Realizacje układów techniki cyfrowej

Wzmacniacz operacyjny (ang. operational amplifier) to wzmacniacz napięciowy o bardzo dużym wzmocnieniu k_u i dwu wejściach oznaczanych symbolami „+” (tak zwane wejście nieodwracające) i „-” (tzw. wejście odwracające). Charakterystyczna dla wzmacniacza operacyjnego jest bardzo duża oporność wejściowa i bardzo mała wyjściowa. Wygodnie jest nawet przyjmować w rozważaniach pierwszego przybliżenia, że oporność wejściowa jest nieskończona a wyjściowa równa 0.

Oznaczenie wzmacniacza operacyjnego i jego charakterystyka przejściowa pokazane są na rys.1.

Rys.1. Wzmacniacz operacyjny i jego charakterystyka przejściowa, z uwzględnieniem efektu nasycania się wzmacniacza; U_max to maksymalne napięcie jakie może się pojawić na wyjściu wzmacniacza

Rys. 2. Układ wtórnika napięciowego zbudowany na wzmacniaczu operacyjnym

Na rys. 4. pokazany jest układ sumatora napięć na wzmacniaczu operacyjnym. Napięcie wyjściowe układu U_wy jest równe

$U_{wy} = -R_f\displaystyle\sum^m_{i=1} \frac{U_i}{R_i}$

Wynika to z bilansu prądów w węźle „-” i z faktu, że napięcie U ^ w tym węźle jest bardzo bliskie zeru jest to tzw. „zero pozorne”.

Rys. 3. Wzmacniacz o wzmocnieniu $k_u = - \frac{R_1}{R_2}$ zbudowany na wzmacniaczu operacyjnym

Rys. 4. Sumator analogowy

Rys. 5. Analogowy układ całkujący (tzw. integrator Millera)

Z kolei na rys.5. pokazany jest układ integratora Millera. Przez opornik R₁ (a więc i kondensator C) płynie prąd $\frac{U_{we}(t)}{R_1}$ ładując kondensator C , zatem napięcie na kondensatorze jest w chwili czasu t równe

$U_c(t) = - \displaystyle\int^t_0\frac{U_{we}(t)}{R_1}dt + U_c(0)$