Operatiiviset vahvistimet

Mitä ovat operatiiviset vahvistimet?

Operatiiviset vahvistimet ovat perusrakenne Analogiset elektroniset piirit . Ne ovat lineaarisia laitteita, joilla on kaikki DC-vahvistimen ominaisuudet. Voimme käyttää ulkoisia vastuksia tai kondensaattoreita Op-vahvistimelle on monia erilaisia ​​tapoja tehdä niistä erilaisia ​​vahvistimia, kuten kääntövahvistin, ei-käänteinen vahvistin, jännitteen seuraaja, vertailija, differentiaalivahvistin, summausvahvistin, integraattori jne. OPAMP: t voivat olla yksittäisiä, dual, quad jne. OPAMP-laitteilla, kuten CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 jne., on erinomainen suorituskyky erittäin pienellä tulovirralla ja jännitteellä. Ihanteellisella Op-vahvistimella on muiden päätelaitteiden lisäksi kolme tärkeää päätettä. Tuloliittimet ovat Inverting input ja Non inverting input. Kolmas liitin on lähtö, joka voi uppoutua ja tuottaa virtaa ja jännitettä. Lähtösignaali on vahvistimien vahvistus kerrottuna tulosignaalin arvolla.

5 Op-vahvistimen ihanteellista merkkiä:

1. Avaa silmukan vahvistus

Avoimen silmukan vahvistus on Op Amp: n vahvistus ilman positiivista tai negatiivista palautetta. Ihanteellisella OP-vahvistimella tulisi olla ääretön avoimen silmukan vahvistus, mutta tyypillisesti sen vaihteluväli on 20 000 - 2 00 000.

2. Tuloimpedanssi

Se on tulojännitteen suhde tulovirtaan. Sen tulisi olla ääretön ilman virtavuotoa syötteestä tuloihin. Mutta useimmissa Op-vahvistimissa on muutama Pico-ampeerivirta.

3. Lähtöimpedanssi

Ihanteellisella Op-vahvistimella pitäisi olla nolla lähtöimpedanssia ilman sisäistä vastusta. Jotta se voi syöttää täyden virran lähtöön kytkettyyn kuormaan.

4. Nauhan leveys

Ihanteellisella Op-vahvistimella tulisi olla ääretön taajuusvaste, jotta se voi vahvistaa mitä tahansa taajuutta DC-signaaleista korkeimpiin AC-taajuuksiin. Mutta useimmilla Op-vahvistimilla on rajoitettu kaistanleveys.

5. Siirtymä

Op-vahvistimen lähdön tulisi olla nolla, kun tulojen välinen jännite-ero on nolla. Mutta useimmissa Op-vahvistimissa lähtö ei ole nolla, kun se on pois päältä, mutta siitä tulee minuutin jännite.

OPAMP-nastakonfiguraatio:

Tyypillisessä Op-vahvistimessa on 8 nastaa. Nämä ovat

Tappi 1 - Offset Null

Tappi 2 - Käänteinen tulo INV

Pin3 - ei-invertoiva tulo Non-INV

Pin4 - maa - negatiivinen syöttö

Pin5 - Offset Null

Pin6 - lähtö

Pin7 - positiivinen tarjonta

Pin8 - Strobe

4 tyyppistä voittoa OPAMP: issa:

Jännitteen vahvistus - Jännite sisään ja ulos

Nykyinen vahvistus - virta sisään ja ulos

Transkonduktanssi - jännite sisään ja ulos

Trans-vastus - Virta sisään ja jännite ulos

Operatiivisen vahvistimen toiminta:

Tässä käytimme LM358: n operatiivista vahvistinta. Yleensä ei-invertoiva tulo on annettava esijännitykselle ja käänteinen tulo on todellinen vahvistin, joka on kytketty tähän 60 k: n vastuksen palautteeseen lähdöstä tuloon. Ja vastus 10k on kytketty sarjaan kondensaattoriin ja piirille annetaan 1 V: n siniaalto, nyt näemme, kuinka vahvistusta hallitaan R2 / R1 = 60k / 10k = 6-vahvistuksella, sitten lähtö on 6 V . Jos muutamme vahvistusta 40: llä, lähtö on 4 V siniaaltoa.

Video operatiivisen vahvistimen toiminnasta

Normaalisti se on kaksoisvirtalähde, joka voidaan helposti konfiguroida yhdeksi virtalähteeksi käyttämällä resister-verkkoa. Tässä resister R3 ja R4 sijoittavat puolet syöttöjännitteestä jännitteen ei-invertoivan tulon yli, mikä saa lähtöjännitteen myös olemaan puolet syöttöjännitteestä muodostaen eräänlaisten esijännitevastusten vastukset 1k - 100k, mutta kaikissa tapauksissa niiden on oltava yhtä suuria. Ei-invertoivaan tuloon on lisätty 1 F: n kondensaattori kokoonpanon aiheuttaman melun vähentämiseksi. Kytkentäkondensaattoreiden käyttöä tuloon ja lähtöön tarvitaan tässä kokoonpanossa.

3 OPAMP-sovellusta:

1. Vahvistus

Op-vahvistimen vahvistettu lähtösignaali on ero kahden tulosignaalin välillä.

Yllä oleva kaavio on yksinkertainen Op Amp -liitäntä. Jos molemmat tulot syötetään samalla jännitteellä, Op Amp ottaa tällöin kahden jännitteen eron ja on 0. Op Amp kertoo tämän 1 000 000 vahvistuksellaan, joten lähtöjännite on 0. Kun 2 volttia on annetaan yhdelle tulolle ja 1 voltille toisessa, sitten Op-vahvistin ottaa eron ja kertoo vahvistuksen. Se on 1 voltti x 1000000. Mutta tämä vahvistus on erittäin suuri, joten vahvistuksen vähentämiseksi palaute lähdöstä tuloon tapahtuu yleensä vastuksen kautta.

Käänteinen vahvistin:

Yllä esitetty piiri on käänteisvahvistin, jonka ei-invertoiva tulo on kytketty maahan. Kaksi vastusta R1 ja R2 on kytketty piiriin siten, että R1 syöttää tulosignaalia, kun taas R2 palauttaa lähdön käänteistuloon. Tässä, kun tulosignaali on positiivinen, lähtö on negatiivinen ja päinvastoin. Jännitteen muutos lähdössä suhteessa tuloon riippuu vastusten R1 ja R2 suhteesta. R1 valitaan arvoksi 1K ja R2 arvoksi 10K. Jos tulo saa 1 voltin, R1: n kautta tulee 1 mA virta ja lähdön on oltava - 10 volttia 1 mA: n virran syöttämiseksi R2: n kautta ja nollajännitteen ylläpitämiseksi käänteistulossa. Siksi jännitevahvistus on R2 / R1. Se on 10K / 1K = 10

Ei-invertoiva vahvistin:

Yllä esitetty piiri on ei-invertoiva vahvistin. Tässä kääntymätön tulo vastaanottaa signaalin, kun käänteinen tulo on kytketty R2: n ja R1: n välille. Kun tulosignaali liikkuu joko positiivisena tai negatiivisena, lähtö on vaiheessa ja pitää jännitteen käänteistulossa saman kuin ei-kääntelevässä sisääntulossa. Jännitevahvistus on tässä tapauksessa aina suurempi kuin 1 eli (1 + R2 / R1).

kaksi. Jännitteen seuraaja

Yllä oleva piiri on jännitteen seuraaja. Tässä se tarjoaa korkean tuloimpedanssin, matalan lähtöimpedanssin .Jos tulojännite muuttuu, lähtö ja käänteinen tulo muuttuvat tasaisesti.

3. Vertailija

Operatiivinen vahvistin vertaa yhden tulon jännitettä toiseen tuloon. Mikä tahansa ero jännitteiden välillä, jos se on pieni, ajaa op-vahvistimen kyllästykseen. Kun molempiin tuloihin syötetyt jännitteet ovat samaa suuruutta ja samaa napaisuutta, op-amp-lähtö on 0 volttia.

Vertailija tuottaa rajoitettuja lähtöjännitteitä, jotka voivat helposti olla vuorovaikutuksessa digitaalisen logiikan kanssa, vaikka yhteensopivuus on varmistettava.

Video operatiivisesta vahvistimesta vertailupiirikaaviona

Täällä meillä on op-amp, jota käytetään vertailijana käänteisten ja ei-invertoivien liittimien kanssa ja kytkimme niihin joitain potentiaalijakajia ja mittareita sekä volttimittarin lähdössä ja Johti tuotos. Vertailijan peruskaava on, että kun ’+’ on enemmän kuin ’–’, silloin tulos on suuri (yksi), muuten tulos on nolla. Kun negatiivisen tulon jännite on vertailujännitteen alapuolella, lähtö on korkea ja kun negatiivinen tulo ylittää positiivisen jännitteen, lähtö laskee matalalle.

3 Vaatimukset OPAMP: ille:

1. Offset-tyhjennys

Suurimmalla osalla OPAMP: sta on lähtöjännite, vaikka tulojännitteet olisivat samat. Lähdön nollajännitteeksi käytetään offset-nollausmenetelmää. Useimmissa Op-vahvistimissa on pieni siirtymä niiden luontaisesta ominaisuudesta johtuen ja johtuu syöttöjännityksen järjestelyjen ristiriitaisuuksista. Joten pieni lähtöjännite on käytettävissä joidenkin Op-vahvistimien lähdössä, vaikka tulosignaali olisi nolla. Tämä haitta voidaan korjata tarjoamalla pieni siirtojännite tuloille. Tätä kutsutaan Input Offset -jännitteeksi. Poikkeaman poistamiseksi tai nollaamiseksi useimmilla Op-vahvistimilla on kaksi nastaa, jotta offset nollataan. Tätä varten potti tai esiasetus, jonka tyypillinen arvo on 100 K, tulisi liittää nastojen 1 ja 5 väliin pyyhkijänsä kanssa maahan. Esiasetusta säätämällä lähtö voidaan asettaa nollajännitteelle.

kaksi. Strobing tai vaihekorjaus

Op-Ampeerit voivat joskus muuttua epävakaiksi ja jotta ne olisivat vakaa koko taajuuskaistalle, korkki on yleensä kytketty Strobe-nastan 8 ja nastan 1 väliin. Yleensä 47pF-levykondensaattori lisätään vaihekorjaus niin, että OpAmp pysyy vakaana. Tämä on tärkeintä, jos OpAmpia käytetään herkkänä vahvistimena.

3. Palaute

Kuten tiedätte, Op-Amp: lla on erittäin korkea vahvistustaso, tyypillisesti noin 1000,00 kertaa. Oletetaan, että Op-Amp: lla on 10000 vahvistus, sitten Op-Amp vahvistaa jännite-eroa ei-käänteisessä tulossa (V +) ja käänteisessä tulossa (V-). Joten lähtöjännite V out on
10000 x (V + - V-)

Kaaviossa signaali syötetään ei-invertoivaan tuloon ja käänteistuloon kytketään lähtö. Joten V + = V sisään ja V- = Vout. Siksi Vout = 10000 x (Vin - Vout). Siksi lähtöjännite on melkein yhtä suuri kuin tulojännite.

Katsotaan nyt, kuinka palaute toimii. Pelkkä vastuksen lisääminen kääntyvän tulon ja lähdön väliin vähentää vahvistusta huomattavasti. Ottamalla murto-osan lähtöjännitteestä invertoivaan tuloon voidaan vähentää vahvistusta huomattavasti.

Aikaisemman yhtälön mukaan V out = 10000 x (V + - V-). Mutta tässä lisätään takaisinkytkentävastus. Joten tässä V + on Vin ja V- on R1.R1 + R2 x V ulos. Siksi V-lähtö on 10000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Joten V ulos = R1 + R2. R1x Vin

Negatiivinen palaute:

Tässä Op-Amp: n lähtö on kytketty sen käänteiseen (-) -tuloon, jolloin lähtö syötetään takaisin sisääntuloon tasapainon saavuttamiseksi. Tällöin ei-käänteisen (+) -tulon tulosignaali heijastuu lähdössä. Negatiivisen takaisinkytkennän omaava Op-vahvistin ajaa ulostulonsa tarvittavalle tasolle ja siten invertoivien ja ei-invertoivien tulojen välinen jänniteero on lähes nolla.

Positiivista palautetta:

Tässä lähtöjännite syötetään takaisin ei-invertoivaan (+) -tuloon. Tulosignaali syötetään käänteistuloon. Positiivisessa takaisinkytkentärakenteessa, jos käänteistulo on kytketty maahan, Op-vahvistimen lähtöjännite riippuu ei-käänteisen tulon jännitteen suuruudesta ja napaisuudesta. Kun tulojännite on positiivinen, Op-Amp: n lähtö on positiivinen ja tämä positiivinen jännite syötetään ei-invertoivaan tuloon, mikä johtaa täydelliseen positiiviseen lähtöön. Jos tulojännite on negatiivinen, tila muuttuu.

Operatiivisten vahvistimien sovellus - äänen esivahvistin

Suodattimet ja esivahvistimet:

Tehovahvistimet tulevat esivahvistimien jälkeen ja ennen kaiuttimia. Nykyaikaiset CD- ja DVD-soittimet eivät tarvitse esivahvistimia. He tarvitsevat äänenvoimakkuuden säätöä ja lähteen valitsimia. Käyttämällä kytkinohjaimia ja passiivista äänenvoimakkuutta voimme välttää esivahvistimet.

Olkaamme lyhyesti äänen tehovahvistimista

Tehovahvistin on komponentti, joka voi ajaa kaiuttimia muuntamalla matalan tason signaalin suureksi signaaliksi. Tehovahvistimien tehtävä on tuottaa suhteellisen korkea jännite ja korkea virta. Yleensä jännitevahvistuksen alue on välillä 20-30. Tehovahvistimilla on erittäin pieni lähtöresistanssi.

Audio-vahvistimen tekniset tiedot

• Suurin lähtöteho:

Lähtöjännite on riippumaton kuormituksesta sekä pienille että suurille signaaleille. Annettu jännite kuormitukseen aiheuttaa kaksinkertaisen virran määrän. Näin ollen kaksinkertainen määrä virtaa toimitetaan. Teholuokitus on jatkuva keskimääräinen siniaaltoteho siten, että teho voidaan mitata käyttämällä siniaaltoa, jonka RMS-jännite mitataan pitkällä aikavälillä.

• Taajuusvaste:

Taajuusvasteen on ulotuttava koko äänikaista 20 Hz - 20 KHz. Taajuusvasteen toleranssi on ± 3db. Tavanomainen tapa määrittää kaistanleveys on vahvistin, joka on 3db: n alapuolella nimellisestä 0db: stä.

• Melu:

Tehovahvistimien tulisi tuottaa matalaa melua, kun tehovahvistimia käytetään korkeilla taajuuksilla. Meluparametri voi olla painotettu tai painottamaton. Painottamaton melu määritetään yli 20 KHz: n kaistanleveydellä. Korvan herkkyyden perusteella painotettu melumääritys otetaan huomioon. Painotettu melun mittaus pyrkii vaimentamaan kohinaa suuremmilla taajuuksilla, joten painotettu melun mittaus on melko parempi kuin painottamaton melun mittaus.

• Vääristymä:

Harmoninen kokonaissärö on yleinen vääristymä, joka yleensä määritetään eri taajuuksilla. Tämä määritetään tehotasolla, joka annetaan tehovahvistimen kuormitusimpedanssia käytettäessä.