operational amplifier

Angol

Főnév

operational amplifier (tsz. operational amplifiers)

(informatika) műveleti erősítő

A műveleti erősítő (angolul: Operational Amplifier, röviden op-amp) egy nagy erősítésű, differenciálerősítőként működő integrált áramkör, amelyet elsősorban analóg jelek feldolgozására használnak. Nevét onnan kapta, hogy analóg számítógépekben matematikai műveletek – mint például összeadás, kivonás, integrálás és deriválás – elvégzésére használták.

Alapvető jellemzők

Egy ideális műveleti erősítő tulajdonságai:

Végtelen nyílthurkú erősítés (A → ∞)
Végtelen bemeneti impedancia → nincs bemeneti áram
Nulla kimeneti impedancia → képes terhelést meghajtani
Végtelen sávszélesség (korlátlan frekvenciaválasz)
Nincs saját zaj vagy torzítás

Valós op-amp esetén ezek az értékek végesek, de közelítőleg igazak sok gyakorlati alkalmazásban.

Belső felépítés (egyszerűsítve)

A műveleti erősítő egy három kapcsos eszköz:

Inverzáló bemenet (−)
Nem inverzáló bemenet (+)
Kimenet (V_out)

A kimeneti feszültség a bemenetek különbségének és az erősítésnek a szorzata:

$V_{\text{out}}=A\cdot (V_{+}-V_{-})$

ahol ${\textstyle A}$ a nyílthurkú erősítés.

Alapkapcsolások

1. Feszültségkövető (buffer)

A + bemenetre adunk jelet, a − bemenet visszacsatolt a kimenetről
${\textstyle V_{\text{out}}=V_{\text{in}}}$
Nagy bemeneti, alacsony kimeneti impedancia → impedanciaillesztés

2. Inverzáló erősítő

Bemenet a − bemenetre, + földelve
Kimenet visszacsatolva − bemenetre ellenállással
Erősítés:

$V_{\text{out}}=-\left({\frac {R_{f}}{R_{\text{in}}}}\right)V_{\text{in}}$

3. Nem inverzáló erősítő

Bemenet a + pontra, − visszacsatolva
Erősítés:

$V_{\text{out}}=\left(1+{\frac {R_{f}}{R_{1}}}\right)V_{\text{in}}$

4. Összegző erősítő

Több bemenet, mind a − bemenetre, megfelelő ellenállásokon keresztül
Kimenet a bemenetek súlyozott inverz összege

5. Integráló kapcsolás

Bemenet sorban egy ellenállás, visszacsatolásban kondenzátor
Kimenet az idő szerinti integrálja a bemeneti jelnek

6. Deriváló kapcsolás

Ellenállás és kondenzátor cserélve
Kimenet az idő szerinti deriváltja a bemeneti jelnek

Tipikus alkalmazások

Jelerősítés (pl. mikrofon erősítő)
Szűrés (alul-, felül-, sávszűrők)
Feszültségkövetés és impedanciaillesztés
Matematikai műveletek végrehajtása
A/D és D/A átalakítók részeként
Komparátor (ha nincs visszacsatolás)
PID szabályozókban (pl. integráló és deriváló részek)

Gyakran használt op-amp IC-k

LM741: klasszikus, általános célú
TL081, TL071: jobb zaj- és frekvenciatulajdonságok
LM358: kettős műveleti erősítő egy tokban
OP07: nagy pontosságú, kis ofszetfeszültség

Gyakorlati szempontok

Offset feszültség: a bemeneti különbség, amely nem nulla kimenetet okoz
Slew rate: a maximális feszültségváltozás sebessége a kimeneten (pl. V/μs)
Common-mode rejection ratio (CMRR): az az arány, amellyel a közös módú jelet elnyomja
Power supply rejection ratio (PSRR): mennyire hat az ellátófeszültség változása a kimenetre

Összefoglalás

A műveleti erősítő az analóg elektronika egyik legfontosabb építőeleme, rugalmas felhasználási lehetőségekkel. Széles körben alkalmazzák jelfeldolgozásra, erősítésre, vezérlésre és analóg számításokra. Bár ideális tulajdonságai csak közelítőleg teljesülnek, jól tervezett visszacsatolással pontos, stabil és nagy megbízhatóságú rendszerek építhetők belőle.

További információk

operational amplifier - Szótár.net (en-hu)
operational amplifier - Sztaki (en-hu)
operational amplifier - Merriam–Webster
operational amplifier - Cambridge
operational amplifier - WordNet
operational amplifier - Яндекс (en-ru)
operational amplifier - Google (en-hu)
operational amplifier - Wikidata
operational amplifier - Wikipédia (angol)