OPERAČNÍ ZESILOVAČE Operační zesilovače

Operační zesilovače

Operační zesilovače

Operační zesilovače-uč. otázky Základní vlastnosti - ideální x reálný Užívané pojmy - katalogový list Příklady a možnosti použití –invertující a neinvertující zesilovač, –sumátor komparátor, derivátor, integrátor –diferenční zesilovač, přístrojový OZ, výkonový OZ –filtry, propusti, zádrže, generátory –regulátory ... Operační zesilovače

Operační zesilovače

Historický přehled • 1947 Popsány vlastnosti (nedosažitelného) ss zesilovače termín "operační zesilovač" (=OZ) • 1951 První komerčně vyráběné OZ (elektronkové) • 1960 První tranzistorové OZ, lze koupit • 1965 První monolitický (µA709) OZ, lze koupit • 1968 OZ s vnitřní fr. korekcí (µA741), lze koupit • 1975 První OZ s BIFET, lze koupit • Více OZ v jednom pouzdru • OZ v SMT pouzdrech • OZ lepších vlastností Operační zesilovače

Operační zesilovač 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. Operační zesilovače

ROZDĚLENÍ OZ Univerzální oz Přístrojové oz 5. Speciální oz Určeny pro běžné použití ( např. Maa 741, maa 748, mac 155, lm 301 apod.) Přístrojové oz Určeny pro měření malých napětí, mají velké zesílení a malé zbytkové napětí (např. Wsh 526, wsh 527, 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, wsh 115, wsh 217 apod.) 4. Oz pro velká výstupní napětí Umožňují dosáhnout na výstupu napětí až stovek voltů ( do této skupiny patří např. Lm 344) 5. Speciální oz tzv. MIKROPŘÍKONOVÉ OZ , KTERÉ SE VYZNAČUJÍ VELMI MALOU SPOTŘEBOU, PATŘÍ SEM OZ JEJICHŽ VÝSTUPNÍ VÝKON JE VĚTŠÍ NEŽ 1W A VÝSTUPNÍ PROUD JE VĚTŠÍ NEŽ 100 ma ( NAPŘ. Tda 2030, tda 2040 apod.) Operační zesilovače

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) Operační zesilovače

Operační zesilovače

ZJEDNODUŠENÉ SCHÉMA OPERAČNÍHO ZESILOVAČE -Ucc -U +U +Ucc U0 VSTUPNÍ ROZDÍLOVÝ ZESILOVAČ DRUHÝ STUPEŇ VÝSTUPNÍ STUPEŇ Operační zesilovače

Zapojení typického OZ MAA 741 Operační zesilovače

Reálný OZ - pouzdra Operační zesilovače

Základní vlastnosti OZ Operační zesilovače

Operační zesilovače

OZ a jeho náhradní zapojení Operační zesilovače

ZÁKLADNÍ ZAPOJENÍ S OZ Když OZ pracuje bez zpětné vazby, pracuje s plným zesílením!!. Operační zesilovače

Operační zesilovače

Ne-invertující zesilovač U0 = (1+ R0 / R1)*U1 VSTUP A VÝSTUP JE VE STEJNÉ FÁZI, NELZE DOSÁHNOUT ZESÍLENÍ MENŠÍ NEŽ 1 Operační zesilovače

(invertující zesilovač) Invertor (invertující zesilovač) R0 U0 = - (R0/R1)*U1 R1 Výstupní napětí u0 má opačné znaménko(posun o 1800) rozhodujícím činitelem pro jeho velikost je poměr R0 a R1 Operační zesilovače

SOUČTOVÝ ZESILOVAČ (SUMÁTOR) Un U0 = -( R0/R1)*U1-( R0/R2)*U¨2-( R0/R3)*U3-….. -( R0/Rn)*Un = -R0( (1/R1)*U1+( 1/R2)*U2 + ( 1/R3)*U3+….. +( 1/Rn)*Un) -R0∑(1/Rx)*Ux = - ∑kx*ux Operační zesilovače

DIFERENČNÍ (ROZDÍLOVÝ) ZESILOVAČ U0 = ( R0/R1)*(U2-U1) Vytváří na výstupu signál úměrný rozdílu napětí mezi invertujícím a neinvertujícím vstupem Operační zesilovače

NAPĚŤOVÝ KOMPARÁTOR KOMPARÁTOR JE JEDNA Z APLIKACÍ, KDY OZ PRACUJE BEZ ZPĚTNÉ VAZBY, TEDY S PLNÝM ZESÍLENÍM. NA NEINVERTUJÍCÍ VSTUP JE PŘIPOJENO TZV. REFERENČNÍ NAPĚTÍ UREF, NA INVERTUJÍCÍ VSTUP NAPĚTÍ U1. POKUD JE VSTUPNÍ NAPĚTÍ U1 MENŠÍ NEŽ NAPĚTÍ UREF, Je výstup komparátoru nastaven na max. kladné napětí. V OKAMŽIKU KDY U1 PŘEKROČÍ NAPĚTÍ UREF, Výstup se přestaví na max. apětí záporné. R1 R3 U1 R2 Uref Operační zesilovače

Schmittův klopný obvod Využití komparátoru u Schmittova klopného obvodu. Využívá se pro změnu sinusového průběhu na obdélníkový R2 RZP R1 Operační zesilovače

INTEGRÁTOR 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 výstupu integrátoru zjišťujeme trojúhelníkové kmity. C R Operační zesilovače

INTEGRÁTOR a GENERÁTOR FUNKCÍ Generátor funkcí se v nejjednodušším případě skládá z komparátoru na jehož výstupu je obdélníkový průběh napětí a integrátoru, který vyrábí kmity s trojúhelníkovým průběhem. Frekvenci kmitů určuje RC člen složený z rezistoru R3 a C. T = 4RC *(R1/R2) Amplitudu výstupního napětí určuje poměr odporů r1 a r2. C R3 R1 R2 Operační zesilovače

Derivátor Derivátor se používá jen ve výjimečných případech, neboť derivováním se zesílí složky vyšší frekvence, které jsou vždy v signálu obsaženy (šum, zbytky síťové frekvence atd.) R C Operační zesilovače

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) Operační zesilovače

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. Operační zesilovače

Otázky k opakování Základní rozdělení oz Popište vlastnosti ideálního oz Nakreslete zjednodušenou vnitřní strukturu oz Nakreslete a popište základní zapojení s oz (invertující) Čím je tvořen generátor funkcí s oz Jaké znáte katalogové údaje oz Popište hlavní vlastnosti oz Operační zesilovače