Transcript Operační zesilovače
Slide 1
Tato prezentace byla vytvořena
v rámci projektu
Orbis pictus
21. století
Slide 2
Operační zesilovače
OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-016
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 7
Operační zesilovače
Obr.1 Schematická značka operačního zesilovače
Slide 8
Operační zesilovače
Pro invertující zesilovač na obr. 2 platí základní vztah
Au
U2
U1
R2
R1
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.
Slide 9
Operační zesilovače
Obr. 2 Invertující zesilovač
Slide 10
Operační zesilovače
Obr. 3 Neinvertující zesilovač
Slide 11
Operační zesilovače
Pro neinvertující zesilovač na obr. 3 platí základní vztah
Au
U2
U1
R1 R 2
R1
kde U1 je vstupní napětí,
U2 je výstupní napětí,
R1 a R2 jsou odpory zpětnovazební smyčky.
Slide 12
Operační zesilovače
Obr.4 Diferenciální zesilovač
Slide 13
Operační zesilovače
Pro diferenciální zesilovač na obr. 4 platí základní vztah
2
1
U 2 (U 1 U 1 )
R2
R1
U 1
kde U11 a U12 jsou vstupní napětí,
U2 je výstupní napětí,
R1 a R2 jsou odpory ve zpětnovazební větvi.
Slide 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.
Slide 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
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 21
Děkuji
za pozornost
Ing. Ladislav Jančařík
Slide 22
Literatura
J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory,
SNTL Praha 1989
M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002
Tato prezentace byla vytvořena
v rámci projektu
Orbis pictus
21. století
Slide 2
Operační zesilovače
OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-016
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 7
Operační zesilovače
Obr.1 Schematická značka operačního zesilovače
Slide 8
Operační zesilovače
Pro invertující zesilovač na obr. 2 platí základní vztah
Au
U2
U1
R2
R1
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.
Slide 9
Operační zesilovače
Obr. 2 Invertující zesilovač
Slide 10
Operační zesilovače
Obr. 3 Neinvertující zesilovač
Slide 11
Operační zesilovače
Pro neinvertující zesilovač na obr. 3 platí základní vztah
Au
U2
U1
R1 R 2
R1
kde U1 je vstupní napětí,
U2 je výstupní napětí,
R1 a R2 jsou odpory zpětnovazební smyčky.
Slide 12
Operační zesilovače
Obr.4 Diferenciální zesilovač
Slide 13
Operační zesilovače
Pro diferenciální zesilovač na obr. 4 platí základní vztah
2
1
U 2 (U 1 U 1 )
R2
R1
U 1
kde U11 a U12 jsou vstupní napětí,
U2 je výstupní napětí,
R1 a R2 jsou odpory ve zpětnovazební větvi.
Slide 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.
Slide 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
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 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.
Slide 21
Děkuji
za pozornost
Ing. Ladislav Jančařík
Slide 22
Literatura
J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory,
SNTL Praha 1989
M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002