Kategorie

Wzmacniacze operacyjne

Popularność wzmacniacza operacyjnego jako elementu konstrukcyjnego w obwodach analogowych wynika z jego wszechstronności. Używając ujemnego sprzężenia zwrotnego, zmieniając charakterystyki obwodu pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza operacyjnego, zmieniać można jego wzmocnienie, impedancję wejściową i wyjściową, szerokość pasma itd. Parametry te są określane przez zewnętrzne komponenty i zależą tylko nieznacznie od współczynników temperatury lub tolerancji konstrukcyjnych w samym wzmacniaczu operacyjnym. Z uwagi na to elementy te są uniwersalne i chętnie wykorzystywane przez projektantów systemów elektronicznych.

Wzmacniacz operacyjny – uniwersalny blok do budowy układów analogowych

Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych jako bloków obwodów znacznie upraszcza ich konstrukcję, niezależnie od tego, czy stosowane wzmacniacze są układami scalonymi, czy zestawione są z elementów dyskretnych. Dzięki temu, że w przybliżeniu można traktować wzmacniacz operacyjny, jak gdyby były idealnym wzmacniaczem różnicowym, projektowanie systemów jest proste. Dopiero na późniejszym etapie projektu dobiera się dopuszczalny zakres parametrów dla każdego wzmacniacza operacyjnego. Tego rodzaju podejście pozwala nie tylko na uproszczenie procesu projektowania urządzenia, ale także uproszczenie jego modelowania na etapie tworzenia prototypu.

Zasada działania op-ampów

Wzmacniacz operacyjny to w dużym uproszczeniu wzmacniacz napięciowy z wejściem różnicowym, sprzężonym stałoprądowo. Wejście składa się z dwóch sygnałów – dodatniego, nieodwracającego i ujemnego, odwracającego. Napięcie wyjściowe jest z kolei asymetryczne i równe różnicy pomiędzy wejściem nieodwracającym i odwracającym, wzmocnionym A-krotnie (gdzie A to wzmocnienie elementu w otwartej pętli zwrotnej). Parametr ten jest wysoki dla większości wzmacniaczy operacyjnych i wynosi często 100000 lub więcej. Układy te mogą działać również w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego. Wprowadzając w obwód pętli odpowiednie elementy, można uzyskać układy o mniejszym wzmocnieniu, elementy nieliniowe etc.

Typowe obwody pracy wzmacniaczy operacyjnych

Wzmacniacz operacyjny z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego pracować może zasadniczo w dwóch konfiguracjach – wzmacniacza nieodwracającego (z sygnałem podawanym na wejście nieodwracające - plus) i odwracającego (z sygnałem podawanym na wejście odwracające - minus). Wzmocnienie takiego układu zależne jest od elementów pętli sprzężenia zwrotnego. W pierwszym przypadku jest dodatnie, a w drugim ujemne, co powoduje przesunięcie fazy sygnału o 180 stopni – czyli jego odwrócenie. Jeżeli w pętli sprzężenia zwrotnego znajdą się elementy, takie jak kondensatory czy cewki, możliwe jest zmodyfikowanie charakterystyki częstotliwościowej pętli, a co za tym idzie całego wzmacniacza. Pozwala to na konstrukcję filtrów aktywnych z wykorzystaniem wzmacniaczy operacyjnych. Dodatkowo wyróżnia się wyspecjalizowane obwody pracy op-ampów, takie jak układy różniczkujące czy całkujące, sumatory i inne.