V rádiovej elektronike a mikroobvodoch je operačný zosilňovač (op-amp) široko používaný. Má vynikajúce technické vlastnosti (TX) pre zosilnenie signálu. Aby ste pochopili rozsah OS, musíte poznať jeho princíp fungovania, schému pripojenia a hlavný TX.
Obsah
Čo je operačný zosilňovač
OU - integrovaný obvod (IC), ktorého hlavným účelom je zosilniť hodnotu jednosmerného prúdu. Má len jeden výstup, ktorý sa nazýva diferenciálny. Tento výstup má vysoký faktor zosilnenia signálu (Ky). Operačné zosilňovače sa používajú hlavne pri konštrukcii obvodov s negatívnou spätnou väzbou (NFB), ktorá s hlavným ziskom TX určuje Ku pôvodného obvodu. Operačné zosilňovače sa používajú nielen vo forme jednotlivých integrovaných obvodov, ale aj v rôznych blokoch zložitých zariadení.
Operačný zosilňovač má 2 vstupy a 1 výstup a má tiež výstupy na pripojenie zdroja napájania (IP). Princíp činnosti operačného zosilňovača je jednoduchý. Ako základ sa berú 2 pravidlá.Pravidlá popisujú jednoduché procesy prevádzky IC, ktoré prebiehajú v OS, a ako IC funguje, je jasné aj figurínom. Na výstupe je rozdiel napätia (U) 0 a vstupy operačného zosilňovača neodoberajú takmer žiadny prúd (I). Jeden vstup sa nazýva neinvertujúci (V+) a druhý sa nazýva invertujúci (V-). Vstupy operačného zosilňovača majú navyše vysoký odpor (R) a nespotrebúvajú takmer žiadne I.
Čip porovnáva hodnoty U na vstupoch a vydáva signál, ktorý ho predzosilňuje. Ku OU má vysokú hodnotu, dosahujúcu 1 000 000. Ak je na vstup privedené nízke U, potom na výstupe je možné získať hodnotu rovnajúcu sa U zdroja energie (Uip). Ak je U na vstupe V+ väčšie ako na V-, výstup bude mať maximálnu kladnú hodnotu. Pri napájaní kladným U invertujúceho vstupu bude mať výstup maximálne záporné napätie.
Hlavnou požiadavkou na fungovanie OS je použitie bipolárnej IP. Je možné použiť unipolárnu IP, ale možnosti operačného zosilňovača sú značne obmedzené. Ak použijete batériu a vezmete jej plusovú stranu ako 0, tak pri meraní hodnôt dostanete 1,5 V. Ak zoberiete 2 batérie a zapojíte ich do série, tak sa pripočíta U, t.j. zariadenie ukáže 3 V.
Ak berieme záporný pól batérie ako nulu, potom zariadenie ukáže 3 V. V opačnom prípade, ak berieme kladný pól ako 0, dostaneme -3 V. Pri použití bodu medzi dvoma batériami ako nula získať primitívnu bipolárnu IP. Stav operačného zosilňovača môžete skontrolovať iba vtedy, keď ho pripojíte k obvodu.
Typy a symboly na diagrame
S rozvojom elektrických obvodov sa operačné zosilňovače neustále zdokonaľujú a objavujú sa nové modely.
Klasifikácia podľa aplikácie:
- Industrial je lacná možnosť.
- Presnosť (presné meracie zariadenie).
- Elektrometrické (malá hodnota Iin).
- Mikrovýkon (spotreba malého I výkonu).
- Programovateľné (prúdy sa nastavujú pomocou I externého).
- Výkonný alebo vysokoprúdový (poskytujúci väčšiu hodnotu I spotrebiteľovi).
- Nízkonapäťové (prevádzka pri U<3 V).
- Vysoké napätie (určené pre vysoké hodnoty U).
- Rýchla odozva (vysoká rýchlosť otáčania a frekvencia zosilnenia).
- S nízkou hladinou hluku.
- Zvukový typ (nízke harmonické).
- Pre bipolárny a unipolárny typ elektrického napájania.
- Rozdiel (schopný merať nízke U pri vysokej hlučnosti). Používa sa v shuntoch.
- Zosilňovacie kaskády hotového typu.
- Špecializovaný.
Podľa vstupných signálov sú operačné zosilňovače rozdelené do 2 typov:
- S 2 vchodmi.
- S 3 vstupmi. 3 vstup slúži na rozšírenie funkčnosti. Má interný OOS.
Obvod operačného zosilňovača je pomerne komplikovaný a nemá zmysel ho vyrábať a rádioamatér potrebuje poznať iba správny spínací obvod operačného zosilňovača, ale na to by mal pochopiť dekódovanie jeho záverov.
Hlavné označenia zistení IC:
- V+ je neinvertujúci vstup.
- V- - invertujúci vstup.
- Vout - výstup Vs + (Vdd, Vcc, Vcc +) - kladná svorka IP.
- Vs- (Vss, Vee, Vcc-) - mínus IP.
V takmer každom operačnom zosilňovači existuje 5 záverov. Niektorým odrodám však môže chýbať V-. Existujú modely, ktoré majú ďalšie závery, ktoré rozširujú možnosti operačného zosilňovača.
Závery pre napájanie nemusia byť označené, pretože. to zvyšuje čitateľnosť diagramu. Výstupný výkon z kladnej svorky alebo pólu IP je umiestnený v hornej časti obvodu.
Hlavné charakteristiky
Operačné zosilňovače, rovnako ako iné rádiové komponenty, majú TX, ktoré možno rozdeliť do typov:
- Zosilnenie.
- Vstup.
- Víkendy.
- energie.
- Unášanie.
- Frekvencia.
- výkon.
Zisk je hlavnou charakteristikou operačného zosilňovača. Je charakterizovaný pomerom výstupného signálu k vstupu. Nazýva sa tiež amplitúda alebo prenos TX, ktorý je prezentovaný vo forme grafov závislosti. Vstup zahŕňa všetky hodnoty pre vstup operačného zosilňovača: Rin, predpätie (Ism) a posun (Iin), drift a maximálny vstupný diferenciál U (Udifmax).
Icm sa používa na ovládanie operačného zosilňovača na vstupoch. Iin je potrebný na prevádzku vstupného stupňa operačného zosilňovača. Iin shift - rozdiel Icm pre 2 vstupné polovodiče operačného zosilňovača.
Pri konštrukcii obvodov je potrebné tieto I zohľadniť pri pripájaní rezistorov. Ak sa Iin neberie do úvahy, môže to viesť k vytvoreniu diferenciálu U, čo povedie k nesprávnej prevádzke operačného zosilňovača.
Udifmax - U, ktorý sa privádza medzi vstupy operačného zosilňovača. Jeho hodnota charakterizuje vylúčenie poškodenia polovodičov diferenciálnej kaskády.
Pre spoľahlivú ochranu medzi vstupmi operačného zosilňovača sú antiparalelne zapojené 2 diódy a zenerova dióda. Diferenciálny vstup R je charakterizovaný R medzi dvoma vstupmi a vstup spoločného režimu R je hodnota medzi 2 vstupmi operačného zosilňovača, ktoré sú kombinované a zemou (zem). Výstupné parametre operačného zosilňovača zahŕňajú výstup R (Rout), maximálny výstup U a I. Hodnota parametra Rout by mala byť menšia pre lepšie charakteristiky zosilnenia.
Aby ste dosiahli malú Rout, musíte použiť emitorový sledovač. Výstup sa mení pomocou kolektora I.Energia TX sa odhaduje podľa maximálnej energie, ktorú OS spotrebuje. Dôvodom nesprávnej činnosti operačného zosilňovača je rozšírenie TX polovodičov stupňa diferenciálneho zosilňovača, ktoré závisí od indikátorov teploty (teplotný drift). Frekvenčné parametre operačného zosilňovača sú hlavné. Prispievajú k zosilneniu harmonických a impulzných signálov (rýchlosť).
V IC operačnom zosilňovači všeobecnej a špeciálnej formy je zahrnutý kondenzátor, ktorý zabraňuje generovaniu vysokofrekvenčných signálov. Pri frekvenciách s nízkou hodnotou majú obvody veľký koeficient K bez spätnej väzby (OS). OS používa neinvertujúce pripojenie. Okrem toho sa v niektorých prípadoch, napríklad pri výrobe invertujúceho zosilňovača, OS nepoužíva. Okrem toho má operačný zosilňovač dynamické vlastnosti:
- Rýchlosť otáčania Uout (SN Uout).
- Čas ustálenia Uout (odozva operačného zosilňovača pri skoku U).
V prípade potreby
Existujú 2 typy obvodov op-amp, ktoré sa líšia spôsobom zapojenia. Hlavnou nevýhodou OU je nekonzistentnosť Ku, ktorá závisí od režimu prevádzky. Hlavnými oblasťami použitia sú zosilňovače: invertujúce (IU) a neinvertujúce (NIO). V obvode NRU je Ku by U nastavené odpormi (signál musí byť privedený na vstup). OU obsahuje OOS sekvenčného typu. Toto spojenie je vytvorené na jednom z rezistorov. Podáva sa len na V-.
V DUT sú signály fázovo posunuté. Na zmenu znamienka výstupného záporného napätia je potrebná paralelná spätná väzba na U. Vstup, ktorý je neinvertujúci, musí byť uzemnený. Vstupný signál sa privádza cez odpor na invertujúci vstup.Ak neinvertujúci vstup ide na zem, potom rozdiel U medzi vstupmi operačného zosilňovača je 0.
Môžete vybrať zariadenia, ktoré používajú OS:
- Predzosilňovače.
- Zosilňovače audio a video frekvenčných signálov.
- U porovnávačov.
- Difflifiers.
- Diferenciátory.
- integrátorov.
- filtračné prvky.
- Usmerňovače (zvýšená presnosť výstupných parametrov).
- Stabilizátory U a I.
- Analógový typ kalkulačky.
- ADC (analógovo-digitálne prevodníky).
- DAC (digitálno-analógové prevodníky).
- Zariadenia na generovanie rôznych signálov.
- Počítačová technológia.
Operačné zosilňovače a ich aplikácia sú široko používané v rôznych zariadeniach.
Podobné články:
