Amplificatoare operaționale

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





Ce sunt amplificatoarele operaționale?

Amplificatoarele operaționale sunt elementele de bază ale Circuite electronice analogice . Sunt dispozitive liniare cu toate proprietățile unui amplificator de curent continuu. Putem folosi rezistențe sau condensatori externi pentru amplificatorul Op. Există multe moduri diferite de a le face diferite forme de amplificare, cum ar fi amplificatorul inversor, amplificatorul fără inversare, următorul de tensiune, comparatorul, amplificatorul diferențial, amplificatorul sumator, integratorul etc. OPAMP-urile pot fi simple, dual, quad etc. OPAMP-urile precum CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 etc. au performanțe excelente cu curent și tensiune de intrare foarte mici. Op Amp-ul ideal are trei terminale importante pe lângă alte terminale. Terminalele de intrare sunt intrare inversă și intrare fără inversare. Cel de-al treilea terminal este ieșirea care poate scufunda și sursa curent și tensiune. Semnalul de ieșire este amplificatorul câștigat înmulțit cu valoarea semnalului de intrare.

5 personaje ideale ale unui amplificator Op:

1. Deschideți câștigul Loop




Câștigul în buclă deschisă este câștigul amplificatorului op fără un feedback pozitiv sau negativ. Un amplificator OP ideal ar trebui să aibă un câștig infinit în buclă deschisă, dar de obicei acesta variază între 20.000 și 2, 00000.

2. Impedanță de intrare



Este raportul dintre tensiunea de intrare și curentul de intrare. Ar trebui să fie infinit fără scurgeri de curent de la alimentare la intrări. Dar vor exista câteva scurgeri de curent amperic Pico în majoritatea amplificatoarelor de operare.

3. Impedanță de ieșire


Amplificatorul Op ideal ar trebui să aibă impedanță de ieșire zero, fără nici o rezistență internă. Astfel încât să poată furniza curent complet sarcinii conectate la ieșire.

4. Lățimea benzii

Op Amp-ul ideal ar trebui să aibă un răspuns de frecvență infinit, astfel încât să poată amplifica orice frecvență de la semnale DC la cele mai mari frecvențe AC. Dar cele mai multe amplificatoare Op au lățime de bandă limitată.

5. Offset

Ieșirea amplificatorului opțional ar trebui să fie zero atunci când diferența de tensiune între intrări este zero. Dar, în majoritatea amplificatoarelor opționale, ieșirea nu va fi zero atunci când este oprită, dar va exista o tensiune de la acesta.

Configurare Pin OPAMP:

OP-AMP-PINS

Într-un amplificator tipic Op vor fi 8 pini. Acestea sunt

Pin1 - Offset Null

Pin2 - inversarea intrării INV

Pin3 - Intrare fără inversare Non-INV

Pin4 - Teren- Alimentare negativă

Pin5 - Offset Null

Pin6 - Ieșire

Pin7 - Alimentare pozitivă

Pin8 - Strobe

4 tipuri de câștig în OPAMP-uri:

Câștig de tensiune - Tensiune de intrare și ieșire de tensiune

Câștig curent - Curent intrat și curent ieșit

Transconductanță - Tensiune în și curent în afara

Rezistență trans - Curent de intrare și ieșire de tensiune

Funcționarea unui amplificator operațional:

Aici am folosit un amplificator operațional LM358. De obicei, o intrare fără inversare trebuie acordată unei polarizări, iar intrarea inversantă este amplificatorul real conectat la un feedback de 60k rezistent de la ieșire la intrare. Și un rezistor 10k este conectat în serie cu un condensator și o sursă de undă sinusoidală de 1V este dată circuitului, acum vom vedea cum câștigul va fi guvernat de R2 / R1 = 60k / 10k = 6 câștig, atunci ieșirea este de 6V . Dacă schimbăm câștigul cu 40, ieșirea este de 4V de undă sinusoidală.

Video despre funcționarea amplificatorului operațional

În mod normal, este un amplificator cu alimentare dublă, este configurat cu ușurință la o singură sursă de alimentare prin utilizarea unei rețele de rezistență. În acest caz, rezistorul R3 și R4 plasează o tensiune de jumătate din tensiunea de alimentare pe intrarea care nu inversează, ceea ce face ca tensiunea de ieșire să fie, de asemenea, jumătate din tensiunea de alimentare, formând un fel de rezistențe de tensiune de polarizare R3 și R4 poate fi orice valoare din 1k la 100k, dar în toate cazurile ar trebui să fie egale. Un condensator suplimentar de 1 F a fost adăugat la intrarea fără inversare pentru a reduce zgomotul cauzat de configurație. Pentru această configurație este necesară utilizarea condensatoarelor de cuplare pentru intrare și ieșire.

3 aplicații OPAMP:

1. Amplificare

Semnalul de ieșire amplificat de la Op Amp este diferența dintre cele două semnale de intrare.

AMPLIFICARE

Diagrama prezentată mai sus este conexiunea simplă Op Amp. Dacă ambele intrări sunt furnizate cu aceeași tensiune, Op Amp va lua diferența dintre cele două tensiuni și va fi 0. Op Amp va înmulți acest lucru cu câștigul său 1.000.000, deci tensiunea de ieșire este 0. Când 2 volți este dat unei intrări și 1 volt în cealaltă, atunci Op Amp își va lua diferența și se va înmulți cu câștigul. Adică 1 volt x 1.000.000. Dar acest câștig este foarte mare, astfel încât pentru a reduce câștigul, feedback-ul de la ieșire la intrare se face de obicei printr-un rezistor.

Amplificator inversor:

INVERSOR-AMPLIFICATOR

Circuitul prezentat mai sus este un amplificator inversor cu intrarea fără inversare conectată la sol. Două rezistențe R1 și R2 sunt conectate în circuit în așa fel încât R1 alimentează semnalul de intrare în timp ce R2 returnează ieșirea la intrarea inversă. Aici, când semnalul de intrare este pozitiv, ieșirea va fi negativă și invers. Schimbarea tensiunii la ieșire în raport cu intrarea depinde de raportul rezistențelor R1 și R2. R1 este selectat ca 1K și R2 ca 10K. Dacă intrarea primește 1 volt, atunci va exista 1 mA curent prin R1 și ieșirea va trebui să devină - 10 volți pentru a furniza 1 mA curent prin R2 și pentru a menține tensiunea zero la intrarea inversă. Prin urmare, câștigul de tensiune este R2 / R1. Adică 10K / 1K = 10

Amplificator fără inversare:

AMPLIFICATOR NEINVERTITOR

Circuitul prezentat mai sus este un amplificator fără inversare. Aici intrarea fără inversare primește semnalul în timp ce intrarea inversă este conectată între R2 și R1. Atunci când semnalul de intrare se deplasează fie pozitiv, fie negativ, ieșirea va fi în fază și menține tensiunea la intrarea inversantă la fel ca cea a intrării fără inversare. Câștigul de tensiune în acest caz va fi întotdeauna mai mare decât 1 astfel (1 + R2 / R1).

Două. Urmăritor de tensiune

TENSIUNE-URMĂTOR

Circuitul de mai sus este un adept de tensiune. Aici oferă impedanță de intrare ridicată, impedanță de ieșire scăzută. Când se modifică tensiunea de intrare, ieșirea și intrarea inversă se vor schimba în mod egal.

3. Comparator

Amplificatorul operațional compară tensiunea aplicată la o intrare cu tensiunea aplicată la cealaltă intrare. Orice diferență între tensiuni, dacă este mică, conduce amplificatorul opțional la saturație. Când tensiunile furnizate ambelor intrări sunt de aceeași magnitudine și aceeași polaritate, atunci ieșirea amplificatorului op este 0Volți.

Un comparator produce tensiuni de ieșire limitate care pot interacționa cu ușurință cu logica digitală, chiar dacă compatibilitatea trebuie verificată.

Video despre amplificator operațional ca diagramă de circuit comparator

Aici avem un amplificator opțional utilizat ca comparator cu terminalele inversoare și non-inversoare și conectat la ele un divizor și un contor potențial și un voltmetru la ieșire și LED la ieșirea. Formula de bază pentru comparator este că atunci când „+” este mai mult decât „–‘ atunci rezultatul este mare (unul), în caz contrar ieșirea este zero. Când tensiunea de pe intrarea negativă este sub tensiunea de referință, ieșirea este ridicată și când intrarea negativă depășește tensiunea de pe pozitiv, ieșirea se scade.

3 Cerințe pentru OPAMP-uri:

1. Nul de compensare

Cea mai mare parte a OPAMP are o tensiune Offset la ieșire, chiar dacă tensiunile de intrare sunt aceleași. Pentru a face ieșirea la tensiune zero, se utilizează metoda de compensare a compensării. În majoritatea amplificatoarelor de operare există un mic offset datorită proprietății lor inerente și rezultă din nepotrivirile din aranjamentul de polarizare a intrării. Deci, o tensiune de ieșire mică este disponibilă la ieșirea unor amplificatoare op, chiar dacă semnalul de intrare este zero. Acest dezavantaj poate fi remediat oferind o mică tensiune de compensare la intrări. Aceasta este cunoscută sub numele de tensiune de compensare a intrării. Pentru a elimina sau a anula Offset-ul, majoritatea amplificatoarelor de operare au doi pini pentru a permite anularea offset-ului. Pentru aceasta, un Pot sau Preset cu o valoare tipică de 100K ar trebui conectat între pinii 1 și 5 cu ștergătorul la sol. Reglând presetarea, ieșirea poate fi setată la tensiune zero.

OFFSET-NULLING Două. Strobing sau compensare de fază

Op-Amps pot deveni instabili uneori și pentru a le face stabile pentru toate benzile de frecvență, un Cap este de obicei conectat între pinul său stroboscop 8 și pinul 1. De obicei se adaugă un condensator de disc de 47pF compensarea fazei astfel încât OpAmp să rămână stabil. Acest lucru este cel mai important dacă OpAmp este utilizat ca amplificator sensibil.

STROBBING 3. Părere

După cum știți, Op-Amp are un nivel foarte ridicat de amplificare, de obicei de aproximativ 1.000,00 de ori. Să presupunem că Op-Amp are 10.000 de câștiguri, atunci Op-Amp va amplifica diferența de tensiune în intrarea sa fără inversare (V +) și intrarea inversă (V-). Deci tensiunea de ieșire V este
10.000 x (V + - V-)

1

În diagramă, semnalul se aplică intrării fără inversare, iar intrarea inversă este conectată la ieșire. Deci V + = V in și V- = Vout. Prin urmare Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Prin urmare, tensiunea de ieșire este aproape egală cu tensiunea de intrare.

Acum, să vedem cum funcționează feedback-ul. Simpla adăugare a unui rezistor între intrarea inversă și ieșire va reduce considerabil câștigul. Luând o fracțiune din tensiunea de ieșire la intrarea inversă, se poate reduce considerabil amplificarea.

Două

Conform ecuației anterioare, V out = 10.000 x (V + - V-). Dar aici se adaugă un rezistor de feedback. Deci, aici V + este Vin și V- este R1.R1 + R2 x V out. Prin urmare V out este 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Deci V out = R1 + R2.R1x Vin

Feedback negativ:

Aici ieșirea Op-Amp este conectată la intrarea sa de inversare (-), astfel ieșirea este readusă la intrare astfel încât să se ajungă la un echilibru. Astfel, semnalul de intrare la intrarea fără inversare (+) va fi reflectat la ieșire. Amplificatorul Op cu feedback negativ își va conduce ieșirea la nivelul necesar și, prin urmare, diferența de tensiune între intrările sale inversoare și cele care nu inversează va fi aproape zero.

Feedback pozitiv:

Aici tensiunea de ieșire este readusă la intrarea fără inversare (+). Semnalul de intrare este alimentat la intrarea de inversare. În proiectarea cu feedback pozitiv, dacă intrarea inversă este conectată la masă, atunci tensiunea de ieșire de la amplificatorul Op va depinde de magnitudinea și polaritatea tensiunii la intrarea fără inversare. Când tensiunea de intrare este pozitivă, atunci ieșirea Op-Amp va fi pozitivă și această tensiune pozitivă va fi alimentată la intrarea fără inversare rezultând o ieșire complet pozitivă. Dacă tensiunea de intrare este negativă, atunci starea va fi inversată.

O aplicație de amplificatoare operaționale - Preamplificator audio

Filtre și preamplificatoare:

Amplificatoarele de putere vor veni după pre-amplificatoare și înainte de difuzoare. Playerele moderne de CD și DVD nu au nevoie de preamplificatoare. Au nevoie de controlul volumului și de selectoare sursă. Prin utilizarea comenzilor de comutare și a volumului pasiv putem evita preamplificatoarele.

Circuit pre-amplificator audio folosind op-amp

Să avem o scurtă prezentare despre amplificatoarele de putere audio

Amplificatorul de putere este o componentă care poate conduce difuzoarele puternice prin conversia semnalului de nivel scăzut în semnal mare. Sarcina amplificatoarelor de putere este să producă tensiune relativ mare și curent mare. În mod obișnuit, gama câștigului de tensiune este cuprinsă între 20 și 30. Amplificatoarele de putere au o rezistență de ieșire foarte mică.

Specificațiile amplificatorului de putere audio

  • Putere maxima de iesire:

Tensiunea de ieșire este independentă de sarcină, atât pentru semnale mici, cât și pentru semnale mari. Tensiunea dată aplicată sarcinii determină dublul cantității de curent. Prin urmare, cantitatea de energie de două ori va fi livrată. Puterea nominală este puterea medie continuă a undei sinusoidale, astfel încât puterea poate fi măsurată prin utilizarea unei unde sinusoidale a cărei tensiune RMS este măsurată pe termen lung.

  • Răspuns în frecvență:

Răspunsul în frecvență trebuie să extindă banda audio completă de 20 Hz la 20 KHz. Toleranța la răspunsul în frecvență este de ± 3db. Modul convențional de a specifica lățimea de bandă este un amplificator care scade cu 3db de la 0db nominal.

  • Zgomot:

Amplificatoarele de putere ar trebui să producă zgomot redus atunci când amplificatoarele de putere sunt utilizate cu frecvențe înalte. Parametrul de zgomot poate fi ponderat sau neponderat. Zgomotul neponderat va fi specificat pe o lățime de bandă de 20 KHz. Pe baza sensibilității urechii se vor lua în considerare specificațiile de zgomot ponderate. Măsurarea zgomotului ponderat tinde să atenueze zgomotul la frecvențe mai mari, prin urmare, măsurarea zgomotului ponderat este destul de bună decât măsurarea zgomotului neponderat.

  • Deformare:

Distorsiunea armonică totală este distorsiunea comună specificată de obicei la diferite frecvențe. Acest lucru va fi specificat la un nivel de putere care este dat cu impedanța de încărcare a amplificatorului de putere.