OPERACIONA POJAALA (ili POJAAVAI) Operaciono pojaalo (u daljem
tekstu OP) je elektronska komponenta sa dva ulazna i jednim
izlaznim mjestom za spajanje (u praksi se rjee mogu nai i pojaala
sa dva izlaza), te dva mjesta za spajanje naponskih izvora za
napajanje OP. Zavisno od tipa OP moe biti jo tri mjesta za spajanje
vanjskih komponenti za pomone funkcije OP (kompenzacija ofseta,
frekventna kompenzacija i sl.), ali za razumijevanje osnovnog
principa rada OP dovoljno je pet prikljunih mjesta OP kao na slici
1.V+ In Out
In+ V
Sl. 1. Simbol operacionog pojaala
36
Unutranja ema operacionog pojaala LM741
37
STRUKTURA OPERACIONOG POJAALA Strukturno, OP sadri tri cjeline:
- ulazni dio, koji se realizuje kao diferencijalno pojaalo i
obezbjeuje male ulazne struje i ofsete napona, veliku ulaznu
otpornost i visok faktor potiskivanja zajednikog signala, - srednji
stepen je naponsko pojaalo sa ogromnim koeficijentom naponskog
pojaanja i - izlazni stepen koji daje odgovarajue napone i snagu
potroau.V+
In+ In
Vout
V
Slika 3. Principijelna struktura OP38
Izmeu ulaznih krajeva In+ i In postoji ulazna diferencijalna
otpornost reda 108 i vie i u tom dijelu ne postoji neki element
(naprimjer upravljani generator) koji bi predstavljao dejstvo
izlaza na ulaz. Zbog toga je OP unilateralan element, t.j. signal
se prenosi samo od ulaza prema izlazu a ne i obratno. Izlazni dio
OP se ematski moe predstaviti kao naponski upravljani generator sa
izlaznom otpornosti Ri reda kao na slici 4:In
Rid
UO RO
Out RL
In+ U U+
Slika 4. Zamjenska ema OP39
Relacija koja povezuje naponski upravljani generator UO sa
ulaznim naponima U+ i U je:
U 0 = A (U + U )UO Uzas+
U+ - U Uzas-
Prenosna karakteristika idealnog OP40
Primjer primjene OP kao komparatoraUiz V+ In Out Uul In+ Uul V
Uiz RL
Uiz
V+ In Out Uul In+ U1 V Uiz RL U1 Uul
41
Primjeri primjene operacionih pojaalaR2 R1 In Uul In+ V Uiz V+
Out RL R2 k = -----R1 Uul
Uiz
C V+ In Uul In+ V Uiz Out RL
R
U iz =
1 U ul dt RC
42
Primjeri primjene operacionih pojaalaV+ In+ Out IL Uul In V
RL
1 I L = U ul R1
R1
43
KARAKTERISTIKE OPERACIONIH POJAALA
Mehaniki izgled OP
Raspored izvoda kod DIL8
Raspored izvoda kod dvostrukog pojaala u DIL8
Raspored izvoda kod etverostrukog pojaala u DIL1444
ELEKTRINE KARAKTERISTIKE OPNaponsko pojaanje A, koje se obino
naziva pojaanje u otvorenom, standardno se definie za istosmjerne
veliine i definie se ili kao koeficijent pojaanja ili ee u
decibelima (db). Ovo pojaanje predstavlja odnos promjene izlaznog
signala u odnosu na promjenu razlike ulaznih signala. Kod realnih
pojaala ono se kree od par hiljada (60 db, kod nekih irokopojasnih
pojaala) do nekoliko stotina miliona (160 db kod
operski-stabiliziranih OP). Kod veine standardnih, industrijskih
pojaala ono iznosi izmeu 104 i 107. U idealnom sluaju ovo pojaanje
je . Takoe, u veini standardnih primjena moe se smatrati da je
pojaanje kao i kod idealnog pojaala, t.j. . Frekventna propusnost
(bandwidth, BW) se mjeri na tri naina: Prelomna frekvencija sa
jedininim pojaanjem je ona fekvencija pri kojoj pojaalo sa sinusnim
ulaznim signalom u otvorenom ima pojaanje 1 (0 db). Kod standardnih
pojaala je ova frekvencija reda MHz, a kod nekih posebnih vrsta
irokopojasnih pojaala ova frekvencija je reda stotina MHz; Porast
signala jedininog pojaanja se mjeri kod pojaala sa jedininim
pojaanjem u neinvertirajuem spoju (follower) i mjeri se vrijeme
odziva na male step signale. Ako je vrijeme porasta tR tada se
frekventna propusnost rauna kao BW=tR/0.35. Ovako izraunata BW je
priblino jednaka propusnosti pod a. Propusnost sa punom snagom je
oko 10 do 100 puta manja od onih pod a i b, a definie se kao
propusnost sinusnog signala maksimalne amplitude. Ako je,
naprimjer, napajanje OP 15 V, tada je maksimalni radni opseg 10 V,
odnosno sinusni signal je amplitude 10 V. Standardna OP imaju ovako
definisan BW ispod 1 MHz. 45
ELEKTRINE KARAKTERISTIKE OP
Ulazna otpornost se definie kao diferencijalna otpornost izmeu
ulaznih prikljuaka, Rid, ili kao otpornost izmeu pojedinanih
ulaznih prikljuaka i take V, Ri. Kod standardnih pojaala ove
otpornost su reda stotina k do nekoliko M , dok je kod FET pojaala
ova otpornost reda 1012 . U idealnom sluaju, a i u veini praktinih
realizacija, ova otpornost je . Ulazna struja curenja (engl. input
bias current), Ib, je srednja vrijednost struja na dva ulazna
prikljuka. Kako je ulazna otpornost ogromna (u idealnom sluaju ),
to je ova struja zanemarivo mala (u idealnom sluaju 0 A). Kod
realnih OP ova struja je u opsegu 1 nA do 1 A, a kod FET OP ispod 1
nA, da bi kod posebnih, laserski trimovanih OP ova struja bila
ispod 1 pA. Ulazni ofset napona je ona vrijednost napona izmeu
ulaznih prikljuaka, koju treba dovesti, da bi napon na izlazu bio 0
V. U idealnom sluaju ova vrijednost je 0 V. Meutim, zog
neidealnosti u karakteristika elektronikih dijelova u ulaznom kolu
OP, ova vrijednost je reda mV. Kod posebnih, laserski trimovanih
pojaala ova vrijednost moe biti reda nekoliko desetina V.46
Napajanje OP
U+ V+ In In+ V U Out In In+ V V+ Out
Bipolarno napajanje OP
Unipolarno napajanje OP
VANO Bez obzira da li je napajanje OP iz jednog ili dva naponska
izvora, na ulaznim prikljucima Iin+ i Iin mora biti potencijal
unutar opsega napona napajanja: V < Uin+ , Uin < V+ . Takoe
je i izlazni napon unutar ovih granica.47
Karakteristike OP
Visoka preciznost i fleksibilnost u realizaciji razliitih
prenosnih funkcija kola sa OP su direktno povezani sa sljedeim:
-tehnike karakteristike OP su takve da se za veliku veinu primjena
moe smatrati da je OP sa idealnim karakteristikama (beskonano
pojaanje, beskonaan ulazni otpor, nulta izlazna otpornost,
beskonana frekventna propusnost, nulti ofset ulaznog napona i nulta
struja curenja). -prenosna funkcija sklopa sa OP je definisana samo
vanjskim elementima povratne sprege, koji su obino realizovani
otpornicima i kondenzatorima sa stabilnim i precizno definisanim
parametrima. Posljedice navedenih karakteristika su: - u sluaju
kada koeficijent pojaanja A tei beskonanosti, tada u jednaini (1),
za kontinualne primjene OP mora biti (U+ - U) = 0 (sl.4.). U sluaju
da je U+ > U na izlazu e biti vrijednost Uout = Uzas+, a ako je
U+ < U na izlazu e biti Uout = Uzas. - u i iz OP na ulaznim
stezaljkama nema nikakvih struja; bez obzira na veliinu i karakter
optereenja na izlazu iz OP bie Uout = U0.48
