Razlika između inačica stranice »Operacijsko pojačalo«

Dodano 148 bajtova ,  prije 9 godina
uređivanje
(prema prijedlogu sa stranice za razgovor)
(uređivanje)
{{bolji naslov|Operacijsko pojačalo}}
'''OperacionoOperacijsko pojačalo''' seje u pravilu odnosi na [[elektronički sklop]] ili na[[integrirani integriranukrug|integrirana elektroničkuelektronička komponentukomponenta]] s mogućnosti [[pojačanje|pojačanja]] izmjeničnog i istosmjernog [[napon]]a., Operaciono pojačalo ima u pravilu diferencijalnidiferencijalnim (simatričnisimatričnim) ulazulazom, jedanjednim izlazizlazom i vrlo velikovelikim naponskonaponskim pojačanjepojačanjem kontroliranokontroliranim negativnom reakcijompovratnom vezom koja u cijelosti određuje njegova prijenosna svojstva. Ulazni električni otpor suvremenih operacionihoperacijskih pojačala može se smatrati praktički beskonačno velikim, dok je unutarnjiizlazni električki otpor operacionogoperacijskog pojačala zanemarivo mali.
 
==Povijest==
[[FileDatoteka:K2-w vaccuum tube op-amp.jpg|100px|rightmini|Cijevno operacijsko pojačalo K2-w]]
Prvo operacionooperacijsko pojačalo koje po svojim karakteristikama odgovara tom nazivu bilo je izvedeno [[elektronska cijev|elektronskim cijevima]] i sagrađeno u Bellovim laboratorijima, Sjedinjene Američke Države, tijekom 1941. godine. OperacionoOperacijsko pojačalo (slika desno) je imalo tri elektronske cijevi, naponsko pojačanje od kojih 90 [[decibel|dB]] i napajanje od 350V350 V, a koristilo se u uređaju za navođenje artiljerijske vatre tijekom IIDrugog svjetskog rata koji je zahvaljujući upravo operacionomoperacijskom pojačalu postigao prosječno 90% pogodaka.
Pojava najprije germanijevog [[tranzistor|tranzistora]] 1947. godine te silicijevog tranzistora 1954. godine omogućila je daljnji brz razvoj operacionih pojačala. Tijekom 1961. godine konstruirano je prvo operaciono pojačalo u diskretnoj tehnici i izvedeno na [[tiskana pločica|tiskanoj pločici]] s odgovarajućim konektorima. Operaciono pojačalo u diskretnoj tehnici izvedeno s bipolarnim tranzistorima značajno je unaprijedilo karakteristike operacionih pojačala kako u pogledu pouzdanosti i dinamičkih svojstava, tako i u pogledu energetske učinkovitosti i niže cijene. Operaciona pojačala su se već tijekom 1962. godine serijski izrađivala u obliku modula koji se mogao priključiti u odgovarajući konektor na tiskanoj pločici, gdje se na taj način operaciono pojačalo moglo smatrati elektroničkom komponentom unutar složenijeg elektroničkog sklopa.
[[File:Discrete_opamp.png|left|frame|Operaciono pojačalo u diskretnoj tehnici]]
 
Pojava najprije germanijevog [[tranzistor|tranzistora]] 1947. godine te silicijevog tranzistora 1954. godine omogućila je daljnji brz razvoj operacionihoperacijskih pojačala. Tijekom 1961. godine konstruirano je prvo operacionooperacijsko pojačalo u diskretnoj tehnici i izvedeno na [[tiskana pločica|tiskanoj pločici]] s odgovarajućim konektorima. OperacionoOperacijsko pojačalo u diskretnoj tehnici izvedeno s bipolarnim tranzistorima značajno je unaprijedilo karakteristike operacionihoperacijskih pojačala kako u pogledu pouzdanosti i dinamičkih svojstava, tako i u pogledu energetske učinkovitosti i niže cijene. OperacionaOperacijska pojačala su se već tijekom 1962. godine serijski izrađivala u obliku modula koji se mogao priključiti u odgovarajući konektor na tiskanoj pločici, gdje se na taj način operaciono pojačalo moglo smatrati elektroničkom komponentom unutar složenijeg elektroničkog sklopa.
[[FileDatoteka:Discrete_opamp.png|leftlijevo|frameokvir|OperacionoOperacijsko pojačalo u diskretnoj tehnici]]
 
Prvo monolitno [[integrirani krug|integrirano]] operacionooperacijsko pojačalo, μA702, zamislio je Bob Widlar, Fairchild Semidonductor, SAD, ia proizvedeno je 1963. godine. Monolitni integrirani krug sadržavao je integrirane sve potrebne elektroničke sastavne dijelove, no tehnološki problemi proizvodnje kočili su dominaciju monolitnih operacionihoperacijskih pojačala sve do 1965. godine kada je proizveden znatno bolji μA709.
 
Monolitna operacionaoperacijska pojačala su i dalje usavršavana te je 1967. godine proizvedeno monolitno integrirano operacionooperacijsko pojačalo pod nazivom LM101, nakon čega je samo godinu dana kasnije uslijedio i poznati μA741, integrirani krug koji se pod raznim imenima radi svoje univerzalne primjene proizvodi i danas.
 
Razvojem unipolarnih tranzistora proizvedena su sedamdesetih godina prva operacionaoperacijska pojačala izvedena JFET unipolarnim tranzistorima na ulazu operacionogoperacijskog pojačala, nakon čega su uslijedila i operacionaoperacijska pojačala s MOSFET unipolarnim tranzistorima osamdesetih godina prošlog stoljeća.
 
==Oznaka operacionogoperacijskog pojačala==
[[Datoteka:Op-amp symbol.svg|150px|thumb|right|mini]]
Univerzalna oznaka, odn. simbol operacionogoperacijskog pojačala (slika desno) razlikuje invertirajući (V-) i neinvertirajući ulaz (V+), izlaz operacionogoperacijskog pojačala (V_outV<sub>out</sub>) i napajanje operacionogoperacijskog pojačala (V_SV<sub>S+</sub>, V_SV<sub>S-</sub>).
 
Invertirajući ulaz okreće fazu ulaznog [[električni signal|električnog signala]] te se on na izlazu operacionogoperacijskog pojačala pojavljuje kao pojačani [[napon]] suprotnog predznaka, dok neinvertirajući ulaz pojačava ulazni signal ne zakrećući njegovu fazu te se on na izlazu operacionogoperacijskog pojačala pojavljuje u ''fazi'', odn. s istim polaritetom. Operaciona pojačala se u pravilu napajaju iz stabiliziranog [[ispravljač|ispravljača]] sa simetričnim naponom.
 
==Nadomjesni sklop operacionogoperacijskog pojačala==
[[Datoteka:Op-Amp Internal.svg|150px|thumbmini|leftlijevo]]
OperacionoOperacijsko pojačalo je složeni elektronički sklop koji objedinjuje brojne manje cjeline (diferencijalni ulaz, izvori konstantne struje za postavljanje radnih točaka, izlazni stupanj i td.). U razmatranju karakteristika operacionogoperacijskog pojačala uobičajeno je operacionooperacijsko pojačalo zamisliti kao nadomjesni sklop (''slika lijevo'').
 
Sa stanovišta korisnika operacionooperacijsko pojačalo je opisano svojim u pravilu vrlo velikim ulaznim otporom ''R''<mathsub>R_{in}</mathsub> na kojem se pojavljuje ulazni napon ''V''<mathsub>V_{in}</mathsub>, naponskim [[pojačanje|pojačanjem]] ''G'', gdje je [[naponski električni izvor|naponski izvor]] definiran nazivnim naponom ''GV''<mathsub>GV_{in}</mathsub> i relativno malim [[unutarnji otpor električnog izvora|izlaznim otporom]] operacionog pojačala (''R''<mathsub>R_{out}</mathsub>).
==Nadomjesni sklop operacionog pojačala==
[[Datoteka:Op-Amp Internal.svg|150px|thumb|left]]
Operaciono pojačalo je složeni elektronički sklop koji objedinjuje brojne manje cjeline (diferencijalni ulaz, izvori konstantne struje za postavljanje radnih točaka, izlazni stupanj i td.). U razmatranju karakteristika operacionog pojačala uobičajeno je operaciono pojačalo zamisliti kao nadomjesni sklop (slika lijevo).
 
==Frekvencijska karakteristika operacijskog pojačala==
Sa stanovišta korisnika operaciono pojačalo je opisano svojim u pravilu vrlo velikim ulaznim otporom <math>R_{in}</math> na kojem se pojavljuje ulazni napon <math>V_{in}</math>, naponskim [[pojačanje|pojačanjem]] G, gdje je [[naponski električni izvor|naponski izvor]] definiran nazivnim naponom <math>GV_{in}</math> i relativno malim [[unutarnji otpor električnog izvora|izlaznim otporom]] operacionog pojačala (<math>R_{out}</math>).
[[Datoteka:Frequency characteristics operational amplifier.png|frame300px|rightmini]]
Frekvencijska karakteristika operacionogoperacijskog pojačala mora osigurati frekvencijsku stabilnost pojačala na višim [[frekvencija|frekvencijama]]. To se kod starijih operacionih pojačala postiže vanjskom, a kod suvremenijih monolitnih integriranih pojačala unutarnjom frekvencijskom kompenzacijom pojačanja operacionogoperacijskog pojačala.
 
Pojačanje operacionogoperacijskog pojačala (''slika desno'') počinje se smanjivati u tom smislu već za ulazni napon frekvencije veće od kojih 50 Hz (''f''<mathsub>f_gg</mathsub>) i to strminom 6 dB/oktavi, odn. 20 dB/dekadi. Frekvencijskom kompenzacijom pojačanja osigurava se da u području viskihvisokih frekvencija povratni signal [[negativna reakcijapovratna veza|negativne reakcijepovratne veze]] ne može imati dovoljnu veliku amplitudu i dovoljno velik fazni pomak za nastanak samooscilacija.
 
==FrekvencijskaNačin karakteristikaspajanja operacionogoperacijskog pojačala==
OperacionoOperacijsko pojačalo se može izvesti kao diferencijalno pojačalo te kao sklop s asimetričnim ulazom u neinvertirajućem ili invertirajućem spoju.
[[Datoteka:Frequency characteristics operational amplifier.png|frame|right]]
Frekvencijska karakteristika operacionog pojačala mora osigurati frekvencijsku stabilnost pojačala na višim [[frekvencija|frekvencijama]]. To se kod starijih operacionih pojačala postiže vanjskom, a kod suvremenijih monolitnih integriranih pojačala unutarnjom frekvencijskom kompenzacijom pojačanja operacionog pojačala.
 
===OperacionoOperacijsko pojačalo kao diferencijalno pojačalo===
Pojačanje operacionog pojačala (slika desno) počinje se smanjivati u tom smislu već za ulazni napon frekvencije veće od kojih 50 Hz (<math>f_g</math>) i to strminom 6 dB/oktavi, odn. 20 dB/dekadi. Frekvencijskom kompenzacijom pojačanja osigurava se da u području viskih frekvencija povratni signal [[negativna reakcija|negativne reakcije]] ne može imati dovoljnu veliku amplitudu i dovoljno velik fazni pomak za nastanak samooscilacija.
[[ImageDatoteka:Differential Amplifier.svg|300px|thumbmini|leftlijevo|Idejno rješenje jednostavnog diferencijalnog pojačala izvedenog operacionimoperacijskim pojačalom]]
 
Diferencijalno pojačalo izvedeno je operacionimoperacijskim pojačalom (''slika lijevo''), gdje se ulazni simetrični električni napon (''U''<mathsub>U_{e-}</mathsub>, ''U''<mathsub>U_{e+}</mathsub>) dovodi na invertirajući, odnosno neinvertirajući ulaz operacionog pojačala. U izvedbi diferencijalnog pojačala treba mrežu otpornika ''R''<mathsub>R_11</mathsub> – ''R''<mathsub>R_44</mathsub> izvesti na način da su i ulazni [[električni otpor|otpor]] i pojačanje diferencijalnog pojačala jednaki za oba ulaza. Naponsko pojačanje invertirajućeg, odnosno neinvertirajućeg ulaza sklopa sa slike je određeno jednakostima:
 
==Način spajanja operacionog pojačala==
Operaciono pojačalo se može izvesti kao diferencijalno pojačalo te kao sklop s asimetričnim ulazom u neinvertirajućem ili invertirajućem spoju.
 
===Operaciono pojačalo kao diferencijalno pojačalo===
[[Image:Differential Amplifier.svg|300px|thumb|left|Idejno rješenje jednostavnog diferencijalnog pojačala izvedenog operacionim pojačalom]]
Diferencijalno pojačalo izvedeno je operacionim pojačalom (slika lijevo), gdje se ulazni simetrični električni napon (<math>U_{e-}</math>, <math>U_{e+}</math>) dovodi na invertirajući, odnosno neinvertirajući ulaz operacionog pojačala. U izvedbi diferencijalnog pojačala treba mrežu otpornika <math>R_1</math> – <math>R_4</math> izvesti na način da su i ulazni [[električni otpor|otpor]] i pojačanje diferencijalnog pojačala jednaki za oba ulaza. Naponsko pojačanje invertirajućeg, odnosno neinvertirajućeg ulaza sklopa sa slike je određeno jednakostima:
:<math>{A_V-} = -\frac{R_2}{R_1} </math> i
:<math>{A_V+} = \frac{R_4}{R_3+ R_4} \frac{R_1+R_2}{R_1} </math>
gdje su pojačanja po definiciji diferencijalnog pojačala suprotnih predznaka.
Simetričnost ulaznog otpora i naponskog pojačanja invertirajućeg i neinvertirajućeg ulaza postiže se uz uvjet da je:
<math>R_1</math>=<math>R_3</math> i <math>R_2</math>=<math>R_4</math>. Izlazni napon se u obliku asimetričnog napona pojavljuje na izlazu operacionog pojačala i može se koristiti za pobudu slijedećeg stupnja elektroničkog uređaja.
 
Simetričnost ulaznog otpora i naponskog pojačanja invertirajućeg i neinvertirajućeg ulaza postiže se uz uvjet da je:
===Operaciono pojačalo u neinvertirajućem spoju===
<math>R_1</math>=<math>R_3</math> i <math>R_2</math>=<math>R_4</math>. Izlazni napon se u obliku asimetričnog napona pojavljuje na izlazu operacionogoperacijskog pojačala i može se koristiti za pobudu slijedećeg stupnja elektroničkog uređaja.
[[Datoteka:Noninverting Amplifier.svg|250px|thumb|right|Operaciono pojačalo u neinvertirajućem spoju]]
Operaciono pojačalo u neinvertirajućem spoju (slika desno) ne zakreće fazu ulaznog signala (<math>U_e</math>) te se on na izlazu operacionog pojačala pojavljuje pojačan (<math>U_a</math>) i u istom faznom odnosu s ulaznim signalom. Naponsko pojačanje operacionog pojačala u neinvertirajućem spoju je prema pojednostavljenom prikazu na slici određeno otporima <math>R_2</math> i <math>R_1</math>:
 
===OperacionoOperacijsko pojačalo u neinvertirajućem spoju===
[[Datoteka:Noninverting Amplifier.svg|250px|thumbmini|right|OperacionoOperacijsko pojačalo u neinvertirajućem spoju]]
OperacionoOperacijsko pojačalo u neinvertirajućem spoju (''slika desno'') ne zakreće fazu ulaznog signala (''U''<mathsub>U_ee</mathsub>) te se on na izlazu operacionog pojačala pojavljuje pojačan (''U''<mathsub>U_aa</mathsub>) i u istom faznom odnosu s ulaznim signalom. Naponsko pojačanje operacionogoperacijskog pojačala u neinvertirajućem spoju je prema pojednostavljenom prikazu na slici određeno otporima ''R''<mathsub>R_22</mathsub> i ''R''<mathsub>R_11</mathsub>:
:<math>{A_V} = \frac{R_1+R_2}{R_1} </math>
 
Ulazni otpor sklopa je vrlo velik te se u stvarnoj izvedbi paralelno ulazu operacionogoperacijskog pojačala u neinvertirajućem spoju spaja [[otpornik]] s odgovarajućom vrijednosti [[električni otpor|električnog otpora]] koja tada u cijelosti definira ulazni otpor sklopa.
 
Sklop može poslužiti kao osnova ua konstrukciju mikrofonskog poretpojačala za priključak [[mikrofon|mikrofona]] s niskom ili visokom izlaznom [[električna impedancija|impedancijom]] ili za izvedbu linijskog ulaza ([[radio]], [[magnetofon]] i sl.).
 
===OperacionoOperacijsko pojačalo u invertirajućem spoju===
[[Datoteka:Inverting Amplifier.svg|250px|thumbmini|leftlijevo|OperacionoOperacijsko pojačalo u invertirajućem spoju]]
OperacionoOperacijsko pojačalo u invertirajućem spoju (''slika lijevo'') zakreće fazu ulaznog signala (''U''<mathsub>U_ee</mathsub>) te se on na izlazu operacionog pojačala pojavljuje pojačan (''U''<mathsub>U_aa</mathsub>) i fazno zakrenut za <math>180^0</math>°.
 
Naponsko pojačanje operacionog pojačala u invertirajućem spoju je prema pojednostavljenom prikazu na slici određeno otporima <math>R_2</math> i <math>R_1</math>:
 
Naponsko pojačanje operacionogoperacijskog pojačala u invertirajućem spoju je prema pojednostavljenom prikazu na slici određeno otporima ''R''<mathsub>R_22</mathsub> i ''R''<mathsub>R_11</mathsub>:
:<math>{A_V} = \frac{R_2}{R_1} </math>
 
Ulazni otpor sklopa određen je nazivnom vrijednosti otpora ''R''<mathsub>R_11</mathsub> i može se u širokim granicama prilagoditi izlaznom otporu (impedanciji) priključenog električnog izvora,dok je izlazni otpor vrlo mali što se odnosi i na operacionooperacijsko pojačalo u neinvertirajućem spoju. Sklop također može poslužiti kao osnova za konstrukciju mikrofonskog poretpojačala za priključak mikrofona s niskom ili visokom izlaznom impedancijom ili za izvedbu sklopa pretpojačala linijskog ulaza (radio, magnetofon i sl.).
 
===Niskofrekventno pojačalo snage s OPoperacijskim pojačalom u predstupnju===
[[FileDatoteka:Two-stage amplifier with opamp.svg|350px|thumb|rightmini|Niskofrekventno pojačalo snage s OP u predstupnju]]
OperacionoOperacijsko pojačalo može poslužiti i za izvedbu [[niskofrekventno pojačalo snage|niskofrekventnog pojačala snage]] jednostavne konstrukcije (''slika desno'').
 
Sklop je izveden u hibridnoj tehnici, odn. u kombinaciji operacionogoperacijskog pojačala u integriranoj izvedbi i izlaznog dijela pojačala snage izvedenog u diskretnoj tehnici. OperacionoOperacijsko pojačalo u tom smislu postavlja osnovnu radnu točku izlaznog stupnja pojačala i osigurava odgovarajuće naponsko pojačanje, dok tranzistori u izlaznom stupnju spojeni kao NPN/PNP zakretači faze (C945/A733) pobuđuju izlazne tranzistore snage (C5042). Trimerski potenciometri u izlaznom krugu omogućuju točno određivanje kolektorske struje mirovanja u izlaznom krugu. Umjesto navedenim, pojačalo se može izvesti i brojni drugim bipolarnim tranzistorima odgovarajućih karakteristika. Ulazni otpor sklopa prema slici iznosi 10 kOhmak&Omega;, naponsko pojačanje ''A''<mathsub>A_VV</mathsub>=100, a izlazna [[snaga]] pojačala je oko 6 W na opteretnom otporu od 4 Ohma&Omega;.
 
==Značaj==
Upotreba i ugradnja operacionogoperacijskog pojačala kao cjelovite elektroničke komponente je daleko lakša, jednostavnija i jeftinija nego ugradnja znatno većeg broja elektroničkih komponanti (otpornika, [[dioda]] i tranzistora) koji bi imali istu funkciju.
Operaciona pojačala imaju brojne primjene te se uz odgovarajuće ostale elektroničke komponente koriste kao:
 
OperacionaOperacijska pojačala imaju brojne primjene te se uz odgovarajuće ostale elektroničke komponente koriste kao:
*audio i video pojačala
 
*komparatori napona
 
*diferencijalna pojačala
 
*diferencijatori i integratori
 
*aktivni elektronički filteri
 
*vrlo točni ispravljači
 
*vrlo točni detektori razine električnog signala
 
*naponski i strujni regulatori
 
*analogno-digitalni konverteri
 
*digitalno-analogni konverteri
 
*oscilatori i generatori valnih funkcija.
 
 
==Literatura==
Anonimni suradnik