OPERAČNÍ ZESILOVAČE
OPERAČNÍ ZESILOVAČE • Z NÁZVU SE DÁ USOUDIT, ŽE SE JEDNÁ O ZESILOVAČ POUŽÍVANÝ K NĚJAKÝM OPERACÍM. • PŮVODNÍ URČENÍ SE TÝKALO ANALOGOVÝCH POČÍTAČŮ, KDE OPERAČNÍ ZESILOVAČ DOKÁZAL USKUTEČNIT ZÁKLADNÍ MATEMATICKÉ OPERACE.
ROZDĚLENÍ OZ 1.
UNIVERZÁLNÍ OZ URČENY PRO BĚŽNÉ POUŽITÍ ( NAPŘ. MAA 741, LM 301 APOD.)
2.
PŘÍSTROJOVÉ OZ URČENY PRO MĚŘENÍ MALÝCH NAPĚTÍ, MAJÍ VELKÉ ZESÍLENÍ A MALÉ ZBYTKOVÉ NAPĚTÍ (NAPŘ. WSH 530, HA 2905, AD 515L)
3.
ŠIROKOPÁSMOVÉ A RYCHLÉ OZ URČENY KE ZPRACOVÁNÍ VYSOKÝCH FREKVENCÍ 20 – 700 MHz A IMPULSŮ, MAJÍ VYSOKÝ MEZNÍ KMITOČET (NAPŘ. MAC 157)
4.
OZ PRO VELKÁ VÝSTUPNÍ NAPĚTÍ UMOŽŇUJÍ DOSÁHNOUT NA VÝSTUPU NAPĚTÍ AŽ STOVEK VOLTŮ (DO TÉTO SKUPINY PATŘÍ NAPŘ. LM 344)
5.
SPECIÁLNÍ OZ - MIKROPŘÍKONOVÉ OZ , KTERÉ SE VYZNAČUJÍ VELMI MALOU SPOTŘEBOU (NAPŘ. MAX4289, LMC6042, OP220). - VÝKONOVÉ OZ, KTERÉ SE POUŽÍVAJÍ JAKO NF VÝKONOVÉ ZESILOVAČE, PATŘÍ SEM OZ JEJICHŽ VÝSTUPNÍ VÝKON JE VĚTŠÍ NEŽ 1W A VÝSTUPNÍ PROUD JE VĚTŠÍ NEŽ 100 mA ( NAPŘ. TDA 2030, TDA 2040 APOD.)
IDEÁLNÍ OZ • NEKONEČNĚ VELKÉ NAPĚŤOVÉ A PROUDOVÉ ZESÍLENÍ • NEKONEČNĚ VELKÝ VSTUPNÍ ODPOR • NULOVÝ VÝSTUPNÍ ODPOR • FREKVENČNÍ NEZÁVISLOST • NEKONEČNĚ VELKÉ POTLAČENÍ SOUČTOVÉHO SIGNÁLU (SIGNÁL SPOLEČNÝ OBĚMA VSTUPŮM)
ZJEDNODUŠENÉ SCHÉMA OPERAČNÍHO ZESILOVAČE
+Ucc
-U
U0
+U
-Ucc VSTUPNÍ ROZDÍLOVÝ ZESILOVAČ
DRUHÝ STUPEŇ
VÝSTUPNÍ STUPEŇ
ZÁKLADNÍ ZAPOJENÍ S OZ
NEINVERTUJÍCÍ ZESILOVAČ R0
R1
U0 = (1 + R0/R1).U1 VSTUP A VÝSTUP JE VE STEJNÉ FÁZI, NELZE DOSÁHNOUT ZESÍLENÍ MENŠÍ NEŽ 1
INVERTOR (INVERTUJÍCÍ ZESILOVAČ) R0
R1
U0 = -( R0/R1).U1 VÝSTUPNÍ NAPĚTÍ MÁ OPAČNÉ ZNAMÉNKO (POSUN O 1800) , ROZHODUJÍCÍM ČINITELEM PRO JEHO VELIKOST JE POMĚR R0 A R1
SOUČTOVÝ ZESILOVAČ (SUMÁTOR)
R1 R2
U1
R0
U2
R3 Un
Uo
U0 = -( R0/R1).U1-( R0/R2).U2-( R0/R3).U3-….. -( R0/Rn).Un = -R0( (1/R1).U1+( 1/R2).U2 + ( 1/R3).U3+….. +( 1/Rn).Un)
U0 = -R0∑(1/Rx).Ux = - ∑kx.ux
DIFERENČNÍ (ROZDÍLOVÝ) ZESILOVAČ
R0 R1
U1
R1
U0
U2 R0
U0 = ( R0/R1).(U2 - U1)
VYTVÁŘÍ NA VÝSTUPU SIGNÁL ÚMĚRNÝ ROZDÍLU NAPĚTÍ MEZI INVERTUJÍCÍM A NEINVERTUJÍCÍM VSTUPEM
NAPĚŤOVÝ KOMPARÁTOR
R1
KOMPARÁTOR JE JEDNA Z APLIKACÍ, KDY OZ PRACUJE BEZ ZPĚTNÉ VAZBY, TEDY S PLNÝM ZESÍLENÍM.
R3
R2
U1 Uref
U0
NA NEINVERTUJÍCÍ VSTUP JE PŘIPOJENO TZV. REFERENČNÍ NAPĚTÍ UREF, NA INVERTUJÍCÍ VSTUP NAPĚTÍ U1.
POKUD JE VSTUPNÍ NAPĚTÍ U1 MENŠÍ NEŽ NAPĚTÍ REFERENČNÍ, JE VÝSTUP KOMPARÁTORU NASTAVEN NA MAX. KLADNÉ NAPĚTÍ. V OKAMŽIKU KDY U1 PŘEKROČÍ NAPĚTÍ REFERENČNÍ, VÝSTUP SE PŘESTAVÍ NA MAX. NAPĚTÍ ZÁPORNÉ.
INTEGRÁTOR C
R
INTEGRÁTOR SE VYZNAČUJE TÍM, ŽE SE POSTUPNĚ NABÍJÍ ÚMĚRNĚ K VELIKOSTI VSTUPNÍHO PROUDU. RYCHLOST NABÍJENÍ SE OVŠEM ŘÍDÍ I KAPACITOU KONDENZÁTORU. ČÍM JE KAPACITA VĚTŠÍ, TÍM DELŠÍ ČAS POTRVÁ NEŽ SE NABIJE NA PLNÉ NAPĚTÍ PŘICHÁZEJÍCÍ NA INVERTUJÍCÍ VSTUP. NA VÝSTPU INTEGRÁTORU ZJIŠŤUJEME TROJÚHELNÍKOVÉ KMITY.
ZÁKLADNÍ PARAMETRY OZ (KATALOGOVÉ ÚDAJE) • • • • • • • • • • •
VSTUPNÍ NAPĚŤOVÁ NESYMETRIE (UI0) ZMĚNA VSTUPNÍ NAPĚŤOVÉ NESYMETRIE POTLAČENÍ VLIVU ZMĚN NAPÁJECÍHO NAPĚTÍ – SVR VSTUPNÍ KLIDOVÝ PROUD (IIB) VSTUPNÍ PROUDOVÁ NESYMETRIE (II0) ZMĚNA VSTUPNÍHO KLIDOVÉHO PROUDU A VSTUPNÍ PROUDOVÉ NESYMETRIE VSTUPNÍ ROZDÍLOVÁ IMPEDANCE MAXIMÁLNÍ NAPÁJECÍ NAPĚTÍ POTLAČENÍ SOUHLASNÉHO SIGNÁLU – CMR MAXIMÁLNÍ DOVOLENÁ VÝKONOVÁ ZTRÁTA PMAX NAPĚŤOVÉ ZESÍLENÍ AU, PŘI OTEVŘENÉ SMYČCE ZPĚTNÉ VAZBY (POPIS VIZ ELEKTRONIKA I)
ZÁKLADNÍ INFORMACE O OZ • • • • • • • • • • • • • •
Při symetrickém napájení: nulovému napětí na vstupu odpovídá nulové napětí na výstupu. Při nesymetrickém napájení : nulovému vstupnímu napětí odpovídá na výstupu poloviční napětí zdroje. Vstupní napěťová (někdy i proudová) nesymetrie se koriguje nejčastěji přivedením malého napětí záporné nebo kladné polarity mezi piny 1-5. Vstupní proudová nesymetrie vyžaduje korekci kompenzačním odporem v neinvertujícím vstupu, a to takové hodnoty, která odpovídá paralelně spojeným odporům v druhém vstupu. Na invertující nebo neinvertující vstup je možné přivést napětí jak kladné tak i záporné polarity. Operační zesilovač na obojí napětí reaguje a na výstupu se objeví kladné nebo záporné napětí podle vlastnosti vstupu. Jestliže se nachází nebo převažuje napětí na invertujícím vstupu, výstup se vyznačuje napětím fázově posunutým o 1800 , tj. s opačnou polaritou. Jestliže se nachází nebo převažuje napětí na neinvertujícím vstupu, na výstupu je napětí ve fázi se vstupním napětím, tj. se stejnou polaritou. Jestliže se k oběma vstupům přívádějí dvě rozdílná napětí (diferenční vstup), operační zesilovač zesiluje pouze rozdíl vstupních napětí. O velikosti zesílení rozhoduje výhradně poměr dvou odporů (impedancí) – zpětnovazebního a vstupního. Zpětná vazba z výstupu do invertujícího vstupu je záporná, do neinvertujícího vstupu kladná. Na přenosu signálu OZ se nejčastěji podílejí zvenku připojené rezistory, ale stejná pravidla platí pro jakoukoliv jinou impedanci. Vstupní odpor invertujícího zesilovače – s bipolární technologií – určuje odpor vstupního rezistoru: je malý. Neinvertující zesilovač vykazuje vysoký vstupní odpor. Kmitočtová kompenzace je nastavena ve vnitřní struktuře OZ nebo se nastavuje zvenku pomocí maké kapacity. Dvě nejdůležitější skupiny OZ se liší vstupním dílem. Záleží na tom, jestli jsou na vstupu bipolární tranzistory nebo tranzistory řízené polem – FET.
