Opamp või Operaatsioonilaulutaja

Operatsiooniline võimendaja (tähistatud kui op-amp) on DC-koppeldud võimsusega väga suure võimsusega võimendaja.

Op-amp on põhimõtteliselt mitme etapi võimendaja, kus mitu võimendaja etappi on üksteisega keeruliselt ühendatud. Selle sisemine scheem koosneb paljudest tranzistoritest, FET-idest ja vastustehingutest. Kõik see võtab vähe ruumi. Seega on see pakitud väikesesse paketisse ja on saadaval integreeritud kiipe (IC) kujul. Termi Op Amp kasutatakse tähenduses võimendajaks, mille saab konfigureerida erinevateks toiminguteks, nagu võimsuse suurendamine, lahutamine, diferentseerimine, liitmine, integreerimine jne. Üks näide on väga populaarne IC 741.

Sümbol ja selle tegelik välimus IC kujul on näidatud allpool. Sümbol esineb noolel, mis tähendab, et signaal kulgeb väljundist sisendisse.

Operatsioonilise võimendaja sisend- ja väljundterminalid

Op-ampil on kaks sisendterminali ja üks väljundterminal. Op-ampil on ka kaks pingesuurust terminali, nagu eespool näidatud. Kaks sisendterminali moodustavad diferentsiaalset sisendit. Me nimetame terminali, millel on negatiivne (-) märge, inverteeriva terminaliks, ja terminali, millel on positiivne (+) märge, inverteerimata terminaliks operatsioonilisel võimendajal. Kui me rakendame sisendsignaali inverteerival terminalil (-), siis amplifitseeritud väljundsignaal on 180o faasisuhetega seotud rakendatud sisendsignaali suhtes. Kui me rakendame sisendsignaali inverteerimata terminalile (+), siis saadud väljundsignaal on faasis, st tal ei ole fasiinimestumist rakendatud sisendsignaali suhtes.

Operatsioonilise võimendaja varustuspinge

Nagu näha ülaltoodud skeemis, on sel kaks sisendvarustuspinge terminali +VCC ja –VCC. Op-ampi tööks on vajalik kahepolune DC-varustus. Kahepolunes varustuses ühendame +VCC positiivse DC-varustusega ja –VCC terminali negatiivse DC-varustusega. Mõned op-ampid saavad töötada ka ühepolunel varustusel. Tähelepanu, et op-ampidel pole ühishool terminali, seega peab hoo ühendama väliselt.

Op-ampi tööprintsiip

Operatsioonilise võimendaja avatud tsükli töö

Nagu eespool mainitud, op-ampil on diferentsiaalne sisend ja üksikpoolne väljund. Kui me rakendame kaks signaali, üks inverteerivale ja teine inverteerimata terminalile, siis ideaalne op-amp amplifitseerib kahes rakendatud sisendsignaali vahe. Me nimetame seda kahes rakendatud sisendsignaali vahe diferentsiaalseks sisendpingeks. Allpool olev võrrand annab operatsioonilise võimendaja väljundi.Kus, VOUT on op-ampi väljundterminali pingeväärtus. AOL on antud op-ampi avatud tsüklite võimsus ja see on püsiv (idealselt). IC 741 korral on AOL 2 x 105.
V1 on inverteerimata terminali pingeväärtus.
V2 on inverteeriva terminali pingeväärtus.
(V1 – V2) on diferentsiaalne sisendpinge.
On selge, et väljund ei ole null, vaid siis, kui diferentsiaalne sisendpinge on nullist erinev (V1 ja V2 ei ole võrdsed), ja on null, kui nii V1 kui ka V2 on võrdsed. Tähelepanu, et see on ideaalne tingimus, praktiliselt on op-ampis väikesed ebavõrdsused. Op-ampi avatud tsüklite võimsus on väga suur. Seega, avatud tsükli operatsiooniline võimendaja amplifitseerib väikest rakendatud diferentsiaalset sisendpinget suureks väärtuseks.
Lisaks, kui me rakendame väikest diferentsiaalset sisendpinget, siis operatsiooniline võimendaja amplifitseerib selle oluliseks väärtuseks, kuid see oluline väärtus väljundil ei saa ületada op-ampi varustuspinge. Seega ei rikutud energiakonservatsiooni seadust.

Suletud tsükli töö

Eespool selgitatud op-ampi töö oli avatud tsükli korral, st ilma tagasisidega. Tagasiside suunistatakse suletud tsükli konfiguratsioonis. See tagasiside suunistab väljundsignaali sisendile. Seega, sisenditel on samal ajal kaks signaali. Üks neist on algne rakendatud signaal, ja teine on tagasisidesignaal. Allpool olev võrrand näitab suletud tsükli op-ampi väljundit.Kus VOUT on op-ampi väljundterminali pingeväärtus. ACL on suletud tsükli võimsus. Op-ampi ühendatud tagasiside tsükkel määrab suletud tsükli võimsuse ACL. VD = (V1 – V2) on diferentsiaalne sisendpinge. Me nimetame tagasisidet positiivseks, kui tagasiside suunistab signaali väljundterminalist tagasi inverteerimata (+) terminalile. Positiivset tagasisidet kasutatakse oskillaatorites. Tagasiside on negatiivne, kui tagasiside suunistab osa signaalist väljundterminalist tagasi inverteeriva (-) terminalile. Negatiivset tagasisidet kasutatakse op-ampidele, mida kasutatakse võimendajana. Igal tüübil tagasisidet, olgu see negatiivne või positiivne, on oma eelised ja puudused.

Positiivne tagasiside ⇒ Oskillaator
Negatiivne tagasiside ⇒ Võimendaja
Eespooltoodud selgitus on operatsiooniliste võimendajate põhiline tööprintsiip.

Ideaalne op-ampi omadused