4.1. Integrovaný operační zesilovač

V rozsahu tohoto učebního textu (a požadavků na zkoušku z předmětu Elektronika) není možné probírat detailně jednotlivé typy zesilovačů. Spokojíme se s tím, že si popíšeme v současnosti nejpoužívanější zesilovač, a tím je operační zesilovač. V průběhu tohoto popisu si budeme muset vysvětlit jednotlivé součásti tohoto zesilovače a tím se dotkneme i pojmů jako je zpětná vazba, diferenciální zesilovač a výkonový zesilovač. Popis těchto pojmů však uvádím jen pro zvídavé posluchačky a posluchače a nebude požadován při zkoušce.

V současnosti je naprostá většina operačních zesilovačů vyráběna jako integrovaný obvod. Integrovaným obvodem rozumíme elektronické zapojení provádějící určitou funkci buď analogového (příkladem je právě operační zesilovač nebo jiný druh zesilovače, stabilizátor napětí, stereofonní dekodér, obvod pro detekci a zpracování barevného signálu v televizi apod.) nebo číslicového charakteru (mikroprocesor, paměti, registry apod.), které je umístěno na jediném čipu, tj. na jediné destičce křemíku. Rozlišujme právě definované integrované obvody a hybridní obvody, kde je v jednom pouzdře umístěno několik různých součástek a čipů, tj. hybridní obvody nejsou na jediném čipu (ale jsou také v jednom pouzdře). Typickým příkladem hybridního obvodu je operační zesilovač s přesně nastaveným zesílením, kde v jednom pouzdře je čip operačního zesilovače a dva přesné tenkovrstvé odpory a tyto tři součástky jsou vzájemně propojeny. Výhoda integrovaných obvodů tkví jednak v nesmírně efektivním využití plochy čipu (mikroprocesor Pentium obsahuje ekvivalent asi tří milionů tranzistorů na čipu s plochou několika cm²), jednak v tom, že všechny součástky stejného typu (např. všechny tranzistory MOSFET) jsou vyrobeny v jednom technologickém procesu a mají tedy prakticky shodné parametry. Výhodou je i to, že celý čip je prakticky na stejné teplotě a tedy teplotní drifty součástek je možné považovat za prakticky shodné (právě konstatovaný fakt však nemusí být vždy pravdou, zejména tehdy, jsou-li na jednom čipu umístěny i výkonové součástky; pak vznikají i v jediném čipu velmi strmé gradienty teploty).

Abychom měli představu alespoň o technologii výroby integrovaných obvodů, popíšeme si nyní standardní technologii výroby využívající teplotní difuze a fotolitografie. Říká se jí planární technologie, neboť vyrobené aktivní i pasivní prvky leží v rovině povrchu čipu.

Planární technologie výroby integrovaných obvodů.