КСНУМКС. Идеалне оп-ампере
СТРУЈА – 1. Идеална оп-појачала
ПРЕТХОДНА- Увод у идеална оперативна појачала
Идеална оп-појачала
Овај одељак користи а Системи приступ представљању основа идеалних операционих појачала. Као такав, сматрамо оп-амп као блок са улазним и излазним терминалима. Тренутно се не бавимо појединачним електронским уређајима унутар оп-појачала.
Оп-амп је појачало које се често напаја и позитивним и негативним напоном напајања. Ово омогућава да излазни напон варира и изнад и испод потенцијала земље. Оп-амп налази широку примену у многим линеарним електронским системима.
Име операциони појачавач произилази из једне од оригиналних употреба кола оп-амп; да изврши математичке операције у аналогним рачунарима. О овој традиционалној примени се говори касније у овом поглављу. Рана оп-појачала су користила један инвертујући улаз. Позитивна промена напона на улазу изазвала је негативну промену на излазу.
Дакле, да би се разумео рад оп-појачала, неопходно је прво да се упознамо са концептом контролисаних (зависних) извора пошто они чине основу модела оп-појачала.
1.1 Зависни извори
Зависни (или контролисани) извори производе напон или струју чија је вредност одређена напоном или струјом која постоји на другој локацији у колу. Насупрот томе, пасивни уређаји производе напон или струју чија је вредност одређена напоном или струјом која постоји на истој локацији у колу. И независни и зависни извори напона и струје су активни елементи. То јест, они су у стању да испоруче енергију неком спољном уређају. Пасивни елементи нису у стању да генеришу снагу, иако могу да складиште енергију за испоруку касније, као што је случај са кондензаторима и индукторима.
Слика испод илуструје еквивалентну конфигурацију кола уређаја за појачавање који се често користи у анализи кола. Најдеснији
отпорник је оптерећење. Наћи ћемо напон и струјни добитак овог система. Појачање напона, Ав се дефинише као однос излазног напона и улазног напона. Слично, појачање струје, Аи је однос излазне струје и улазне струје.
Слика 1- Еквивалентно коло полупроводничког уређаја за појачање
Улазна струја је:
Струја у другом отпорнику, i1, налази се директно из Омовог закона:
(2)
Излазни напон је тада дат са:
(3)
У једначини (КСНУМКС), ‖ означава паралелну комбинацију отпорника. Излазна струја се налази директно из Охмовог закона.
(4)
Добици напона и струје се затим налазе формирањем односа:
(5)
(6)
1.2 Еквивалентно коло оперативног појачала
Слика 2- Оперативни појачавач и еквивалентно коло
Fигуре КСНУМКС () представља симбол за операциони појачавач, а Слика 2 (б) приказује његово еквивалентно коло. Улазни терминали су v+ v-. Излазни терминал је vнапоље. Прикључци за напајање су на +V, -V и терминали за уземљење. Прикључци за напајање су често изостављено из шематских цртежа. Вредност излазног напона је ограничена са +V -V пошто су то најпозитивнији и негативни напони у колу.
Модел садржи зависни извор напона чији напон зависи од разлике улазног напона између v+ v-. Два улазна терминала су позната као неинвертујући инвертујући улазе респективно. У идеалном случају, излаз појачала не зависи од величина два улазна напона, већ само од њихове разлике. Дефинишемо диференцијални улазни напон, вd, као разлика,
(7)
Излазни напон је пропорционалан диференцијалном улазном напону, а однос означавамо као појачање отворене петље, Г. Дакле, излазни напон је
(8)
Као пример, унос од 
(E је обично мала амплитуда) примењен на неинвертујући улаз са уземљеним инвертујућим терминалом, производи 
на излазу. Када се исти изворни сигнал примени на инвертујући улаз са уземљеним неинвертујућим терминалом, излаз је 
.
Улазна импеданса оп-амп је приказана као отпор на слици 2(б).
Излазна импеданса је на слици представљена као отпор, Ро.
Идеално операционо појачало се карактерише на следећи начин:
Ово су обично добре апроксимације параметара стварних оп-појачала. Типични параметри стварних оперативних појачала су:
Употреба идеалних оп-појачала за апроксимацију стварних оп-појачала је стога драгоцено поједностављење за анализу кола.
Хајде да истражимо импликације бесконачног добитка у отвореној петљи. Ако препишемо једначину (8) 
као што следи:
(9)
и нека G приближавамо се бесконачности, то видимо
(10)
Једначина (10) резултира посматрањем да излазни напон не може бити бесконачан. Вредност излазног напона је ограничена позитивним и негативним вредностима напајања. Једначина (10) показује да су напони на два терминала исти:
(11)
Према томе, једнакост једначине (11) наводи нас да кажемо да постоји виртуелни кратки спој између улазних терминала.
Пошто је улазни отпор идеалног оп-појачала бесконачан, струја на сваком улазу, инвертујућем терминалу и неинвертујућем терминалу, је нула.
Када се реална оп-појачала користе у режиму линеарног појачања, појачање је веома велико, а једначина (11) је добра апроксимација. Међутим, неколико апликација за стварна оп-појачала користе уређај у нелинеарном режиму. Апроксимација једначине (11) не важи за ова кола.
Иако практични оп-појачала имају високо појачање напона, ово појачање варира са фреквенцијом. Из тог разлога, оп-појачало се обично не користи у облику приказаном на слици 2 (а). Ова конфигурација је позната као отворена петља јер нема повратне информације од излаза до улаза. Касније ћемо видети да, док је конфигурација отворене петље корисна за компараторске апликације, чешћа конфигурација за линеарне апликације је коло затворене петље са повратном спрегом.
Екстерни елементи се користе за „повратну везу” дела излазног сигнала на улаз. Ако су елементи повратне спреге постављени између излаза и инвертујућег улаза, појачање затворене петље се смањује пошто се део излаза одузима од улаза. Касније ћемо видети да повратна спрега не само да смањује укупни добитак, већ такође чини то појачање мање осетљивим на вредност Г. Са повратном спрегом, појачање у затвореној петљи више зависи од елемената кола повратне спреге, а мање од основног оп- појачање напона ампера, Г. У ствари, појачање у затвореној петљи је суштински независно од вредности Г-зависи само од вредности спољашњих елемената кола.
Слика (3) илуструје једностепено коло оп-појачала са негативном повратном спрегом.
Слика 3- Инвертујуће оп-појачало
Стога ћемо анализирати ово коло у следећем одељку. За сада, имајте на уму да један отпорник, RF, користи се за повезивање излазног напона, vнапоље на инвертујући улаз, v-.
Још један отпорник, Ra је повезан са инвертујућег улаза, v-, на улазни напон, va. Трећи отпорник, R се поставља између неинвертујућег улаза и уземљења.
Кола која користе оп-појачала, отпорнике и кондензаторе могу се конфигурисати за обављање многих корисних операција као што су сабирање, одузимање, интегрисање, диференцирање, филтрирање, поређење и појачавање.
1.3 Метод анализе
Анализирамо кола користећи два важна идеална својства оп-амп:
- Напон између v+ v- је нула, или v+ = в-.
- Струја у оба v+ v- терминал је нула.
Ова једноставна запажања доводе до процедуре за анализу било ког идеалног оп-амп кола на следећи начин:
- Напишите једначину чвора Кирхофовог закона струје на неинвертујућем терминалу, v+.
- Напишите једначину чвора Кирхофовог закона струје на терминалу за инвертовање, v-.
- Сет v+ = в- и решити за жељене добитке затворене петље.
Када примењујете Кирхофове законе, запамтите да струја у оба v+ v- терминал је нула.