Operační zesilovač

01Co je operační zesilovač

Operační zesilovač (OZ) je integrovaný stejnosměrný zesilovač s velmi vysokým zesílením. Má dva vstupy — invertující (−) a neinvertující (+) — a jeden výstup. Zesiluje rozdíl napětí mezi vstupy.

Napájí se obvykle symetricky, například ±15 V, aby výstup mohl být kladný i záporný. Nejznámějším typem je 741 v pouzdře DIP8.

02Vlastnosti ideálního OZ

• Nekonečné napěťové zesílení naprázdno (reálně 10⁵ až 10⁶).
• Nekonečný vstupní odpor — do vstupů neteče proud.
• Nulový výstupní odpor.
• Nekonečná šířka pásma a nulový offset.
• Reálný OZ se tomu jen blíží — proto sledujeme parametry jako CMRR, slew rate a napěťovou nesymetrii.

03Zpětná vazba a virtuální nula

Bez zpětné vazby se OZ okamžitě překlopí do saturace — toho se využívá u komparátoru. Užitečná zapojení proto používají zápornou zpětnou vazbu: část výstupu se vrací na invertující vstup.

Zesilovač pak sám nastaví výstup tak, aby byla napětí obou vstupů stejná. Je-li neinvertující vstup na zemi, drží se invertující vstup také na nule — tomu se říká virtuální nula.

04Základní zapojení

• Invertující zesilovač — Au = −Rf/R1, otáčí fázi o 180°.
• Neinvertující zesilovač — Au = 1 + Rf/R1, fázi neotáčí, zesílení je vždy alespoň 1.
• Napěťový sledovač — zesílení 1, slouží k impedančnímu oddělení obvodů.
• Součtový zesilovač — sečte několik vstupních napětí: Uvýst = −Rf · (U1/R1 + U2/R2 + …).
• Rozdílový (diferenční) zesilovač — zesílí rozdíl dvou napětí a potlačí rušení.
• Integrátor — kondenzátor ve zpětné vazbě; z obdélníku udělá trojúhelník.
• Derivační zapojení — kondenzátor na vstupu; reaguje na rychlost změny napětí.
• Komparátor — bez záporné zpětné vazby porovná napětí a překlopí výstup do saturace.

05Důležité parametry

• CMRR — činitel potlačení souhlasného signálu; čím větší, tím lépe potlačí rušení.
• Slew rate — maximální rychlost změny výstupního napětí ve V/µs.
• GBW — součin zesílení a šířky pásma; s větším zesílením se zmenšuje použitelné pásmo.
• Vstupní offsetové napětí — malá nesymetrie, která se u přesných obvodů kompenzuje.