Operatiivvõimendid

Mis on operatiivvõimendid?

Operatiivvõimendid on toote peamised ehituskivid Analoogsed elektroonilised ahelad . Need on lineaarsed seadmed, millel on kõik alalisvoolu võimendi omadused. Me võime kasutada väliseid takistoreid või kondensaatoreid, et Op Amp on palju erinevaid viise, kuidas muuta need erinevateks võimenditeks, näiteks inverteeriv võimendi, mitte inverteeriv võimendi, pinge jälgija, komparaator, diferentsiaalvõimendi, summeerimisvõimendi, integraator jne. OPAMP-d võivad olla üksikud, topelt-, neljarattalised jne. OPAMP-idel nagu CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 jne on suurepärane jõudlus väga madala sisendvoolu ja pingega. Ideaalsel Op Ampil on lisaks teistele terminalidele kolm olulist terminali. Sisendterminalid on Inverting input ja Non inverting input. Kolmas klemm on väljund, mis võib vajuda ning voolu ja pinget toota. Väljundsignaal on võimendite võimendus, mis korrutatakse sisendsignaali väärtusega.

Op Amp 5 ideaalset tähemärki:

1. Avage Loop gain

Avatud ahela võimendus on Op Amp võimendus ilma positiivse või negatiivse tagasisita. Ideaalsel OP-võimendil peaks olema lõpmatu avatud ahela võimendus, kuid tavaliselt jääb see vahemikku 20 000 kuni 2 00 000.

2. Sisendtakistus

See on sisendpinge ja sisendvoolu suhe. See peaks olema lõpmatu ilma voolu lekkimata toiteallikast sisenditesse. Kuid enamikus Op-amprites esineb mõni Pico amprivoolu leke.

3. Väljundi takistus

Ideaalsel Op Amp-l peaks olema null väljundtakistus ilma sisemise takistuseta. Nii et see suudab väljundiga ühendatud koormusele anda täisvoolu.

4. Riba laius

Ideaalsel Op Amp-l peaks olema lõpmatu sageduskarakteristik, et see võimendaks mis tahes sagedust alalisvoolu signaalidest kõrgeimate vahelduvvoolu sagedusteni. Kuid enamikul Op-võimenditest on ribalaius piiratud.

5. Nihe

Op Amp väljund peaks olema null, kui sisendite pinge erinevus on null. Kuid enamikus Op-amprites ei ole väljund nullis, kui see on välja lülitatud, kuid sellest saab minutilise pinge.

OPAMPi tihvti konfiguratsioon:

Tüüpilises Op Amp-s on 8 tihvti. Need on

PIN1 - nihe null

Pin2 - inverteeriv sisend INV

Pin3 - mittepööratav sisend Non-INV

Pin4 - maapind - negatiivne varustus

Pin5 - nihe null

Pin6 - väljund

Pin7 - positiivne pakkumine

Pin8 - Strobe

4 tüüpi kasumit OPAMP-des:

Pinge võimendus - pinge sisse ja välja

Voolutugevus - vool sisse ja välja

Juhtivus - pinge sisse ja välja

Trans-takistus - vool sisse ja välja

Operatiivvõimendi töö:

Siin kasutasime LM358 operatiivvõimendit. Tavaliselt tuleb mitteinverteeriv sisend anda eelpingele ja inverteeriv sisend on tegelik võimendi, mis on ühendatud 60k vastuse tagasisidega väljundist sisendini. Ja resister 10k on ühendatud järjestikku kondensaatoriga ja vooluringile antakse 1 V siinuslaine, nüüd näeme, kuidas võimendust reguleerib R2 / R1 = 60k / 10k = 6 võimendus, siis väljund on 6V . Kui muudame võimendust 40 võrra, on väljund siinuslaine 4V.

Video töövõimendi töötamise kohta

Tavaliselt on see kahekordne toiteallika võimendi, see on hõlpsasti konfigureeritav ühtseks toiteallikaks, kasutades vastupanuvõrku. Selles asetavad resister R3 ja R4 pinge, mis on pool toitepingest üle inverteerimata sisendi, mis põhjustab väljundpinge ka pooleks toitepingest, moodustades omamoodi eelhäälestustakistid R3 ja R4 võivad olla mis tahes väärtused 1k kuni 100k, kuid igal juhul peaksid need olema võrdsed. Konfiguratsioonist tuleneva müra vähendamiseks on inverteerimata sisendisse lisatud täiendav 1 F kondensaator. Selle konfiguratsiooni jaoks on sisendi ja väljundi jaoks vaja kasutada sidestuskondensaatoreid.

3 OPAMP-i rakendust:

1. võimendamine

Op Amp võimendatud väljundsignaal on kahe sisendsignaali erinevus.

Ülaltoodud diagramm on Op Amp lihtne ühendus. Kui mõlemad sisendid on varustatud sama pingega, võtab Op Amp kahe pinge vahe ja on 0. Op Amp korrutab selle oma võimendusega 1 000 000, nii et väljundpinge on 0. Kui 2 volti on antakse ühele sisendile ja 1 volt teisele, siis võtab Op Amp oma erinevuse ja korrutab võimendusega. See on 1 volt x 1 000 000. Kuid see võimendus on väga suur, nii et võimenduse vähendamiseks tehakse tagasisidet väljundist sisendini tavaliselt takisti kaudu.

Inverteeriv võimendi:

Ülaltoodud vooluahel on inverteeriv võimendi, mille maandusega on ühendatud mittepöörava sisend. Kaks takistit R1 ja R2 on vooluahelas ühendatud nii, et R1 toidab sisendsignaali, samal ajal kui R2 tagastab väljundi inverteerivale sisendile. Kui sisendsignaal on positiivne, on väljund negatiivne ja vastupidi. Pinge muutus väljundis sisendi suhtes sõltub takistite R1 ja R2 suhtest. R1 on valitud 1K ja R2 on 10K. Kui sisend saab 1 volti, siis on R1 kaudu 1 mA vool ja väljund peab muutuma - 10 volti, et toita 1 mA voolu läbi R2 ja säilitada pinge nullis inverteerivas sisendis. Seetõttu on pingetõus R2 / R1. See on 10K / 1K = 10

Mitteinverteeriv võimendi:

Ülaltoodud vooluahel on mitte-inverteeriv võimendi. Siin võtab mittepöörav sisend signaali vastu, kui inverteeriv sisend on ühendatud R2 ja R1 vahel. Kui sisendsignaal liigub kas positiivse või negatiivse suunas, on väljund faasiline ja hoiab pinget inverteerivas sisendis sama mis mittepöörava sisendi pinget. Pinge suurenemine on sel juhul alati suurem kui 1 nii (1 + R2 / R1).

kaks. Pinge järgija

Ülaltoodud vooluahel on pinge järgija. Siin on see kõrge sisendtakistus, madal väljundtakistus. Kui sisendpinge muutub, muutuvad väljund ja inverteeriv sisend võrdselt.

3. Võrdleja

Töövõimendi võrdleb ühe sisendi rakendatud pinget teise sisendi pingega. Igasugune erinevus pingete vahel, kui see on väike, ajab op-ampri küllastusse. Kui mõlemale sisendile tarnitud pinged on sama suuruse ja sama polaarsusega, on op-amp väljund 0 volti.

Võrdleja toodab piiratud väljundpinge, mida saab hõlpsasti digitaalse loogikaga liidestada, kuigi ühilduvust tuleb kontrollida.

Video operatsioonivõimendi kui võrdluslülituse skeemi kohta

Siin on meil op-amp, mida kasutatakse võrdlusena inverteerivate ja mitte-inverteerivate klemmidega ning ühendasime nendega mõne potentsiaalijaoturi ja arvesti ning väljundis voltmeeter ja Viis selleni, et väljund. Võrdleja põhivalem on see, et kui ’+’ on suurem kui ’–’, siis on väljund kõrge (üks), muidu on väljund null. Kui negatiivse sisendi pinge on võrdluspingest madalam, on väljund kõrge ja kui negatiivne sisend ületab positiivse pinge, läheb väljund madalale.

3 nõuded OPAMP-dele:

1. Tasaarveldamine Nulling

Enamikul OPAMP-ist on väljundis nihkepinge isegi siis, kui sisendpinged on samad. Väljundi nullpinge saamiseks kasutatakse nihke nullimise meetodit. Enamikus Op-amprites on nende omase omaduse tõttu väike nihe ja see tuleneb sisendi eelarvamuse paigutuse mittevastavustest. Nii et mõnede Op-amprite väljundis on väike väljundpinge isegi siis, kui sisendsignaal on null. Selle puuduse saab kõrvaldada, andes sisenditele väikese nihkepinge. Seda nimetatakse sisendi nihke pingeks. Nihe eemaldamiseks või tühistamiseks on enamikul Op-võimenditel nööpnullimise võimaldamiseks kaks tihvti. Selleks tuleks tihvtide 1 ja 5 vahele ühendada pott või eelseade, mille tüüpiline väärtus on 100K, maapinnaga. Eelseadistust reguleerides saab väljundi seada nulli pingele.

kaks. Strobing või faasikompensatsioon

Op-Amps võib mõnikord muutuda ebastabiilseks ja selle muutmiseks kogu sagedusriba jaoks stabiilseks on kork tavaliselt ühendatud strobo tihvti 8 ja tihvti 1 vahele. Tavaliselt lisatakse selleks 47pF ketaskondensaator faasikompensatsioon nii et OpAmp jääb stabiilseks. See on kõige olulisem, kui OpAmp-i kasutatakse tundliku võimendina.

3. Tagasiside

Nagu teate, on Op-Amp võimendus väga kõrge, tavaliselt umbes 1 000,00 korda. Oletame, et Op-Amp-l on 10 000 võimendust, siis võimendab Op-Amp pinge erinevust selle mitteinverteerivas sisendis (V +) ja inverteerivas sisendis (V-). Seega on väljundpinge V välja
10 000 x (V + - V-)

Diagrammil rakendatakse signaal mitteinverteerivale sisendile ja Inverteeriv sisend ühendatakse väljundiga. Niisiis V + = V sisse ja V- = Vout. Seega Vout = 10 000 x (Vin - Vout). Seega on väljundpinge peaaegu võrdne sisendpingega.

Vaatame nüüd, kuidas tagasiside töötab. Lihtsalt takisti lisamine inverteeriva sisendi ja väljundi vahele vähendab võimendust märkimisväärselt. Võttes väljundpingest murdosa inverteerivasse sisendisse, võib see võimendust märkimisväärselt vähendada.

Nagu varasemas võrrandis, V out = 10 000 x (V + - V-). Kuid siin lisatakse tagasisidetakisti. Nii et siin V + on Vin ja V- on R1.R1 + R2 x V välja. Seetõttu on V välja 10 000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Niisiis V välja = R1 + R2. R1x Vin

Negatiivne tagasiside:

Siin on Op-Amp väljund ühendatud selle Inverting (-) sisendiga, seega suunatakse väljund sisendisse tagasi, et saavutada tasakaal. Seega peegeldub sisendis Non Inverting (+) sisendsignaal väljundis. Negatiivse tagasisidega Op-võimendi juhib väljundi vajalikule tasemele ja seega on pinge erinevus inverteerivate ja mittepööravate sisendite vahel peaaegu null.

Positiivne tagasiside:

Siin juhitakse väljundpinge tagasi mittepöörava (+) sisendisse. Sisendsignaal suunatakse sisendisse Invertimine. Positiivse tagasiside kujundamisel, kui inverteeriv sisend on ühendatud maapinnaga, sõltub Op-ampri väljundpinge mittepöörava sisendi pinge suurusest ja polaarsusest. Kui sisendpinge on positiivne, on Op-Amp väljund positiivne ja see positiivne pinge suunatakse mittepöörava sisendini, mille tulemuseks on täielik positiivne väljund. Kui sisendpinge on negatiivne, siis muutub olukord vastupidiseks.

Operatiivvõimendite rakendus - heli eelvõimendi

Filtrid ja eelvõimendid:

Võimendid tulevad pärast eelvõimendeid ja enne kõlareid. Kaasaegsed CD- ja DVD-mängijad ei vaja eelvõimendeid. Nad vajavad helitugevuse reguleerimist ja allikavalijaid. Lülitusseadiste ja passiivse helitugevuse abil saame vältida eelvõimendeid.

Olgem lühidalt helivõimendite kohta

Võimendi on komponent, mis suudab kõlareid juhtida, muutes madala signaali suureks signaaliks. Võimendite töö on suhteliselt kõrge pinge ja suure voolu tootmine. Tavaliselt on pingetõusu vahemik vahemikus 20 kuni 30. Võimsusvõimendite väljundtakistus on väga madal.

Helivõimendi spetsifikatsioonid

• Maksimaalne väljundvõimsus:

Väljundpinge on koormusest sõltumatu nii väikeste kui ka suurte signaalide korral. Antud koormusele rakendatav pinge põhjustab voolu kahekordse suuruse. Seega tarnitakse kaks korda rohkem energiat. Võimsuse nimiväärtus on pidev keskmine siinuslaine võimsus, nii et võimsust saab mõõta siinuslaine abil, mille RMS-pinget mõõdetakse pikaajaliselt.

• Sagedusreaktsioon:

Sageduskarakteristik peab laiendama kogu heliriba 20 Hz kuni 20 KHz. Sagedusreaktsiooni tolerants on ± 3db. Tavapärane ribalaiuse määramise viis on võimendi nominaalsest 0db-st 3db võrra madalam.

• Müra:

Kui võimendid kasutavad kõrgeid sagedusi, peaksid võimsusvõimendid tekitama madalat müra. Müra parameeter võib olla kaalutud või kaalumata. Kaalumata müra täpsustatakse üle 20 KHz ribalaiuse. Kõrva tundlikkuse põhjal võetakse arvesse kaalutud müra spetsifikatsiooni. Kaalutud müra mõõtmine kipub müra summutama kõrgematel sagedustel, seega on kaalutud müra mõõtmine üsna parem kui kaalumata müra mõõtmine.

• Moonutus:

Totaalne harmooniline moonutus on tavaline moonutus, mida tavaliselt määratakse erinevatel sagedustel. See täpsustatakse võimsuse tasemel, mis antakse koos võimendi koormustakistuse juhtimisega.