Aplikace operačních zesilovačů

30.Aplikace operačních zesilovačů

Aplikace jako invertující a neinvertující zesilovač je vypracována v otázce číslo 29. Další možnosti jsou následující:

1) Zdroje konstantního napětí

Výhodou zapojení, která používají jak invertující tak i neinvertující zapojení je, že referenční zdroj je zatěžován konstantním proudem a zpětnovazebním odporem RN lze nastavit žádanou úroveň výstupního napětí

2) Zdroje konstantního proudu

Zesilovač reguluje výstupní napětí tak, aby přes zátěž protékal vždy proud rovný vstupnímu proudu. V prvních dvou zapojeních je zátěž zapojena v obvodu zpětné vazby. Nevýhodou je, že ani jeden konec zátěže nesmí být uzemněn. Tuto nevýhodu odstraňuje zapojení třetí.

3) Rozdílový zesilovač

1 a U2. Pro výstupní napětí lze psát:

zvolíme-li R3 = R1, a R4 = R2, dostaneme

4) Sumační zesilovač

Sumaci provádíme na jednom vstupu. Pro výstupní napětí platí vztah

, a pro R1 = R2 = ... = RN = R platí

5) Integrační zesilovač

Pro přenos platí , kde ω0=1/CR

Přenos v dB je .

Přenos je opět určen výrazem ,

kde ω0 = 1/CRN.

Přenos v dB je Au = 20log ω/ω0

7) PI regulátor

Zapojení, které je v nazýváno PI (proporcionálně-integračním) regulátorem

Pro přenos platí

pro

V decibelech

Až do frekvence ω = ω0 má závislost integrační charakter a klesá se směrnicí 6dB/okt. Při vyšších frekvencích se přestane druhý člen uplatňovat a přenos má konstantní hodnotu 20log(RN/R1). Uvedené hodnoty platí pro asymptotickou aproximaci závislosti.

8) Proporcionálně integračně derivační (PID) regulátor

Zatím neuvažujme odpory R2 a R3. Přenos je potom dán vztahem

Přenos má 3 členy: první má integrační charakter, druhý proporcionální (nezávislý na frekvenci) a třetí derivační. Průběh přenosu v závislosti na frekvenci je uveden na obr. Lomové frekvence jsou ω1 = 1/R1CN a ω2 = 1/RNC1.

Takto použité zapojení má dvě nevýhody:

- velké zesílení integračního členu při malých frekvencích způsobuje nízkofrekvenční nestability zapojení

- velké zesílení derivačního členu s rostoucí frekvencí vede k nežádoucímu zesilování šumů.

Proto se používá omezování zesílení jak v oblasti nízkých tak i vysokých frekvencí, což se provádí rezistory R3 (při nízkých) a R4 (při vysokých frekvencích). Volíme-li R3 » RN a R2 « R1 dostaneme omezení střídavých signálů při frekvencích f0 = 1/2πR3CN a f3 = 1/2πR2C1.

Logaritmický zesilovač dává výstupní napětí úměrné logaritmu vstupního napětí. Logaritmickou charakteristiku získáme pomocí polovodičových diod nebo tranzistorů.

Rezistorem protéká proud i = Uvst/R1. Tento proud protéká rovněž diodou D. Mezi napětím na diodě (které je současně výstupním napětím zesilovače) a proudem platí Shockleyho vztah , kde UT = kT/q je t.zv. teplotní napětí, které se rovná 26mV při 20°C,