Podręcznik

Wzmacniacz operacyjny jest szczególnym rodzajem wzmacniacza napięciowego niezwykle ważnym i często stosowanym przy realizacji innych układów. Jego oznaczenie oraz zastępczy schemat obwodowy przedstawia rys. 1.6. 

Rys. 1.6. Oznaczenie idealnego wzmacniacza operacyjnego

Idealny wzmacniacz operacyjny nie pobiera prądu na wejściu (impedancja wejściowa równa nieskończoności) a jego napięcie wyjściowe w zakresie pracy liniowej jest proporcjonalne do wejściowego napięcia różnicowego $U_1=U^+-U^-$, przy czym $U^+$ jest napięciem wejścia nieodwracającego a $U^-$ napięciem wejścia odwracającego wzmacniacza

Przy założeniu idealności wzmacniacza operacyjnego wartość wzmocnienia $A$ dąży do nieskończoności. Biorąc pod uwagę, że napięcie wyjściowe wzmacniacza może przyjmować jedynie wartości skończone, napięcie różnicowe $U_1$ w idealnym wzmacniaczu operacyjnym musi być równe zeru. Idealny wzmacniacz operacyjny zachowuje się więc tak, jakby stanowił na wejściu jednocześnie zwarcie i rozwarcie. W efekcie idealny wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się następującymi właściwościami:

• nieskończona wartość wzmocnienia napięciowego
• zerowa wartość impedancji wyjściowej
• nieskończona impedancja wejściowa
• spełnienie wszystkich powyższych cech dla zakresu częstotliwości od zera do nieskończoności.

Na rys. 1.7 przedstawiono obwodowy schemat zastępczy idealnego wzmacniacza operacyjnego, wykorzystujący źródło napięcia sterowane napięciem.

Rys. 1.7. Schemat zastępczy idealnego wzmacniacza operacyjnego

W rzeczywistości wzmacniacz operacyjny realizowany w technologii scalonej ma skończoną wartość zarówno impedancji wejściowej (rzędu megaomów) jak i wzmocnienia napięciowego. Co więcej wzmocnienie napięciowe jest w istotny sposób zależne od częstotliwości i zmienia się od wartości około miliona dla napięć stałych $(f=0)$ do wartości równej jeden przy częstotliwości rzędu megaherców. Impedancja wyjściowa wzmacniacza rzeczywistego przyjmuje wartość około $70\Omega$ zamiast wartości zerowej w przypadku idealnym. Wartości powyższe mogą się zmieniać w zależności od technologii wykonania. W zakresie częstotliwości do (3-10) kHz rzeczywisty wzmacniacz operacyjny z dużym przybliżeniem może być jednak traktowany jako idealny.