Struktura

Požadavky na operační zesilovače

Požadavky na operační zesilovače

Ideálně požadujeme nekonečně velké zesílení v pásmu 0 až ∞ Hz. Reálně se zesílení směrem k vyšším kmitočtům zmenšuje; současně vzniká nežádoucí fázový posuv, který může způsobit nežádoucí oscilace – nestabilita (vzniká nežádoucí kladná zpětná vazba). Proto se u reálných OZ zavádí kmitočtová kompenzace. Některé OZ mají již tuto kmitočtovou kompenzaci zabudovanou uvnitř a nazýváme ji vnitřní kmitočtová kompenzace. Vnitřní kompenzace je nastavena tak, aby byla zesilovací struktura stabilní pro požadované zesílení (nejčastěji 1 – největší korekce, nejmenší šířka pásma). Větší šířku pásma při větším požadovaném zesílení je možné dosáhnout, volíme-li operační zesilovač s vnější kompenzací – pro větší požadovaná zesílení použijeme menší hodnoty kompenzačních kapacit, obvod zůstává stabilní (nevykazuje nežádoucí kmity).

Zesílení by mělo být nezávislé na zatížení výstupu OZ. To znamená, že by ho neměla ovlivňovat velikost impedance zátěže. Tento požadavek lze u tranzistorového zesilovače splnit jen obtížně, ale OZ se splnění této podmínky velmi přibližuje. Jeho výstupní impedance má být co nejmenší, nejlépe nulová.

OZ nemá zatěžovat vstupní obvody, ke kterým je připojen a jejichž el. signál zesiluje. Musí tedy vykazovat velkou vstupní impedanci, nejlépe nekonečnou. Tomuto stavu se nejvíce přibližují OZ se vstupními obvody FET (BIFET a BIMOS), které mají vstupní odpor velmi vysoký, takže připojené obvody prakticky nezatěžují (vstupem OZ téměř neprochází el. proud).

Vstupní napěťová nesymetrie je napětí, které je zapotřebí přivést mezi vstupní svorky OZ, aby na výstupu OZ bylo napětí 0V. Vstupní napěťová nesymetrie vzniká, protože tranzistory T1 a T2 ve vstupním zesilovači nikdy nejsou přesně stejné. Typická hodnota vstupní napěťové nesymetrie je do 10mV. Při její kompenzaci postupujeme, jak uvádí odborná literatura, dle pokynu výrobce.

Obecně lze u všech OZ připojit k neinvertujícímu vstupu potenciometr, a tím poté nastavit nulové napětí na výstupu. Obecně tedy platí, že vstupní obvody OZ nejsou zcela symetrické, a proto na výstupu OZ se objeví vždy určité napětí, i když napětí mezi oběma vstupy je nulové. Kromě toho dochází samovolně ke změnám vstupní napěťové nesymetrie. Tomuto jevu se obvykle říká drift. Protože nejzávažnějším původcem driftu je změna teploty polovodičových přechodů, vstupní napěťovou nesymetrii se podaří zpravidla vykompenzovat až po zahřátí integrovaného obvodu na provozní teplotu.

Vstupní proudová nesymetrie IIO - vzniká ze stejného důvodu jako nesymetrie napěťová - tranzistory T1 a T2 však nemohou být vyrobeny úplně stejně a jejich vstupní proud je tudíž rozdílný. Typická hodnota je 20nA. 

Kompenzace

Vstupní proudy IIB a proudová nesymetrie IIO se uplatňují pouze tehdy, je-li vstup OZ spojen se zemí přes velkou impedanci. Nejjednodušší kompenzace vstupních proudu IIB - odpor R3 zapojený do neinvertujícího vstupu OZ: Shodné vstupní proudy vyvolají na odporech R3 a R1’||R2 shodné napěťové úbytky a nevyvolají tedy chybu na diferenčním vstupu. Nevýhodou tohoto zapojení je zhoršení (snížení) horního mezního kmitočtu celého zesilovače.

 

Obr. 1: Vstupní proudová nesymetrie OZ

  • Malá vlastní spotřeba [mW].
  • Fázový posun mezi vstupním a výstupním napěťovým signálem je 0° nebo 180°.

Zdroje

Obrázky

  • Obr. 1: Z archívu autora
Logolink