Ero sivun ”Operaatiovahvistin” versioiden välillä

Operaatiovahvistin koostuu useista eri komponenteista, kuten [[Transistori|transistoreista]], [[Kondensaattori|kondensaattoreista]] ja [[Vastus|vastuksista]], mutta koska käytännössä operaatiovahvistin toimii varsin tehokkaasti ja varmasti, useat eri valmistajat myyvät operaatiovahvistimia yksittäisinä valmiina [[mikropiiri|mikropiireinä]]. Esimerkiksi kahdeksanjalkaisessa LM358 -piirissä on sisällä kaksi erillistä operaatiovahvistinta, joita voi käyttää toisistaan riippumatta. Operaatiovahvistin on hyvin yleinen komponentti niin kulutuselektroniikassa, teollisuudessa kuin myös tieteellisissä tutkimuslaitteissa.

Oikealla näkyvässä kuvassa on operaatiovahvistimen yksinkertainen kytkentä; koko operaatiovahvistinta voidaan ajatella "kolmiona", joka vahvistaa sisääntulon (inputin) jännitettä ja syöttää sen ulostuloon (output). Kuvassa näkyvät V₊ ja V_-− ovat sisääntulonapoja, ja riippuen sovelluskohteesta, valitaan joko invertoiva tai ei-invertoiva sisääntulo; tämä vaikuttaa vain siihen näkyykö ulostulo vain vahvistuksena, tai vahvistuksena ja 180  asteen vaihesiirtona. V_s+ ja V_s-− ovat operaatiovahvistimen oman käyttöjännitteen napoja, eli se vaati toimiakseen omaa sähköä; käyttöjännite toimii käytännössä vahvistuksen maksimiarvona, eli esimerkiksi 12  V:n käyttöjännitteellä ei voida saada suurempaa jännitettä lähtöön V_out. Pinnien nimeämisessä voi olla eroja riippuen käytettävästä [[Standardi|standardista]] ja alueellisista eroista johtuen. Yleensä operaatiovahvistimesta jätetään merkitsemättä käyttöjännitteen navat, koska ne eivät vaikuta muun piirin toimintaan.

missä A on avoimen silmukan vahvistus, V₊ ja V_-− napojen jännitteet. Lähtöön välittyy siis yksinkertaisimmillaan tulojännitteiden erotus tietyllä vahvistuksella. Käytännössä usein kannattaa operaatiovahvistimeen lisätä negatiivista [[Takaisinkytkentä|takaisinkytkentää]] järjestelmän suodatuksen ja paremman signaalin laadun takia.

* Avoimen silmukan vahvistus tyypillisesti 100  000 - –1 miljoona 000 000

* Tuloimpedanssi 1 - 100MΩ–100 MΩ

* Lähtöimpedanssi alle 100Ω100 Ω

* Tulon offset-jännite 0,01 - 6mV–6 mV

* Hyötysuhde ei ole 100 %, koska osa käyttösähköstä kuluu hukkalämpönä

* Lähtöjännitteen nousunopeus 0,5 - 35V&ndash;35&nbsp;V/µs<ref>[http://web.archive.org/web/20111125172433/http://services.eng.uts.edu.au/~venkat/dads/addnotes.pdf Characteristics and parameters of operational amplifiers] </ref>

*Ensimmäinen yleiskäyttöinen tasajännitekytketty suuren tulojännitteen ja negatiivisen takaisinkytkennän omaava operaatiovahvistin patentoitiin D. Swartzel Jr:n toimesta vuonna 1941. Tämä operaatiovahvistin hyödynsi kolmea tyhjiöputkea saadakseen aikaan 90 &nbsp;dB:n vahvistuksen ja toimi ±350 &nbsp;V jännitevälillä. Siinä oli vain yksi invertoiva sisääntulo toisin kuin nykyisissä operaatiovahvistimissa, joissa on yleensä invertoiva ja ei-invertoiva sisääntulo. Toisessa maailmansodassa Swartzelin tuotos osoitti käytännöllisyytensä M9 tykistöohjauksen osana. M9:n ja SCR584 tutkajärjestelmän avulla saatiin aikaiseksi 90 &nbsp;% osumatarkkuus, joka ei aiemmin ollut mahdollista.

*Vuonna 1949, Edwin A Goldberg kehitti chopper-tasapainoitetun operaatiovahvistin. Tämä sisälsi normaalin operaatiovahvistimen lisäksi myös vaihtojännitevahvistimen. Vahvistin sai vaihtojännitteen kytkemällä tasajännitettä ja maata vuoroin nopealla taajuudella (60 &nbsp;Hz tai 400 &nbsp;Hz). Saatu signaali sen jälkeen vahvistettiin, korjattiin, suodatettiin ja syötettiin operaatiovahvistimen ei-invertoivaan sisääntuloon. Tällä nopeutettiin operaatiovahvistimen toimintaa, saatiin lisää vahvistusta ja vähennettiin tasajänniteoffsettia. Samalla tosin estettiin ei-invertoivan sisääntulon muu käyttö. Silti chopper-operaatiovahvistimen edut tekivät siitä yleisimmän käyttöversion operaatiovahvistimissa aina 1960-luvulle saakka, kunnes IC operaatiovahvistimet alkoivat ilmestyä markkinoille. Vuonna 1953 tyhjiöputkia käyttävät operaatiovahvistimet tulivat yleisille markkinoille George A Philbrickin mallin K2-W:n myötä. Mallissa oli käytettävissä Loebe Julien mallinen operaatiovahvistin, ja samalla sitä voitiin käyttää chopper-tasapainoitettuna, jolloin se käytti ei-invertoivan tulon itsessään. Tämä malli aikaisempien kanssa aloitti operaatiovahvistimien suuren käytön teollisuudessa.

*Transistorien synnyn (1947) ja siitä piitransistorien (1954) kehityttyä, integroiduista piireistä tuli totta. Transistorien teon ja ladonnan kehityttyä 1959 Planar process saatiin IC:stä tarpeeksi luotettavia kaupalliseen tuotantoon. Nämä operaatiovahvistimet olivat pieniä piirilevyjä joissa oli liitännät tuloille paljaana. Niissä oli yleensä valmiina valittuna vastukset jotta niille saatiin valmiiksi paremmat jäniteoffsetti ja nopeus. P45 (1961) omasi 94 &nbsp;dB vahvistuksen ja toimi ±15 &nbsp;V jänniterajoilla. Se oli tarkoitettu ±10 &nbsp;V signaaleille.

*Yksilevyisten piirien suosio kasvoi entisestään LM101:n (1967) myötä, jolla korjattiin useita aiempia heikkouksia. μA741 (1968<ref>[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/opamp.html The 741 Op-amp, HyperPhysics; Department of Physics and Astronomy, Georgia State University]</ref>) oli muuten LM101:tä vastaava, mutta se sisälsi 30 &nbsp;pF kompensaatiokondensaattorin piirissään, jolloin ulkopuolista kompensaatiota ei tarvittu. Tämä yksinkertainen parannus teki μA741:stä ehdottomasti suosituimman operaatiovahvistimen, ja vieläkin siihen verrataan uusia operaatiovahvistimia. μA741:stä valmistetaan vieläkin usean valmistajan toimesta, ja sen tunnistaa koodista 741.

*701970-luvulla FET:tejä käyttäviä nopeita vähävirtaisia operaatiovahvistimia alkoi tulla markkinoille. 80–luvulla1980-luvulla FET:it korvattiin MOSFET:eillä.

*Yksipuolisen käyttöjännitteen operaatiovahvistimella tarkoitetaan operaatiovahvistinta, jonka tulo- ja lähtöjännitteet voivat olla yhtä alhaisia kuin negatiivinen käyttöjännite. Näin operaatiovahvistin voitiin monissa sovelluksissa kytkeä negatiiviselta puolelta maahan, jolloin ei tarvita erillistä negatiivista jännitelähdettä.<br>LM324 (1972) oli yksi operaatiovahvistintyyppi, jota myytiin neljän paketeissa (yhdessä komponentissa oli neljä erillistä vahvistinta). Tästä tuli standardi muillekin operaatiovahvistimen valmistajille. Paitsi että useamman saman operaatiovahvistimen paketit yleistyivät, alkoi 70–luvulla1970-luvulla tulla markkinoille myös hybridipaketteja, eli eri operaatiovahvistimien paketteja.

*Nykyisin käyttöjännitteet ovat pienentyneet analogisissa piireissä (ja digitaalisissa) ja operaatiovahvistimissakin ollaan siirrytty matalajännitteisiin versioihin. 5 &nbsp;V, 3,3 &nbsp;V ja jopa 1,8 &nbsp;V käyttöjännitteen operaatiovahvistimista on tullut tavallisia. Signaalin maksimoinnin takia operaatiovahvistimet usein käyttävät rail-to-rail -uloslähtöä, eli jännite voi vaihdella koko operaatiovahvistimien käyttöjännitealueella

*{{Kirjaviite | Tekijä=Timo Haiko | Nimike=Analoginen elektroniikka -&ndash; komponentit, mittalaitteet, peruskytkennät, simulointi | Vuosi=2009 | Julkaisija=WSOYpro Oy, 1. painos, ISBN 978-951-0-26039-5}}

*{{Kirjaviite | Tekijä=Pentti Salo | Nimike=Analogista elektroniikkaa -&ndash; periaatteita ja sovellutuksia | Vuosi=2004 | Julkaisija=Otava Kirjapaino Oy, 1. - &ndash;4. painos, ISBN 915-1-11247-3}}

* [http://www.google.fi/url?sa=t&source=web&cd=3&ved=0CCcQFjAC&url=http%3A%2F%2Fgalliagallia.kajak.fi%2Fopmateriaalit%2Fyleinen%2FhonHar%2Fma%2FVAHV_opari/opmateriaalit/yleinen/honHar/ma/VAHV_opari.pdf&ei=BFOtTcPWHpTZiALWvMjUDA&usg=AFQjCNFA44o_dPS3K2o97LXCaTXhgEbCbw Operaatiovahvistin, H. Honkanen, Kajaanin ammattikorkeakoulu]