Курс операційного підсилювача
Курс: Операційний підсилювач (AOP)
Операційний підсилювач (або інтегрований лінійний підсилювач: ALI) - це компонент інтегрованої технології, який готовий до експлуатації; цей компонент містить:
- 2 штифти живлення +Vcc і -Vcc,
-2 так звані диференціальні входи: E + неінвертуючий вхід і E - інвертуючий вхід,
Робота операційного підсилювача вимагає симетричний блок живлення
(два джерела напруги + Vcc та - Vcc, які не показані на схемах).
Ми називаємо диференціальну напругу (позначається ε), ddp між входами v + і v -
Вихідна напруга виражається як: Vs = A. ε (A: представляє диференціальне посилення) .
Aop має два режими роботи:
Лінійний режим (або режим): обов'язково існує негативний зворотний зв'язок (прив'язка за компонентом або
одиночний провід між виходом S і входом E - AOP), в цьому випадку напруга ε будуть нехтувати .
Нелінійний режим (або режим): негативного зворотного зв'язку немає, у цьому випадку АОП працює в насиченому стані.
вихід може приймати лише два значення: + Vsat або - Всать, Напруга ε не можна нехтувати.
2) Ідеальний (або ідеальний) операційний підсилювач
Ця модель дозволяє передбачити поведінку підсилювача:
Ідеальна модель PDO включає:
- Нескінченний диференціальний вхідний опір, з якого випливає ==> i + = i - = 0.
-Нескінченне диференціальне посилення (у розімкнутому циклі), незалежно від частоти.
-Будемо вважати, що в лінійний режим: ε = 0. ==> v + = v -
3) Недосконалість PDO
а) Зміщена напруга (напруга зсуву)
Коли диференціальна напруга дорівнює нулю, вихідна напруга не є, тому АОП має вихідну напругу зміщення
за відсутності будь-якого сигналу на вході.
b) Швидкість знищення (SR)
Нахил в абсолютному значенні dVs/dt, який повідомляє про швидкість еволюції напруги вихідного сигналу Vs AOP, обмежений максимальним значенням: цей коефіцієнт зниження характеризує швидкість реакції AOP і виражається у В/мкс (для AOP TL081 SR = 13 В/мкс).
Отже, щоб збільшити швидкість відгуку АОП, необхідно зменшити амплітуду вхідних напруг.
4) Операційний підсилювач в лінійному режимі
У лінійному режимі (існує негативний зворотний зв'язок) будемо вважати, що: i + = i - = 0. і ε = 0, тобто v + = v -
а) Збірка послідовника
Диференціальна напруга ε = 0, застосовуючи закон сітки, який ми можемо записати : VE - ε- VS = 0 ==> VS = VE - ε
Інтерес цієї збірки полягає у нескінченному вхідному опорі та нульовому вихідному опорі, він часто використовується для адаптації двох ступенів.
б) Нереверсивний вузол
Ми маємо негативний відгук ==> ε = 0 ==> VE = v + = v - = VR1, застосовуючи принцип дільника напруги, маємо:
в) Збірник реверсора
Ми маємо негативні відгуки ==> ε = 0 Застосовуючи теорему Міллмана, маємо:
v - = [VE/ R1 + VS/ R0]/(1/R1 + 1/R0), що дає:
Ще одна демонстрація: ми маємо: VE=R1.I, тому що потенціал v - =0 В (оскільки v + = 0V і ε = 0 тому v + = v - = 0 В)
г) Підсилювач субтрактора
Ми маємо негативний відгук ==> ε = 0 ==> v + = v - з v + = v - і VR3 = v + = v - .
застосовуючи принцип дільника напруги, ми маємо: VR3= V2.R3/(R2 + R3) і, застосовуючи теорему Міллмана, маємо:
д) Підсумовуючий підсилювач Інвертор
Ми маємо негативний відгук ==> ε = 0 і v + = 0V ==> v - = 0V
застосовуючи теорему Міллмана, маємо: v - = [V1/ R1 +V2/ R2 +V3/ R3 + Проти/ R0]/[1/ R0 +1/ R1 +1/ R2 + 1/ R3] = 0, що дає:
Ми можемо усунути знак - додавши інвертуючий каскад на виході підсумовуючого підсилювача.
5) Інші базові вузли
У нас є ще дві основні збірки: інтегратор та дериватор, ці схеми діють на спектр сигналів .
Оскільки їх реакція буде не однаковою в залежності від частоти сигналів.
а) Збірка інтегратора
Ми маємо негативний відгук ==> ε = 0 і v + = 0V ==> v - = 0V і i + = i - = 0 .
Так що резистор і конденсатор С проходять однаковий струм i.
У змінному режимі: маємо VE(t) =R.i (t) та i (t) = - C dVs/dt ==>VE(t) = -Р..VS дВ/дт ==>: dVs/dt = -1/(R.C). VE(т)
Зазначимо, що конденсатор живиться струмом i =, незалежно від С, схема досягає ідеального інтегрування.
Vs (t) = -1/(R.C) .∫ VE(т) .dt
Vs (t) = -1/(R.C) .∫VE(т) .dt + Проти (0)
У синусоїдальному режимі: ми використовуємо складні позначення, які ми маємо VS = - VE ( Zc/R) = -VE. 1/(jRCω) ( Zc = 1/jCω) нарешті маємо:
VS = - VE. 1/(jRCω)
Приклад 1: Розглянемо квадратну напругу амплітуди 2 В і частоти 1 кГц, з R = 10 кОм і C = 10 нФ, ми беремо Проти (0)= -5В.
F = 1 кГц == період сигналу T = 1/F = 1/1000 = 1 мС. ==> R.C =10 -4 с
Для 0 маємо VE(т) = - 2В ==> Vs (t) = -1/(R.C). E ВЕ(т) .dt + Проти (0).
межі інтегрування дорівнюють 0 і t, що дає: Vs (t) = -1/(10 -4). ∫ -2.dt + (-5) = 20000т - 5 ==>
Протягом 0,5 мс ми маємо: VE(т ) = + 2В, Vs (t) = -1/(10 -4). ∫ 2.dt = - 20000 т + К
При t = 0,5 мс Vs (t) = 5 V ==> Vs (0.0005) = - 20000x0.0005 + K = -10 + K = Проти (0,0005) коли 0
це через неперервність Vs (t) у точці t = 0,0005 S.
Для 0 Vs (0.0005) = 20000x0.0005-5 = 10-5 = 5V = -10 + K ==> K = 15 В.