44357 Obraz (2550)

--X—•

Rys. 15.2. Zasada działania wzmacniacza operacyjnego

Uwzględniając wyżej wprowadzone oznaczenia, wyjściowe napięcie daje się zapisać w postaci równania:

U_w, = K₀U_r    (15.3)

Bardzo często w analizach działania układów rzeczywistych wykorzystujących wzmacniacze operacyjne stosuje się pojęcie idealnego wzmacniacza operacyjnego. Idealny wzmacniacz operacyjny charakteryzują następujące parametry:

-    współczynnik wzmocnienia w pętli otwartej K₀=>co;

-    napięcia !/„.+, U^.₊ i U*, mogą przyjmować wartości równe ± co;

-    rezystange wejść we₊ i we_ równe są co, co daje natężenie prądu płynącego do każdego z wejść równe 0;

-    rezystancja wyjściowa wzmacniacza równa jest 0;

-    natężenie prądu wejściowego może osiągać wartość ± co;

-    pasmo przenoszenia sygnału, tzn. zakres częstotliwości napięcia wejściowego, dla którego współczynnik wzmocnienia jest nie mniejszy od 0,7 K₀ (spadek wzmocnienia o 3 dB), jest nieskończenie duże, od 0 Hz (napięcie stale) do co Hz (napięcie o nieskończenie dużej częstotliwości).

Dla wzmacniacza idealnego przyjmuje się też, że inne parametry, mniej istotne dla analiz, przyjmują wartości „idealne", np. napięcie niezrównoważenia wejść równe jest 0 V.

W jakim stopniu wzmacniacze rzeczywiste odbiegają od wzmacniacza idealnego i jak wpływa to na zgodność wyników przeprowadzanych analiz z rzeczywistymi rezultatami?

Odpowiedź na tak postawione pytanie nie może być jednoznaczna. Przyczyna tkwi w tym, że wzmacniacze rzeczywiste stosowane są do różnorodnych celów. Na przykład całkowicie inne parametry charakteryzują

wzmacniacz mocy, przeznaczony do wytwarzania dużego wyjściowego natężenia prądu, który sterowany jest ze źródła o również dużej wydajności prądowej oraz wzmacniacz elektrometryczny przeznaczony do wzmacniania sygnałów ze źródła o bardzo dużej rezystancji wewnętrznej, np. ogniwa elektrochemicznego do pomiaru pH, z którego czerpany prąd powinien mieć natężenie mniejsze od 10“¹² A. W tabeli 15.1 podane są skrajne wartości parametrów wzmacniaczy rzeczywistych oraz średnie parametr> typowego, często stosowanego wzmacniacza typu jiA 741 (odpowiednik polski UCY 7741).

Tabela 15.1

Wartości parametrów rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych

Parametr	Wartość minimalna	Wartość maksymalna	Wartość dla (<A 741
Ko mi Ul jgH /„_ K m Pasmo częstotliwości Napięcia zasilające + l'„. ||i	1 W 10-*« A — l/^ + ok. | V ±10'^J A 0 Hz -S V i +5 V	10^7 V/V i® 1 A -t- Um — ok. 2 V ±3 A 10‘ Hz -30 V i +30 V (dla wzmacniaczy typowych)	10* V'V ±15 V 8 | 10‘* A ±13 V ±25 i 10"^1 A 3 Hz -15 V i +15 V

Porównując dane w tabeli z parametrami wzmacniacza idealnego, widać że w skrajnych przypadkach mocno różnią się między sobą zakresy napięć wejściowych i wyjściowych, prąd wyjściowy czy też pasmo przenoszenia. Dla innych parametrów, np. współczynnika K₀, prądów wejściowych, różnice te nie są aż tak duże. Do szczegółowego znaczenia tych różnic wracać będziemy przy omawianiu konkretnych zastosowań wzmacniaczy operacyjnych.

Dodatkowego wyjaśnienia wymagają jeszcze pojęcia „wejście nieodwracające” (we₊) i „wejście odwracające” (we_) wzmacniacza. Załóżmy, że wejście we_ jest uziemione, zaś do wejścia we₊ doprowadzamy sygnał, tak jak to jest przedstawione na rys. 15.2. Na rysunku tym przedstawiony jest też sygnał wyjściowy, którego znak napięcia jest taki sam jak znak napięcia wejściowego. Z kolei na rys. 15.3 przedstawiona jest sytuacja odwrotna - uziemione jest we₊, zaś sygnał wejściowy doprowadzony jest do we_. Jak widać, w tym przypadku znak napięcia wyjściowego jest przeciwny do znaku napięcia wejściowego. W przypadku napięcia sinusoidalnego odpowiada to przesunięciu faz obydwu sygnałów o n (180°), co nazywane jest zwyczajowo odwróceniem fazy sygnału.