяльником. В крайнем случае всегда можно отнести в мастерскую, где за небольшую плату вам заменят ОУ на желаемый.

Кстати, покупайте операционники в проверенных местах, чтобы не попалась подделка и не испортилось впечатление!

Эта статья как раз написана, чтобы помочь сориентироваться в широком выборе операционных усилителей, их особенностей, и самого главного — их звучания. Здесь собраны описания из личного опыта пользователей с просторов интернета к популярным моделям усилителей.

Стоит отметить, что всё написанное не претендует на истину, т.к. многое зависит от техники где стоят операционные усилители и конечно от слухового восприятия.

Описание операционных усилителей (звук):

OPA1602 — звучание чистые высокие, воздушная середина, расширенная стерео-база, сцена ближе по сравнению с LME49860, плотный бас. Средние частоты не столь динамичные как LME49860, но переигрывают ее своей музыкальностью и естественностью звучания. Скорость нарастания 20 В/мкс. Данный ОУ представитель линейки SoundPLUS для высококлассных аудио устройств.

OPA1612 — звук почти что точный и ровный с небольшим уклоном в басовый регистр, СЧ естественные, ВЧ собранные и детальные. Сверхнизкие искажения 0.000015%, мало-шумный ОУ, скорость нарастания 27 В/мкс, коэффициент усиления 130 дБ. Применяется в профессиональном аудио-оборудовании, контрольно-измерительном оборудовании для аудиотехники, высококачественных AV-ресиверах.

OPA1611 — точно такой же как и OPA1612, но одноканальный, на левый и правый канал ставится по усилителю.

OPA1622 — по звуку напоминает OPA1612. Усилитель для профессионального оборудования с отличными показателями: выходной мощностью до 150 мВт и очень низким уровнем нелинейных искажений -135 дБ, скорость нарастания 10 В/мкс. Низкое энергопотребление 2,6 мА позволяют использовать его в смартфонах, планшетах, усилителях для наушников и внешних ЦАП.

OPA1642 — звучание по сравнению с OPA2134 еще более проработано во всем диапазоне, прекрасно отрабатывает перкуссионные инструменты, вокал, ударные, смычковые, духовые. Сверхнизкие искажения, коэффициент усиления 134 дБ, скорость нарастания 20 В/мкс.

OPA1652 — звук точный, с ультра-низкими гармоническими искажениями 0.00005%, скорость нарастания 10 В/мкс. Данный ОУ представитель линейки SoundPLUS для высококлассных аудио устройств. Амплитуда выходного сигнала до 800 мВ на нагрузке 2 кОм. Нагрузочной способностью до 30 мА. Широкий диапазон питания.

OPA1662 — звук почти что точный и ровный с небольшим уклоном в басовый регистр, с ультра-низкими гармоническими искажениями 0.00006%. Скорость нарастания 17 В/мкс. Данный ОУ представитель линейки SoundPLUS для высококлассных аудио устройств.

OPA2134 — звучание слегка смягченное, считается теплым, очень красиво удается середина, вокал, духовые инструменты, но очень тонкие нюансы слегка смазываются, популярный и недорогой. Скорость нарастания 22 В/мкс.

OPA134 — точно такой же как и OPA2134, но одно-канальный, на левый и правый канал ставится по усилителю.

OPA2132 — звук получше, чем OPA2134, более детальный, очень приятный на слух. Поддерживает нагрузку до 600 Ом, низкие гармонические искажения 0.00008%, скорость нарастания 20 В/мкс.

OPA2140 — прецизионные (отборные) OPA2141, немного точнее и менее шумные. Скорость нарастания 20 В/мкс.

OPA2141 — по звучанию схожи с OPA1642. Скорость нарастания 20 В/мкс.

OPA2211 — звучание нейтральное, точный, аналитичый, детальный звук с отличным тональным балансом и разрешением. Прецензионный усилитель с высоким динамическим диапазоном и чрезвычайно низким шумом. Сверхнизкие искажения 0.000015%, мало-шумный ОУ, скорость нарастания 27 В/мкс, коэффициент усиления 136 дБ.

OPA2322 — по звучанию схожи с OPA2132. Скорость нарастания 10 В/мкс.

OPA2604 — прекрасное качество звука, сочное, детальное. Очень хороший контроль нижнего регистра, звук играет мышцами. Отличный вокал без явных артефактов, ясность звука выше, чем на LM4562. Слышны тонкие нюансы в работе тарелочек. Усилитель с низким уровнем шума в OPA2604 обеспечивает широкий динамический диапазон даже при высоком импедансе источника.

OP27 — звучание винтажное, «жирный», красиво звучит бас и вокал, немного теряются детали, низкая скорость нарастания 2.8 В/мкс. Одно-канальный, на левый и правый канал ставится по усилителю.

OP275 — звук хороший, но немного смазан. Усиление до 104 дБ, полоса до 9 МГц, хорошее подавление пульсаций, искажения ниже 0.001% в широком диапазоне выходных напряжений при сопротивлении нагрузки выше 100 Ом. Однако совместим не с любой схемотехникой, особенно при не инвертирующем включении, скорость 22 В/мкс.

OP285 — такие же как предыдущий, но отобранные по напряжению смещения (лучшие из OP275).

OPA564 — звучание прозрачное, достоверное, немного отдающее в «теплоту». Высокомощный усилитель с выходными характеристиками 20В и до 1.5А, скорость нарастания 40 В/мкс, THD+N = 0.003%. Широкий рабочий диапазон питания от 3.5 до 24 В.

OPA627 — звук очень качественный, высокая детализация, упругость басов, глубина музыкальной сцены, скорость нарастания 55 В/мкс. Одно-канальный, на левый и правый канал ставится по усилителю.

OPA926 — звучание зависит от схемотехники. Как например в FiiO X7 Mark II + модуль AM3A звук мягкий, со сглаженными деталями и небольшим уклоном в середину. А в FiiO M11 отличная детальность, звук точный и «ровный» как у OPA1622. Изготовлен специально для FiiO, обладает более низкими показателями искажений 0.0003% при 32 Ом, минимальным уровнем шума и в целом более чистым звуком по сравнению с AD8397.

LM4562 — звучание имеет специфический холодный оттенок, глубокий и довольно резкий нижний регистр на ударных, и акцентированные верха, 20В/мкс. Усиление до 140 дБ, полоса до 30 МГц. Сверх-малошумящий, с низким уровнем искажений. Нагрузка до 600 Ом без увеличения искажений, выходной ток до 20 мА, отличное подавление пульсаций. Звучит без малейших признаков окрашивания. Но ему свойственна проблема, описанная для OP275.

LME49720 — звук явно отличается от LM4562, плоская сцена с пропадающей реверберацией.

LME49860 — звучание приятное на слух, лишенный недостатков LM4562, исключительная детальность во всём диапазоне частот, самый качественный из LM усилителей, с повышенным рабочим напряжением до 44V, скорость нарастания 20 В/мкс.

LME49990 — звук не до конца аналитичен, но приятный. Большой коэффициент усиления 135 дБ , коэффициент гармонических искажений 0,00001%, выходной ток ±27 мА, управляет нагрузкой до 600 Ом, скорость нарастания 22 В/мкс.

LM6172 — звук удивительно прозрачный, для классики, джаза, блюза и других живых записей, обладает очень мягким и воздушным звуком. Усиление до 86 дБ, полоса до 100 МГц. Малошумящий, искажения ниже -100 дБ на нагрузке 100 Ом, мощный до 50 мА выходного тока и очень быстрый, скорость нарастания 3000 В/мкс.

LM7372 — усиление до 85 дБ, полоса до 120 МГц. Выходной ток до 150 мА, уровень гармоник в 100 дБ, всем хорош, но при сопротивлении нагрузки ниже 150 Ом искажения начинают резко расти, преодолевая в итоге планку -80 дБ.

LS6132 — китайская копия усилителя TPA6132A2 и PAM8908, с коэффициентом гармонических искажений 1% и выходной мощностью 33 мВт на канал.

MAX97220 — звук мягкий, акцентирован на мидбасе и средних частотах, верхние сглажены, достаточно большая выходная мощность 125 мВт, хорошо подходит на выход для наушников.

Maxim MAX98512 — звук ровный, детальный, близкий к аналитичности.

MUSES8820 — звучание вальяжное, мягкий «ламповый» звук с раздутым басом, винтажный усилитель.

MUSES8920 — звук яркий, разделение инструментов, масштабность звучания, динамика, звонкость его качества.

MUSES01 — звук ровный, нейтральный, с высокой детальностью, обилием воздуха и чётким позиционированием инструментов. Детализация голоса, середина и верха звучат завораживающе, но с немного пересушенным басом, хоть он быстрый и хлесткий.

MUSES02 — звучание прозрачное, приятное, динамичный операционник, с хорошим разрешением, более басистый чем MUSES8920, а в остальном они похожи.

MUSES03 — звучание взято лучшее из MUSES01 и MUSES02. Сцена приобрела абсолютно четкие границы, стала еще глубже и шире. Образы ясные и четкие, а между ними воздух, инструменты не мешают друг другу, высокое разрешение. Все это очень четко позиционируется в пространстве. Например, ударная установка с тарелками при хорошей записи звучит так, что четко слышно, когда по какой тарелке был удар, ближе-дальше, выше-ниже, левее-правее — высочайший эффект присутствия.

PAM8901 / PAM8908 — звук очень похож на TPA6132A2. Плотный бас, хорошая проработка СЧ диапазона, ВЧ немного сглаженны. Неплохой усилитель, широко распространенный в беспроводных гарнитурах и наушниках, с коэффициентом гармонических искажений 0.03% и выходной мощностью 25 мВт на канал.

SABRE ES9603 — звучание в сторону мониторности, бас собраный и четкий (без бубнения), середина чистая, высокие частоты детальные без излишних «циканий», неплохая ширина сцены. Усилитель непревередлив к нагрузке и выдает довольно стабильные показатели на разной нагрузке.

SSM6322 — усилитель для повышения точности передачи звука в Hi-Fi приложениях в портативной технике, в том числе для мобильных телефонов, расчитанный на нагрузку до 32 Ом, с довольно высоким выходным током 100 мА. Звучание достаточно чистое, без «бубнежки» в нижнем диапазоне и аккуратно сглаженные высокие частоты, без потери деталей.

TFA9891 / TFA9892 — звучание с уклоном в средний и низкочастотный диапазон. Усилители класса D с высоким коэффициентом производительности (при 12В до 15 Вт) для портативных устройств. Гармонические искажения 1%.

TPA3116 D2 — звучит чисто, телесно, живой вокал, ударные отлично звучат, тарелочки фактурные с естественной подачей, не песочат, сцена средняя. Усилитель класса D, сигнал/шум 102 дБ, уровень искажений 0.1%.

TPA6120 — звук практически не приукрашивает, мощный, предпочитает высокоомную нагрузку (от 60 Ом), с уменьшением сопротивления растут гармонические искажения. Чип содержит два независимых канала с отдельными выводами питания. На каждом из каналов: выходная мощность 80 мВт на нагрузке 600 Ом при питании ± 12В, при уровне искажений 0,00014%, динамический диапазон более 120 дБ, уровень сигнал/шум 120 дБ, диапазон питания ± 5В до ± 15В, скорость нарастания 1300 В/мкс.

TPA6132A2 — маркируется как «AIWI». Звучание с уклоном в нижний регистр, сочный бас, качественная проработка СЧ диапазона, ВЧ немного сглаженны. Неплохой усилитель, широко распространенный в беспроводных гарнитурах и наушниках, с коэффициентом гармонических искажений 0.01% и выходной мощностью 25 мВт на канал.

TPA6530 — звучит слитно и мягко, больше всего проработаны СЧ, сглаженные ВЧ, а на НЧ диапазоне не хватает упругости басов.

TA8254BHQ — звучание без явных перекосов, нормальный усилитель с большой выходной мощностью и низким уровнем искажений 0.02%. Часто применяется в автомобильной аудио системе.

ADA4896-2 / ADA4897-1 / ADA4897-2 — мощный звук, слитная подача, с уклоном в НЧ и СЧ, мягкие ВЧ из-за чего может не хватать воздушности. Стабильный при единичном усилении и быстродействующий усилитель 120 В/мкс, с обратной связью по напряжению, с низким рабочим током 3 мА, а также с низким шумом. Имеет ширину полосы 230 МГц и широкий диапазон напряжений питания от 3 В до 10 В. Подходит где требуется большой динамический диапазон, точность и быстродействие. ADA4896-2 выпускается в 8-выводных корпусах LFCSP и MSOP. ADA4897-1 выпускается в 8-выводном корпусе SOIC и 6-выводном корпусе SOT-23. ADA4897-2 выпускается в 10-выводном корпусе MSOP.

AD45257 — сильные стороны звучания этого усилителя голос, глубокий бас, объемная сцена.

AD45275 — звучание мягкое, нехватает воздушности и детальности, сцена довольно узкая, инструменты словно в одном ряду. Усилитель с низким уровнем шума, ширина полосы частот в 180 МГц и скорость нарастания выходного напряжения в 225 В/мкс.

AD823 — звук достаточно резкий на высоких, сцена хорошая, чуть хуже AD8066, усиление до 95 дБ и до 9 МГц. Искажения ниже -100 дБ, но при выходных токах более 20 мА лавинообразно растут. На нагрузке 32 Ом отдаваемая без искажений мощность составляет всего 6 мВт.

AD826 — звучит неплохо, хорошо строит сцену, для более сильного баса и слитности, «темные» усилители, хорошо подходит для рока. Усиление до 77 дБ и до 50 МГц, скорость 350 В/мкс. Фактически является скомпенсированным для единичного усиления AD828, со всеми его достоинствами, но значительно более стабильнее. Небольшая потеря в уровне подавления пульсаций питания компенсируется способностью легко выносить ёмкостную нагрузку.

AD827 — такой же как и предыдущий, с ослабленным выходным каскадом, скорость нарастания 300 В/мкс.

AD828 — звучит очень хорошо, но далеко не во всех схемах стабилен. Усиление до 80 дБ и до 100 МГц. Способен обеспечить 2 В амплитуды даже на нагрузке 10 Ом. Без искажений выдаёт в нагрузку до 50 мА тока. Уровень гармоник при КУ=2 плавно стремится к -100 дБ, а это отличный результат. Мало шумен и обладает хорошим подавлением пульсаций, скорость нарастания 450 В/мкс.

AD8022 — выходной ток высокий, что хорошо для низкоомных наушников, уровень гармоник не превышает -110 дБ на 600 Ом и выше, скорость нарастания что у AD8620, шумов меньше, хорошо ставить на выходе, скорость нарастания 50 В/мкс. Усиление до 72 дБ и до 100 МГц. Сверх малошумящий, имеет вдвое большую нагрузочную способность, чем AD8066, но требует стабилизированную схему питания.

AD8066 — звук очень качественный, универсальный усилитель. Глубокие низкие частоты, считается прозрачным звуком, похож на AD8620, но более светлый, легкий и точный (аналитический) звук, область применения студийное оборудование, где важен точный, неокрашенный звук, скорость нарастания 180 В/мкс. До 114 дБ и до 65 МГц усиления. Уровень гармоник значительно ниже -95 дБ при нагрузке более 150 Ом. Амплитуда тока на выходе до 30 мА, что может быть не достаточно для части низкоомных наушников. Хорошее подавление пульсаций.

AD8034 — звучание схожее с AD8066, усиление до 96 дБ и до 40 МГц. На нагрузке 1 кОм уровень гармоник находится ниже -100 дБ, однако уже на 500 Ом подскакивает до -85 дБ.

AD8397 — звучит нейтрально, широкая сцена, высокий выходной ток до 310 mA, хорошо подходит на выход для наушников, но немного шумит, склонен к возбуждению, требователен к схеме подключения, скорость нарастания 53 В/мкс.

AD8599 — звук нейтральный, немного узкая сцена, сверх-малошумящий с усилением до 10 МГц и 116 дБ. Искажения менее 0.0005% на нагрузке 2 кОм, но возрастают до 0.002% при 600 Ом. Хорошо относится к ёмкостной нагрузке, имеет отличное подавление питания и выходной ток до 50 мА.

AD8620 — звучит хорошо, но не во всех схемах, иногда не хватает выразительности, шумит поменьше чем AD8066, скорость нарастания 50 В/мкс. Большой коэффициент усиления (более 105 дБ) при полосе до 25 МГц, искажения менее 0.001%, но резко растут с уменьшением сопротивления нагрузки.

AD711 — винил-рипы звучат более лампово и теплее, старый усилитель.

AD712 — компенсированная для единичного усиления версия предыдущего усилителя.

AD744 — звучит очень приятно, хоть и смазывает некоторые детали, некий компромисс между детальностью и «мясом».

AD746 — по звучанию близок к Burr-Brown, имеет большой коэффициент усиления 10 МГц и 116 дБ. Искажения не превышают -110 дБ, ОУ обладает неплохим подавлением пульсаций, работоспособен при низкоомной нагрузке (при токах менее 20 мА).

AD797 — звук почти нейтральный, но всё же немного приукрашивает. В связке с другими ОУ дает отличный результат. Выходной ток до 50 мА, скорость нарастания 20 В/мкс.

AD845 — звучание с широкой сценой, один из лучших из AD усилителей. скорость нарастания 100 В/мкс.

AD8512 — звучит немного грубее AD823, с меньшей натуральностью высоких частот, но лучшей проработкой баса. Усиление до 100 дБ, полоса до 8 МГц. Хороший выходной ток до 70 мА, отличное подавление пульсаций, малошумящий, искажения на высокоомной нагрузке ниже 0.0001%.

AD8672 — звук ровный и чистый, по сравнению с AD823 более детальные ВЧ, более проработанные НЧ. Огромный коэффициент усиления 135 дБ, полоса до 10 МГц. Искажения низкие, но выходной каскад не справляется с большой амплитудой сигнала при низкоомной нагрузке.

Cirrus Logic CS35L40 — чистый, ровный и детальный звук, с хорошим запасом громкости.

Cirrus Logic CS35L41 — мощный моно усилитель звука класса D с DSP для динамиков мобильных устройств с пиковыми показателями 5.3 Вт и 11 В. Обеспечивает встроенным динамикам чистое насыщенное звучание без перегрузок приводящих к «хрипению».

Cirrus Logic CS43130 — звучание эмоциональное, с окраской под ламповые усилители и виниловые проигрыватели. ЦАП со встроенным усилителем, разработанный специально для мобильных устройств с низким уровнем шума и низким энергопотреблением.

HT4832 / HT4831 — китайская копия усилителя TPA6132A2 и PAM8908, с коэффициентом гармонических искажений 0.014% и выходной мощностью 20 мВт на канал.

JRC4558 — звук неплохой, достаточно мощный усилитель до 600 мВт, с минимальными искажениями, скорость нарастания 200 В/мкс.

NE5532P — звучание мягкое, старый проверенный временем приличный усилитель, что-то «сверх» от него не стоит ждать, скорость нарастания 9 В/мкс.

LT1355, LT1358, LT1361, LT1364 — семейство из четырёх ОУ с большой (LT1355 и LT1358) и очень большой (LT1361 и LT1364) скоростью нарастания (от 12 МГц и 400 В/мкс до 70 МГц и 1000 В/мкс). Неплохое шумоподавление, повышенная стабильность при ёмкостной нагрузке, искажения порядка 0,0007% до 2 кГц. Звучание LT1364 почти нейтральное, очень детальное, немного выделяет середину.

LT1469 — звук чистый и прозрачный, ровный во всем диапазоне. Он не резок и не криклив и не мягок. Очень низкий уровень искажений на высокоомной нагрузке и отличное подавление, усиление более 110 дБ, полоса до 45 МГц, скорость 22 В/мкс. Малый выходной ток и небольшая индифферентность к ёмкостной нагрузке. Превосходный вариант для I/U.

LT1498 — придаёт звуку аналоговый окрас, немного выделяя вокал, музыкальный, имеет высокое соотношение сигнал-шум, скорость нарастания 6 В/мкс.

BUF634 — буфер, высокоскоростной токовый повторитель до 250 мА, скорость нарастания 2000 В/мкс, увеличивает мощность выходного сигнала без окрашивания звука.

LMH6643 / LMH6644 — буфер, токовый повторитель до 75 мА, скорость нарастания 130 В/мкс, увеличивает мощность выходного сигнала без окрашивания звука.

Burson Audio Supreme Sound Op-Amp — это специализированные дискретные операционные усилители построенные на отборных элементах для применения в усилительных каскадах высококачественной аудио техники. SS (Supreme Sound) обладают более широкой частотной полосой, и могут работать в большом диапазоне напряжений питания, а эти характеристики имеют ключевое значение для качества звука в аналоговых аудио усилителях.

Burson Audio Supreme Sound Opamp V5i — звучание тёплое, эмоциональное. Бас акцентированный, слоистый, хорошее разделение инструментов этого диапазона. Средние частоты, голос очень эмоциональны. ВЧ аккуратно отдалены на второй план.

Burson Audio Supreme Sound Opamp V5 — звук V5 имеет схожее звучание с V5i, только с ещё большей детальностью и с лучшим представлением образов.

Burson Audio Supreme Sound Opamp V6 Classic — звук V6 отличается от V5 еще сильнее. Благодаря совершенно другой схемотехнике выходного каскада он еще более эмоциональный, — акцент здесь больше всего поставлен на средних частотах.

Burson Audio Supreme Sound Opamp V6 Vivid — звучание динамичное и прозрачное. От невероятного динамического диапазона, трехмерной звуковой сцены, до способности воспроизвести мельчайшие микродетали.

Ricore RT6863 — звук cлитный, массивный, эмоциональный с аналоговой теплотой. Сверхнизкие искажения, коэффициент усиления 135 дБ, скорость нарастания 15 В/мкс. Нагрузочной способностью >100 мА.

THX AAA (Achromatic Audio Amplifier) — запатентовоное интегральное решение размещения отдельным блоком группы операционных усилителей со специально спроектированной для них обвязкой. Данное реализация позволяет уменьшить потребление энергии, снизить интермодуляционные, гармонические и переходные искажения и добиться максимально реалистичного звучания.

THX AAA-28 (применяется OPA1662, он же OUQI) — звучание имеет характер мягкой подачи, — немного приподнятые нижние частоты, ровная середина, сглаженные высокие частоты, сцена ниже среднего.

THX AAA-78 (применяются OPA1662, LMH6644, OPA1442) — звучание достаточно ровное, с микроакцентом на низких частотах, ровная и правильная середина, ВЧ совсем чуть-чуть сглаженны без потери детальности и воздуха, с глубоким послезвучием.

THX AAA-788 (применяются OPA1602, TPA6120A, OPA926) — звук практически ровный, с правильной тональностью, имеется небольшое сглаживание ВЧ диапазона.

THX AAA 789 (применяются OPA564, OPA1602) — звук можно назвать мониторным, абсолютно ровный по всему частотному диапазоны, очень детальный, передающий все микронюансы.

THX AAA-888 (применяются OPA564, OPA1612) — звучание также можно назвать мониторным, абсолютно ровный по всему частотному диапазоны, очень детальный, передающий все микронюансы. Отличает от THX AAA 789 лишь чутьт более теплым звучанием.

Куда и какой лучше ставить в аудио тракте?

В фильтры низких частот (ФНЧ) лучше ставить ОУ с высокой скоростью нарастания (скоростные).

В выходном тракте (I/O) лучше ставить более мощный, либо по току (для низкоомной нагрузке), либо по напряжению (для высокоомной нагрузки).

Под низкоомные наушники например больше подходят такие: LM6172, AD828, AD8599, OPA1612, OPA1622.

Под высокоомные наушники больше подходят такие: AD8066, AD8022, AD826, AD8620, TPA6120, LM4562, OP275, LT1364.

• Категория: Обзоры и статьи Категория: • Обзоры и статьи —>
• Рубрика : Аудио и видео техника
• Номер: 353

Лучшие операционные усилители для звуковых схем

Выбор операционного усилителя (ОУ) для аудио применений

Условные обозначения, принятые для этой страницы:

• Треугольник используется для обозначения операционного усилителя
• Вывод подключения напряжения питания положительной полярности (+V) расположен слева от треугольника и направлен вверх.
• Вывод подключения напряжения питания отрицательной полярности(-V) расположен слева от треугольника и направлен вниз.
• Неинвертирующий вход расположен слева и обозначен знаком «+».
• Инвертирующий вход расположен слева и обозначен знаком «-».
• Выход ОУ изображается справа в вершине треугольника и направлен вправо
• Выводы частотной компенсации или регулировки напряжения смещения справа от контактов питания и направлены вверх или вниз.
• Названия корпусов соответствуют стандартизированным обозначениям.

Простой Операционный Усилитель в корпусе DIL8 (V1)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : 709, 748, CA3130 , LT1028, NE5534 , OPA121 , AD797

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V2)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : 741 , AD711 , LF351 , LM301 , OPA606 , TL061 , TL071 , TL081 , OPA604 , OPA627 (более специализированные приборы, предназначенные для схем сбора данных, но иногда используются и для аудио)

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V3)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : EL2030

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V4)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : OP07 , OP27, OP37, OPA134

Сдвоенный ОУ в корпусе DIL14

Контакт 4 = -V
Контакт 13 = +V
Примеры : 747, NE5533 (двойной NE5534 )

Сдвоенный АОП в корпусе DIL8

Счетверенный АОП в корпусе DIL14

Самые популярные ОУ

Некоторые ОУ стали очень популярны и использовались в тысячах конструкций. Кто из электронщиков последних десятилетий не знает uA741 ? Но uA741, конечно, не единственный сверх — популярный ОУ. У него есть множество «инкарнаций», такие как например uA747 (сдвоенный 741), MC1458 (сдвоенный 741), LM348 (счетверенный 741).

Также стали очень популярными чипы серии TL0xx ( TL071 , TL072 , TL074 , TL081 , TL082 , TL084 ) и CA3140 . Микросхемы LM324 , LM358 и CA3140 очень часто применяются в схемах с однополярным питанием. Серии TL07x и TL08x в основном используются для схем с симметричным питанием.

Самые известные, но не обязательно лучшие для аудио…

LM741 и LM324 очень популярны и используются повсеместно, то это главным образом благодаря тому, что они внесли огромный вклад в небольшую революцию в области интегральных усилителей. LM741 и LM324 были «лучше» и стабильнее своих предшественников LM709, но их характеристики вряд ли предназначались для усиления слабых звуковых сигналов. Тем не менее, они все таки для этого использовались, порой даже в схемах микрофонных усилителей.

NE5532 и NE5534 — отличное соотношение цена/качество. Очень подходят для изготовления небольших микрофонных предусилителей или даже предусилителей RIAA (RIAA — сертификация американской ассоциации звукозаписывающей индустрии Recording Industry Association of America). Эти чипы имеют небольшую склонность к нестабильности на высоких коэффициентах усиления (паразитные автоколебания на высокой частоте, обычно неслышимые и видимые только на осциллографе, приводящие однако к искажению звукового сигнала при прослушивании). Однако это явление легко устранить, обеспечив хорошую развязку по питанию и и добавив небольшую емкость в несколько пФ в цепи обратной связи.

Кроме того, иметь четыре ОУ в одном корпусе (например L M324 ) было и остается весьма практичным, даже при сомнительной линейности и уровне шума этих чипов.

Мое любимые ОУ для аудио

Кое-кто осуждает использование развязки источника питания, так как это может привести к увеличению шума. Лично я выступаю за использование локальной развязки по питанию. Я всегда буду защищать её использование, пока сам не увижу неблагоприятный эффект.

Существует версия NE5534N с более низким уровнем собственного шума, чем у NE5534 . Честно говоря, я пробовал оба и не заметил никакой разницы на слух или на осциллографе. Но, возможно, мои тесты были недостаточно «чистыми», чтобы заметить разницу…

TL071 , TL072 , TL074 — я использовал их много раз для схем усиления сигналов линейного уровня и даже для микрофонных предусилителей (хотя для последних я предпочитаю NE5534 ). Они дают очень хорошие результаты, а также имеют очень хорошее соотношение цена/качество.

AD797 — эта схема идеальна для изготовления малошумящих микрофонов или предусилителей RIAA. Я использовал этот чип один раз для реализации предусилителя RIAA. Результат меня полностью удовлетворил. На тот момент у меня не было возможности провести сравнения с NE5534 (или 5532 ), но мне кажется, что последний все же лучше. Однако, это был единичный опыт, и не стоит принимать его за правило.

OPA2134 — используется в микрофонных предусилителях или предусилителях RIAA, а также во входных каскадах некоторых звуковых устройств (микшерных пультов, радиопередатчиков).

OP27 и OP37 — считается «лучше», чем NE5534 , особенно с точки зрения уровня шума. И правда, эти микросхемы менее «шумны», чем NE5534 , но большая разница в цене между ними и последними мне не кажется оправданной, по крайней мере, для звуковых схем.

Общее правило выбора «правильного» ОУ для звука

Я не знаю никаких магических правил. Вообще говоря, ОУ с биполярными транзисторами на входе всегда предпочтительнее, чем с входами на полевых транзисторах. Тем не менее, OPA2134 (FET) имеет «всего» на 6 дБ больше шума, чем NE5534 (биполярный). Время нарастания ( скорость нарастания выходного напряжения) является важным параметром, который дает хорошее представление о том, что можно ожидать от сигнала большой амплитуды и высокой частоты (скажем, выше 10 кГц для аудио).

Если ОУ недостаточно быстр, не ожидайте от него слишком многого… TL07x (FET) имеет довольно высокий уровень шума (18 нВ/rHz), но его время нарастания 13 В/мкс достаточно хорошее, в любом случае, намного выше, чем у LM741 (0,5 В/мкс)! Кстати, необходимо иметь в виду, что время нарастания около 2 В/мкс достаточно для обработки сигнала частотой 20 кГц с полной амплитудой.

Хорошая репутация, но лично не пробовал

LT1028 — эта довольно старая микросхема, которая всегда считалась одной из лучших в области аудио и много раз использовалась в микрофонных предусилителях, предусилителях RIAA и NAB. К сожалению, ни разу не держал в руках.

LM4562 — более новый чип, чем LT1028 , с очень хорошими характеристиками.

LM6172 — может работать на более высокую емкостную нагрузку, чем средние ОУ, и имеет низкий уровень искажений.

OPA2211 и OPA2827-

Разные производители одних и тех же чипов

NE5534 не обязательно имеет те же звуковые качества, что и другой NE5534, выпущенный другим производителем. Один и тот же образец интегральной схемы могут предлагать разные производители, они не обязательно будут изготавливаться по одним и тем же технологиям, каждая отрасль имеет свои предпочтения и «секреты» производства. Я не претендую на то, что один бренд лучше другого. Тем не менее, похоже, что аудиофилы предпочитают бренд JRC, а не Signetic, Philips или Texas Instruments. Burr Brown — еще один бренд, заслуживший солидную репутацию благодаря высокому качеству в области аудиотехники. Однако мы должны оставаться скромными в этих суждениях и помнить, что есть схемные решения, в которых звуковые различия слышны меньше, чем в других.

Замена операционных усилителей

Безопасно ли менять одну микросхему на другую? Если корпуса содержат одинаковые функциональные блоки (например, два ОУ), то да. Существуют корпуса DIL8, содержащие только один ОУ (например, NE5534), и корпуса DIL8, содержащие два ОУ (например, NE5532). Таким образом, NE5534 и NE5532 имеют идентичный корпус (DIL8), но поскольку их внутренняя структура (распиновка) различается, замена одного на другой может просто привести к их полному выходу из строя!

С другой стороны, замена TL084 (корпус DIL14) на TL074 (также в корпусе DIL14) вполне возможна, поскольку разводка четырех ОУ, которые они оба содержат — идентична.

Обратите внимание, что вы можете использовать для замены ОУ с отличающейся распиновкой, используя сделав ( или купив ) небольшую плату — перходник. Ничто не мешает вам заменить NE5532 (двойной ОУ в корпусе DIL8) двумя NE5534 (каждый в корпусе DIL8), используя небольшую печатную плату, обеспечивающую механический «интерфейс»

Операционные усилители. Часть 1: Введение. Модель идеального операционного усилителя

Даже после появления цифровых вычислительных машин вычисления и обработка сигналов зачастую производились средствами аналоговой электроники. Основу этих устройств составляли операционные усилители.

Операционные усилители как класс появились в качестве унифицированных элементов аналоговых вычислительных машин (АВМ) после Второй Мировой войны. На них собирались звенья, производящие математические операции: сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.п. Слово «операционный» в названии появилось в силу этого факта. В качестве входного сигнала использовалось напряжение.

Вычисления могли быть достаточно сложными и требовать большого количества звеньев, что выдвигало достаточно жёсткие требования к унификации и стабильности характеристик операционных усилителей. Выполнение требований стабильности характеристик достигалось введением в схемы звеньев отрицательной обратной связи (ООС). Для унифицированных операционных усилителей применялась внешняя обратная связь. Характеристики такого звена определялись исключительно параметрами цепи обратной связи.

Массовое применение операционных усилителей началось со второй половины 60-х годов прошлого века, когда был налажен серийный выпуск относительно недорогих интегральных ОУ. Использование микросхем операционных усилителей стало тогда экономически целесообразным сначала в промышленной электронике, а затем и в бытовой технике.

В качестве КДПВ использована фотография советского аналога операционного усилителя LM101, одного из первых массовых интегральных ОУ.

▍ Идеальный операционный усилитель

Обычно операционный усилитель имеет два входа, инвертирующий и неинвертирующий, и один выход. ОУ усиливает разность напряжений на входах. Коэффициент передачи операционного усилителя с отключенной ООС – порядка 10 4 …10 6 (80…120 dB) в цепях постоянного тока.

Принцип действия ОУ наиболее наглядно раскрывается на модели «идеального операционного усилителя». Модель обладает следующими свойствами:

1. Входы идеального ОУ не оказывают влияния на входные сигналы и имеют бесконечно большое сопротивление и бесконечно малую ёмкость.
2. Выход идеального ОУ имеет нулевое сопротивление и может обеспечить на нагрузке любое напряжение и любой ток.
3. Коэффициент передачи идеального ОУ стремится к бесконечности и не зависит от частоты входных сигналов.
4. Время задержки распространения сигнала в идеальном ОУ равно нулю, сдвиг фаз отсутствует.
5. Охваченный ООС идеальный ОУ стремится установить равное напряжение на входах.

Схема операционного усилителя без обратной связи представлена ниже:

Идеальный ОУ, включенный без обратной связи, работает следующим образом: напряжение на выходе равно разности напряжений на входах, умноженной на коэффициент передачи идеального ОУ без обратной связи:

Выразим разность напряжений на входах идеального ОУ через напряжение на выходе и коэффициент передачи идеального ОУ без обратной связи:

(2)
где:	Uвых – напряжение на выходе ОУ;
Uвх+ – напряжение на неинвертирующем входе ОУ;
Uвх- – напряжение на инвертирующем входе ОУ;
Gо – коэффициент передачи ОУ с разомкнутым контуром обратной связи.

Поскольку, согласно свойству 3 модели идеального операционного усилителя коэффициент передачи G_о стремится к бесконечности, получаем подтверждение свойства 5 модели и для идеального ОУ, неохваченного ООС:

▍ Идеальный инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель является пропорциональным (усилительным) звеном. Он производит операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.

Усилитель охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. Цепь обратной связи состоит из делителя напряжения, собранного на резисторах R1 и R2:

Из свойства 5 модели следует, что напряжение на инвертирующем входе ОУ U_вх- равно напряжению на неинвертирующем входе U_вх+. Поскольку, неинвертирующий вход ОУ подключен к общему проводу, на инвертирующем входе образуется потенциал 0 В.

Согласно свойству 1 модели идеального операционного усилителя, инвертирующий вход ток не потребляет, следовательно, падение напряжения на резисторе R1 равно напряжению U_вх, падение напряжения на резисторе R2 равно напряжению U_вых, токи через резисторы делителя равны.

Получаем следующее соотношение:

из которого следует:

(5)
где:	Uвых – напряжение на выходе инвертирующего усилителя;
Uвх – напряжение на входе инвертирующего усилителя;
R1, R2 – сопротивления резисторов в цепи обратной связи инвертирующего усилителя.

Согласно формуле (5), коэффициент передачи инвертирующего усилителя:

Из формулы (6) видно, что коэффициент передачи идеального инвертирующего усилителя может быть в пределах от 0 до — ∞.

Входной импеданс идеального инвертирующего усилителя равен сопротивлению резистора R1, поскольку, согласно свойству 1 модели идеального усилителя на ОУ входы не потребляют ток, и на инвертирующем входе установлен потенциал 0 В согласно свойству 5.

При равенстве сопротивлений резисторов в цепи обратной связи получаем инвертирующий повторитель.

При соотношении сопротивлений резисторов R1 > R2 схема работает как инвертирующий аттенюатор, т.е. начинает «ослаблять» входной сигнал.

▍ Идеальный неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель, как и инвертирующий усилитель, является пропорциональным звеном. Он производит операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.

Усилитель охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. Цепь обратной связи состоит из делителя напряжения, собранного на резисторах R1 и R2. Сигнал с делителя напряжения подаётся на инвертирующий вход:

Из свойства 5 модели следует, что напряжение на инвертирующем входе ОУ U_вх- равно напряжению на неинвертирующем входе U_вх+. При этом U_вх+ равно входному напряжению U_вх.

Согласно свойству 1 модели идеального операционного усилителя, входы ОУ ток не потребляют, следовательно, падение напряжения на резисторе R1 равно напряжению U_вх, а падение напряжения на последовательно включенных резисторах делителя напряжения R1 и R2 равно напряжению U_вых.

Получаем следующее соотношение:

(7)
где:	Uвых – напряжение на выходе неинвертирующего усилителя;
Uвх – напряжение на входе неинвертирующего усилителя;
R1, R2 – сопротивления резисторов в цепи обратной связи неинвертирующего усилителя.

Согласно формуле (7) , коэффициент передачи неинвертирующего усилителя:

Из формулы (8) видно, что коэффициент передачи идеального неинвертирующего усилителя не может быть меньше единицы.

Входной импеданс идеального неинвертирующего усилителя равен импедансу неинвертирующего входа, который согласно свойству 1 модели идеального усилителя на ОУ стремится к бесконечности.

Частным случаем схемы неинвертирующего усилителя на ОУ является схема повторителя, где сопротивление R1 = ∞, а R2 = 0:

Схема имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление, что позволяет согласовать, например, высокоомный источник сигнала с низкоомной нагрузкой.

▍ Сравнение схем инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Обе схемы усилителей, инвертирующего и неинвертирующего, являются пропорциональными звеньями, осуществляющими операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.

Принципиальные различия между схемами заключаются в том, что:

1. Инвертирующий усилитель изменяет знак входного сигнала, а неинвертирующий усилитель знак входного сигнала не изменяет.
2. Коэффициент передачи инвертирующего усилителя может быть меньше единицы, а коэффициент передачи неинвертирующего усилителя меньше единицы быть не может.
3. Входное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется входным сопротивлением применённого ОУ, а входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется сопротивлением резисторов в цепи обратной связи.

Увеличение входного сопротивления инвертирующего усилителя резистором R1 требует пропорционального коэффициенту передачи k увеличения сопротивления резистора R2. Предотвратить чрезмерное увеличение сопротивления резистора R2 можно применением в цепи ООС усилителя Т-моста:

Коэффициент передачи инвертирующего усилителя с Т-мостом:

Входное сопротивление инвертирующего усилителя с Т-мостом приблизительно равно сопротивлению резистора R1.

При k = 10 и сопротивлении R1 = 500 кОм в схеме инвертирующего усилителя с делителем напряжения в цепи обратной связи сопротивление резистора R2 должно быть 5 МОм.

В случае инвертирующего усилителя с Т-мостом, при k = 10, сопротивлении R1 = 499 кОм и сопротивлении R4 = 100 Ом, сопротивление резисторов R2 и R3 будет равно 22.6 кОм. Расчёт цепи обратной связи в этом случае сложней, но применение Т-моста в цепи обратной связи при больших значениях сопротивления резистора R1 обеспечивает более стабильную работу усилителя.

▍ От автора

Данный цикл публикаций состоит из семи частей. Краткое содержание публикаций:

1. Предпосылки появления ОУ. «Идеальный» операционный усилитель. Инвертирующий и неинвертирующий усилители, повторитель. < — Вы тут
2. Отличия «реального» ОУ от «идеального». Основные характеристики реального ОУ. Ограничения реального ОУ.
3. Суммирующий усилитель. Разностный усилитель. Измерительный усилитель. Интегрирующее звено. Дифференцирующее звено. Схема выборки-хранения.
4. Активный детектор. Активный пиковый детектор. Логарифмический усилитель. Активный ограничитель сигнала. Компаратор на ОУ. Источник опорного напряжения. Источник тока. Усилитель мощности.
5. Частотно-зависимая обратная связь в ОУ. Активные фильтры на ОУ. Генераторы сигналов на ОУ.
6. Однополярное включение ОУ. Входные помехи, «развязки» и защиты входных цепей, экранирование.
7. Операционные усилители на лампах.

1. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат, 1988
2. Хоровиц, Хилл. Искусство схемотехники. 2-изд. Мир, 1993
3. Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 5-изд. Мир, 1982
4. Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Мир, 1991