Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.4 Prvky elektronických obvodů Kapitola 17 Operační zesilovač Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 OPERAČNÍ ZESILOVAČ... 2 1.1 ROZDĚLENÍ OZ... 3 1.2 ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI IDEÁLNÍHO OZ... 3 1.3 PODLE POUŽITÉHO NAPÁJENÍ... 3 1.4 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál popisuje operační zesilovač. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními elektronickými prvky jako dioda, tranzistor, tyristor, rezistor, kondenzátor, cívka a další, které jsou základem pro složitější elektronické obvody. Po prostudování všech kapitol bude student znát úpravu elektrických signálů a základní elektronické obvody. 1
1 Operační zesilovač Z názvu vyplývá, že se jedná o zesilovač používaný knějakým operacím. Původně byl zkonstruován a používán v analogových počítačích, kde operační zesilovač dokázal uskutečnit základní matematické operace. 1 - Offset 1 2 Invertující vstup 3 - Neinvertující vstup 4 UCC - 5 - Offset 2 6 - Output 7 UCC + Obrázek 1 - příklad operačního zesilovače Operační zesilovač je polovodičová součástka vyráběná formou integrovaného obvodu vyznačující se velkým napěťovým zesílením vstupního rozdílového napětí (diferenciální napěťový zesilovač). Operační zesilovač zesiluje jak stejnosměrné, tak i střídavé napěťové signály. Obrázek 2 - značka OZ Operační zesilovač má dva vstupy (invertující a neinvertující vstup) a jeden výstup. Dále má další vývody pro napájení, kmitočtovou kompenzaci a kompenzaci vstupní napěťové nesymetrie. Přivedeme - li vstupní elektrický signál na invertující vstup OZ, dojde kromě zesílení, také k posunutí fáze zesíleného výstupního elektrického signálu o 180 0 opačná fáze (invertovat = převrátit, obrátit). Přivedeme - li vstupní elektrický signál na neinvertující vstup OZ, dojde k jeho zesílení, avšak fázový posun mezi vstupním a výstupním (zesíleným) elektrickým signálem je nulový (fáze se nezmění). 2
1.1 Rozdělení OZ invertující neinvertující integrační a derivační sumační a rozdílový komparátor a další 1.2 Základní vlastnosti ideálního OZ 1. Nekonečný vstupní odpor. 2. Nekonečně velké napěťové zesílení. 3. Nulový výstupní odpor. 1.3 Podle použitého napájení a) Symetrické OZ - vyžadují tzv. symetrické napájení (např. +15V a -15V proti zemi). Jejich vstupní i výstupní elektrický signál proto muže být kladný i záporný. b) Nesymetrické OZ - stačí jen jedna polarita napájení, jejich použití je trochu jednodušší, co se týče napájecího zdroje. Neumožnují však na výstupu získat záporné napětí, proto se nehodí pro některá zapojení. Obrázek 3 - příklad zapojení OZ ze symetrickým zdrojem 1.4 Kontrolní otázky 1. K čemu slouží operační zesilovač? 2. Jaké signály zesiluje operační zesilovač? 3. Popište jednotlivé vstupy OZ. 4. Jaké má OZ základní vlastnosti? 5. Nakreslete OZ ze symetrickým zdrojem 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - PŘÍKLAD OPERAČNÍHO ZESILOVAČE... 2 OBRÁZEK 2 - ZNAČKA OZ... 2 OBRÁZEK 3 - PŘÍKLAD ZAPOJENÍ OZ ZE SYMETRICKÝM ZDROJEM... 3 6