Základní zapojení s operačními zesilovači

Operační zesilovače byly původně vyvinuty pro realizaci matematických operací (odtud jejich název) v éře analogových počítačů, kde byly používány pro realizaci základních aritmetických operací sčítání, odečítání, dělení a násobení a také pro integraci a derivaci analogových signálů.

Časem se ukázalo, že tyto obvody mají daleko širší uplatnění. Vedle použití operačních zesilovačů v analogových počítačích se v současnosti používají v řadě elektronických obvodů jako jsou stejnosměrné i střídavé zesilovače napěťového signálu, komparátory (porovnávací obvody), klopné obvody, omezovače amplitudy, aktivní elektronické filtry, převodníky A/D a také jsou základem elektronických PID regulátorů, elektronických měřících přístrojů, atd.

Samotný OZ vykazuje velké napěťové zesílení A_U. V běžných praktických aplikacích se však požadují daleko nižší hodnoty. Omezení napěťového zesílení OZ je realizováno pomocí zpětnovazebního rezistoru R_2, zapojeného mezi jeho výstupem a invertujícím vstupem (-). Podle toho, na který vstup OZ přivádíme zesilovaný signál, rozlišujeme tato dvě základní zapojení - invertující a neinvertující zapojení.

Invertující zapojení operačního zesilovače

Obr. 1: Invertující zapojení operačního zesilovače

Vstupní napětí je přivedeno přes rezistor R₁ na invertující vstup OZ. Ten toto napětí zesílí a na jeho výstupu se tedy objeví zesílené vstupní napětí, avšak s opačnou polaritou. Toto výstupní napětí je přes rezistor R₂ rovněž přivedeno na invertující vstup OZ a protože má opačnou polaritu, zmenšuje napětí na invertujícím vstupu. Protože má OZ velké (ideálně nekonečné) zesílení, ustálí se obvod ve stavu, kdy je na invertujícím vstupu jen velmi malé (ideálně nulové) napětí (tento bod se proto někdy nazývá virtuální zem).

Invertující zesilovač je jedno z nejpoužívanějších zapojení. Na výstupu se objeví vstupní napětí vynásobené zápornou konstantou (tedy zinvertované). Velikost zesílení je daná poměrem odporů R₂ a R₁.

Vstupní napětí také vyvolá proud tekoucí rezistorem R₁. Tento proud však z důvodu vysokého vstupního odporu nemůže téci do vstupu OZ, a proto teče přes rezistor R₂ do výstupu OZ. Rezistory R₁ a R₂ tedy v podstatě tvoří odporový dělič, který má ve středu nulové napětí. OZ se vždy snaží mezi vstupy udržet nulové napětí, říkáme, že na vstupu je tzv. plovoucí zem. Proto můžeme dle I. Kirchoffova zákona pro invertující vstup napsat rovnici:

U_vst / R₁ + U_vyst / R₂ = 0

Z toho vyplývají následující vztahy:

 

 

Zdroje

• Autor neznámý. Operační zesilovač (OZ) [online]. [cit. 10.9.2012]. Dostupný na WWW: http://www.outech-havirov.cz/skola/files/knihovna_eltech/ea/oz.pdf.
• Autor neznámý. Zapojení s operačním zesilovačem [online]. [cit. 10.9.2012]. Dostupný na WWW: http://newwiki.panska.cz/index.php/Zapojen%C3%AD_s_opera%C4%8Dn%C3%ADm_zesilova%C4%8Dem.

Obrázky

• Obr. 1: Z archivu autora. Invertující zapojení OZ.