Orbis pictus21. století

Tato prezentace byla vytvořenav rámci projektu

Operační zesilovačeOperační zesilovače

OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-016 OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-016

Operační zesilovače Operační zesilovače Operační zesilovače jsou moderní elektronické součástky. Operační zesilovače jsou moderní elektronické součástky.

Původně se používaly v analogových počítačích pro realizaci Původně se používaly v analogových počítačích pro realizaci matematických operací. matematických operací.

Rozvojem polovodičové techniky, zvláště pak monolitických Rozvojem polovodičové techniky, zvláště pak monolitických integrovaných obvodů, se jejich použití rozšířilo i do měřící, integrovaných obvodů, se jejich použití rozšířilo i do měřící, řídící a sdělovací techniky a elekktroakustiky. řídící a sdělovací techniky a elekktroakustiky.

Používají se jako zesilovače, tvarovače impulsů, generátory Používají se jako zesilovače, tvarovače impulsů, generátory kmitů různých průběhů atd. kmitů různých průběhů atd.

Operační zesilovač je v podstatě stejnosměrně vázaný Operační zesilovač je v podstatě stejnosměrně vázaný diferenční zesilovač s velkým zesílením. diferenční zesilovač s velkým zesílením.

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Charakteristickými vlastnostmi operačního zesilovače jsou:Charakteristickými vlastnostmi operačního zesilovače jsou:

velký vstupní odpor (řádu megaohmů), velký vstupní odpor (řádu megaohmů), malý výstupní odpor (řádu jednotek až stovek ohmů), malý výstupní odpor (řádu jednotek až stovek ohmů), velké napěťové zesílení (řádově miliony), velké napěťové zesílení (řádově miliony), velká stabilita, velká stabilita, malý vlastní zaručený šum, malý vlastní zaručený šum, poměrně velká šířka přenášeného pásma, poměrně velká šířka přenášeného pásma, malé kolísání výstupního napětí v závislosti na teplotě, času a malé kolísání výstupního napětí v závislosti na teplotě, času a

změně napájecího napětí. změně napájecího napětí.

Operační zesilovačeOperační zesilovače Operační zesilovač pracuje se smyčkou zpětné vazby Operační zesilovač pracuje se smyčkou zpětné vazby

(většinou záporné). Zesílení je určováno především (většinou záporné). Zesílení je určováno především zpětnovazebním přenosem této smyčky. Podmínkou je, aby zpětnovazebním přenosem této smyčky. Podmínkou je, aby zesílení bez vazby bylo alespoň o řád větší než s uzavřenou zesílení bez vazby bylo alespoň o řád větší než s uzavřenou smyčkou zpětné vazby.smyčkou zpětné vazby.

Většina operačních zesilovačů má diferenciální (rozdílový) Většina operačních zesilovačů má diferenciální (rozdílový) vstup, asymetrický výstup a napájení ze symetrického zdroje, vstup, asymetrický výstup a napájení ze symetrického zdroje, kterým jsou obvykle zcela automaticky zajištěny stejnosměrné kterým jsou obvykle zcela automaticky zajištěny stejnosměrné vlastnosti a pracovní bod obvodu. vlastnosti a pracovní bod obvodu.

Přenosové vlastnosti operačních zesilovačů jsou určeny Přenosové vlastnosti operačních zesilovačů jsou určeny použitým druhem zpětné vazby. použitým druhem zpětné vazby.

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Operační zesilovač lze zapojit třemi základními způsoby:Operační zesilovač lze zapojit třemi základními způsoby:

invertující zesilovač, který obrací fázi na výstupu o 180invertující zesilovač, který obrací fázi na výstupu o 180 proti proti vstupuvstupu

invertující zesilovač, kde je výstupní napětí ve fázi se invertující zesilovač, kde je výstupní napětí ve fázi se vstupním napětímvstupním napětím

diferenciální (rozdílový) zesilovač, kde výstupní napětí je diferenciální (rozdílový) zesilovač, kde výstupní napětí je součinem rozdílu obou napětí a napěťového zesílenísoučinem rozdílu obou napětí a napěťového zesílení

Pro kreslení operačního zesilovače byl v praxi zaveden symbol Pro kreslení operačního zesilovače byl v praxi zaveden symbol podle obr.1. podle obr.1.

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Obr.1 Schematická značka operačního zesilovače

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Pro invertující zesilovač na obr. 2 platí základní vztahPro invertující zesilovač na obr. 2 platí základní vztah

kde Rkde R11 a R a R22 jsou odpory zpětnovazební smyčky, jsou odpory zpětnovazební smyčky,

UU11 je vstupní napětí a U je vstupní napětí a U22 je výstupní napětí. je výstupní napětí.

Vstupní odpor invertujícího zesilovače se přibližně rovná Vstupní odpor invertujícího zesilovače se přibližně rovná odporu Rodporu R11. .

1

2

1

2

R

R

U

UAu

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Obr. 2 Invertující zesilovač

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Obr. 3 Neinvertující zesilovač

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Pro neinvertující zesilovač na obr. 3 platí základní vztahPro neinvertující zesilovač na obr. 3 platí základní vztah

kdekde UU11 je vstupní napětí, je vstupní napětí,

UU22 je výstupní napětí, je výstupní napětí,

RR11 a R a R22 jsou odpory zpětnovazební smyčky. jsou odpory zpětnovazební smyčky.

1

21

1

2

R

RR

U

UAu

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Obr.4 Diferenciální zesilovač

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Pro diferenciální zesilovač na obr. 4 platí základní vztahPro diferenciální zesilovač na obr. 4 platí základní vztah

kdekde UU111 a U a U1

2 jsou vstupní napětí, jsou vstupní napětí,

UU22 je výstupní napětí, je výstupní napětí,

RR11 a R a R22 jsou odpory ve zpětnovazební větvi. jsou odpory ve zpětnovazební větvi.

11

211

212 )( U

R

RUUU

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Operační zesilovače dnes vyrábí mnoho výrobců. Operační zesilovače dnes vyrábí mnoho výrobců.

Údaje o konkretních hodnotách jednotlivých parametrů Údaje o konkretních hodnotách jednotlivých parametrů jednotlivých typů operačních zesilovačů můžeme najít jednotlivých typů operačních zesilovačů můžeme najít v příslušné dokumentaci k danému operačnímu zesilovači (v v příslušné dokumentaci k danému operačnímu zesilovači (v katalogových listech operačního zesilovače). katalogových listech operačního zesilovače).

Vyrábějí se v provedení jak s bipolárními tak i s unipolárními Vyrábějí se v provedení jak s bipolárními tak i s unipolárními tranzistory. tranzistory.

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Operační zesilovačeOperační zesilovače můžeme rozdělit na: můžeme rozdělit na:

Univerzální operační zesilovačeUniverzální operační zesilovače Přístrojové operační zesilovačePřístrojové operační zesilovače Širokopásmové a rychlé operační zesilovače Širokopásmové a rychlé operační zesilovače Operační zesilovače pro velká výstupní napětíOperační zesilovače pro velká výstupní napětí Speciální operační zesilovače Speciální operační zesilovače

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Univerzální operační zesilovačeUniverzální operační zesilovače – jsou určeny pro běžné – jsou určeny pro běžné použití v zařízeních, na které nejsou kladeny nadměrné použití v zařízeních, na které nejsou kladeny nadměrné požadavky ohledně kvality. požadavky ohledně kvality.

Jejich parametry lze označit jako průměrné. Jejich parametry lze označit jako průměrné.

Patří sem např. zesilovače MAA 741, MAA 748, MAC 155, Patří sem např. zesilovače MAA 741, MAA 748, MAC 155, LM 301A a další.LM 301A a další.

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Přístrojové operační zesilovačePřístrojové operační zesilovače – jsou určeny pro měření – jsou určeny pro měření malých napětí, mají velké zesílení a malé zbytkové napětí. malých napětí, mají velké zesílení a malé zbytkové napětí.

Jsou na ně kladeny velké nároky i ohledně časové stability Jsou na ně kladeny velké nároky i ohledně časové stability parametrů. parametrů.

Používají se v měřící technice. Používají se v měřící technice.

Do této skupiny patří např. zesilovače WSH 526, WSH 527, Do této skupiny patří např. zesilovače WSH 526, WSH 527, WSH 530, HA 2905, AD 515L a další.WSH 530, HA 2905, AD 515L a další.

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Širokopásmové a rychlé operační zesilovačeŠirokopásmové a rychlé operační zesilovače – jsou určeny – jsou určeny ke zpracování vysokých frekvencí (20 až 700 MHz) a impulsů, ke zpracování vysokých frekvencí (20 až 700 MHz) a impulsů, mají vysoký mezní kmitočet. mají vysoký mezní kmitočet.

Do této skupiny patří např. zesilovače MAC 157, WSH 115, Do této skupiny patří např. zesilovače MAC 157, WSH 115, WSH 217, CA 3100, HA 2525 a další.WSH 217, CA 3100, HA 2525 a další.

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Operační zesilovače pro velká výstupní napětíOperační zesilovače pro velká výstupní napětí – umožňují – umožňují dosáhnout na výstupu napětí až stovek voltů dosáhnout na výstupu napětí až stovek voltů (30 až 150 V), (30 až 150 V), ostatní parametry odpovídají univerzálním operačním ostatní parametry odpovídají univerzálním operačním zesilovačům. zesilovačům.

Do této skupiny patří např. zesilovač LM 344. Do této skupiny patří např. zesilovač LM 344.

Operační zesilovačeOperační zesilovače

Speciální operační zesilovačeSpeciální operační zesilovače – do této skupiny patří tzv. – do této skupiny patří tzv. mikropříkonové, které se vyznačují velmi malou spotřebou. mikropříkonové, které se vyznačují velmi malou spotřebou.

Dále sem patří operační zesilovače jejichž výstupní výkon je Dále sem patří operační zesilovače jejichž výstupní výkon je větší než 1 W a výstupní proud je větší než 100 mA. větší než 1 W a výstupní proud je větší než 100 mA.

Do této skupiny patří např. zesilovače MDA 2020, TDA 2030, Do této skupiny patří např. zesilovače MDA 2020, TDA 2030, TDA 2040, LM 380 a další. TDA 2040, LM 380 a další.

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

Ing. Ladislav JančaříkIng. Ladislav Jančařík

LiteraturaLiteratura

J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989SNTL Praha 1989

M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002