Amplificatoare operaționale

1.Generalități

Necesitatea miniaturizării circuitelor electronice a condus la includerea într-o singură capsulă a mai multor componente discrete, cum ar fi: tranzistoare, diode, rezistențe etc. S-a ajuns astfel la realizarea circuitelor integrate unde majoritatea elementelor componente ale unui circuit sunt incluse intr-o singură capsulă. Dacă în această capsulă transpunem schema cu componente discrete a unui amplificator operațional atunci putem spunem ca circuitul integrat este un amplificator operațional (fig.1).

Amplificatoarele operaționale (A.O.) sunt amplificatoare de curent continuu cu amplificare mare proiectate inițial pentru a realiza anumite operații matematice, având intrări diferențiale și, de regulă, o singură ieșire. Deși un amplificator operațional este un amplificator ideal, cu o amplificare infinită, bandă infinită și un răspuns în frecvență perfect plat, impedanță de intrare infinită și impedanță de ieșire 0, fără drift cu temperatura, în practică, amplificatorul operațional are următoarele caracteristici:

- impedanță mare de intrare;

- impedanță mică de ieșire;

- câștig foarte mare (peste 50 000);

- bandă foarte mare și răspuns foarte plat în frecvență;

- drift cu temperatura foarte mic.

Constructiv, un amplificator operaţional este constituit din: două intrări (inversoare şi neinversoare), o ieşire şi terminalele de alimentare, aşa cum se arată în fig.2. Există o mulțime de aplicații ale amplificatorului operațional, printre care inversorul, amplificatorul ne-inversor, repetor de tensiune, amplificatorul sumator, amplificatorul integrator, amplificatorul diferențial și compatorul. Pentru a determina aplicația specifică, se conectează diferite componente externe amplificatorului operațional.

2. Scurt istoric

1941 - Primul tub electronic amplificator operaţional. Primul amplificator operaţional a fost găsit in patentul american nr. 2401779 "Amplificator Sumator", înregistrat în 1941 de Karl D. Swartzel Jr. de la laboratoarele Bell. Acest design utiliza trei tuburi electronice în vid pentru a realiza un câştig de 90dB şi funcţiona la o tensiune simetrică de ± 350V. Circuitul avea o singură intrăre neinversoare destul de asemănătoare cu intrările diferenţiale inversoare şi neinversoare din amplificatoarele operaţionale prezente. De-a lungul celui de-al doilea război mondial invenţia lui Swartzel s-a dovedit foarte valoroasă, aceasta fiind utilizată în controlul artileriei M9, într-un sistem conceput de laboratoarele Bell. Acest sistem de control al artileriei lucra cu sistem radar SCR584 pentru a îmbunătăţi rata de atingere a ţintelor, ajungând astfel la aproape 90%, procent care nu mai fusese atins până atunci.

1947 - Primul amplificator operaţional cu intrări inversoare şi neinversoare

În 1947, amplificatorul operaţional a fost pentru prima oară definit în mod formal şi numit într-o lucrare de profesorul John R. Ragazzini de la Universitatea Columbia. În această lucrare o notă de subsol menţionează că amplificatorul operaţional a fost proiectat de un student a cărui lucrare s-a dovedit a fi importantă. Acest amplificator operaţional, proiectat de Loebe Julie, a fost superior din mai multe puncte de vedere. El a avut două inovaţii majore. În circuitul de intrare a folosit o triodă pentru a reduce deriva circuitului de ieşire şi, mult mai important, a fost primul amplificator operaţional care avea două intrări (inversoare şi neinversoare). Intrările diferenţiale au făcut o serie întreagă de noi funcţionalităţi posibile.