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. Wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego jest uzależnione od konkretnego modelu, dlatego przed dokonaniem wyboru, należy zapoznać się z opisem technicznym. Kolejnymi istotnymi kwestiami są napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego (na wyjściu wzmacniacza), pasmo przenoszenia, obudowa i klasa. Warto również zapoznać się informacjami opisującymi napięcia wejściowe i napięcie różnicowe (czyli różnica napięć wejściowych).
Czym jeszcze wyróżniają się wzmacniacz operacyjne?
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. Na wejściach wzmacniacza są dwa typu sygnałów – napięcie dodatnie, nieodwracające i ujemne, odwracające.
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 (czyli ujemne sprzężenie zwrotne). 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 wzmacniacza 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.
Wzmacniacze operacyjne - FAQ
