Operacijski ojačevalnik: stikalna vezja, princip delovanja. Ojačevalno vezje na op amp noninverting ojačevalnik. Shema ojačevalnika napetosti enosmernega toka na operativnem ojačevalniku

Članek bo upošteval standard ojačevalno vezje na operativnem ojačevalniku, pa tudi primere različnih načinov delovanja te naprave. Do sedaj nobena nadzorna naprava ne more storiti brez uporabe operativnih ojačevalnikov. To so resnično univerzalne naprave, ki vam omogočajo izvajanje različnih funkcij s signalom. O tem, kako deluje in kaj vam posebej omogoča, da naredite to napravo, boste pozneje izvedeli.

Preverjanje ojačevalnikov

Krog preobremenitvenega ojačevalnika na op amp je precej preprost, ga lahko vidite na sliki. Temelji na operativnem ojačevalcu (njegove sheme vključevanja so obravnavane v tem članku). Poleg tega tukaj:

1. Na uporu R1 je padec napetosti prisoten, v svoji vrednosti je enak kot vhodni.
2. Resistor R2 ima tudi padec napetosti - je enako kot vikend.

V tem primeru je razmerje med izhodno napetostjo in odpornostjo R2 enako kot razmerje med vhodno napetostjo in R1, vendar pa ga znova spremeni. Če poznate upor in napetost, lahko izračunate dobiček. Da bi to naredili, je treba izhodno napetost deliti v vhodno napetost. V tem primeru, operacijski ojačevalnik (vezja za vključitev na njej so lahko katera koli) imajo lahko isti faktor pridobitve ne glede na vrsto.

Povratne informacije

Zdaj moramo podrobneje analizirati eno ključno točko - delo povratnih informacij. Recimo, da na vhodu obstaja nekaj napetosti. Za preprostost izračuna, vzemimo njegovo vrednost enako 1 V. Predpostavimo tudi, da je R1 = 10 kΩ, R2 = 100 kOhm.

In zdaj domnevamo, da je prišlo do nepredvidene situacije, zaradi katere je bila napetost nastavljena na 0 V na izhodu kaskade. Nato vidimo zanimivo sliko: dva upora začneta delati v parih, skupaj pa ustvarita napetostni delilec. Na izhodu obračalne kaskade se vzdržuje na nivoju 0,91 V. V tem primeru op-amp omogoča popravljanje neusklajenosti s pomočjo vhodov in na izhodu se zmanjša napetost. Zato je zelo enostavno oblikovati vezje na operativnih ojačevalnikih, ki na primer izvajajo funkcijo ojačevalnika signala iz senzorja.

In ta sprememba se bo nadaljevala do takrat, dokler se na izhodu ne vzpostavi stabilna vrednost 10 V. V tem trenutku je potencial na vhodih operacijskega ojačevalnika enak. In bodo enake kot potencial Zemlje. Po drugi strani pa, če se napetost še naprej zmanjšuje na izhodu naprave in bo manjša od -10 V, bo potencial na vhodu nižji kot na tleh. Posledica tega je, da se napetost začne povečevati na izhodu.

To vezje ima veliko pomanjkljivost - vhodna impedanca je zelo majhna, zlasti za ojačevalce z veliko vrednostjo napetosti, če je povratna zanko zaprta. Nadaljnja struktura pa je brez vseh teh pomanjkljivosti.

Neinverzijski ojačevalnik

Na sliki je prikazan tokokrog neinvertirnega ojačevalnika na operativnem ojačevalniku. Po analizi lahko sklepamo več sklepov:

1. Vrednost napetosti UA je enaka vhodni napetosti.
2. Napetost UA, ki je enaka razmerju med produktom izhodne napetosti in R1 na vsoto uporov R1 in R2, se odstrani iz delilnika.
3. V primeru, ko je UA enakovreden vrednosti vhodne napetosti, je dobitek enak razmerju izhodne napetosti na vhodno napetost (ali je mogoče dodati enotnost na razmerje upora R2 in R1).

Ta oblika se imenuje nepreverjevalni ojačevalnik, ima skoraj neskončno vhodno impedanco. Na primer, za operativne ojačevalnike serije 411 je njegova vrednost 1012 Ohm, najmanj. In za operativne ojačevalnike na bipolarna polprevodniških tranzistorjev, praviloma več kot 108 Ohm. Toda izhodna impedanca kaskade, kot tudi v prej obravnavani vezje, je zelo majhna - delež Ohm. In to je treba upoštevati pri izračunu vezij na operativnih ojačevalnikih.

AC ojačevalni krog

Oba programa, obravnavana v članku prej, delo neposredni tok. Ampak, če izmenični tok deluje kot povezava med vhodnim signalom in ojačevalnikom, je treba na vhodu naprave zagotoviti podlago za tok. In morate pozorni na dejstvo, da je sedanja vrednost zelo majhna.

V primeru, da pride do ojačanja AC signala, je potrebno zmanjšati dobiček signalne konstante v enotnost. To velja zlasti v primerih, ko je napetost zelo visoka. Zaradi tega je mogoče znatno zmanjšati učinek strižne napetosti, ki se uporablja za vhod naprave.

Drugi primer vezja za delo z izmenično napetostjo

V tem krogu, na ravni -3 dB, lahko vidite ujemajočo frekvenco 17 Hz. Na kondenzatorju je impedanca na ravni dveh kilogramov. Zato mora biti kondenzator dovolj velik.

Če želite zgraditi AC ojačevalnik, je na operativnih ojačevalnikih potrebno uporabiti nepreverjevalno vrsto vezja. In mora imeti dovolj veliko napetost. Kondenzator je lahko prevelik, zato je najbolje, da ga nehate uporabljati. Res je, da je potrebno pravilno izbrati strižno napetost, enačbo pa enako vrednosti nič. In lahko uporabite delilec T in povečate upor obeh uporov v tokokrogu.

Katere sheme je priporočljivo uporabljati

Večina razvijalcev daje prednost neinvertirnim ojačevalnikom, ker imajo na vhodu zelo visoko impedanco. Zapostavljene sheme preoblikovalnega tipa so zanemarjene. Toda slednja ima veliko prednost - ni zadostna za operacijski ojačevalec sam, kar je njegovo "srce".

Poleg tega so značilnosti, v resnici, veliko boljše. S pomočjo imaginarnega ozemlja lahko brez posebnih napetosti združite vse signale in med seboj ne bodo vplivali. Uporablja se lahko v modelih in vezju ojačevalnika z enosmernim tokom na operativnem ojačevalniku. Vse je odvisno od potreb.

In zadnja stvar je primer, če je celotno vezje, obravnavano tukaj, povezano s stabilnim izhodom drugega operativnega ojačevalnika. V tem primeru vrednost impedance na vhodu ne igra pomembno vlogo - vsaj 1 kOhm, vsaj 10, čeprav neskončnost. V tem primeru prva stopnja vedno opravlja svojo funkcijo glede na naslednjo.

Ponovitev vezja

Repetitor deluje na operativnem ojačevalcu, podobnem oddajniku, ki je zgrajen na bipolarnem tranzistorju. Izvaja podobne funkcije. Pravzaprav je nepreverjevalni ojačevalnik, pri katerem je odpornost prvega upora neskončno velika, drugi odpor pa nič. Dobiček je enotnost.

Obstajajo posebne vrste operativnih ojačevalnikov, ki se uporabljajo v tehnologiji le za repetirna vezja. Imajo veliko boljše lastnosti - praviloma je to visoka hitrost. Kot primer lahko omenimo operativne ojačevalnike kot OPA633, LM310, TL068. Slednji ima telo, kot je tranzistor, in tudi trije vodi. Zelo pogosto se ojačevalci imenujejo preprosto odbojniki. Dejstvo je, da imajo lastnosti izolatorja (zelo velika vhodna impedanca in izjemno nizka izhodna moč). Približno s tem načelom je prav tako vezje tokovnega ojačevalnika na operativnem ojačevalniku.

Aktivni način delovanja

Dejansko je to način delovanja, v katerem se izhodi in vhodi operacijskega ojačevalnika ne preobremenijo. Če se na vhod tokokroga uporabi zelo velik signal, se bo na izhodu preprosto začel zmanjševati glede na napetost kolektorja ali oddajnika. Toda, ko je izhodna napetost fiksna na nivoju prekinitve - napetost se ne spremeni na vhodih op-amp. V tem primeru nihanje ne more biti večje od napajalne napetosti ojačanje kaskade.

Večina tokokrogov na operativnih ojačevalnikih je izračunana tako, da je to območje manjše od napajalne napetosti za 2 V. Vendar je vse odvisno od tega, na katerem posebnem ojačevalnem vezju se uporablja operacijski ojačevalnik. Obstaja tudi omejitev stabilnosti trenutni vir na podlagi operativnega ojačevalnika.

Recimo, da je v viru s plavajočo obremenitvijo padec napetosti. Če ima tok običajno smer gibanja, lahko na prvi pogled naletiš na čudno obremenitev. Na primer, več polariziranih baterij. Takšno zasnovo lahko uporabite za pridobitev neposrednega tokovnega toka.

Nekateri previdnostni ukrepi

Preprost napetostni ojačevalnik na operativnem ojačevalniku (krog lahko izbirate poljubno) lahko dobimo dobesedno "na kolenu". Vendar morate upoštevati nekatere funkcije. Treba je zagotoviti, da so povratne informacije v shemi negativne. To tudi pomeni, da je nesprejemljivo zamenjati ne-obračanje in obračanje vhodov ojačevalnika. Poleg tega mora biti povratna zanko za neposredni tok. V nasprotnem primeru bo operacijski ojačevalnik hitro prešel v zasičenost.

V večini operativnih ojačevalnikov je vhodna diferencialna napetost zelo majhna. V tem primeru je največja razlika med neinvertirnimi in obračalnimi vhodi omejena na vrednost 5 V za katero koli vira vira energije. Če se ta pogoj ne upošteva, se na vhodu pojavijo precej velike vrednosti tokov, kar bo vodilo v dejstvo, da se bodo vse značilnosti vezja poslabšale.

Najbolj grozljivo v tem je fizično uničenje samega operativnega ojačevalnika. Zaradi tega ojačevalno vezje na operativnem ojačevalcu preneha delati v celoti.

Razmislite

In, seveda, morate govoriti o pravilih, ki jih je treba upoštevati, da zagotovite stabilno in dolgotrajno delovanje operacijskega ojačevalnika.

Najpomembneje je, da ima op amp zelo visoka napetost. In če se napetost med vhodi spremeni v del milivoltov, se lahko izhod na izhodu znatno spremeni. Zato je pomembno vedeti: v operativnem ojačevalcu poskuša poskrbeti, da je med vhodi razlika napetosti blizu (v idealnem primeru enaka) ničli.

Drugo pravilo je, da je trenutna poraba operativnega ojačevalnika izjemno majhna, dobesedno nanoamperi. Če so vložki nameščeni tranzistorji na terenu, potem ga izračunajo picoamperes. Zato lahko sklepamo, da vhodi ne porabljajo toka, ne glede na to, kateri operacijski ojačevalnik se uporablja, vezje - načelo delovanja ostaja enako.

Ampak ne mislite, da Op-Amps resnično nenehno spreminja vhodne podatke na vhodih. Fizično je to skoraj nemogoče, saj ne bi bilo nobene korespondence z drugim pravilom. Zaradi operativnega ojačevalnika se oceni stanje vseh vhodov. S pomočjo vezja povratne zunanje povezave se napetost prenese na vhod iz izhoda. Rezultat je, da je med vhodi operacijskega ojačevalnika razlika napetosti na ničelni ravni.

Koncept povratne informacije

To je skupen pojem in se že uporablja v širšem smislu na vseh področjih tehnologije. V katerem koli sistemu nadzora obstaja povratna informacija, ki primerja izhodni signal in navedeno vrednost (referenca). Odvisno od trenutne vrednosti - v pravi smeri je nastavitev. In nadzorni sistem je lahko karkoli, tudi avto, ki potuje po cesti.

Voznik pritisne na zavore, povratne informacije pa so začetek pojemka. Po analogiji s tako preprostim primerom se lahko bolje odzove na povratne informacije v elektronskih vezjih. In negativne povratne informacije so, če se je avtomobil pospešil, ko je bila zavorna stopalka pritisnjena.

V elektroniki so povratne informacije proces, v katerem se signal prenaša iz vhoda na vhod. V tem primeru se signal na vhodu prekliče. Po eni strani to ni zelo smiselna ideja, saj se lahko zdi, da se bo faktor pridobitve bistveno zmanjšal. Take povratne informacije, mimogrede, so prejeli ustanovitelji razvoja povratne informacije v elektroniki. Vendar pa je vredno podrobneje preučiti njen učinek na operativne ojačevalce - praktične sheme, ki jih je treba upoštevati. In postane jasno, da res zmanjša dobiček nekoliko, vendar nam omogoča nekoliko izboljšati druge parametre:

1. Gladke frekvenčne značilnosti (jih vodi do zahtevanih).
2. Omogoča napovedovanje obnašanja ojačevalnika.
3. Lahko odpravi nelinearnost in izkrivljanje signala.

Čim globlje so povratne informacije (gre za negativno), manj vpliva na ojačevalnik karakteristike z odprtim OS-jem. Rezultat - vsi njegovi parametri so odvisni samo od lastnosti vezja.

Treba je opozoriti, da vsi operacijski ojačevalniki delujejo v načinu z zelo globokimi povratnimi informacijami. Faktor pridobivanja napetosti (z odprto zanko) lahko doseže celo nekaj milijonov. Zato je ojačevalno vezje na operacijskem ojačevalcu zelo zahtevno za opazovanje vseh parametrov moči in nivoja vhodnega signala.