Operacijski posiljalec

Operacijski posiljalec ali op amp je DC povezan napetostni posiljalec z zelo visokim koeficientom posiljanja.

Op amp je v bistvu večstopenjski posiljalec, kjer so številne stopnje posiljanja medsebojno povezane na zelo zapleten način. Njegov notranji vezavni shema sestavlja veliko tranzistorjev, polprevodniških tranzistorjev in upornikov. Vse to zaseda zelo malo prostora. Zato je pakiran v majhen paket in je na voljo v obliki Integriranih vezij (IC). Izraz Op Amp se uporablja za označevanje posiljalca, ki ga lahko konfiguriramo za izvajanje različnih operacij, kot so posiljanje, odštevanje, diferenciranje, seštevanje, integriranje itd. Primer je zelo priljubljen IC 741.

Simbol in njegov dejanski videz v obliki IC so prikazani spodaj. Simbol je prikazan kot puščica, ki pomeni, da signal teče od izhoda do vhoda.

Vhodni in izhodni terminali operacijskega posiljalca

Op-amp ima dva vhodna terminala in en izhodni terminal. Op-amp ima tudi dva terminala za napajanje, kot je videti zgoraj. Dva vhodna terminala tvorita diferencialni vhod. Terminal, označen s negativnim (-) znakom, imenujemo inverzni terminal, terminal pa, označen s pozitivnim (+) znakom, imenujemo neinverzni terminal operacijskega posiljalca. Če podamo vhodni signal na inverzni terminal (-), bo posilen izhodni signal odsazen za 180o glede na podan vhodni signal. Če podamo vhodni signal na neinverzni terminal (+), bo izhodni signal v fazni, torej brez faznega zamika glede na vhodni signal.

Napajanje operacijskega posiljalca

Kot je videti iz simbola vezave, ima dva vhodna napajalska terminala +VCC in –VCC. Za delovanje op-ampa je potrebno dualno polariteto DC napajanja. Pri dualni polariteti povežemo +VCC s pozitivnim DC napajanjem in –VCC terminal s negativnim DC napajanjem. Vendar lahko nekateri op-ampi delujejo tudi s samo eno polariteto napajanja. Opomba: op-ampi niso opremljeni z skupnim zemeljskim terminalom, zato mora biti zemlja uvedena zunanje.

Načelo delovanja op-ampa

Otvoreno zanko delovanje operacijskega posiljalca

Kot smo že povedali, ima op-amp diferencialni vhod in enokratni izhod. Torej, če podamo dva signala, eden na inverzni in drugi na neinverzni terminal, bo idealni op-amp posilil razliko med dvema podanima vhodnima signaloma. To razliko med dvema vhodnima signaloma imenujemo diferencialna vhodna napetost. Spodnja enačba daje izhod operacijskega posiljalca.Kjer je VOUT napetost na izhodnem terminalu op-ampa. AOL je odprt-zanke koeficient posiljanja za dani op-amp in je konstanten (idealen primer). Za IC 741 je AOL 2 x 105.
V1 je napetost na neinverznem terminalu.
V2 je napetost na inverznem terminalu.
(V1 – V2) je diferencialna vhodna napetost.
Iz zgornje enačbe je jasno, da bo izhod nič, če in le če je diferencialna vhodna napetost nič (V1 in V2 sta enaka), in bo nič, če sta V1 in V2 enaki. Opomba: to je idealni pogoj, praktično pa obstajajo majhne neravnovesja v op-ampu. Odprt-zanke koeficient posiljanja op-ampa je zelo visok. Zato odprt-zanke operacijski posiljalec posili majhen podan diferencialni vhodni signal na zelo visoko vrednost.
Tudi res je, da, če podamo majhen diferencialni vhodni signal, operacijski posiljalec ta posili na značilno vrednost, toda ta značilna vrednost na izhodu ne more presegati napajalne napetosti op-ampa. Zato ne krši zakona o ohranitvi energije.

Zaprto zanko delovanje

Zgoraj razloženo delovanje op-ampa je bilo za odprto zanko, brez povratne zanke. Povratno zanko uvodimo v zaprto zanko konfiguracijo. Ta povratna zanka prenaša izhodni signal nazaj na vhod. Torej, na vhodih hkrati prisotna sta dva signala. Eden od njiju je originalno podan signal, drugi pa je povratni signal. Spodnja enačba kaže izhod zaprtega zanke op-ampa.Kjer je VOUT napetost na izhodnem terminalu op-ampa. ACL je zaprt-zanke koeficient posiljanja. Zaprt-zanke koeficient posiljanja ACL določa povratna vezava, povezana z op-ampom. VD = (V1 – V2) je diferencialna vhodna napetost. Povratno vezavo imenujemo pozitivno, če povratna zanka prenaša signal s izhodnega terminala nazaj na neinverzni (+) terminal. Pozitivno povratno vezavo uporabljamo v oscilatorjih. Povratno vezavo imenujemo negativno, če povratna zanka prenaša del signala s izhodnega terminala nazaj na inverzni (-) terminal. Negativno povratno vezavo uporabljamo v op-ampih, ki so uporabljeni kot posiljalci. Vsaka vrsta povratne vezave, negativna ali pozitivna, ima svoje prednosti in slabosti.

Pozitivna povratna vezava ⇒ Oscilator
Negativna povratna vezava ⇒ Posiljalec
Gornji razlagi so najosnovnejši načeli delovanja operacijskih posiljalcev.

Idealni lastnosti op-ampa