Operační zesilovače a jejich zapojení

29.Operační zesilovače

Za operační zesilovače považujeme zesilovače, které mají následující vlastnosti:

- velmi velké napěťové zesílení

- velký vstupní odpor

- malý výstupní odpor

- frekvenční pásmo od nuly

V současné době vyrábí elektrotechnický průmysl celou řadu operačních zesilovačů v integrovaném provedení, takže jejich použití se dostalo na úroveň použití běžných součástek. Většina těchto operačních zesilovačů má dva vstupy:

- invertující vstup - signál přivedený na tento vstup se objeví na výstupu fázově otočen o 180°

- neinvertující vstup - signál z tohoto vstupu se přenese na výstup ve stejné fázi.

U operačních zesilovačů používáme tyto základní obvody:

- obvody pro nastavení klidového pracovního bodu - buď se používají odporové děliče, nebo se využívají kompenzační zapojení tranzistorů.

- obvody pro potlačení driftů a soufázových složek diferenciálních vstupů.

Na vstupech operačních zesilovačů se používají diferenciální zesilovače. To je takové zapojení tranzistorů, které umožní získat na výstupu signál úměrný rozdílu dvou vstupních signálů. Základní uspořádání symetrického diferenciálního zesilovače:

Základní uspořádání náhradní obvod difer. zesil.

Zapojení se skládá ze dvou tranzistorů (předpokládáme se stejnými charakteristikami), vázanými společným emitorovým obvodem Rg. Pracovní body tranzistorů jsou nastaveny tak, aby oba tranzistory byly ve vodivém stavu. Bez vstupních napětí jsou klidové proudy obou tranzistorů stejné, na kolektorových odporech jsou stejná napětí a výstupní napětí Ua = 0.

U zapojení rozlišujeme dva případy:

1) zesílení rozdílového signálu

2) zesílení součtového signálu

Součtové vstupní napětí vzniká v důsledku nesymetrie na společném emitorovém obvodu Rg. Indexy u zesílení jsou odvozeny z anglického názvosloví (d = differential mode, c = common mode).

Měřítkem jakosti rozdílového zesilovače je tzv. činitel potlačení součtového signálu, který je dán vztahem , udává se v dB a čím je hodnota H větší, tím je zesilovač kvalitnější.

Výsledné napětí diferenciálního zesilovače je dáno vztahem

Druhý člen v rovnici je nežádoucí a lze odvodit, že je nepřímo úměrný společnému odporu Rg. Proto se nahrazuje tento odpor zdrojem proudu, vytvářeným tranzistorem s konstantním proudem v bázi, který se chová jako dynamický odpor 1/h22e. Příklad zapojení takového rozdílového zesilovače je uveden na obr., kde diody D1, D2 slouží k tepelné kompenzaci napětí UBE, které je teplotně závislé.

Základní zapojení operačních zesilovačů

Základní zapojení operačních zesilovačů se dělí na invertující zapojení a neinvertující zapojení.

Invertující zapojení :

Předpokládejme ideální operační zesilovač, tj. zesilovač s Au → ∞,