Operační zesilovač: 5 důležitých charakteristik

Co je operační zesilovač?

Operační zesilovač je zkratka operačního zesilovače, přímého zesilovače s vysokým ziskem. V pojmu operační zesilovač „operační“ znamená, že zesilovač může provádět určité operace, jako je - součet, odčítání, porovnání atd. Slovo „zesilovač“ naznačuje, že může zesilovat vstupní signál.

Ideální operační zesilovač

Ideální operační zesilovač prakticky neexistuje, ale má nejlepší vlastnosti. Všechny praktické operační zesilovače jsou konstruovány tak, aby dosahovaly blízkých charakteristik jako ideální operační zesilovač. Pojďme diskutovat o některých funkcích ideálního operačního zesilovače.

Ideální vlastnosti operačního zesilovače

1. Ideální operační zesilovač poskytuje nekonečný zisk napětí.
2. Má nekonečnou vstupní impedanci.
3. Má nulový výstupní odpor.
4. Má nekonečnou šířku pásma.
5. Poměr odmítnutí společného režimu je nekonečný.
6. Poměr odmítnutí napájení je nekonečný.
7. Rychlost zabití je 0.

Invertující operační zesilovač

Operační zesilovač má různé provozní režimy. Inverzní operační zesilovač představuje typ procesu, ve kterém je vstupní signál poskytován přes invertující terminál operačního zesilovače. Fáze výstupu zesilovače se v procesu zesílení invertuje. Invertující operační zesilovač má vyšší zisk než neinvertující operační zesilovač.

Neinvertující operační zesilovač

Neinvertující je další provozní režim využívající operační zesilovač. Zde je vstupní signál poskytován pomocí neinvertujícího terminálu operačního zesilovače. Výstupní fáze tedy zůstává stejná a v provozu se neobrátí. Proto je tato operace využívající operační zesilovač známá jako „neinvertující operační zesilovač“. Tento operační zesilovač poskytuje vyšší stabilitu systému díky systému negativní zpětné vazby, ale má menší zisk než invertující operační zesilovač. Mezi neinvertujícím operačním zesilovačem a invertujícím operačním zesilovačem má invertující zesilovač více preferencí.

Obvody operačních zesilovačů | Základní obvody operačních zesilovačů

Obvody operačních zesilovačů jsou specifické pro jejich provoz. Operační zesilovač je schopen provádět několik matematických operací. Obvody jsou vyráběny podle potřeby. Níže uvedený obrázek představuje typický symbol obvodu operačního zesilovače.

Můžeme pozorovat, že operační zesilovač má dva vstupy (označené jako 1 a 2). Vstup označený '-' je invertující terminál. Vstup označený znaménkem „+“ je neinvertující terminál. Dvojice napěťových připojení, zobrazená jako + Vsat a -Vsat, jsou kladné saturační napětí a záporné saturační napětí, představují nejvyšší a nejnižší limit operačního zesilovače; ty lze pozorovat na výstupu.

Saturační napětí se aplikuje na operační zesilovač k vyvážení operačního zesilovače týkajícího se země. Výstup je shromažďován z terminálu „O“.

741 operační zesilovač

Operační zesilovače jsou nyní k dispozici na trzích prostřednictvím integrovaných obvodů. Jedním z takových IC je operační zesilovač 741. Jedná se o monolitický integrovaný obvod (všechna spojení jsou vytvořena na jediném kusu krystalického křemíku). IC se skládá z jednoho operačního zesilovače. Fairchild Semiconductor jej na počátku šedesátých let nejprve vyvinul. Číslo 741 označuje, že IC má sedm funkčních pinů, čtyři vstupní piny a jeden výstupní pin.

741 operační zesilovač pinout

Následující diagram poskytuje pinout IC. Také terminologie IC, která se skládá z operačního zesilovače, popisuje piny. Číslo 7 z 741 představuje sedm funkčních pinů, čtyři vstupní piny a jeden výstupní pin.

Schéma operačního zesilovače 741

Následující mág představuje schematický diagram operačního zesilovače 741.

Integrátor operačního zesilovače

Zmínili jsme se dříve a operační zesilovač může provádět několik matematických operací. Zjistíme, jak může operační zesilovač provádět „integrační“ operaci nad vstupním signálem. K implementaci integrátoru pomocí operačního zesilovače potřebujeme kondenzátor a několik rezistorů a operační zesilovač! Níže uvedené schéma zapojení znázorňuje obvod integrátoru operačního zesilovače.

Provoz integrátora

Koncept virtuální země – funguje díky předpokladu OP AMP nekonečný zisk. To je důvod, proč je uzel „A“ na obrázku virtuálním uzlem. Nechte proud 'i' protékat odporem R. Proud tedy lze měřit jako i = V1/R.

 Zde V1 je vstupní napětí poskytované v invertující svorce a neinvertující svorka je uzemněna odporem a kvůli vysoké vstupní impedanci protéká stejnou cestou zpětnou cestou stejný proud, který má kondenzátor. Výstupní napětí lze tedy zapsat jako:

Vo = - 1 / C 0 t [i dt]

Nebo Vo = - 1 / RC 0 t [V1 dt]

Můžeme tedy říci, že výstupní napětí je úměrné časovému integrálu vstupního napětí, a proto je obvod označován jako integrátor nebo Millerův integrátor.

Operační zesilovač komparátor

Op-amp komparátor nebo komparátor napětí nebo komparátor je elektronické zařízení, které porovnává dvě vstupní napětí a poskytuje orientační výstup. Výstup indikuje, které ze dvou vstupních napětí je hodnotově mimořádnější.

Operační zesilovač je navržen v konfiguracích s otevřeným obvodem, aby jako komparátor používal operační zesilovač.

• Pokud je napětí v neinvertující svorce vyšší než napětí v invertující svorce, výstup se přepne na kladné saturační napětí operačního zesilovače.
• Pokud je napětí na invertující svorce větší než napětí na neinvertující svorce, přepne se o / p na -ve saturační napětí operačního zesilovače.

Obvod komparátoru operačních zesilovačů

Níže uvedený obrázek představuje obvod komparátoru operačního zesilovače.

Zisk zesilovače

Zisk op-zesilovače se týká poměru výstupního napětí ke vstupnímu napětí a operační zesilovač má dva typy zesílení následovně.

• Zisk v uzavřené smyčce: Pokud je k systému operačního zesilovače přidružen systém zpětné vazby, pak je zisk systému známý jako zisk v uzavřené smyčce.
• Zisk otevřené smyčky: Pokud obvod operačního zesilovače nemá přidružený systém zpětné vazby, pak zisk je zisk v otevřené smyčce.

Pro ideální operační zesilovač je zisk nekonečný pro jakékoli frekvence. Pro skutečné zesilovače je zisk absolutní konstanta. Zisk je parametr výkonu zesilovače.

Zisk neinvertujícího operačního zesilovače

Obecný výraz výstupního napětí neinvertujícího zesilovače je: Vout = k * Vin

Výstupní rovnice neinvertujícího zesilovače je: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Při porovnání obou rovnic bude tedy hodnota k

k = [1 + (Rf / R1)]

Tento výraz rezistoru je znám jako zisk neinvertujícího zesilovače. Můžeme pozorovat, že pokud Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Takže vstupní napětí je zesíleno faktorem 2. Poměr (Rf / R1) obvykle řídí zisk. Zvýšení Rf zvyšuje hodnotu zisku.

Vyrovnávací paměť operačního zesilovače

Vyrovnávací paměť operačního zesilovače nebo vyrovnávací paměti jednoty nebo obvod sledovače napětí je speciálně navržený neinvertující model zesilovače. Sledujte obvod neinvertujícího zesilovače uvedený výše. Pokud bychom nastavili nulový odpor zpětné vazby a nekonečný odpor invertující svorky, zisk zesilovače by byl jednota. Proto je tento obvod známý jako vyrovnávací paměť pro zisk jednoty. Tato vyrovnávací paměť se používá pro přizpůsobení impedance.

Diferenciální operační zesilovač

Diferenciální operační zesilovač nebo rozdílový zesilovač je operační zesilovač, který zesiluje rozdíl mezi dvěma vstupními napětími a zajišťuje, že jako výstup a provádí operaci odečítání, na rozdíl od sčítacího zesilovače, který sčítá vstupní napětí.

Níže uvedený obvod znázorňuje obvod diferenciálního zesilovače.

operace

Pomocí konceptu virtuální země můžeme dojít k závěru, že napětí v uzlu A je stejné jako napětí v uzlu B. Pomocí KCL můžeme napsat, že -

(V1 - Vx) / R1 = (Vx - VO) / R2

& (V2 - Vx) / R1 = Vx / R2

Zde V1 je vstupní napětí. Vx je napětí v uzlu A (stejně jako v B). Vo je výstupní napětí. Nyní předpokládáme, že operační zesilovač má vysokou vstupní impedanci. Porovnáním a použitím obou rovnic můžeme psát -

Vo = (V2 - V1) * R2 / R1

Tato výstupní rovnice operaci ospravedlňuje.

Invertování zisku zesilovače

Obecný výraz výstupního napětí invertujícího zesilovače je: Vout = -k * Vin

Výstupní rovnice invertujícího zesilovače je: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Nyní, když porovnáme obě rovnice, můžeme říci -

k = (Rf / R1)

Je to zisk uzavřené smyčky invertujícího zesilovače.

Sčítací operační zesilovač

Sčítací operační zesilovač nebo sčítací operační zesilovač je zesilovač, který zesiluje součet vstupních napětí a poskytuje výstup. Provádí operace sčítání nebo sčítání, na rozdíl od diferenciálního zesilovače, který provádí operace odčítání.

Níže uvedený obrázek představuje sčítací operační zesilovač.

Operace

Při použití konceptu virtuální země je potenciál v uzlu A stejný jako potenciál v uzlu B. Uplatňuje se KCL, můžeme psát -

I1 + I2 + I3 +… + IN = IO

Nebo V1 / R1 + V2 / R2 +… + Vn / Rn = - Vo / Rf

Nebo Vo = - [(V1 * Rf / R1) + (Rf * V2 / R2) + ... + (Rf * Vn / Rn)

Nyní, když R1 = R2 = ... = Rn = Rf, pak můžeme napsat -

Vo = - [V1 + V2 +… + Vn]

Napěťový sledovací operační zesilovač | Operační zesilovač

Operační zesilovač s napěťovým sledovačem nebo vyrovnávací paměť s jednotkovým ziskem nebo obvod sledovače napětí je speciálně navržený model neinvertujícího zesilovače a pokud jsme vytvořili zpětnou vazbu odpor nulový a invertující svorka nekonečná odpor, zisk zesilovače by byl jednotný. Protože výstupní napětí těsně následuje vstupní napětí bez zesílení, zesilovač je znám jako napěťový sledovač op ap. To je důvod, proč je tento obvod také známý jako unity-gain buffer. Tento buffer se používá pro impedanční přizpůsobení.

Diskrétní operační zesilovač

Diskrétní operační zesilovač je konstruován tak, aby poskytoval minimální reziduum mezi kladným a záporným vstupem, což dále způsobuje vysoký zisk. Diskrétní operační zesilovače se obecně používají spíše pro zvukové aplikace než běžné operační zesilovače. Má několik výhod oproti běžným operačním zesilovačům, protože je možný vlastní design, vyžaduje menší komponenty, poskytuje lepší teplotní stabilitu atd.

Operační zesilovač LM741

Lm741 je monolitický integrovaný obvod, který má uvnitř jeden operační zesilovač. Má osm kolíků. Integrovaný obvod nevyžaduje externí kompenzaci frekvence. Poskytuje vyšší CMRR a spotřebovává méně energie. Pinout lm741 je uveden níže.

Operační zesilovač diferenciace

Operační zesilovač derivátor nebo diferenciální operační zesilovač provádí operaci diferenciace na vstupním napěťovém signálu. K implementaci diferenciace pomocí operačního zesilovače potřebujeme kondenzátor a několik rezistorů a operační zesilovač! Níže uvedené schéma zapojení znázorňuje obvod diferenciálního zesilovače operačního zesilovače.

Operační rovnice

Rovnice operačního zesilovače se obecně označují jako výstupní rovnice operačního zesilovače. Výstupní rovnice představují vztah mezi vstupním a výstupním napětím. Faktor zisku lze také určit z výstupních rovnic. Níže jsou uvedeny některé výstupní rovnice některých základních zesilovačů.

Neinvertující rovnice operačního zesilovače: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Invertování rovnic operačního zesilovače: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Typy operačních zesilovačů

Operační zesilovač má spíše několik typů než několik provozních režimů. Různé typy operačních zesilovačů provádějí různé matematické operace. Někteří z nich jsou -

1. Invertující operační zesilovač
2. Neinvertující operační zesilovač
3. Rozdíl operační zesilovač
4. Sčítání zesilovače
5. Integrátor
6. Diferenciální zesilovač
7. Logaritmický zesilovač
8. Komparátor
9. Převodník proudu na napětí
10. Převodník napětí na proud

Invertující vs neinvertující operační zesilovač

Udělejme srovnávací analýzu mezi invertujícím a neinvertujícím operačním zesilovačem.

Negativní zpětná vazba operační zesilovač

Pro systém uzavřené smyčky operačního zesilovače, pokud je zpětnovazební systém připojen k invertující svorce operačního zesilovače, je zpětnovazební systém známý jako negativní zpětná vazba. Operační zesilovač pracující se zápornou zpětnou vazbou je znám jako negativní zpětná vazba. Operační zesilovače s negativní zpětnou vazbou mají lepší stabilitu systému, ale zisk je nižší než operační zesilovač s pozitivní zpětnou vazbou.

Další článek týkající se elektroniky klikněte zde

Také čtení:

• Jaký je rozdíl mezi předzesilovačem a výkonovým zesilovačem
• Má amplituda signálu vliv na jeho energii?
• Mají hpfs vždy nelineární fázovou odezvu
• Kde jsou diody běžně používané v elektronických obvodech
• Proč by měl být hpf integrován do části výškového reproduktoru reproduktorového systému
• Ovlivňuje faktor kvality q přechodovou oblast hpf?
• Mohou zenerovy diody pracovat v tandemu s jinými diodami pro specifické aplikace
• Co je pokles napětí v paralelním obvodu
• Jak najít paralelní odpor
• Jak se řeší problémy s nereagujícím klopným obvodem

Sudipta Royová

Ahoj, jsem Sudipta Roy. Udělal jsem B. Tech v elektronice. Jsem nadšenec do elektroniky a v současnosti se věnuji oboru Elektronika a komunikace. Mám velký zájem o objevování moderních technologií, jako je AI a strojové učení. Moje práce se věnují poskytování přesných a aktualizovaných údajů všem studentům. Pomáhat někomu při získávání znalostí mi přináší nesmírnou radost.
Spojme se přes LinkedIn –