Operacioni pojačavač ili Op amp

Operacioni pojačavač ili op amp je DC spojeni pojačavač napona sa veoma visokim koeficijentom pojačanja.

Op amp je u osnovi višestepeni pojačavač u kome su povezani nekoliko etapa pojačavača na vrlo složen način. Njegov unutrašnji krug sastoji se od mnogo tranzistora, poluprovodničkih elementi i otpornika. Sve ovo zauzima vrlo mali prostor. Stoga je pakovan u mali paket i dostupan u obliku Integrisanog kruga (IC). Termin Op Amp koristi se za označavanje pojačavača koji se može konfigurirati da obavlja različite operacije kao što su pojačanje, oduzimanje, diferencijacija, sabiranje, integracija itd. Jedan primer je vrlo popularni IC 741.

Simbol i njegov stvarni izgled u obliku IC prikazani su ispod. Simbol se pojavi kao strelica koja označava da signal teče od izlaza ka ulazu.

Ulazni i izlazni terminali operacionog pojačavača

Op-amp ima dva ulazna terminala i jedan izlazni terminal. Op-amp takođe ima dva terminala za napajanje kao što je vidljivo gore. Dva ulazna terminala formiraju diferencijalni ulaz. Nazivamo terminal označen negativnim (-) znakom inverzni terminal, a terminal označen pozitivnim (+) znakom neinverzni terminal operacionog pojačavača. Ako primenimo ulazni signal na inverzni terminal (-), tada će pojačani izlazni signal biti između 180o fazno pomeren u odnosu na primenjeni ulazni signal. Ako primenimo ulazni signal na neinverzni terminal (+), tada će dobijeni izlazni signal biti u fazi, tj. neće imati fazni pomak u odnosu na ulazni signal.

Napajanje operacionog pojačavača

Kao što se vidi iz simbola kruga, ima dva terminala za ulazno napajanje +VCC i –VCC. Za rad op-ampa potrebno je dualno polaritetno DC napajanje. U dualnom polaritetnom napajanju, +VCC povezujemo sa pozitivnim DC napajanjem, a –VCC terminal sa negativnim DC napajanjem. Međutim, neki op-ampovi mogu raditi i na jednopolaritetnom napajanju. Napomena: Ne postoji zajednički zemljišni terminal u op-ampovima, stoga zemljište mora biti vanjski uspostavljeno.

Princip rada op-ampa

Otvoreni krug operacionog pojačavača

Kao što je rečeno, op-amp ima diferencijalni ulaz i jedinstveni izlaz. Dakle, ako primenimo dva signala, jedan na inverzni, a drugi na neinverzni terminal, idealni op-amp će pojačati razliku između dva primenjena ulazna signala. Ovu razliku između dva ulazna signala nazivamo diferencijalni ulazni napon. Jednačina ispod daje izlaz operacionog pojačavača.Gde, VOUT predstavlja napon na izlaznom terminalu op-ampa. AOL je otvoreni krug za dati op-amp i konstantan (idejalno). Za IC 741, AOL je 2 x 105.
V1 je napon na neinverznom terminalu.
V2 je napon na inverznom terminalu.
(V1 – V2) je diferencijalni ulazni napon.
Iz gornje jednačine jasno je da će izlaz biti nula samo ako je diferencijalni ulazni napon nula (V1 i V2 su jednaki), a neće biti nula ako V1 i V2 nisu jednaki. Napomena: Ovo je idejalno stanje, praktično postoje male neravnoteže u op-ampu. Otvoreni krug op-ampa ima veoma visok koeficijent pojačanja. Stoga, otvoreni krug operacionog pojačavača pojačava mali primenjeni diferencijalni ulazni napon do ogromne vrednosti.
Takođe, tačno je da, ako primenimo mali diferencijalni ulazni napon, operacioni pojačavač ga pojačava do značajne vrednosti, ali ova značajna vrednost na izlazu ne može preći granice napajanja op-ampa. Stoga ne narušava zakon o očuvanju energije.

Zatvoreni krug

Gore objašnjeni rad op-ampa bio je za otvoreni krug, tj. bez povratne veze. Uvodimo povratnu vezu u zatvorenom krugu. Ova povratna veza prenosi izlazni signal na ulaz. Stoga, na ulazima istovremeno prisutni su dva signala. Jedan od njih je originalno primenjeni signal, a drugi je povratni signal. Jednačina ispod pokazuje izlaz zatvorenog kruga op-ampa.Gde VOUT predstavlja napon na izlaznom terminalu op-ampa. ACL je zatvoreni krug. Povratna veza povezana sa op-ampom određuje zatvoreni krug ACL. VD = (V1 – V2) je diferencijalni ulazni napon. Kažemo da je povratna veza pozitivna ako povratna putanja prenosi signal sa izlaznog terminala nazad na neinverzni (+) terminal. Pozitivna povratna veza se koristi u oscilatorima. Povratna veza je negativna ako povratna putanja prenosi deo signala sa izlaznog terminala nazad na inverzni (-) terminal. Koristimo negativnu povratnu vezu za op-ampove koji se koriste kao pojačavači. Svaki tip povratne veze, negativne ili pozitivne, ima svoje prednosti i mane.

Pozitivna povratna veza ⇒ Oscilator
Negativna povratna veza ⇒ Pojačavač
Gore navedeno objašnjenje je najosnovniji princip rada operacionih pojačavača.

Idealne karakteristike op-ampa