8. Wzmacniacze operacyjne: właściwości i zastosowania.

Nazwa wzmacniacz operacyjny dotyczyła początkowo układów wzmacniających stosowanych w elektronicznych maszynach analogowych, wykonując operacje matematyczne typu: dodawanie, odejmowanie, całkowanie, różniczkowanie. Obecnie pojęcie to odnosi się do wzmacniaczy przeważnie o sprzężeniu bezpośrednim, dużym wzmocnieniu i z reguły przeznaczonych do pracy w zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego. Głównie zewnętrzny obwód sprzężenia zwrotnego, decyduje o właściwościach całego układu. Większość obecnie produkowanych wzmacniaczy operacyjnych ma wejście symetryczne (różnicowe) oraz niesymetryczne wyjście.

We1 oznaczone minusem , jest wejściem odwracającym (inwersyjnym), a wejście We2, oznaczone plusem - wejściem nie odwracającym (nieinwersyjnym).

Jeżeli do wejścia odwracającego zostanie doprowadzone napięcie sinusoidalne, to przesunięcie fazowe między sygnałami wejściowym i wyjściowym będzie równe 180°. Przy doprowadzeniu tego samego napięcia do wejścia nieinwersyjnego przesunięcie wyniesie zero. Ważną właściwością wzmacniacza operacyjnego jest to, że gdy do obu wejść zostaną doprowadzone dwa identyczne sygnały, to sygnał na wyjściu powinien być równy zeru.

Idealny wzmacniacz operacyjny powinien charakteryzować się:

· nieskończenie dużym wzmocnieniem napięciowym,

· nieskończenie dużą impedancją wejściową,

· zerową impedancją wyjściową,

· nieskończenie szerokim pasmem przenoszenia częstotliwości,

· nieskończenie dużym zakresem dynamicznym sygnału.

Ze względu na dużą rezystancję wejściową wzmacniacz operacyjny nie stanowi obciążenia dla źródła sygnału. Ponieważ charakteryzuje się wielkim wzmocnieniem napięciowym zakres pracy liniowej jest niewielki, dlatego układy tego typu są przeznaczone do pracy z zewnętrznym sprzężeniem zwrotnym, na ogół ujemnym sprzężeniem zwrotnym (dalej zostanie szczegółowo omówione).

Wzmocnienie układu z pętlą sprzężenia zwrotnego dane jest wzorem:

Konfiguracje

Wzmacniacz odwracający

Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza odwracającego wynosi

Wzmacniacz nieodwracający

Wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego dane jest wzorem

Wtórnik napięciowy

Wtórnik napięciowy jest specjalnym przypadkiem wzmacniacza nieodwracającego, w którym
, co powoduje, że wzmocnienie napięciowe układu jest równe 1. Ponieważ rezystancja wejściowa wtórnika jest bardzo duża, to układy te są stosowane w celu odseparowania źródła sygnału od odbiornika.

Konwerter prąd-napięcie

Wzmacniacz sumujący

Wzmacniacz odejmujący

Wzmacniacz różniczkujący Wzmacniacz całkujący

---