Operacinis stiprintuvas

Operacinis stiprintuvas – didelį stiprinimo koeficientą turintis stiprintuvas, turintis du įėjimus (tiesioginį ir invertuojantį). Būdami universalūs įvairių schemų elementai, tokie stiprintuvai neretai gaminami kaip integralinės schemos. Stiprintuve išėjimo įtampa lygi įtampos tarp šių dviejų įėjimų skirtumui, padaugintam iš stiprinimo koeficiento:

${\displaystyle V_{\mathrm {out} }=(V_{+}-V_{-})\cdot G_{\mathrm {atv} }}$

Pagal šią formulę išėjimo įtampa gali būti tiek teigiama, tiek neigiama. Tai pasiekiama maitinant stiprintuvą iš dviejų priešingo ženklo įtampos šaltinių. Stiprinimo koeficientas G_atv paprastai siekia dešimtis tūkstančių ir daugiau, net ir panašių prietaisų jis gali gana daug skirtis. Jei reikalingas tikslus stiprinimo koeficientas, naudojamas diferencialinis stiprintuvas

Kadangi stiprinimo koeficientas labai didelis, paprastai jis sumažinamas įvedant neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinę. Tuomet skaičiuojant išėjimo įtampą, tariama, jog esant nusistovėjusiai pusiausvyrai įtampos skirtumas tarp invertuojančio ir tiesioginio įėjimų lygus nuliui.

Stiprintuvas buvo pavadintas „operaciniu“ nes analoginėse skaičiavimo mašinose tokie įrenginiai buvo skirti matematinėms operacijoms (sudėčiai, atimčiai, diferencijavimui ir integravimui) atlikti. Schema su operaciniu stiprintuvu gali imituoti diodo (superdiodas) ar ritės (giratorius) darbą, būdama pigesnė ar turėdama geresnes charakteristikas nei imituojami elementai.

Jei nėra neigiamo grįžtamojo ryšio, toks stiprintuvas dažniausiai dirba kaip komparatorius: jei įtampa tiesioginiame įėjime didesnė nei invertuojamame, jo išėjimo įtampa tiesiog lygi teigiamo maitinimo šaltinio įtampai (maksimali galima). Jei įtampa didesnė invertuojamame įėjime, išėjimo įtampa lygi neigiamo maitinimo šaltinio įtampai (minimali galima).

Operacinis stiprintuvas žymimas ženklu

Kur:

• V₊: tiesioginis (neinvertuojantis) įėjimas
• V₋: invertuojantis įėjimas
• V_out: stiprintuvo išėjimas
• V_S+: teigiamas maitinimo šaltinis
• V_S−: neigiamas maitinimo šaltinis.

Norint gauti reikiamą stiprinimo koeficientą, invertuojantis įėjimas sujungiamas su išėjimu per įtampos dalytuvą, kuris sumažina įtampą K = R₁ / (R₁ + R₂) kartų:

Tuomet įtampa tiesioginiame įėjime lygi

V₊ = V_in

O invertuojamam įėjime ji lygi

V₋ = K V_out

Taigi išėjimo įtampa lygi

V_out = G_atv(V_in − K V_out)

Schemos stiprinimo koeficientas V_out / V_in lygus

V_out / V_in = G_atv / (1 + G_atv K)

Kadangi G_atv palyginus su reikiamu stiprinimo koeficientu paprastai labai didelis, V_out / V_in yra artimas 1 / K = 1 + (R2 / R1).

Taigi tokios schemos stiprinimo koeficientas apytikriai lygus 1 + (R2 / R1).

• Superdiodas
• Serial ATA