1

2

Kui kaks signaali anda erinevasse sisendisse, siis on väljundsignaal võrdeline sisendsignaalide vahedega. Seega, kui sisendsignaalid on võrdsed, siis väljundsignaal sisendsignaalide vahedega. Seega, kui sisendsignaalid on võrdsed, siis väljundsignaal puudub ja võimendatakse ainult signaalide erinevust. Seda asjaolu saab kasutada mõõtevõimendites kus on oluline võimendada nõrka signaali millele lisandub ka tugev müra.Antud lülituse korral võimendatakse kumbagi signaali eraldi. “-” signaali võimendatakse vastavalt inverteeriva võimendi võimendusele ja “+” signaali võimendatakse vastavalt mitteinverteeriva võimendi võimendusele. Kui üks neist on ühendatud maaga töötab võimendi vastavalt kas inverteerviva või mitteinverteeriva võimendina. Ühissignaali korral on võimendused samasugused aga vastasfaasis (kui takistused on sümmeetriliselt ühesugused) ja väljnudsignaal on seega null.Tavaliselt on R4-ga jadamisi veel potentsiostaat, mis võimaldab võimendusastme võimendusi täpsemini reguleerida.

3

Kasutatakse sellist võimendit enamasti kahe signaali lahutamiseks. Kasulik signaal on antud juhul diferentssignaal ja müra käitub ühissignaalina.Olgu meil näiteks nõrk kasulik antud juhul diferentssignaal ja müra käitub ühissignaalina.Olgu meil näiteks nõrk kasulik signaal (punane) millele on liidetud tugev häire. Ühissignaaliks on nende signaalide keskmine, mis on ligikaudu võrdne häirega ja seda ei võimendata. Diferentssignaal on nende kahe signaali vahe ja seda võimendatakse tugevalt. Tulemuseks saame, et väljundis on domineeriv kasulik signaal samas kui häire on praktiliselt olematu.

4

Signaaliallikana saab kasutada näites sildlülituses andurit, mille takistus sõltub vastavalt mõõdetavast parameetrist (näiteks temperatuur või rõhk). Kui ülejäänud takistite mõõdetavast parameetrist (näiteks temperatuur või rõhk). Kui ülejäänud takistite väärtused on võrdsed ja ka mõõtetakisti takistus on teatud mõõdetava suuruse väärtusel teistega võrdne, siis tekib sildlülituse õlgadel, kust signaal viiakse mõõtevõimendisse, samasugune pinge. Tavaliselt keeratakse kummagi õla juhtmed veel keerdu, et võimalik müra liituks mõlemale juhtmele samamoodi. Sel juhul, isegi kui signaalidele liitub väline müra, on diferentssignaal sisendis null ja võimendi väljundis signaal puudub. See vastab mõõdetava parameetri vastavale väärtusele. Kui nüüd anduri takistus muutub, vastavalt mõõdetava parameetri väärtusele, tekib diferentssignaal, mida võimendatakse.Mõõtevõimendi sisendtakistus on määratud takistitega R1-R4. Kui signaaliallika poolt genereeritud pinge on väga nõrk, siis koormab võimendi signaaliallikat ja lülitust tuleb täiendada.

5

Mõõtevõimendites lisatakse kummagi sisendi ette pingejärgijad (puhvrid), mis suurendavad sisendtakistust oluliselt. Kuna nende puhvrite operatsioonivõimendid suurendavad sisendtakistust oluliselt. Kuna nende puhvrite operatsioonivõimendid võivad natuke erineda, kasutatakse eriti täpsetes mõõteseadmetes nende puhvrite vahel potentsiomeetreid, mis võimaldavad erinevusi tasakaalustada.

Antud takistid on suhteliselt väiksed, kuna suurte takistite soojuslik müra on suurem ja see tekitaks juba täiendava signaali mida võimendatakse.

6

Kahepolaarse toite puudumise korral on võimalik mõnede operatsioonivõimendite korral kasutada ka ühepolaarset toidet muutes vastavalt sisendahelaid. Sel juhul on väljund kasutada ka ühepolaarset toidet muutes vastavalt sisendahelaid. Sel juhul on väljund alati positiivse väärtusega ja muutub mingisuguse positiivse taseme ümber. Kui teised sisendid on puhkereziimis nihutatud poole toitepinge võrra maa potentsiaalist ülespoole ja signaal rakendub selle taseme suhtes (läbi kondensaatori), siis muutub ka väljundsignaal selle taseme ümber. Kondensaator väljundis võimaldab vastava alalisnivoo lahutada.

7

Analoogsignaali saab integreerida ka ilma operatsiooni võimendita. Lihtsaimal juhul kasutatakse integreerimiseks tavalist madalpääsfiltrit. Antud juhul laaditakse kasutatakse integreerimiseks tavalist madalpääsfiltrit. Antud juhul laaditakse kondensaatorit läbi takisti. Pinge takistil määrab voolu ja see vool laeb kondensaatorit ehk kondensaatoril koguneb laeng: voolu integraal. Laeng kondensaatoril omakorda on võrdeline pingega. Seega on kondensaatori pinge võrdeline takistile rakendatud pinge ajalise integraaliga. Võrdeteguriks on antud lülituse ajakonstant ehk takistuse ja mahtuvuse korrutis. Mida suurem ajategur, seda aeglasemalt sama sisendpinge korral kondensaatori pinge kasvab.Antud lülituse probleemiks on, et kondensaatori laadumisel jaguneb sisendpinge kondensaatori ja takisti vahel ja sama sisendpinge korral vool läbi takisti väheneb. Seega ei ole kasva konstantse sisnendpinge korral väljundpinge ajas lineaarselt nagu peaks olema integreerimise korral, vaid saavutab aja jooksul mingi konstantse väärtuse.Antud ahelat saab seega kasutada vaid vahelduvsignaali korral, mil sagedus on väiksem, kui lülituse ajakonstant.Selleks, et väljundpinge laetaval kondensaatoril oleks tõepoolest võrdne sisendpingega, on vaja konstantset voolu.

8

Operatsioonivõimendi korral püsib “-” sisendi pinge maapotentsiaalil. Seega, konstanse pinge korral on vool sisendis koguaeg sama ja tagasiside ahelasse ühendatud pinge korral on vool sisendis koguaeg sama ja tagasiside ahelasse ühendatud kondensaator laadub konstanse vooluga sõltumata kondensaatorile kogunenud laengust. Seda seetõttu et “-” ja “+” sisendite voolud on tühised ja kogu vool läbi takisti R liigub kondensaatorisse. Sisendpinge tekitab konstanse voolu ehk laengu ajalise muutuse ja võrdeteguriks on sisendtakisti. Laeng kondensaatoril on seega võrdeline sisendpinge integraaliga integreerituna mingi aja jooksul. Teisalt määrab laeng pinge kondensaatoril, mis on ka väljundpingeks. Väljundpinge on seega võrdeline sisendpinge integraaliga ja ajateguriks on taas takistuse ja mahtuvuse korrutis. Väljundpinge on küll ka sisendiga võrreldes inverteeritud.Operatsioonivõimendit kasutades jääb sisendvool konstantseks sõltumata kondensaatoril kogunenud laengust.

9

Loomulikult on ka operatsioonivõimendi kasutamise korral integreeritud signaali väärtusel omad piirid. Pinge väljnudis ei saa kasvada suuremaks kui on toitepinge. väärtusel omad piirid. Pinge väljnudis ei saa kasvada suuremaks kui on toitepinge. Seetõttu on endiselt olemas ajalised piirid integreeritava alalispinge integreerimise kestusele. Alalispinget peab integreerima tsükliliselt teatud aja järel kondensaatorit lühistades (soovitatavalt läbi väikse takistuse piiramaks lülhisvoolu).Integreerimisaeg on määratud ajakonstandiga, mis määrab laengu muutumise kiiruse.Samas on ajakonstandi suurus piiratud kuna takisti takistus ei saa olla väga suur. Suure R väärtuse korral on laadimisvool väike ja muutub võrreldavaks operatsioonivõimendi sisendvooluga ning siis võimendi enam ei tööta.

10

Antud lülitust saab samuti kasutada digitaalsignaali muundamisel analoogsignaaliks või impulsside loendamisel. Väljundpinge on siis võrdeline impulsside arvuga.impulsside loendamisel. Väljundpinge on siis võrdeline impulsside arvuga.

Sageli soovitakse integreerida lühiajalisi kiireid signaale ja siis võib kasutada tagasiside ahelas täiendavat takistit, mille kaudu kondendsaator aja jooksul kohandub sisendsignaaliga. Alalissignaalile toimub antud juhul vaid võimendamine. Kiireid signaale aga integreeritakse. Antud juhul võib kondensaatorit vaadelda ka täiendava takistina, mille takistus sõltub sagedusest. Kõrgete sagedustega signaalide korral on takistus väiksem ja seega võimendamine ka väiksem. Siinuselise signaali jaoks tekitab antud lülitus ka 90 kraadise faasinihke.

11

Operatsioonivõimendi integraatorina muudab ka lülituse võimenduse sageduskarakteristikut. Antud juhul väheneb võimendus alates sagedusest, mis on sageduskarakteristikut. Antud juhul väheneb võimendus alates sagedusest, mis on määratud takistiga R2 ja jõuab piirsageduseni väiksematel sagedustel. Seetõttu saab integreerida vaid teatud sagedusvahemikus mis on määratud takistitega. Madalamatel sagedustel tomib võimendi tavalise võimendina ja kõrgematel sagedustel ei tööta operatsioonivõimendi enam normaalselt.

12

Kui takisti ja kondensaator ära vahetada, võib lülitust kasutada diferentsiaatorina, kus väljnudsignaal on võrdeline sisendsignaali muutumise kiirusega ja alalissignaali korral väljnudsignaal on võrdeline sisendsignaali muutumise kiirusega ja alalissignaali korral väljundsignaal puudub. Väljundvool tekitab takistil pinge. Teisalt on väljundvool võrdne laengu mutuusega kondensaatoril, mis on omakorda seotud sisendpingega. Kui sisendpinge ei muutu, on laeng kondensaatoril püsiv ja voolu ei ole. Seetõttu on ka väljundpinge null. Sisendpinge muutumisel tekib läbi kondensaatori vool ja vastavalt ka pingeimpulss väljundis. Ka antud juhul on võrdeteguriks takisti takistuse ja kondensaatori mahtuvuse korrutis ehk ahela ajategur. Samuti tekib ka nüüd siinuselise signaali jaoks 90 kraadi faasinihe.

Kuna ka müra tekitab voolu, võimendatakse ka müra ja seetõttu antud lülitust eriti ei kasutata.

13

Operatsioonivõimendeid kasutades saab parandada ka filtrite tööd. Tavaliste RC filtrite korral muudab nende koormamine (suhteliselt väikse takistuse lisamine väljundisse) korral muudab nende koormamine (suhteliselt väikse takistuse lisamine väljundisse) nende sageduskarakteristikut. Kui koormuseks on lihtsalt takisti muutub filtri piirsagedus, kui lisanduvad ka parasiitmahtuvused ning induktiivsused on asi veelgi hullem.

Operatsioonivõimendeid kasutades saab valmistada aktiivfiltreid, mis võimaldavad koormuse mõju vähendada.Joonistel on toodud kahe filtri skeemid, millest ühe korral antakse signaal inverteerivasse sisendisse ja teise korral mitteinverteerivasse sisendisse. Tegemist on mõlemal juhul madalpääsfiltritega, kus signaal madalatel sagedustel jääb sobivate takistite korral samaks aga kõrgetel sagedustel signaal väheneb.

14

Antud joonisel on toodud veel paar erievat aktiivfiltrit, mille sageduskarakteristikud on teistsugused.teistsugused.

15

Kuna induktiivpool võtab sageli palju ruumi püütakse mõnikord pool asendada väiksema skeemielemendiga mida nimetatakse güratoriga. Operatsioonivõimendi abil on võimalik skeemielemendiga mida nimetatakse güratoriga. Operatsioonivõimendi abil on võimalik koostada ahel, mis reageerib pinge muutusele sarnaselt induktiivpooliga ehk vool ei muutu mitte koheselt vaid teatud aja jooksul. Antud ahela eeliseks on ka see, et müratundlikus väheneb.

Kui algul on sisendpinge null ja kondensaator tühi, siis pinge rakendumisel on esialgu pinge kondensaatoril null ja potentsiaal “+” sisendis jääb sarnaseks sisendpingega. Seetõttu on ka vool takistil R1 esialgu null. Kuna kondensaatoril olev pinge on esialgu null on takistil R2 pinge ja läbi selle takisti tekib vool mis hakkab kondensaatorit laadima. Kondensaatoril tekib pingelang ning kuna pinged “-” ja “+” sisendis on samad, tekib vool läbi takisti R2. Kondensaatori laadumisel ühtlustub “+” ja seega ka “-” sisendi potentsiaal maa potentsiaaliga ja vool läbi takisti R2 seega järjest kasvab lähendes voolule, mis on määratud sisendpinge ja R2 takistuse suhtega. Seega käitub vool antud ahelas sarnaselt vooluga läbi pooli. Induktiivsus on määratud nii takistite takistuste, kui ka kondensaatori mahtuvusega.

Antud ahela hüvetegur ei saa paraku olla väga suur aga samas on induktiivsust võimalik kergelt varieerida.

16

Kui selline gürator ühendada jadamisi kondensaatori ja takistiga saame resonantsahela, mis on sarnane RCL jadaahelaga. Energiat tegelikult magnetvälja ei salvestata ja seetõttu mis on sarnane RCL jadaahelaga. Energiat tegelikult magnetvälja ei salvestata ja seetõttu pole antud ahela korral pinge kadumisel efekti päris sarnane reaalse RCL ahelaga.

Antud lülitust kasutatakse tihti audiotehnikas ja mobiiltelefonides aga resonantsahelaid on vaja kasutada.

17

Antud slaidil toodud ahelat saab kasutada faasikorrektsiooni filtrina. Kõik madalsageduslikud signaalid jooksevad antud ahelast läbi muutes faasi 180 kraadi madalsageduslikud signaalid jooksevad antud ahelast läbi muutes faasi 180 kraadi (kondensaator toimet ei avalda) kuni teatud sageduspiirini, mis on määratud takisti R3 ja kondensaatori C-ga. Sellel piirsagedusel on faasinihe 90 kraadi ja kõrgematel sagedustel muutub faasinihe nulliks. Kui R3 vahetada potentsiomeetriga, saab faasinihkele vastavat sagedust reguleerida. Antud lülitus leiab taas kasutust nii raadiotehnikas kui ka mobiiltelefonides.

18

Operatsioonivõimendit kasutades saab tekitada ka lülituse, mis töötab ideaalse dioodina ehk negatiivse pinge korral on takistus lõpmata suur ning positiivse pinge korral takistus ehk negatiivse pinge korral on takistus lõpmata suur ning positiivse pinge korral takistus puudub. Reaalse dioodi korral pidi arvestma ka lävepinge ning dioodi enda takistusega.

Kui sisendpinge on nullist väiksem, on diood suletud ja väljundvool puudub. Kui sisendpinge saab nullist suuremaks, võimendab operatsioonivõimendi väljundpinge nii suureks ,et diood avaneb ja väljund hakkab järgima sisendit.Siiski on antud lihtsal lülitusel omad puudused. Kui sisendpinge oli algul negatiivne, oli operatsioonivõimendi väljund negatiivse toitepinge juures. Seda seetõttu, et diood voolu ei juhitinud (vastupinge) ja operatsioonivõimendi väljund oli kogu ahela väljundist eraldatud ning tagasiside ahela kaudu oli “-” väljund maapotentsiaali juures. Vastavalt oli ka sisendsignaal piisvalt suur, et viia väljund toitepingeni. Kui nüüd sisendpinge viia nullnivoost suuremaks, kulub võimendusahelas olevate mahtuvuste ümberlaadimiseks teatud aeg ja seetõttu antud lülituse maksimaalne töösagedus väheneb.

19

Täiustades ahelat saame parandatud omadustega täppisdioodi. Antud juhul on positiivse sisendpinge korral operatsioonivõimendi väljundpinge negatiivne ning diood D juhib sisendpinge korral operatsioonivõimendi väljundpinge negatiivne ning diood D2 juhib voolu hoides operatsioonivõimendi väljundi dioodi lävepinge juures. Kuna diood D1 on vastupingestatud, on ahela väljnudpinge null. Kui sisendpinge muutub negatiivseks ja operatsioonivõimendi väljundpinge positiivseks, sulgub diood D2 vastupinge tõttu samas kui D2 avaneb. Antud juhul on väljundpinge määratud takistite R2 ja R1 suhtega.

20

Lõpuks saab operatsioonivõimendite abil realiseerida ka eksponendi ja logaritmi võtmist. Kui tagasiside ahelas on diood, siis teatud pingevahemiku juures on selle dioodi Kui tagasiside ahelas on diood, siis teatud pingevahemiku juures on selle dioodi pingelang seotud dioodi läbiva vooluga logaritmiliselt. Kui nüüd sisendis on takisti, siis vool läbi dioodi on omakorda seotud sisendpingega lineaarselt. Seetõttu on väljundpinge võrdeline sisendpinge logaritmiga.Eksponentsiaalse sõltuvse saamiseks tuleb dioodi kasutada sisendis. Antud juhul sõltub dioodi vool eksponentsiaalselt sisendpingest ja väljundpinge on takisti kasutamise tõttu seotud vooluga lineaarselt. Kokkuvõttes on väljundpinge eksponentsiaalne funktsoon sisendpingest.

21