Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Operační zesilovače OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-016

3. Operační zesilovače • Operační zesilovače jsou moderní elektronické součástky. Původně se používaly v analogových počítačích pro realizaci matematických operací. • Rozvojem polovodičové techniky, zvláště pak monolitických integrovaných obvodů, se jejich použití rozšířilo i do měřící, řídící a sdělovací techniky a elekktroakustiky. • Používají se jako zesilovače, tvarovače impulsů, generátory kmitů různých průběhů atd. • Operační zesilovač je v podstatě stejnosměrně vázaný diferenční zesilovač s velkým zesílením.

4. Operační zesilovače • Charakteristickými vlastnostmi operačního zesilovače jsou: • velký vstupní odpor (řádu megaohmů), • malý výstupní odpor (řádu jednotek až stovek ohmů), • velké napěťové zesílení (řádově miliony), • velká stabilita, • malý vlastní zaručený šum, • poměrně velká šířka přenášeného pásma, • malé kolísání výstupního napětí v závislosti na teplotě, času a změně napájecího napětí.

5. Operační zesilovače • Operační zesilovač pracuje se smyčkou zpětné vazby (většinou záporné). Zesílení je určováno především zpětnovazebním přenosem této smyčky. Podmínkou je, aby zesílení bez vazby bylo alespoň o řád větší než s uzavřenou smyčkou zpětné vazby. • Většina operačních zesilovačů má diferenciální (rozdílový) vstup, asymetrický výstup a napájení ze symetrického zdroje, kterým jsou obvykle zcela automaticky zajištěny stejnosměrné vlastnosti a pracovní bod obvodu. • Přenosové vlastnosti operačních zesilovačů jsou určeny použitým druhem zpětné vazby.

6. Operační zesilovače Operační zesilovač lze zapojit třemi základními způsoby: • invertující zesilovač, který obrací fázi na výstupu o 180 proti vstupu • invertující zesilovač, kde je výstupní napětí ve fázi se vstupním napětím • diferenciální (rozdílový) zesilovač, kde výstupní napětí je součinem rozdílu obou napětí a napěťového zesílení • Pro kreslení operačního zesilovače byl v praxi zaveden symbol podle obr.1.

7. Operační zesilovače Obr.1 Schematická značka operačního zesilovače

8. Operační zesilovače • Pro invertující zesilovač na obr. 2 platí základní vztah • kde R1 a R2 jsou odpory zpětnovazební smyčky, • U1 je vstupní napětí a U2 je výstupní napětí. • Vstupní odpor invertujícího zesilovače se přibližně rovná odporu R1.

9. Operační zesilovače Obr. 2 Invertující zesilovač

10. Operační zesilovače Obr. 3 Neinvertující zesilovač

11. Operační zesilovače • Pro neinvertující zesilovač na obr. 3 platí základní vztah • kde U1 je vstupní napětí, • U2 je výstupní napětí, • R1 a R2 jsou odpory zpětnovazební smyčky.

12. Operační zesilovače Obr.4 Diferenciální zesilovač

13. Operační zesilovače • Pro diferenciální zesilovač na obr. 4 platí základní vztah • kde U11 a U12 jsou vstupní napětí, • U2 je výstupní napětí, • R1 a R2 jsou odpory ve zpětnovazební větvi.

14. Operační zesilovače • Operační zesilovače dnes vyrábí mnoho výrobců. • Údaje o konkretních hodnotách jednotlivých parametrů jednotlivých typů operačních zesilovačů můžeme najít v příslušné dokumentaci k danému operačnímu zesilovači (v katalogových listech operačního zesilovače). • Vyrábějí se v provedení jak s bipolárními tak i s unipolárními tranzistory.

15. Operační zesilovače • Operační zesilovače můžeme rozdělit na: • Univerzální operační zesilovače • Přístrojové operační zesilovače • Širokopásmové a rychlé operační zesilovače • Operační zesilovače pro velká výstupní napětí • Speciální operační zesilovače

16. Operační zesilovače • Univerzální operační zesilovače– jsou určeny pro běžné použití v zařízeních, na které nejsou kladeny nadměrné požadavky ohledně kvality. • Jejich parametry lze označit jako průměrné. • Patří sem např. zesilovače MAA 741, MAA 748, MAC 155, LM 301A a další.

17. Operační zesilovače • Přístrojové operační zesilovače– jsou určeny pro měření malých napětí, mají velké zesílení a malé zbytkové napětí. • Jsou na ně kladeny velké nároky i ohledně časové stability parametrů. • Používají se v měřící technice. • Do této skupiny patří např. zesilovače WSH 526, WSH 527, WSH 530, HA 2905, AD 515L a další.

18. Operační zesilovače • Širokopásmové a rychlé operační zesilovače– jsou určeny ke zpracování vysokých frekvencí (20 až 700 MHz) a impulsů, mají vysoký mezní kmitočet. • Do této skupiny patří např. zesilovače MAC 157, WSH 115, WSH 217, CA 3100, HA 2525 a další.

19. Operační zesilovače • Operační zesilovače pro velká výstupní napětí– umožňují dosáhnout na výstupu napětí až stovek voltů (30 až 150 V), ostatní parametry odpovídají univerzálním operačním zesilovačům. • Do této skupiny patří např. zesilovač LM 344.

20. Operační zesilovače • Speciální operační zesilovače– do této skupiny patří tzv. mikropříkonové, které se vyznačují velmi malou spotřebou. • Dále sem patří operační zesilovače jejichž výstupní výkon je větší než 1 W a výstupní proud je větší než 100 mA. • Do této skupiny patří např. zesilovače MDA 2020, TDA 2030, TDA 2040, LM 380 a další.

21. Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

22. Literatura • J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika prosilnoproudé obory, SNTL Praha 1989 • M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002