Stiskněte "Enter" pro přeskočení obsahu

23 – Operační zesilovače, vlastnosti, napájení, zákl. zapojení

2

Operační zesilovač (zkratka OZ) je univerzální stejnosměrný zesilovací analogový elektronický obvod, jenž je základním prvkem analogových elektronických systémů. Operační zesilovač je často v praxi a pro výpočty nahrazován ideálním operačním zesilovačem. Je napájen symetrickým napětím.

Oblast použití: V řídící a regulační technice slouží OZ jako komparátory referenčního a sledovacího napětí, jako regulátory a v měřicí technice jako měřící zesilovače s vysokým vstupním odporem. Jsou dále používány v číslicové technice jako klopné obvody, digitálně-analogové převodníky a spínače při nastaveném napětí, nebo též v NF-předzesilovače, NF-koncové stupně a zdroje konstantního proudu, nebo konstantního napětí.

OZ se skládá z několika stupňů. Vstupní stupeň je vždy diferenciální zesilovač, budící stupeň je napěťový zesilovač, a koncový stupeň je většinou tvořen komplementárním zesilovačem.

Vstupní (diferenciální zesilovač)
Vstupní zesilovač má kladné (+Un) i záporné (-Un) napájecí napětí. Oba tranzistory odebírají emitorový proud ze zdroje konstantního proudu. Ona tranzistory jsou nastaveny tak, že při U1D = 0 jsou oba kolektorové proudy stejné, tzn. UA = 0.

Přivedeme-li na vstup E1 kladné napětí U11 otevře se tranzistor Q1, to způsobí kladné napětí UA.

Přivedeme-li na vstup E2 kladné napětí U12 otevře se tranzistor Q2, to způsobí záporné napětí UA.

Za diferenciálním zesilovačem je budící zesilovač a pak koncový stupeň.

Zapojení reálného OZ
proudové zrcadla (červeně) – Slouží jako proudové zdroje
vstupní zesilovač (modře) – Velký vstupní odpor
napěťový zesilovač (růžově) – Velké zesílení
koncový zesilovač (bledě modře) – Malý výstupní odpor
Značka OZ a základní funkce
Je-li invertující vstup U uzemněn a signál přiveden na neinvertující vstup, pak signál na výstupu je ve fázi se vstupním signálem.

Je-li neinvertující vstup U+ uzemněn a signál přiveden na invertující vstup, pak signál na výstupu je fázově posunut o 180° vzhledem ke vstupnímu signálu.

 

Zesílení rozdílového signálu Ad může být vyjádřeno jako Ad = ∆Uout /∆Ud = ∆Uout /∆U+-Ua u reálných operačních zesilovačů leží v intervalu 80 – 100 dB, nazývá se vlastním zesílením (zesílení bez zpětné vazby).

Zesilovací charakteristika
Zesilovací charakteristika ideálního operačního zesilovače prochází počátkem (plná křivka na obrázku). Zesilovací charakteristika reálného operačního zesilovače (čárkovaná křivka na obrázku) je posunuta na ose Ud o veličinu U0. Posun zesilovací charakteristiky U0 může být u většiny operačních zesilovačů zanedbán nebo vykompenzován. V praxi se tento posun zanedbává.

 

Vstupní odpor
Reálné operační zesilovače mají konečný vstupní odpor. Rozlišujeme vstupní odpor vůči rozdílovému signálu Rd a vstupní odpor vůči souhlasnému signálu Rg. V operačních zesilovačích s bipolárními tranzistory vstupní odpor vůči rozdílovému signálu Rd nabývá hodnot miliónů Ohmů (MΩ) a vstupní odpor vůči souhlasnému signálu může být až o tři řády větší (GΩ).

  • Ideální operační zesilovač má následující vlastnosti
  • nekonečně velké napěťové zesílení
  • nekonečně velký vstupní odpor
  • nulový výstupní odpor
  • nekonečnou šířku pásma (zesiluje od nulové do nekonečné frekvence)
  • nulový šum
  • nulové offsetové napětí (jsou-li napětí na vstupech shodná, je na výstupu skutečně přesně nulové napětí)
  • žádný z parametrů nezávisí na teplotě
Invertující OZ
– invertující zapojení mění polaritu
– vstupní napětí Ue vede přes rezistor Re na invertující vstup
– neinvertující vstup OZ je připojen na zemní svorku
– záporná zpětná vazba je připojena přes rezistor Rk

U invertujícího OZ je část výstupního napětí jako regulace přiváděna přes zpětnovazební rezistor Rk zpět na invertující vstup.

UA = RK / RE x UE
V = UA /UE = – RK / RE
V – napěťový zesilovací činitel
UA – výstupní napětí
UE – vstupní napětí
RU – zpětnovazební odpor
RE – odpor na invertujícím vstupu

Neinvertující OZ
– má velký vstupní odpor např. 10 MΩ a malý výstupní odpor např. 0,1Ω
– vstupní i výstupní napětí mají stejnou polaritu
– vhodný jako měřící zesilovač

UA = UE x (1 + RK / RQ)

Diferenciální OZ
– rozdílový operační zesilovač
– na výstupu je zesílený rozdíl napětí UE2 a UE1
– u diferenciálního zesilovače se často volí R1 = RE a R2 = RK
– mají velký význam v měřicí technice

UA = (UE2 – UE1) x RK / RE

Integrační OZ
– integrační člen má v negativní zpětné vazbě kondenzátor CK
– veškeré proudy tečou do kondenzátoru CK
– tyto integrované obvody se používají např. jako zdroje pilových kmitů, a jako D-A převodníky.
Derivační OZ
– derivační člen má na vstupu kondenzátor CE
– kondenzátorem CE protéká proud jen při měnícím se vstupním napětí UE
– zapojení zdůrazňuje vyšší kmitočty
– fázový posun vede k nestabilitě → lze vyřešit přidáním R a C
– slouží např. jako generátor jehlových kmitů pro zapalování tyristorů
  1. Tomas Tomas

    Moc mě pobavilo červeně a tučné zvýrazněná věta o zákazu kopírování…ale že by se autor přiznal, že třetina „jeho“ článku je zkopírovaná z wikipedie? Teda pokud autor nevytvořil zároveň článek i tam o čemž dost pochybuji :))

  2. Peťan: Článek je zakázáno (stejně tak, jako většinu z těchto stránek) kopírovat jako celek a publikovat jako vlastní. Jde zejména o to, nezkopírovat celý text „jedna ku jedné“ na jinou stránku. Existuje spoustu stránek, kde veškerý obsah je zkopírován stylem „Ctrl+C, Ctrl+V“. Je zde i další doprovodný text a obrázky, s kterými jsem si dal nějakou tu práci…
  3. Lamak Lamak

    Musím se zastat Peťana, článek na Wikipedii je oproti tomuhle nepoužitelnej :). Nicméně nechtělo by se autorovi editovat i Wikipedii? Je to tam dost tragické a přitom to nedá tolik práce :)).

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna.