Skąd wzięła się właśnie taka nazwa? – Wzmacniacze operacyjne są urządzeniami liniowymi o niemal idealnych właściwościach wzmacniających sygnał. Mają wysoką rezystancję wejściową, a niską rezystancję wyjściową, co za tym idzie, możliwe jest uzyskanie ogromnego wzmocnienia napięciowego. Wzmacniacze operacyjne są przystosowane do pracy z zewnętrznymi elementami pętli sprzężenia zwrotnego takimi jak rezystory i kondensatory. Tak jak te pierwsze są odpowiedzialne typowo za wzmacnianie sygnału, tak użycie kondensatorów pozwala na wykorzystanie wzmacniaczy operacyjnych w niektórych zadaniach matematycznych
Wzmacniacze Operacyjne – Konfiguracje
Wzmacniacz może pracować w układzie rezystancyjnej bądź pojemnościowej pętli sprzężenia zwrotnego, co pozwala na uzyskanie konkretnych działań matematycznych. Za nie natomiast odpowiedzialne konkretne rodzaje wzmacniaczy:
– Różnicowy ( Jest najbardziej zbliżony do standardowego wzmacniacza operacyjnego )
– Sumujący
– Całkujący
Wejścia wzmacniaczy operacyjnych
Każdy wzmacniacz operacyjny posiada dwa wejścia:
– Odwracające (-)
– Nieodwracające (+)
Podstawowe parametry wzmacniacza rzeczywistego
– Wzmocnienie napięciowe przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego ( wzmocnienie napięciowe sygnału różnicowego) – o wzmocnieniu decyduje w głównej mierze właśnie pętla sprzężenia zwrotnego
– Wejściowe napięcie niezrównoważenia – służy do uzyskania zerowego napięcia wyjściowego, gdy pętla sprzężenia zwrotnego jest zamknięta
– Wzmocnienie napięciowe sygnału – Jest to stosunek zmiany napięcia wyjściowego względem wejściowego
– Współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego – Stosunek wzmocnienia napięciowego układu z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego do wartości wzmocnienia napięcia współbieżnego
– Rezystancja wejściowa – Rozróżniamy dwa rodzaje rezystancji wejściowych:
- Określana pomiędzy wejściami wzmacniacza
- Określana pomiędzy jednym z wejść oraz masą wzmacniacza
– Rezystancja wyjściowa – To ona decyduje o rezystancji wyjściowej całego układu
– Zakres zmian napięcia wejściowego – Zakres zmian napięcia na wejściu oraz na masie
– Maksymalne napięcie wyjściowe – Największa wartość napięcia, jaką wzmacniacz może uzyskać na wyjściu układu
– Częstotliwość graniczna – Decyduje o paśmie przenoszenia wzmacniacza
– Maksymalny prąd wyjściowy – Jego wartość przekłada się na maksymalną moc, jaką osiąga wzmacniacz na wyjściu
– Wejściowe prądy polaryzujące
– Szybkość zmian napięcia wyjściowego
*Sygnał Współbieżny – Średnia arytmetyczna napięć na obu wejściach, przy jednoczesnym zachowaniu między nimi stałej różnicy potencjałów
Cechy idealnego wzmacniacza operacyjnego
– Nieskończenie duże wzmocnienie napięciowe
– Zerowe napięcie wejściowe niezrównoważenia
– Zerowa impedancja wejściowa
– Nieskończenie szerokie pasmo przenoszenia
– Nieskończenie duży zakres sygnału
Nie możliwe jest uzyskanie jakiegokolwiek z tych parametrów, natomiast każdy wzmacniacz dąży do takich wartości. W rzeczywistości dobry wzmacniacz charakteryzuje się wartościami bliskimi zeru oraz bardzo wysokimi ( Oczywiście w zależności od parametru ).
Wnioski i podsumowanie
Wcześniej wspomniano, że wzmacniacz różnicowy i operacyjny są bardzo podobne, a w praktyce wygląda to tak, że wzmacniacz operacyjny to po prostu wzmacniacz różnicowy o wysokim wzmocnieniu.
W pętlę sprzężenia zwrotnego możemy podłączyć rezystory i kondensatory, które w różnych konfiguracjach, pozwolą na stworzenie układów sumujących, różnicowych, całkujących oraz różniczkujących.
Ponadto za pomocą wzmacniacza operacyjnego możemy zmienić znak na wyjściu poprzez wykorzystanie wejścia odwracającego. Jak widać na powyższym obrazku, wzmacniacze występują w postaci układów scalonych.
