Курс операційних підсилювачів
Резюме
- Вступ
- Ситуація
- Історичний
- Загальні
- Протягування
- II/Вивчення підсилювача
- Ідеальний операційний підсилювач
- Справжній операційний підсилювач
- Використовує
- III/Додатковий курс
- Посилання на курси
Вступ
1) Сценарій
Дуже великий коефіцієнт підсилення напруги операційного підсилювача робить його компонентом, що використовується в найрізноманітніших додатках (див. Також курс: AOP - Основні операційні підсилювальні вузли). Деякі операційні підсилювачі за своїми характеристиками (час наростання, низькі гармонічні спотворення тощо) спеціалізуються на посиленні певних типів сигналів, таких як аудіо- чи відеосигнали.
2) Історія
Ми завдячуємо цьому термінуопераційний підсилювач (Операційний підсилювач англійською мовою) на Джон Р. Рагацціні в 1947 р. Операційні підсилювачі спочатку були розроблені в еру електронних ламп, коли їх використовували в аналогових комп'ютерах. В даний час операційні підсилювачі зазвичай доступні як інтегральні схеми.
3) Загальні
Параметри операційних підсилювачів, як правило, змінюються в незначних пропорціях, визначених виробником, і доступні у форматах, розпиновках та рівнях стандартизованих напруг живлення. За допомогою кількох зовнішніх компонентів вони можуть досягти широкого спектру корисних функцій в обробці сигналів. Більшість стандартних AO коштують лише кілька десятків центів, але дискретна або інтегрована AO з нестандартними функціями та низьким обсягом виробництва може коштувати більше 100 ? кімнати.
4) Розпіновка
AOP має мінімум два входи, два штифти живлення та один вихід. Вхід, позначений V +, називається неінвертуючим, тоді як V-вхід інвертується через їх роль у відносинах введення/виведення підсилювача. Викликається різниця потенціалів між цими двома входами вхідна диференціальна напруга.
Позитивний штифт живлення, позначений VS +, іноді також називають VDD, VCC або VCC +. Негативний штифт живлення, позначений VS-, іноді також називають VSS, VEE або VCC -. Позначення VCC і VEE, як правило, зарезервовано для біполярних AOP, тоді як позначення VDD і VSS, як правило, зарезервовано для польових AOP.
VS VCC означає, що джерело живлення підключений до колектора біполярного транзистора, тоді як Е VEE означає, що джерело живлення підключений до випромінювача біполярного транзистора. D VDD відноситься до стоку польового транзистора, тоді як VSS посилається на джерело цього самого транзистора.
II/Вивчення досконалого та реального підсилювача
1) Ідеальний операційний підсилювач
Ідеальний операційний підсилювач має нульовий диференціальний коефіцієнт посилення, нульовий вхідний опір, нульовий нескінченний коефіцієнт нарощування та загальний режим посилення та вихідного опору. Крім того, він не має зміщеної напруги або струму зміщення. Ці характеристики відображають той факт, що ідеальний операційний підсилювач не порушує сигнал, який він буде посилювати, і що його вихідна напруга залежить лише від різниці напруг між його двома входами.
Наявність нескінченного диференціального підсилення означає, що найменша різниця потенціалів між двома входами підсилювача призведе до його насичення. Якщо не бажано, щоб вихідна напруга підсилювача обмежувалася лише ± Vsat, залежно від знака різниці потенціалів між двома входами підсилювача, використання негативного зворотного зв'язку є обов'язковим.
2) Справжній операційний підсилювач
Вступ
Характеристика
Класифікація
Ці підсилювачі мають безліч додатків. Програми, які по суті залежать від їх найвизначніших характеристик, наведемо для прикладу:
- Диференціальний підсилювач (R входів і співвідношення сигнал/шум).
- Підсилювач з дуже високим коефіцієнтом підсилення (R вихідного підсилювача та співвідношення сигнал/шум).
- Послідовний підсилювач (пропускна здатність і співвідношення сигнал/шум).
- Підсилювач помилок (R входів та пропускна здатність).
- Компаратор напруги (лише логічний режим).
- Осцилятор (зазвичай логічний режим).
- Аналоговий активний фільтр.
- Інверторний підсилювач напруги.
- Підсилювач негативного опору.
3) Використання
Використання здійснюється або в безперервний режим або в лінійний режим
Вибір режиму здійснюється різницею у зворотних зв’язках входів e + та e- на виході s (імпеданс, який буде зазначено Z + та Z- в омах).
- Z- ? Z +: ми перебуваємо в лінійному режимі
- Z- = Z +: ми переходимо в режим перемикання
Лінійний режим (підсилювач)
Особливе зауваження для цього режиму полягає в тому, що потенціали e + та e- рівні.
Після того, як ці дані були враховані для розрахунків коефіцієнта підсилення, найбільш підходящою теорією є використання Відносини Міллмана.
Припустимо, ми хочемо зробити сигнал 500 мілівольт звуковим на 10-ватній 4-омній колонці (імпеданс або опір).
Досить подати сигнал на операційний підсилювач, збірка якого визначає коефіцієнт посилення 10, так що вихідна напруга, яка рухає гучномовцем, в 10 разів перевищує вхідну напругу.
Отже, ми матимемо на виході сигнал 5 вольт на 4 Ом, дотримуючись умови збереження в діапазоні вихідної потужності підсилювача (тут практично 7 Вт).
Режим порівняння (або насичений)
AOP має два записи, позначені + і -.
У режимі логічного оператора ми використовуємо властивість дуже великого коефіцієнта підсилення (Av) для порівняння двох сигналів.
Тому коефіцієнт посилення вже не зовнішній, а внутрішній, і ми отримуємо:
Вихідна напруга = Av * [(вхідна напруга +) - (вхідна напруга -)]
Це працює вже не в традиційному "посиленні", а в все або нічого логічний або компаратор напруги (оскільки внутрішній коефіцієнт підсилення Av дуже великий; асимільований до нескінченного значення для ідеального AO), тобто на виході є лише 2 можливих стабільних стану:
- Якщо вхід + більше (за напругою), ніж - вхід: вихід = +Всать.
- Якщо вхід + нижче (за напругою), ніж вхід -: вихід = -Всать.
Насправді це операція "у відкритому циклі" або без зворотного зв'язку, тобто без контролю коефіцієнта підсилення підсилювача.