Операционни усилватели

Какво представляват операционните усилватели?

Операционните усилватели са основните градивни елементи на Аналогови електронни схеми . Те са линейни устройства с всички свойства на DC усилвател. Можем да използваме външни резистори или кондензатори към Op Amp е много различни начини да ги направим различни форми на усилватели като инвертиращ усилвател, неинвертиращ усилвател, напрежение последовател, компаратор, диференциален усилвател, сумиращ усилвател, интегратор и т.н. OPAMP могат да бъдат единични, двойни, четворни и т.н. OPAMPs като CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 и др. имат отлична производителност с много нисък входен ток и напрежение. Идеалният Op Amp има три важни терминала в допълнение към други терминали. Входните клеми са Инвертиращ вход и Неинвертиращ вход. Третият терминал е изходът, който може да потъне и да източник на ток и напрежение. Изходният сигнал е усилвателите на усилвателите, умножени по стойността на входния сигнал.

5 идеални героя на операционен усилвател:

1. Open Loop печалба

Коефициентът на усилване с отворен цикъл е коефициентът на усилвател Op без без положителна или отрицателна обратна връзка. Идеалният усилвател OP трябва да има безкрайно усилване с отворен контур, но обикновено варира между 20 000 и 2 000 000.

2. Входен импеданс

Това е съотношението на входното напрежение към входния ток. Тя трябва да бъде безкрайна, без изтичане на ток от захранването към входовете. Но ще има няколко изтичания на ток Pico ampere в повечето Op Amps.

3. Изходен импеданс

Идеалният Op Amp трябва да има нулев изходен импеданс без никакво вътрешно съпротивление. За да може да подава пълен ток към товара, свързан към изхода.

4. Ширина на лентата

Идеалният Op Amp трябва да има безкрайна честотна характеристика, така че да може да усили всяка честота от DC сигнали до най-високите AC честоти. Но повечето Op Amps имат ограничена честотна лента.

5. Офсет

Изходът на Op Amp трябва да бъде нула, когато разликата в напрежението между входовете е нула. Но в повечето Op Amps изходът няма да е нула, когато е изключен, но ще има минутно напрежение от него.

OPAMP конфигурация на щифта:

В типичен Op Amp ще има 8 пина. Това са

Pin1 - Offset Null

Pin2 - Обръщане на вход INV

Pin3 - Неинвертиращ вход Non-INV

Pin4 - Земя - Отрицателно захранване

Pin5 - Offset Null

Pin6 - изход

Pin7 - Положителна доставка

Pin8 - Strobe

4 вида печалба в OPAMP:

Усилване на напрежението - Входно и изходно напрежение

Текущо усилване - ток в и изход

Трансдуктивност - Входно и изходно напрежение

Транзисторно съпротивление - Вход и изход на напрежение

Работа на операционен усилвател:

Тук използвахме операционен усилвател на LM358. Обикновено неинвертиращ вход трябва да бъде даден на отклонение и инвертиращият вход е истинският усилвател, свързан с обратна връзка от 60k резистор от изхода към входа. И резистор 10k е свързан последователно с кондензатор и захранването от 1V синусоида се дава на веригата, сега ще видим как печалбата ще се управлява от R2 / R1 = 60k / 10k = 6 печалба, тогава изходът е 6V . Ако променим печалбата с 40, тогава изходът е 4V на синусоида.

Видео за работата на операционния усилвател

Обикновено това е усилвател с двойно захранване, лесно се конфигурира към едно захранване чрез използване на резистентна мрежа. В това съпротивление R3 и R4 поставят напрежение от половината от захранващото напрежение през неинвертиращия вход, което води до това, че изходното напрежение също е половината от захранващото напрежение, образувайки нещо като напрежение, съпротивления R3 и R4 могат да бъдат всякакви стойности 1k до 100k, но във всички случаи те трябва да са равни. Към неинвертиращия вход е добавен допълнителен 1 F кондензатор за намаляване на шума, причинен от конфигурацията. За тази конфигурация се изисква използването на свързващи кондензатори за вход и изход.

3 приложения на OPAMP:

1. Усилване

Усиленият изходен сигнал от Op Amp е разликата между двата входни сигнала.

Диаграмата, показана по-горе, е проста връзка на усилвателя Op. Ако и двата входа се доставят с едно и също напрежение, Op Amp ще вземе разликата между двете напрежения и ще бъде 0. Op Amp ще умножи това със своя коефициент на усилване 1 000 000, така че изходното напрежение е 0. Когато 2 волта е даден на единия вход и 1 волта в другия, тогава Op Amp ще вземе своята разлика и ще се умножи с печалбата. Това е 1 волт х 1 000 000. Но тази печалба е много висока, така че за да се намали печалбата, обратната връзка от изхода към входа обикновено се извършва чрез резистор.

Инвертиращ усилвател:

Показаната по-горе схема е инвертиращ усилвател с неинвертиращ вход, свързан към земята. Два резистора R1 и R2 са свързани във веригата по такъв начин, че R1 подава входния сигнал, докато R2 връща изхода към инвертиращия вход. Тук, когато входният сигнал е положителен, изходът ще бъде отрицателен и обратно. Промяната на напрежението на изхода спрямо входа зависи от съотношението на резисторите R1 и R2. R1 е избран като 1K и R2 като 10K. Ако входът получи 1 волта, тогава ще има 1 mA ток през R1 и изходът ще трябва да стане - 10 волта, за да се подаде 1 mA ток през R2 и да се поддържа нулево напрежение на инвертиращия вход. Следователно усилването на напрежението е R2 / R1. Това е 10K / 1K = 10

Неинвертиращ усилвател:

Показаната по-горе схема е неинвертиращ усилвател. Тук неинвертиращият вход приема сигнала, докато инвертиращият вход е свързан между R2 и R1. Когато входният сигнал се движи или положителен, или отрицателен, изходът ще бъде във фаза и поддържа напрежението на инвертиращия вход същото като това на неинвертиращия вход. В този случай усилването на напрежението винаги ще бъде по-високо от 1 така (1 + R2 / R1).

две. Последовател на напрежението

Горната схема е последовател на напрежението. Тук той осигурява висок входен импеданс, нисък изходен импеданс. Когато входното напрежение се промени, изходният и инвертиращият вход ще се променят еднакво.

3. Компаратор

Операционният усилвател сравнява напрежението, приложено на единия вход, с напрежението, приложено на другия вход. Всяка разлика между напреженията, която и да е, ако е малка, задвижва операционния усилвател в насищане. Когато напреженията, подавани към двата входа, са с еднаква величина и една и съща полярност, тогава изходът на операционния усилвател е 0Volts.

Сравнителят произвежда ограничени изходни напрежения, които могат лесно да се свържат с цифровата логика, въпреки че съвместимостта трябва да бъде проверена.

Видео за операционния усилвател като схема на компаратор

Тук имаме операционен усилвател, използван като компаратор с инвертиращите и неинвертиращите терминали и свързан към тях някакъв потенциален делител и измервателен уред и волтметър на изхода Доведе до изхода. Основната формула за сравнение е, че когато „+“ е повече от „–‘, тогава изходът е висок (един), в противен случай изходът е нула. Когато напрежението на отрицателния вход е под референтното напрежение, изходът е висок и когато отрицателният вход надвиши напрежението на положителното, изходът преминава към ниско.

3 Изисквания за OPAMPs:

1. Нулиране на офсета

Повечето от OPAMP имат компенсирано напрежение на изхода, дори ако входните напрежения са еднакви. За да се направи изходът на нулево напрежение, се използва методът за нулиране на отместването. В повечето Op-усилватели има малко компенсиране поради присъщото им свойство и е резултат от несъответствията в подредбата на входните пристрастия. Така че на изхода на някои Op-усилватели е налице малко изходно напрежение, дори ако входният сигнал е нула. Този недостатък може да бъде отстранен чрез осигуряване на малко компенсирано напрежение към входовете. Това е известно като напрежение на входното отместване. За да премахнете или нулирате офсета, повечето Op-усилватели имат два щифта, за да активират нулирането на офсета. За целта гърне или предварително зададена стойност с типична стойност 100K трябва да се свържат между щифтовете 1 и 5 с чистачката към земята. Чрез регулиране на предварителната настройка, изходът може да бъде настроен на нулево напрежение.

две. Стробиране или фазова компенсация

Операционните усилватели понякога могат да станат нестабилни и за да ги направят стабилни за всички честотни ленти, обикновено се свързва капачка между неговия Strobe pin 8 и pin1. Обикновено се добавя 47pF дисков кондензатор за фазова компенсация така че OpAmp ще остане стабилен. Това е най-важно, ако OpAmp се използва като чувствителен усилвател.

3. Обратна връзка

Както знаете, Op-Amp има много високо ниво на усилване, обикновено около 1 000,00 пъти. Да предположим, че Op-Amp има 10 000 усилвания, тогава Op-Amp ще усили разликата в напрежението в неговия неинвертиращ вход (V +) и инвертиращ вход (V-). Така че изходното напрежение V out е
10 000 x (V + - V-)

В диаграмата сигналът се прилага към неинвертиращия вход, а при инвертиращия вход е свързан към изхода. Така че V + = V вътре и V- = Vout. Следователно Vout = 10 000 x (Vin - Vout). Следователно изходното напрежение е почти равно на входното напрежение.

Сега нека видим как работи обратната връзка. Простото добавяне на резистор между инвертиращия вход и изхода ще намали значително усилването. Приемането на част от изходното напрежение към инвертиращия вход може значително да намали усилването.

Според по-ранното уравнение, V out = 10 000 x (V + - V-). Но тук е добавен резистор за обратна връзка. Така че тук V + е Vin и V- е R1.R1 + R2 x V навън. Следователно V out е 10 000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Така че V изход = R1 + R2.R1x Vin

Негативно мнение:

Тук изходът на Op-Amp е свързан към неговия инвертиращ (-) вход, като по този начин изходът се връща обратно към входа, за да се постигне равновесие. По този начин входният сигнал на неинвертиращия (+) вход ще бъде отразен на изхода. Op-усилвателят с отрицателна обратна връзка ще насочи изхода си до необходимото ниво и следователно разликата в напрежението между неговите инвертиращи и неинвертиращи входове ще бъде почти нула.

Положителна обратна връзка:

Тук изходното напрежение се връща обратно към неинвертиращия (+) вход. Входният сигнал се подава към инвертиращия вход. При дизайн на положителна обратна връзка, ако инвертиращият вход е свързан към земята, тогава изходното напрежение от Op-усилвателя зависи от големината и полярността на напрежението на неинвертиращия вход. Когато входното напрежение е положително, тогава изходът на Op-Amp ще бъде положителен и това положително напрежение ще бъде подадено към неинвертиращия вход, което води до пълен положителен изход. Ако входното напрежение е отрицателно, тогава състоянието ще бъде обърнато.

Приложение на операционни усилватели - Аудио предусилвател

Филтри и предусилватели:

Усилвателите на мощност ще дойдат след предварителните усилватели и преди високоговорителите. Съвременните CD и DVD плейъри не се нуждаят от предварително усилватели. Те се нуждаят от контрол на силата на звука и селектори на източника. Чрез използване на превключващи контроли и пасивна сила на звука можем да избегнем предварително усилватели.

Нека имаме кратко за аудио усилвателите на мощност

Усилвателят на мощност е компонент, който може да управлява високоговорителите чрез преобразуване на сигнала от ниско ниво в голям сигнал. Работата на усилвателите на мощност произвежда относително високо напрежение и висок ток. Обикновено диапазонът на усилване на напрежението е между 20 и 30. Усилвателите на мощност имат много ниско изходно съпротивление.

Спецификации на аудио усилвател

• Максимална изходна мощност:

Изходното напрежение е независимо от натоварването, както за малки, така и за големи сигнали. Даденото напрежение, приложено към товара, причинява двойно по-голямо количество ток. Следователно ще бъде доставена двойно по-голяма мощност. Номиналната мощност е непрекъснатата средна мощност на синусоида, така че мощността може да бъде измерена чрез използване на синусоида, чието RMS напрежение се измерва дългосрочно.

• Честотна характеристика:

Честотната характеристика трябва да разшири пълната аудио лента от 20 Hz до 20 KHz. Толерансът към честотната характеристика е ± 3db. Конвенционалният начин за определяне на честотната лента е, че усилвателят намалява с 3db от номиналната 0db.

• Шум:

Усилвателите на мощност трябва да произвеждат нисък шум, когато усилвателите се използват с високи честоти. Параметърът на шума може да бъде претеглен или непретеглен. Непретегленият шум ще бъде посочен за честотна лента от 20 KHz. Въз основа на чувствителността на ухото ще бъдат взети под внимание претеглените спецификации на шума. Претегленото измерване на шума има тенденция да отслабва шума при по-високи честоти, поради което претегленото измерване на шума е доста по-добро от непретегленото измерване на шума.

• Изкривяване:

Пълното хармонично изкривяване е често срещаното изкривяване, обикновено определено при различни честоти. Това ще бъде определено при ниво на мощност, което се дава с импеданса на задвижващия товар на усилвателя.