Struktura

Operační zesilovače s bipolárními a unipolárními tranzistory

Operační zesilovače s bipolárními a unipolárními tranzistory

V praxi se nejvíce užívají tyto operační zesilovače:

  • napěťový OZ: napěťově řízený napěťový zdroj s nekonečným napěťovým ziskem a vstupní impedancí a nulovým výstupním odporem

  • proudový OZ: proudově řízený proudový zdroj s nekonečným proudovým ziskem a výstupním odporem a nulovým vstupním odporem

  • transrezistentní OZ: proudově řízený napěťový zdroj s nekonečným transrezistentním ziskem a nulovým vstupním a výstupním odporem

  • transkonduktantní OZ: napěťově řízený proudový zdroj s nekonečným transkonduktančním ziskem, vstupním a výstupním odporem

Uvedené typy operačních zesilovačů lze také definovat rozlišností kombinací vstupního zdroje a výstupního zařízení:

  • napětí na napětí (UU) zesilovač

  • proud na proud (II) zesilovač

  • napětí na proud (UI) zesilovač

  • proud na napětí (IU) zesilovač

Základním stavebním prvkem OZ je diferenční zesilovač. Je důležitým stavebním kamenem všech operačních zesilovačů. V praktických schématech jej obvykle tvoří dva tranzistory ve vstupní části, umístěné “tváří v tvář” blízko u sebe, se spojenými emitory (buď přímo, nebo přes malé rezistory). Okolo těchto tranzistorů je pár dalších součástek: dva kolektorové odpory a jediný emitorový odpor k zemi. Většina praktických diferenčních zesilovačů však obsahuje místo emitorového odporu zdroj konstantního proudu.

Obr. 1: Zapojení diferenčního zesilovače v bipolární technologii

Obr. 2: Zapojení diferenčního zesilovače v unipolární technologii

Hlavním úkolem diferenčního zesilovače je sloučit dva vstupy operačního zesilovače (invertující a neinvertující) do jediného signálu, který pak pokračuje do následujících stupňů k dalšímu zesílení. Tyto dva vstupy jsou totožné s bázemi těchto dvou tranzistorů v diferenčním stupni. Výstupní signál je odebírán z kolektoru pouze jednoho z obou tranzistorů. Tak se stane, že jeden ze vstupů je invertující a druhý neinvertující.

Obr. 3: Zapojení zdroje konstantního proudu

Zdroj konstantního proudu se chová jako rezistor o velmi vysokém odporu, připojený na velmi vysoké napětí. Tyto vlastnosti jsou užitečné při nastavování klidového proudu koncových stupňů operačních zesilovačů, ale také při konstrukci napěťových zesilovačů (v rozkmitovém stupni).

Elementární operační zesilovač

Je to nejzákladnější principiální zapojení, ze kterého se vychází pro návrh dalších operačních zesilovačů.

Obr. 4: Zapojení elementárního operačního zesilovače v bipolární technologii

Elementární operační zesilovač je složen z několika základních bloků, které ukazuje obrázek 4. Na vstupu obvodu je diferenční zesilovač, který nám rozdělí kladné a záporné proudy. Na tento diferenční zesilovač je připojen proudový zdroj, který zajišťuje oživování obvodu. Emitorový sledovač na výstupu zesilovače nám zesiluje v poslední části a z něj je vyveden výstup OZ.
 
Zapojení elementárního proudového operačního zesilovače ukazuje obrázek č.5:

Obr. 5: Zjednodušené schéma proudového operačního zesilovače v unipolární technologii

Obvod je velmi jednoduchý, na začátku je tranzistor (reprezentuje vstupní proudový sledovač), dále následuje proudové zrcadlo a spřažené zdroje (vložené na výstupu obvodu). V tomto uspořádání obvod pouze vyžaduje napětí mezi gate a source unipolárního tranzistoru a napětí mezi drain a source, kde je saturační napětí pro řízení tranzistoru.

Zdroje

Obrázky

Logolink