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 UNIVERZÁLNÍ OZ PŘÍSTROJOVÉ 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.)
NEKONEČNĚ VELKÉ NAPĚŤOVÉ A PROUDOVÉ ZESÍLENÍ 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 +U +Ucc U0 VSTUPNÍ ROZDÍLOVÝ ZESILOVAČ DRUHÝ STUPEŇ VÝSTUPNÍ STUPEŇ
ZÁKLADNÍ ZAPOJENÍ S OZ
NEINVERTUJÍCÍ ZESILOVAČ U0 = (1 + R0/R1)*U1 VSTUP A VÝSTUP JE VE STEJNÉ FÁZI, NELZE DOSÁHNOUT ZESÍLENÍ MENŠÍ NEŽ 1
INVERTOR (INVERTUJÍCÍ ZESILOVAČ) 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) 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
DIFERENČNÍ (ROZDÍLOVÝ) ZESILOVAČ VYTVÁŘÍ NA VÝSTUPU SIGNÁL ÚMĚRNÝ ROZDÍLU NAPĚTÍ MEZI INVERTUJÍCÍM A NEINVERTUJÍCÍM VSTUPEM U0 = ( R0/R1)*(U2-U1)
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 REFERENČNÍ, JE VÝSTUP KOMPARÁTORU NASTAVEN NA MAX. KLADNÉ NAPĚTÍ. V OKAMŽIKU KDY U1 PŘEKROČÍ NAPĚTÍ REFERENČNÍ, VÝSTUP SE PŘESTAVÍ NA MAX. NAPĚTÍ ZÁPORNÉ. R1 R3 U1 R2 Uref
SCHMITTŮV KLOPNÝ OBVOD VYUŽITÍ KOMPARÁTORU U SCHMITTOVA KLOPNÉHO OBVODU. VYUŽÍVÁ SE PRO ZMĚNU SINUSOVÉHO PRŮBĚHU V OBDÉLNÍKOVÝ R2 RZP R1
INTEGRÁTOR INTEGRÁTOR SE VYZNYČUJE 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. C R
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 URČUJEPOMĚR ODPORŮ R1 A R2. C R3 R1 R2
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
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.
OTÁZKY K OPAKOVÁNÍ 1. ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ OZ 2.POPIŠTE VLASTNOSTI IDEÁLNÍHO OZ 3. NAKRESLETE ZJEDNODUŠENOU VNITŘNÍ STRUKTURU OZ 4. NAKRESLETE A POPIŠTE ZÁKLADNÍ ZAPOJENÍ S OZ (INVE ČÍM JE TVOŘEN GENERÁTOR FUNKCÍ S OZ JAKÉ ZNÁTE KATALOGOVÉ ÚDAJE OZ POPIŠTE HLAVNÍ VLASTNOSTI OZ