Wzmacniacz operacyjny to zdecydowanie jeden z najczęściej spotykanych rodzajów układów scalonych w szeroko rozumianej elektronice analogowej i znajdziemy go w prawie każdym sklepie elektronicznym, zwykle w wersji pojedynczej, podwójnej i poczwórnej. Przy użyciu wzmacniacza operacyjnego, możemy zbudować m.in. woltomierz, przedwzmacniacz audio, syntezator, przetwornik pomiarowy napięcie->temperatura i wiele innych aplikacji praktycznego zastosowania. Niemniej jednak, projektując układy elektroniczne bazujące na wzmacniaczach operacyjnych, niezbędne jest przestrzeganie kilku zasad już na etapie projektowania i montażu.
Ochrona wzmacniacza operacyjnego przed odwróceniem biegunowości napięć zasilania i przepięciami
Podłączając wzmacniacz operacyjny w układzie elektronicznym, w żadnym wypadku nie można dopuścić do odwrócenia biegunowości napięć zasilających wzmacniacz, zarówno w warunkach przejściowych jak i awaryjnych. Jeśli pomiędzy wyprowadzeniami zasilania wzmacniacza operacyjnego, pojawi się napięcie o biegunowości wstecznej i wartości przekraczającej 1V, może to spowodować przepływ dużych prądów. Konsekwencją będzie wtedy zniszczenie wewnętrznych połączeń metalicznych jak i części lub całości struktury półprzewodnikowej.
Jeśli istnieje zagrożenie, że taka sytuacja wystąpi, należy pomiędzy linią zasilania a wyprowadzeniem zasilania wzmacniacza (+VCC) włączyć szeregowo diodę zabezpieczającą. Natomiast jeśli występuje ryzyko wystąpienia przepięć na liniach zasilania, należy pomiędzy wyprowadzenia zasilania wzmacniacza włączyć diodę Zenera, tj. anodą do szyny ujemnego napięcia zasilania lub masy (-VCC lub GND) i katodą do szyny dodatniego napięcia zasilania (+VCC).
Ochrona wzmacniacza operacyjnego przed wystąpieniem pasożytniczych oscylacji i sprzężeń – filtracja zasilania
Wzmacniacze operacyjne o dużej szerokości pasma przenoszenia oraz te wyposażone w funkcję kompensacji wyprzedzeniowej, są szczególnie narażone na wystąpienie pasożytniczych oscylacji i sprzężeń, kiedy napięcia zasilania są nieprawidłowo filtrowane. Aby zapobiec występowaniu tych zjawisk, pomiędzy wyprowadzenia wzmacniacza operacyjnego połączone z liniami zasilającymi a masę, należy podłączyć kondensatory o pojemności 100nF (0,1μF). Aby uzyskać jak najlepsze filtrowanie, zamiast standardowych kondensatorów ceramicznych, lepiej wybrać kondensatory poliestrowe MKT, które charakteryzują się mniejszą upływnością i lepszą stabilnością temperaturową w szerokim zakresie częstotliwości.
Ograniczenie prądu wejściowego wzmacniacza operacyjnego
Jeśli wzmacniacz operacyjny jest sterowany ze źródła sygnału o niskiej rezystancji wewnętrznej, wówczas szeregowo przed wejściem sygnału sterującego do wzmacniacza należy włączyć rezystor ograniczający maksymalny prąd wejściowy wpływający do wzmacniacza. Taki zabieg odgrywa szczególnie istotną rolę wtedy, kiedy wejścia wzmacniacza są wyprowadzone na zewnątrz układu w celu wykonania połączeń z układami elektronicznymi, w których w pobliżu wyjść są obecne duże wartości napięć. Warto nadmienić, że źródła sygnałów elektrycznych o niskiej rezystancji wewnętrznej nie zagrażają prawidłowemu funkcjonowaniu wzmacniacza, jeśli ich napięcia nie przekraczają maksymalnego zakresu napięć wejściowych wzmacniacza operacyjnego.
Jeśli jednak nastąpi wyłączenie napięć zasilających wzmacniacz operacyjny wtedy, kiedy na jego wejście jest podawany sygnał z zewnętrznego źródła, wtedy na wejściu wzmacniacza należy dodać rezystor izolujący. Taki rezystor ma także za zadanie zwiększyć czas rozładowania kondensatorów współpracujących ze wzmacniaczem operacyjnym (np. w układzie integratora), które pośredniczą pomiędzy jego wejściami a wyjściem, szczególnie kiedy pojemności tych kondensatorów przekraczają 100nF.
Zabezpieczenie nadprądowe wyjścia wzmacniacza operacyjnego
Większość wzmacniaczy operacyjnych ma w stopniu wyjściowym wbudowane zabezpieczenia, które chronią wzmacniacz przez przeciążeniem w wyniku metalicznego zwarcia wyjścia do masy. Natomiast w przypadku, kiedy wyjście wzmacniacza jest wyprowadzone na zewnątrz układu i są do niego podłączone kondensatory, wówczas niezbędne jest dodatkowe włączenie na wyjściu rezystora szeregowego o rezystancji ok. 47Ω, który ogranicza wartość prądu rozładowania kondensatorów.
W zaopatrzeniu w niezbędne przyrządy służące do projektowania układów elektronicznych ze wzmacniaczami operacyjnymi pomoże Ci sklep elektroniczny Botland.
Artykuł partnera