Měřicí platforma -- jednoduchý operační zesilovač

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá analýzou vnitřní struktury operačního zesilovače a návrhem jeho diskrétní realizace s využitím bipolárních tranzistorů (BJT). V teoretické části jsou popsány základní stavební bloky operačních zesilovačů, zejména diferenciální vstupní stupeň, proudová zrcadla, napěťový zesilovací stupeň a výstupní stupeň, včetně jejich principu činnosti a vlivu na výsledné parametry zesilovače.

V praktické části je navržen vlastní operační zesilovač realizovaný z diskrétních součástek. Návrh umožňuje přepínání mezi pasivní a aktivní zátěží ve vybraných částech obvodu a kompenzaci pomocí Millerovy kapacity. Tím je umožněna analýza vlivu jednotlivých konstrukčních úprav na dynamické vlastnosti zesilovače.

Funkčnost navrženého obvodu je ověřena pomocí simulačního nástroje LTspice. Hlavní pozornost je věnována analýze frekvenční charakteristiky pro různé konfigurace zapojení. Jsou hodnoceny klíčové parametry, jako je napěťové zesílení, šířka přenášeného pásma a stabilita zesilovače.

Práce přispívá k porozumění principům návrhu operačních zesilovačů na úrovni diskrétních součástek a demonstruje vliv volby zátěže a kompenzace na jejich výsledné frekvenční vlastnosti.

This bachelor’s thesis deals with the analysis of the internal structure of an operational amplifier and the design of its discrete implementation using bipolar junction transistors (BJTs). The theoretical part describes the fundamental building blocks of operational amplifiers, in particular the differential input stage, current mirrors, voltage gain stage, and output stage, including their operating principles and their influence on the overall amplifier performance.

In the practical part, a custom operational amplifier is designed using discrete components. The design allows switching between passive and active loads in selected parts of the circuit and compensation using Miller capacitance. This enables analysis of the influence of individual design modifications on the dynamic behavior of the amplifier.

The functionality of the proposed circuit is verified using the LTspice simulation tool. The main focus is on the analysis of the frequency response for different circuit configurations. Key parameters such as voltage gain, bandwidth, and stability are evaluated.

The thesis contributes to understanding of operational amplifier design principles at the discrete component level and demonstrates the impact of load selection and compensation techniques on the resulting frequency characteristics.