ELM - operační zesilovač 1

OPERAČNÍ ZESILOVAČ

ZÁKLADNÍ INFORMACE O OZ:

• základní člen měřicích zesilovačů a převodníků,• stejnosměrně vázaný zesilovač |AU| > 104 (až 109),• 2 vstupy – invertující a neinvertující,• 1 výstup,• zesiluje rozdíl mezi napětími na vstupech (UD).

VOŠ a SPŠ Varnsdorf

Elektrická měření

Bc. David FURKA

ELM - operační zesilovač 2

OZ – náhradní schéma

• OBVODY S UZAVŘENOU ZPĚTNOVAZ. SMYČKOU

↓ OZ považujeme ZA IDEÁLNÍ

Vlastnosti obvodu dány zpětnovazebním obvodem

• Pro ideální zesilovač platí:– |AU| → ∞– Ri → ∞– Ro = 0– I1P = I1N = 0

ELM - operační zesilovač 3

Reálný operační zesilovač• svorky navíc (frekvenční komp., komp.vstupní napěťové nesymetrie)• konečné zesílení• frekvenčně závislé zesílení (pro vyšší kmit. je AU kompl.číslo)• nenulové vstupní klidové proudy (10-7 až 10-12 A)

– stř.hod.vstupního klid. proudu IB=(1/2)(I1P+I1N)– vst. rozdílový proud (vst. zbytkový proud) I01= I1N + I1P ~ 0,1 IB

• vstupní napěťová nesymetrie – ofset (pro UD=0 je Uo≠0

→ kompenzace UD0 [μV až mV] • změny vst. nap. nesymetrie – drift (zhoršování kompenzace teplotou)• omezení výstupního napětí – saturace• omezená max.rychlost změny výst.napětí – max. doba přeběhu

ELM - operační zesilovač 4

Převodní charakteristika

• napájeno větš. symetricky (typicky +15 V, -15 V)

• na výstupu lze pak získat max. 13,5 ÷ 14 V

ELM - operační zesilovač 5

Měřicí zesilovačeU/U I/I U/I I/U

• Určené pro zesílení velmi malých napětí a proudů za účelem měření• Používají OZ s uzavřenou zpět. vazbou – rozdělení podle druhu ZV

• Stejnosměrně vázané zesil. – zesilují od stejnosměrného signálu do signálu o horní mezní frekvenci fh - 3 dB

• S kondenzátorem na vstupu střídavý zesilovač zesiluje mezi dolním a horním kmitočtem fd a fh

ELM - operační zesilovač 6

Měřicí zesilovačefrekvenční charakteristiky

stejnosměrně váz. zesilovač střídavě vázaný zesilovač

ELM - operační zesilovač 7

U/U zesilovač (neinvertující)

2

1

2

112

21

221

1

1

RRA

RRUU

RRRUU

0 výstvst RR

ELM - operační zesilovač 8

U/U zesilovač (invertující)

1

2

1

212

2

2

1

1

21

RRA

RRUU

RU

RU

II

01 výstvst RRR

ELM - operační zesilovač 9

I/U Převodník

2

12

212

2

21

21

Rk

IkURIU

RUI

II

p

p

00 výstvst RR

ELM - operační zesilovač 10

U/I Převodník (invertující)

1

12

1

12

21

1

21

1R

k

kUIRUI

IRU

II

p

výstvst RRR 1

ELM - operační zesilovač 11

U/I převodník (neinvertující)

výstvst RR2

p

12

2

12

221

R1k

pkUIRUI

RIU

ELM - operační zesilovač 12

Zesilovač I/I

1

2

1

212

121

12

1

1

RRA

RRII

IRR

RII zv

výstvst RR 0

ELM - operační zesilovač 13

Další aplikace oper. zesil.

• Napěťový sledovač• Napěťový komparátor• Aktivní sčítač proudů• Aktivní sčítač napětí• Diferenciální zesilovač• Aktivní integrátor• Aktivní derivátor

ELM - operační zesilovač 14

Napěťový sledovač

• zvláštní provedení neinv. zesilovače U/U

• zesílení A = 1

Použití:

• Impedanční přizpůsobení měřicích obvodů

0 výstvst RR

ELM - operační zesilovač 15

Napěťový komparátor• porovnává dvě napětí přivedená na vstupy

(měřené a referenční)• výstup (logic. 0, 1) – dle polarity rozdílu vstupních napětí

• komparátor bez hystereze - nejjednodušší• komparátor s hysterezí – nereaguje v pásmu hystereze

ELM - operační zesilovač 16

Komparátor bez hystereze

• • bez zpětné vazby

• reaguje na malé změny vst. napětí

• pro min. šum vstupních signálů

ELM - operační zesilovač 17

Komparátor s hysterezí

• při malém kolísání vstupů výstup konst.

• nereaguje na kolísání vstupu v pásmu hystereze UA – UB

rSrB UURR

RUU

21

1

rSrA UURR

RUU

21

1

ELM - operační zesilovač 18

Aktivní integrátor s OZ• převádí vstupní napětí u1 na nabíjecí

proud kondenzátoru Ic

• velikost u1 lineárně ovlivňuje rychlost růstu u2

tt

c duRC

diC

tu0

10

2 )(1)(1)(

ELM - operační zesilovač 19

Aktivní sčítač napětí

n

iio U

RRIRU

11

22

ELM - operační zesilovač 20

Aktivní sčítač proudů

n

iiIo IRRU

1

ELM - operační zesilovač 21

Diferenční zesilovač

121

1

2

2

2

UUUUURUU

RUU

UUU

Bo

oBB

BA