Операционные усилители

Справочные карточки популярных операционных усилителей с параметрами из даташитов производителей и подсказки, как выбрать ОУ под задачу: что означают строки даташита, почему усилитель с однополярным питанием не доводит выход до плюса и где кончается входной диапазон.

Операционный усилитель (ОУ) — основа аналоговой части схемы: усилители сигналов датчиков, буферы для АЦП, активные фильтры. Карточки в этом разделе собирают параметры конкретных моделей из даташитов производителя с указанием таблиц, а принципы работы и основные схемы включения разобраны в статье «Операционный усилитель».

Карточки

Модель	Каналов	Питание	Вход до	Выход	Особенность
LM358, LM324	2 и 4	3–32 В или ±1,5…±16 В	0…V_CC − 1,7 В	до V_CC − 1,5 В	вход и выход доходят до минуса питания, ток до 1,2 мА на корпус при 5 В
MCP6001, TLV9001	1, 2 и 4	1,8–5,5 В	шины ±0,1…0,3 В	до 25 мВ от шин	КМОП rail-to-rail, ток 60–100 мкА на канал, у SOT-23 несколько цоколёвок
NE5532, TL072	2	двуполярное до ±15 В и выше	не ближе 3–4 В к шинам	±13,5 В при ±15 В (TL072)	NE5532 — шум 5 нВ/√Гц, TL072 — входной ток 65 пА
LM741, µA741	1	±10…±22 В (µA741C от ±5 В)	±12 В при ±15 В	от ±10 В на 2 кОм при ±15 В	классика, 0,5 В/мкс; у нового µA741 в DIP нет балансировки нуля

Что смотреть в даташите ОУ

На примере даташита LM358 onsemi:

Строка даташита	Обозначение	Что означает
Input offset voltage	V_IO	напряжение между входами, при котором выход в нуле; ошибка умножается на усиление шума схемы
Input bias current	I_IB	ток, текущий во входы; на сопротивлении источника даёт дополнительную ошибку
Input common mode voltage range	V_ICR	в каких пределах может быть напряжение на входах, чтобы ОУ работал
Large signal open loop voltage gain	A_VOL	усиление без обратной связи на постоянном токе — от него зависит точность коэффициента усиления схемы
Common mode rejection, power supply rejection	CMR, PSR	насколько ОУ подавляет общее для обоих входов напряжение и колебания питания
Output voltage high и low limit	V_OH, V_OL	до какого напряжения выход доходит у плюса и минуса питания при заданной нагрузке
Output source и sink current	I_O+, I_O−	какой ток выход отдаёт и принимает
Power supply current	I_CC	ток потребления всего корпуса

Частотные свойства — полосу единичного усиления и скорость нарастания — у недорогих ОУ иногда приводят только графиками. Что означают эти параметры, рассказано на страницах глоссария «Произведение усиления на полосу (GBW)» и «Скорость нарастания», смещение нуля — на странице «Напряжение смещения нуля», а выход до шин питания — на странице «Rail-to-rail». Рассчитать усилитель и подобрать резисторы поможет калькулятор ОУ.

Частые вопросы

Какой операционный усилитель выбрать для питания 5 В?

Тот, у которого рабочий диапазон питания включает 5 В, синфазный диапазон входа доходит до нуля и размах выхода достаточен для задачи. LM358 работает от 3 до 32 В и принимает на вход напряжения от нуля, но при 5 В его выход поднимается только до 3,3–3,5 В на нагрузке 2 кОм. Если нужен выход почти до питания, берут ОУ с выходом rail-to-rail.

Что такое синфазный диапазон входа?

Диапазон напряжений на входах, при котором ОУ работает по паспорту. У LM358 он от 0 до VCC − 1,7 В: вход можно опускать до нуля, но не поднимать к самому питанию. Если напряжение на входе выйдет за этот диапазон, выход перестанет следовать за входом. Опускать вход ниже нуля больше чем на 0,3 В нельзя.

Как оценить ошибку усилителя из-за смещения нуля?

Напряжение смещения умножается на усиление шума схемы — для неинвертирующего усилителя это 1 + R2/R1. У LM358 смещение до 7 мВ при 25 °C, и усилитель с K = 100 может дать на выходе до 0,7 В ошибки даже при нулевом сигнале. Для точных измерений нужен ОУ с малым смещением или калибровка нуля.