Téma č. 14 - Operační zesilovače

OPERAČNÍ ZESILOVAČ je stejnosměrný analogový prvek s velkým zesílením signálu. Protože je OZ ovládán napětím, tudíž vstupy neodebírají téměř žádný proud. Má 2 vstupy a jedn výstup + další vstupy pro napájení

Schéma OZ a popis vývodů:

Vlastnosti ideálního OZ:

• Nekonečně velký vstupní odpor

• Nulový výstupní odpor

• Nekonečná šířka pásma (zesiluje od nulové do nekonečné frekvence)

• Nekonečně velké napěťové zesílení

• Nulový šum

Invertující zapojení OZ:

OZ se snaží dosáhnout stejného napětí na svých vstupech. Protože je na +vstupu nulové napětí, musí mít výstup opačné napětí, aby to vyrovnal.

Neinvertující zapojení OZ:

Rezistory R1 a R2 tvoří napěťový dělič. Na +vstupu máme určité napětí a na –vstupu máme také napětí, ale menší. OZ tedy bude napětí zvyšovat tak dlouho, dokud nebudou obě napětí stejná. To se povede, pokud napětí na výstupu bude větší než na +vstupu.

Zapojení součtového OZ:

Všechny rezistory jsou připojeny k invertujícímu vstupu, proto se součet proudů všech vstupů musí rovnat proudu procházejícímu zpětnovazebním rezistorem Rzp. Kompenzační rezistor Rkomp je nutný pro kompenzaci proudové nesymetrie vstupů. Jeho hodnotu vypočítáme jako paralelní spojení všech sčítacích rezistorů. Napěťové zesílení je dáno poměrem Rzp a rezistorem příslušného vstupu.

Zapojení rozdílového OZ:

Toto zapojení vzniká kombinací invertujícího a neinvertujícího vstupu OZ a využívá se k zjištění a zesílení rozdílu dvou signálů.
Musíme zjistit napětí U11 a U12, jakmile je známe, vypočítáme pomocí vztahu U2:

R2/R1 * (U12 - U11)

Zapojení integračního OZ:

integrační člen má v negativní zpětné vazbě kondenzátor CK

veškeré proudy tečou do kondenzátoru CK

tyto integrované obvody se používají např. jako zdroje pilových kmitů, a jako digitálně – analogové převodníky.

Zapojení derivačního OZ:

derivační člen má na vstupu kondenzátor CE

kondenzátorem CE protéká proud jen při měnícím se vstupním napětí UE

zapojení zdůrazňuje vyšší kmitočty

fázový posun vede k nestabilitě → lze vyřešit přidáním R a C

slouží např. jako generátor jehlových kmitů pro zapalování tyristorů

Použití OZ:

OZ využijeme zejména tam, kde je potřeba dosáhnout velkého zesílení pro signál, který je stejnosměrný nebo má nízkou frekvenci. Dobře poslouží jako jednoduchý, lineární a přitom silný zesilovač k termočlánku, nebo třeba k mikrofonu.

• Předzesilovač pro hudební nástroje (Invertující/neinvertující OZ)

• Mikrofonní předzesilovač se symetrickým vstupem (Rozdílový OZ)

• Optický indikátor úrovně nf signálu

• Indikace přehřátí chladiče

• Generátor funkcí