Operační zesilovače jsou zesilovače určené pro zapojení se zápornou zpětnou vazbou. Vlastnosti obvodu s operačním zesilovačem mají být dané pouze charakterem zpětné vazby a nemají být ovlivněny vlastnostmi samotného operačního zesilovače. Proto jsou na operační zesilovače kladeny zvláštní požadavky a mají typické parametry.

Platí:, z toho a výsledné zesílení

Čím větší bude zesílení A operačního zesilovače, tím méně na něm bude záviset výsledný přenos smyčky uzavřené zpětnou vazbou. Zesílení ideálního operačního zesilovače je , čemuž odpovídá výsledný přenos uzavřené smyčky . Výstupní napětí zesilovače s má konečnou hodnotu, pouze je-li vstupní napětí blízké nule, tedy můžeme-li předpokládat, že napětí na neinvertujícím vstupu a napětí na invertujícím vstupu jsou shodná, přestože nejsou galvanicky spojena. Tento jev se nazývá virtuální nula a je základem pro výpočet obvodů s operačními zesilovači se zápornou zpětnou vazbou.

Vstupní napětí operačního zesilovače nesmí být závislé na vnitřním odporu zdroje signálu ani na jeho změnách.

Platí: .

Pro bude nezávisle na vnitřním odporu zdroje signálu.

Ideální operační zesilovač má nekonečně velký vstupní odpor.

Výstupní napětí operačního zesilovače nesmí být závislé na zatěžovacím odporu.

Platí: .

Pro bude nezávisle na zatěžovacím odporu.

Ideální operační zesilovač má nulový výstupní odpor.

Frekvenční přenos ideálního operačního zesilovače má integrační charakter .

Pro začíná pokles zesílení se strmostí -20 dB/dek. Pro stabilitu zesilovače je rozhodující kmitočet , kdy amplituda přenosu =1 (0 dB). Hodnota frekvence se označuje také jako šířka pásma .

Správně frekvenčně kompenzovaný operační zesilovač má při tomto kmitočtu sklon amplitudové charakteristiky -20 dB/dek a fázi .

Rychlost přeběhu je maximální rychlost změny výstupního napětí operačního zesilovače .

Pro běžné operační zesilovače je S = 0,2 až 20, specielní S = 100 až 2500.

Mezní výkonová frekvence je maximální frekvence sinusového signálu, který přenese operační zesilovač na výstup bez zkreslení a v maximální amplitudě.

Sinusový signál na výstupu derivujeme podle času .

Maximální rychlost změny sinusového signálu je rovna maximu jeho derivace, které je v bodech a jeho hodnota je .

Tím je určen vztah mezi rychlostí přeběhu a mezní výkonovou frekvencí .

Tvarové zkreslení signálu v důsledku nízké rychlosti přeběhu se projevuje zpomalením náběhu v jeho nejstrmějších úsecích.

Přechodová charakteristika ideálního operačního zesilovače má odpovídat přenosu 1. řádu (exponenciela).

Přechodová charakteristika reálného operačního zesilovače se může značně lišit:

Na přechodové charakteristice lze určit tyto intervaly:

Do vstupů skutečného operačního zesilovače tečou klidové proudy I_B+ a I_B- . Jejich velikost pro bipolární zesilovače je 0,01 až 1 mikroampér, pro vstupy FET je menší než 1 pA. Proudy obou vstupů nejsou obvykle shodné, proto se udává střední vstupní proud .

je rozdíl velikostí vstupních proudů obou vstupů . Přibližně platí: .

Vstupní proudový offset vyvolá v konkrétním zapojení operačního zesilovače nenulové výstupní napětí i při nulovém diferenčním napětí mezi oběma vstupy. Hodnota vstupní napěťové nesymetrie je hodnota napětí na vstupu, při které je výstupní napětí skutečně nulové .

je změna proudového a napěťového offsetu v závistosti na teplotě.

Proudový drift je udáván v .

Typická hodnota napěťového driftu je .

Operační zesilovač je rozdílový, jeho zesílení je definováno . Kromě toho reálný operační zesilovač zesiluje i průměrné souhlasné napětí na svých vstupech: . Potom .

Činitel potlačení součtového signálu je poměr: .

Ideální operační zesilovač má činitel potlačení součtového signálu .

Reálný operační zesilovač dosahuje .

Vyjadřujeme velikostí vstupního šumového napětí a vstupního šumového proudu na vstupu ideálního bezšumového operačního zesilovače.

Celkové šumové napětí na vstupu je

Johnsonův tepelný šum v rezistorech:

k = 1,38.10^-23 J/K …Boltzmanova konstanta

T [K]…absolutní teplota

Df [Hz]…šířka frekvenčního pásma

R_i [W]…velikost odporu, kde šum vzniká

Celkový šum OZ včetně tepelného šumu odporů

Mimo Johnsonova tepelného šumu se projevuje Schottkyho šum při frekvencích 1kHz až 100kHz, interferenční šum v pásmu 10Hz až 1kHz a polovodičový šum 1/f na frekvencích 0,1Hz až 10Hz.

Klasické napájení operačních zesilovačů je symetrické dvojí polarity (typicky ±15V), dvěma zdroji napětí. Jejich společná svorka představuje tzv. operační zem, která je referenčním uzlem pro operační napětí vstupů a výstupů operačních zesilovačů.

Moderní operační zesilovače mohou pracovat i s malým napájecím napětím (5V), protože mají nízká saturační napětí. Lze je napájet nesymetricky, jedním napětím proti zemi, zem může být společná i pro výkonové prvky.