Операційні підсилювачі.
Операційним підсилювачем (ОП) називається диференціальний підсилювач електричних сигналів, у якого вихідна напруга пропорційна різниці вхідних напруг 
і 
(рис.8.1):
Рис.8.1.
,
де k – коефіцієнт посилення ОП по напрузі.
На електричній схемі ОП зображають у вигляді прямокутника
Вхід ОП, на який подається напруга Uх1, називається інвертуючим, а інший вхід, відповідно – неінвертуючим. Вихід ОП позначається Uу . Живлення ОП здійснюється від двополярного джерела живлення постійного струму, відповідно +Uж та – Uж . Струми, що протікають по вхідних ланцюгах ОП, визначаються вхідним опором ОП.
ОП є багатокаскадним підсилювачем постійного струму, що задовольняє таким умовам:
· коефіцієнт посилення по напрузі ОП прямує до нескінченності і в реальних схемах складає 
;
· вхідний опір прагне до нескінченності ;
· вихідний опір прагне до нуля (Rвых > 0), але в реальних схемах його типове значення для більшості схем ОП приймається рівним 2 кОм;
· якщо диференційна вхідна напруга ΔU = Ux2–Ux1 дорівнює нулю, то вихідна напруга прагне також до нуля 
.
Спрощена структурна схема ОП наведена на рис.8.2.
Рис.8.2.
ДК – вхідний дііфереційний каскад;
ПК – підсилювальний каскад;
ВК вихідний каскад.
Вхідний каскад виконується на базі диференційного підсилювача з однофазним виходом. Спрощена схема такого каскаду, що виконана на 2 комплементарних парах взаємно согласованих транзисторів наведена на рис.8.3.
Рис.8.3. Вхідний каскад на базі диференційного підсилювача з однофазним виходом.
Транзистори VT1 та VT2 першої пари включени за діференційною схемою, а другої – VT3 та VT4 утворюють простий відбивач струму. Тому що транзистори VT3 та VT4 взаємосогласовані, то Uбе3 = Uбе4, а також Iк3 = Iк4. При цьому вихідний струм дорівнює
Iвих = Iк4 – Iк2 = Iк1 – Iк2.
Підсилювальний каскад здійснює основне підсилювання ОП, тому він виконується на базі підсилювача, у якому здійснюється інтегрування аналогового сигналу. У ідеальному випадку на вході інтегратора формується приріст вихідного сигналу, пропорційний інтегралу вхідного сигналу
,
де Т – постійна часу.
Функцію інтеграції звичайно виконують за допомогою конденсатора С, оскільки приріст uc на ньому і струм Ic зв'язані співвідношенням:
Щоб побудувати інтегратор, необхідно вирішити два завдання схемотехніки: сформувати вихідний сигнал, пропорційний (або рівний) напрузі на конденсаторі і струм через конденсатор, пропорційний вхідному сигналу.
Найбільш поширені інтегратори Міллера, в яких конденсатор включається між входом і виходом інвертуючого підсилювача, реалізовуючи ємнісний зворотний негативний зв'язок.
Схема інтегрального підсилювача наведена на рис.8.4.
Рис.8.4.
В даній схемі транзистор VT1 включений за схемою з загальним колектором, а VT2 – з загальним емітером, що забезпечує великий вхідний опір та підвищений коефіцієнт підсилювання. При цьому якщо струм заряду конденсатора є незмінний, за допомогою джерела струму (Jo), то вихідна напруга буде змінюватися за лінійному закону – це дає назву лінійна інтегральна схема. Для покращення частотної характеристики у схемі передбачено опір Rпор.
Вихідний каскад повинен забезпечувати високу здатність навантаження. Тому для зниження потужності тієї, що виділяється ВК| його виконують по двотактній| схемі (рис.8.5).
Рис.8.5.
Недолік схеми – великі нелінійні спотворення в режимі малого сигналу.
Для зменшення нелінійних спотворень використовують підсилювальний режим класу АВ| (рис.8.6).
Рис.8.6. Схема вихідного каскаду ОП.
Для цього транзистори прочиняють, застосовуючи діодний зсув (VD1,VD2). Для захисту транзисторів VT1(VT2) від перевищення струму включені резистори R1,R2 і транзистори VT3, VT4 . У нормальному режимі транзистори VT3(VT4). закриті При перевищенні струму через VT1(VT2) відкриваються відповідно VT3(VT4). і зменшують струм бази. При цьому UR1(UR2) не перевищує Uбе транзистора, що захищається, і вихідний струм обмежується величиной| Iвих = Uбе / R1(2).
Розрізняють статичні і динамічні експлуатаційні параметри ОП.
Статичні параметри ОП несуть інформацію про характеристики і похибки ОП, які визначаються при повільній зміні сигналу. Основні статичні параметри ОП такі.
Коефіцієнт підсилення напруги Ku характеризує здатність ОП усилювати диференціальний сигнал, що подається на його входи:
Вхідна напруга зсуву Uзс, обумовлена, в основному, неідентичністю транзисторів вхідного каскаду ОП. Наявність цієї напруги приводить до порушення умови 
. Чисельно Uзс дорівнює значенню напруги, яку необхідну подати на вхід ОП, щоб вихідна напруга дорівнювала нулеві. Типове значення Uзс складає одиниці або десятки мілівольт, а для прецизійних ОП (наприклад К140УД17, К140УД25) – не більше декількох десятків мікровольт.
Вхідний струм (Iвх) - струм, який протікає у вхідному ланцюзі ОП для забезпечення необхідного режиму його роботи. Типове значення Iвх приймає значення від декількох десятків наноампер до декількох мікроампер.
Різниця вхідних струмів ΔIвх =/ Iвх1-Iвх2/ - струм зсуву, обумовлений неоднозачністю величин коефіцієнтів посилення транзисторів вхідних каскадів ОП. Типові значення - від десятків мікроампер до одиниць наноампер.
Коефіцієнт п ослаблення синфазного сигналу, визначається як відношення напруги синфазного сигналу, поданого на обидва входи ОП, до диференціальної вхідної напруги, яка забезпечує на виході такий же сигнал, що і у разі синфазної напруги:
До основних динамічних параметрів, що характеризують швидкодію ОП, відносяться наступні параметри:
Частота одиничного підсилення fmax - значення частоти, на якій модуль коефіцієнта підсилення ОП рівний одиниці. Типове значення fmax лежить в діапазоні 105- 106 Гц,
Швидкість зміни вихідної напруги 
- максимально можлива швидкість зміни вихідної напруги в разі подачі на вхід ОП імпульсу прямокутної форми. Для найпоширеніших типів ОП значення знаходиться в діапазоні 0.1 – 10 В/мкс.
Експлуатаційні параметри ОП визначають допустимі режими роботи його вхідних і вихідних ланцюгів, а також вимоги до напруги живлення.
У переважній більшості випадків ОП працює в сукупності з електричними ланцюгами, що пов'язують його вихід з інвертуючим входом і утворюючими таким чином негативний зворотний зв'язок.