Operační zesilovač (Op-Amp) je široce používán v elektronice a mikroobvodech. Má vynikající technické vlastnosti (TC) pro zesilování signálů. Pro pochopení použití op-ampérů je nutné znát jejich princip činnosti, schéma zapojení a základní TC.
Co je operační zesilovač
Op-amp je integrovaný obvod (IC), jehož hlavním účelem je zesílení stejnosměrné hodnoty. Má pouze jeden výstup, který se nazývá diferenciální výstup. Tento výstup má vysoký činitel zesílení signálu (CU). Optické zesilovače se používají hlavně k sestavování obvodů se zápornou zpětnou vazbou (NF), která určuje Q původního obvodu během hlavního zesílení TC. Optické zesilovače se používají nejen jako jednotlivé integrované obvody, ale také v různých blocích složitých zařízení.
Optické zesilovače mají 2 vstupy a 1 výstup a také výstupy pro připojení napájecího zdroje (PSU). Princip činnosti operačního zesilovače je jednoduchý. Základem jsou 2 pravidla. Pravidla popisují jednoduché procesy, které v optickém zesilovači probíhají, a to, jak optický zesilovač funguje, je jasné i pro hlupáky. Na výstupu je rozdíl napětí (U) 0 a vstupy op-ampu neodebírají téměř žádný proud (I). Jeden vstup se nazývá neinvertující (V+) a druhý invertující (V-). Kromě toho mají vstupy DUT vysoký odpor (R) a nespotřebovávají téměř žádný I.
Čip porovnává hodnoty U vstupů a výstupní signál předzesiluje. Op-amp má vysokou hodnotu až 1000000. Pokud se na vstupu vyskytne nízká hodnota U, je možné na výstupu získat hodnotu rovnou napájecímu napětí U (Uip). Pokud je U na vstupu V+ větší než V-, výstup bude mít maximální kladnou hodnotu. Pokud je na invertující vstup přivedeno kladné U, výstup bude mít maximální zápornou hodnotu napětí.
Základním požadavkem pro provoz DSP je použití dvoupólového napájení. Je možné použít unipolární napájení, ale to značně omezí možnosti DSP. Pokud použijete baterii a kladnou stranu baterie vezmete jako 0, měření ukáže 1,5 V. Pokud vezmete 2 baterie a zapojíte je do série, dojde ke sčítání U, tj. zařízení bude ukazovat 3 V.
Vezmete-li mínusový vodič baterie jako nulu, přístroj ukáže 3 V. V opačném případě, pokud vezmete plusový vodič jako 0, bude ukazovat -3 V. Pokud použijete bod mezi oběma bateriemi jako nulu, získáte primitivní bipolární zdroj. Jediný způsob, jak zkontrolovat, zda DUT funguje správně, je připojit jej k obvodu.
Typy a symboly na obvodu
S rozvojem elektrických obvodů se operační zesilovače neustále zdokonalují a objevují se nové modely.
Rozdělují se podle způsobu použití:
- Průmyslové - levná varianta.
- Presynchronní (přesné měřicí zařízení).
- Elektrometrické (nízká hodnota Iin).
- Napájení z mikrozdrojů (napájení s nízkou hodnotou I).
- Programovatelné (proudy se nastavují pomocí I externí).
- Výkonný nebo vysokoproudý (spotřebiteli poskytuje vyšší hodnotu I).
- Nízké napětí (pracuje při U<3 V).
- Vysoké napětí (určeno pro vysoké hodnoty U).
- Rychlé působení (vysoká rychlost posunu a frekvence zesílení).
- Typ s nízkou hlučností.
- Typ zvuku (nízké harmonické zkreslení).
- Pro bipolární a unipolární typ napájení.
- Rozdílový typ (schopný měřit nízké U s vysokým rušením). Používá se u šuntů.
- Volně prodejné zesilovací stupně.
- Specializované.
Optické zesilovače se dělí na 2 typy podle vstupních signálů:
- Se 2 vstupy.
- Se 3 vstupy. Třetí vstup slouží k rozšíření funkcí. Má vnitřní zpětnou vazbu.
Zapojení operačního zesilovače je poměrně složité a nemá smysl ho vyrábět a radioamatér potřebuje znát pouze správné zapojení operačního zesilovače, ale k tomu musí znát přiřazení vývodů.
Hlavní označení pinů IC jsou následující:
- V+ - neinvertující vstup.
- V- - Invertující vstup.
- Vout je výstup.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) je plusová svorka napájecího zdroje.
- Vs- (Vss, Vee, Vcc-) je mínusová svorka napájecího zdroje.
Prakticky každý optický zesilovač je vybaven 5 vývody. Některé modely však nemusí mít V-. Existují modely s dalšími výstupy, které rozšiřují možnosti DT.
Napájecí vodiče není třeba označovat, protože to zvyšuje čitelnost obvodu. Napájecí vodič z kladné svorky nebo pólu zdroje je umístěn v horní části obvodu.
Hlavní funkce
DUT, stejně jako ostatní rádiové komponenty, mají TC, které lze rozdělit na typy:
- Zesílení.
- Vstupní údaje.
- Výstup.
- Výkon.
- Drift.
- Frekvence.
- Zisk.
Zesílení je hlavní charakteristikou optického zesilovače. Je charakterizován poměrem výstupního a vstupního signálu. Označuje se také jako amplitudový nebo přenosový TC, který je znázorněn jako graf závislosti. Vstupní veličiny zahrnují všechny vstupní veličiny pro optický zesilovač: Rin, offsetový (Icm) a offsetový (Iin) proud, drift a maximální vstupní diferenciál U (Udifmax).
Icm se používá pro provoz optického zesilovače na vstupech. Iinx je potřebný pro provoz vstupního stupně op-ampu. Posun Iinh je rozdíl Icm pro 2 vstupní polovodiče DUT.
Při sestavování obvodů je třeba při zapojování rezistorů brát v úvahu tato I. Pokud se Iinx nezohlední, může vzniknout diferenciální U, což povede k nesprávné činnosti op-ampu.
Udifmax je U, které je aplikováno mezi vstupy op-ampu. Jeho hodnota charakterizuje vyloučení poškození polovodičů diferenciálního stupně.
Pro spolehlivou ochranu jsou mezi vstupy op-ampu zapojeny 2 diody a stabilizátor v protiparalelním zapojení. Diferenciální vstup R je charakterizován hodnotou R mezi oběma vstupy a vstup R se společným režimem je hodnota mezi 2 vstupy DT, které jsou propojeny, a hmotou (zemí). Výstupními parametry DUT jsou výstup R (Rout), maximální výstup U a I. Parametr R out by měl mít menší hodnotu, aby se dosáhlo nejlepších charakteristik zesílení.
Pro dosažení malého Rew je třeba použít opakovač záření. I Out se změní na sběrač I. Výkonové TC se vyhodnocují podle maximálního výkonu odebíraného optickým zesilovačem. Příčinou nesprávné činnosti op-ampu je rozptyl TC polovodičů diferenciálního zesilovacího stupně, který závisí na teplotních charakteristikách (teplotní drift). Frekvenční parametry Op-Amp jsou základní. Přispívají k zesílení harmonických a pulzních signálů (rychlá odezva).
V integrovaných obvodech pro všeobecné i speciální použití je obsažen kondenzátor, který zabraňuje generování vysokofrekvenčních signálů. Při nízkých frekvencích mají obvody vysoký činitel C bez zpětné vazby (OC). V případě OC se používá neinvertující spínání. Kromě toho se v některých případech, například při konstrukci invertujícího zesilovače, nepoužívá žádný OC. Kromě toho mají op-ampéry dynamické vlastnosti:
- Rychlost posuvu Uvs (SN Uvs).
- Doba nastavení Uv (odezva op-ampu při náběhu U).
Kde použít
Existují 2 typy obvodů Op-Amp, které se liší způsobem zapojení. Hlavní nevýhodou optických zesilovačů je proměnlivost Q v závislosti na režimu provozu. Hlavní oblastí použití jsou zesilovače: invertující (IU) a neinvertující (NIU). V obvodu LUT se Q na U nastavuje pomocí rezistorů (signál musí být přiveden na vstup). Optický zesilovač obsahuje sériový optický zesilovač. Toto připojení je provedeno k jednomu z rezistorů. Používá se pouze pro V-.
V DUT jsou signály fázově posunuty. Pro změnu znaménka záporného výstupního napětí je nutná paralelní operace s U. Vstup, který je neinvertující, musí být uzemněn. Vstupní signál je přiveden na invertující vstup přes rezistor. Pokud neinvertující vstup přejde na zem, je rozdíl U mezi vstupy Op-Amp roven 0.
Je možné rozlišit zařízení, ve kterých se DUT používají:
- Předzesilovače.
- Zesilovače zvukových a obrazových frekvenčních signálů.
- U komparátorů.
- Difuzory.
- Odlišnosti.
- Integrátory.
- Filtrační prvky.
- usměrňovače (lepší přesnost výstupních parametrů).
- U a I stabilizátory.
- Analogové kalkulačky.
- ADC (analogově-digitální převodníky).
- DAC (digitálně analogové převodníky).
- Zařízení pro generování různých signálů.
- Výpočetní technika.
Operační zesilovače a jejich aplikace se rozšířily v různých přístrojích.
Související články:
