Operačné zosilňovače

Zilinská univerzita v Ziline

Elektrotechnická fakulta

Operačné zosilňovače.

Zadanie:

Úloha č.1 :

Navrhnite a zrealizujte korekčný zosilňovač s parametrami A₀=40 dB, A =20dB, f_d=1,2 kHz. Pouzite symetrické napájanie OZ.

a) Zmerajte frekvenčnú charakteristiku.

b) Priebeh graficky znázornite a porovnajte s teoretickým priebehom.

Úloha č.2:

Realizujte pásmový priepust s obvodovými prvkami: C_1,2 = 22nF(10-68nF), R₁= 6,2kW, R₂= 1,2kW, R₃= 130 kW. Pouzite symetrické napájanie OZ .

a) Zmerajte frekvenčnú charakteristiku.

b) Priebeh graficky znázornite a porovnajte s teoretickým priebehom.

c) Z grafu určite parametre A(w ), f₀ a Q.

	Pásmová priepust.

Úloha č.3:

Navrhnite komparátor (Schmittov preklápací obvod). U_ref = 5 V, U_x = 0- 10 V, U_n =

a) Zrealizujte zapojenia komparátorov.

b) Zmerajte prevodové charakteristiky.

c) Nakreslite namerané prevodové charakteristiky a porovnajte ich s teoretickými.

Teoretický úvod:

Napäťová nesymetria vstupov operačného zosilňovača (ďalej OZ) je napätie, ktoré sa musí priviesť medzi

vstupné svorky + a -, aby výstupné napätie bolo nulové.

Prúdová nesymetria vstupov je rozdiel prúdov do obidvoch vstupov, ak je výstupné napätie nulové.

Vstupný kľudový prúd je stredná hodnota jednosmerných prúdov tečúcich medzi vstupnými svorkami a zemou

pri nulovom vstupnom signále.

Vstupný napäťový rozsah je rozsah vstupných napätí, v ktorom má operačný zosilňovač specifikované funkčné

vlastnosti.

Vstupný diferenčný odpor je odpor medzi jedným vstupom a druhým uzemneným vstupom.

Napäťové zosilnenie pri otvorenej spätnoväzobnej slučke je napäťové zosilnenie definované pre predpísanú

záťaz, napájacie napätie a maximálny prípustný neskreslený signál pri kompenzovanej napäťovej nesymetrii vstupov.

Prechodová charakteristika je odozva OZ na skokové napätie privedené na vstup pri uzatvorenej

spätnoväzobnej slučke. Na prechodovej charakteristike sa definuje doba nábeznej hrany výstupného

impulzu, čo je doba potrebná na zväčsenie výstupného napätia z 10 na 90% ustálenej veľkosti.

Maximálna dovolená výkonová strata je maximálny výkon, ktorý môze OZ dodať do určenej záťaze pri

specifikovanom napájacom napätí, pričom sa nesmie nedovolene zvýsiť teplota OZ.

Príkon OZ je jednosmerný príkon dodávaný do obidvoch vetví napájania, potrebný ku činnosti OZ pri nulovom

výstupnom napätí, bez záťaze a pri danej teplote.

Ideálny operačný zosilňovač.

Väčsina ďalsích úvah bude predpokladať pouzitie ideálneho OZ, ktorý má tieto vlastnosti:

a/ Nekonečné zosilnenie v celom frekvenčnom pásme A=

b/ Nekonečnú vstupnú impedanciu R_vst=

c/ Nulový výstupný odpor R_výst=0.

d/ Nulové napätie pri skrate obidvoch vstupov na zem (stred napájacie-ho napätia).

e/ Rozdiel napätí obidvoch vstupov je nulový (U_D=U₊-U_-=0).

f/ Statická prevodová charakteristika U₃=f(U₁) je priamka (U₁ je vstupné napätie a U₃ je výstupné napätie).

g/ Fázový posuv výstupného napätia voči vstupnému je 0 alebo p v celom prenásanom pásme.

h/ Parametre OZ nie sú závislé na zmenách napájacieho napätia a teplo-ty.

Bezne vyrábané OZ majú vstupný odpor 50kW 2MW výstupný odpor 50-150W a zosilnenie od 10⁴ do 10⁸.

Základné zapojenia OZ.

Invertujúci OZ.

Ak nie je Rg<<R1, potom R3 pomáha vyrovnávať nesymetriu vstupov OZ a volí sa , ak R2>>R1,  potom R3=R1

Výstupné napätie má oproti vstupnému napätiu opačné znamienko a fázový posuv 180^o. Invertujúci zosilňovač je súmerný z hľadiska vstupu i výstupu t.j. môze pracovať s kladným i záporným signálom, ktorý môze byť jednosmerný alebo striedavý.

Neinvertujúci OZ.

Ak nie je mozné zaned-bať skutočné zosilnenie A0 OZ voči zvolenému zosilneniu, musíme zosilnenie neinvertu-júceho zosilňovača upraviť podľa vzťahu:

Výstupné napätie oproti vstupnému napätiu nie je fázové posunuté t.j. fázový posuv je 0. Výstupné napätie má rovnakú polaritu ako vstupné napätie. Neinvertujúci zosilňovač je súmerný z hľadiska vstupu i výstupu t.j. môze pracovať s kladným i záporným signálom, ktorý môze byť jednosmerný alebo striedavý.

Súčtový zosilňovač.

Invertujúci zosilňovač je mozné pouziť aj ako súčtový zosilňovač. Výstupné napätie má oproti vstupnému napätiu opačné znamienko a fázový posuv 180^o. Súčtový zosilňovač môze pracovať s kladným i záporným signálom, ktorý môze byť jednosmerný alebo striedavý.

Zosilňovač pracuje aj pri rôznych hodnotách R₁ a R₂.

Vstupov môze byť aj n, vtedy platí: