Wzmacniacz operacyjny

Z Wikipedii

Wzmacniacz operacyjny typ 741
w obudowie metalowej TO-5

Symbol graficzny: a) powszechnie stosowany symbol; b) dodatkowo zaznaczone napięcia zasilające oraz napięcia wejściowe i wyjściowe

Wzmacniacz operacyjny to wielostopniowy, różnicowy wzmacniacz prądu stałego, charakteryzujący się bardzo dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym rzędu stu kilkudziesięciu decybeli i jest przeznaczony zwykle do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego, który decyduje o głównych właściwościach całego układu.

Wzmacniacze operacyjne są najbardziej rozpowszechnionym analogowym układem elektronicznym, realizowanym obecnie w postaci monolitycznych układów scalonych. Wielka uniwersalność, przy jednoczesnym wykorzystaniu istotnych właściwości układów scalonych, daje możliwość stosowania ich w rozmaitych układach, urządzeniach i systemach elektronicznych, zapewniając masową produkcję, niską cenę i bardzo dobre parametry użytkowe.

Wzmacniacz operacyjny posiada dwa wejścia: odwracające (oznaczane symbolem '-', napięcie na tym wejściu $U -$ ) i nieodwracające (oznaczane symbolem '+', napięcie na tym wejściu $U +$ ), oraz jedno wyjście (napięcie wyjściu $U O$ ); różnica napięć wejściowych nazywa się napięciem różnicowym ( $U d = U + - U -$ ).

Idealny wzmacniacz charakteryzuje się:

nieskończenie dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym: $A_u = \frac{U_O}{U_+ - U_-} = \frac{U_O}{U_d} \rightarrow \infty$ ,
zerowym wzmocnieniem sygnału wspólnego,
nieskończenie dużą impedancją wejściową,
zerową impedancją wyjściową,
nieskończenie szerokim pasmem przenoszonych częstotliwości,
nieskończenie dużym zakresem dynamicznym sygnału.

Parametry rzeczywistego wzmacniacza odbiegają od tych założeń, i tak:

wzmocnienie napięciowe sygnału różnicowego nie jest nieskończenie wielkie, choć bardzo duże i wynosi $A_u \approx 10^5 \div 10^7 \frac{V}{V}$ tj. $\approx 100 \div 140 dB$ [μA741 – 2×10⁵ V/V];
wzmocnienie napięciowe sygnału wspólnego nie jest równe zeru; podaje się współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego CMRR (Common Mode Rejection Ratio), który w decybelach określa o ile mniejsze jest wzmocnienie sygnału wspólnego od wzmocnienia różnicowego (rzędu 80-140dB [μA741 – 90 dB]);
impedancja wejściowa nie jest nieskończenie wielka, choć bardzo duża - rzędu megaomów [μA741 – 2 MΩ]; wzmacniacz stanowi niewielkie obciążenie dla źródła sygnału (prądy wejściowe są rzędu nanonamperów lub nawet pikoamperów [μA741 – 20nA])
impedancja wyjściowa nie jest równa zeru (rzędu kilkuset omów[μA741 – 75 Ω]);
pasmo przenoszenia sygnałów nie jest nieograniczone, powyżej częstotliwości granicznej wzmocnienie zaczyna spadać [μA741 – 1 MHz];
wejścia wzmacniacza nie są idealnie symetryczne, ze względu na ich asymetrię definiuje się tzw. wejściowe napięcie niezrównoważenia - jest to napięcie różnicowe (od 1 mikrowolta do kilku miliwoltów [μA741 – 1 mV]), jakie trzeba podać na wejścia, aby napięcie wyjściowe było równe zero.