Operativa förstärkare

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





Vad är operativa förstärkare?

Operationsförstärkare är de grundläggande byggstenarna för Analoga elektroniska kretsar . De är linjära enheter med alla egenskaper hos en DC-förstärkare. Vi kan använda externa motstånd eller kondensatorer till Op Amp är många olika sätt att göra dem till olika former av förstärkare som inverterande förstärkare, icke inverterande förstärkare, spänningsföljare, komparator, differentialförstärkare, summeringsförstärkare, integrator etc. OPAMP kan vara singel, dual, quad etc. OPAMP: er som CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 etc har utmärkta prestanda med mycket låg ingångsström och spänning. Den idealiska Op Amp har tre viktiga terminaler förutom andra terminaler. Ingångsterminalerna är inverterande ingång och icke inverterande ingång. Den tredje terminalen är utgången som kan sjunka och källa till ström och spänning. Utsignalen är förstärkarnas förstärkning multiplicerad med värdet på insignalen.

5 perfekta karaktärer i en Op-förstärkare:

1. Öppna Loop gain




Öppen slingförstärkning är förstärkningen av Op Amp utan positiv eller negativ feedback. En idealisk OP-förstärkare bör ha en oändlig öppen loopförstärkning men vanligtvis ligger den mellan 20 000 och 2 00 000.

2. Ingångsimpedans



Det är förhållandet mellan ingångsspänningen och ingångsströmmen. Det bör vara oändligt utan strömläckage från matningen till ingångarna. Men det kommer att finnas några läckor av Pico-ampere i de flesta Op-förstärkare.

3. Utgångsimpedans


Den perfekta Op-förstärkaren ska ha noll utgångsimpedans utan internt motstånd. Så att den kan leverera full ström till den belastning som är ansluten till utgången.

4. Bandbredd

Den idealiska Op-förstärkaren ska ha ett oändligt frekvenssvar så att den kan förstärka vilken frekvens som helst från DC-signaler till de högsta AC-frekvenserna. Men de flesta Op-förstärkare har begränsad bandbredd.

5. Offset

Utgången från Op Amp bör vara noll när spänningsskillnaden mellan ingångarna är noll. Men i de flesta Op-förstärkare kommer utgången inte att vara noll när den är avstängd men det kommer att finnas en minutspänning från den.

OPAMP-stiftkonfiguration:

OP-AMP-PINS

I en typisk Op Amp kommer det att finnas 8 stift. Dessa är

Pin1 - Offset Null

Pin2 - Inverterande ingång INV

Pin3 - Inverterande ingång Icke-INV

Pin4 - Mark- Negativ leverans

Pin5 - Offset Null

Pin6 - Utgång

Pin7 - Positivt utbud

Pin8 - Strobe

4 typer av vinst i OPAMP:

Spänningsförstärkning - Spänning in och spänning ut

Strömförstärkning - Ström in och Ström ut

Transkonduktans - Spänning in och ström ut

Transmotstånd - Ström in och spänning ut

Arbeta med en operationsförstärkare:

Här använde vi en operationsförstärkare av LM358. Vanligtvis måste en icke-inverterande ingång ges till en förspänning och den inverterande ingången är den verkliga förstärkaren som är ansluten till en återkoppling på 60k motstånd från utgång till ingång. Och en resistor 10k är ansluten i serie med en kondensator och en matning av 1V sinusvåg ges till kretsen, nu kommer vi att se hur förstärkningen styrs av R2 / R1 = 60k / 10k = 6 förstärkning, då är utgången 6V . Om vi ​​ändrar förstärkningen med 40 är utgången 4V av sinusvåg.

Video om funktion av förstärkare

Normalt är det en dubbel strömförsörjningsförstärkare, den kan enkelt konfigureras till en enda strömförsörjning med hjälp av ett motståndsnätverk. I detta placerar resister R3 och R4 en spänning på hälften av matningsspänningen över den icke-inverterande ingången, vilket gör att utspänningen också är hälften av matningsspänningen och bildar ett slags förspänningsmotstånd R3 och R4 kan vara vilket värde som helst från 1k till 100k men i alla fall bör de vara lika. Ytterligare 1 F kondensator har lagts till den icke-inverterande ingången för att minska brus som orsakas av konfigurationen. Användning av kopplingskondensatorer för in- och utgång krävs för denna konfiguration.

3 OPAMP-applikationer:

1. Förstärkning

Den förstärkta utsignalen från Op Amp är skillnaden mellan de två ingångssignalerna.

FÖRSTÄRKNING

Diagrammet som visas ovan är Op Amp enkel anslutning. Om båda ingångarna försörjs med samma spänning tar Op-förstärkaren skillnaden mellan de två spänningarna och den blir 0. Op-förstärkaren multiplicerar detta med sin förstärkning 1.000.000 så utspänningen är 0. När 2 volt ges till en ingång och 1 volt i den andra, då kommer Op Amp att ta sin skillnad och multiplicera med förstärkningen. Det är 1 volt x 1 000 000. Men denna förstärkning är mycket hög, så för att minska förstärkningen görs återkoppling från utgången till ingången vanligtvis via ett motstånd.

Inverterande förstärkare:

INVERTING-FÖRSTÄRKARE

Kretsen som visas ovan är en inverterande förstärkare med den icke-inverterande ingången ansluten till marken. Två motstånd R1 och R2 är anslutna i kretsen på ett sådant sätt att R1 matar insignalen medan R2 returnerar utgången till den inverterande ingången. Här när ingångssignalen är positiv kommer utgången att vara negativ och tvärtom. Spänningsförändringen vid utgången relativt ingången beror på förhållandet mellan motstånden R1 och R2. R1 väljs som 1K och R2 som 10K. Om ingången tar emot 1 volt kommer det att finnas 1 mA ström genom R1 och utgången måste bli - 10 volt för att mata 1 mA ström genom R2 och för att upprätthålla nollspänning vid den inverterande ingången. Därför är spänningsförstärkningen R2 / R1. Det är 10K / 1K = 10

Icke-inverterande förstärkare:

Icke-inverterande förstärkare

Kretsen som visas ovan är en icke-inverterande förstärkare. Här mottar den icke-inverterande ingången signalen medan den inverterande ingången är ansluten mellan R2 och R1. När insignalen rör sig antingen positiv eller negativ kommer utgången att vara i fas och håller spänningen vid den inverterande ingången densamma som den för icke-inverterande ingång. Spänningsförstärkningen kommer i detta fall alltid att vara högre än 1 så (1 + R2 / R1).

två. Spänningsföljare

SPÄNNINGSFÖLJARE

Kretsen ovan är en spänningsföljare. Här ger den hög ingångsimpedans, låg utgångsimpedans. När ingångsspänningen ändras kommer utgången och den inverterande ingången att ändras lika.

3. Jämförelse

Operationsförstärkare jämför spänningen som appliceras vid en ingång med spänningen som appliceras på den andra ingången. Varje skillnad mellan spänningarna om den är liten driver op-amp till mättnad. När spänningarna som matas till båda ingångarna är av samma storlek och samma polaritet, är op-amp-utgången 0 volt.

En komparator producerar begränsade utspänningar som enkelt kan gränssnitt med digital logik, även om kompatibilitet måste verifieras.

Video om driftsförstärkare som ett diagram för komparatorkrets

Här har vi en op-amp som används som en komparator med de inverterande och icke-inverterande terminalerna och anslutit någon potentialdelare och mätare till dem och en voltmeter vid utgången och Ledde till produktionen. Grundformeln för komparatorn är att när '+' är mer än '-' då är utgången hög (en), annars är utgången noll. När spänningen på den negativa ingången ligger under referensspänningen är utgången hög och när den negativa ingången går över spänningen på den positiva går utgången till låg.

3 Krav för OPAMP:

1. Offset Nulling

Det mesta av OPAMP: n har en offset-spänning vid utgången även om ingångsspänningarna är desamma. För att göra utgången till nollspänning används offset-nollningsmetoden. I de flesta Op-förstärkare är det en liten förskjutning på grund av deras inneboende egenskap och härrör från felaktigheterna i ingångsfördelningsarrangemanget. Så en liten utspänning är tillgänglig vid utgången på vissa Op-förstärkare även om insignalen är noll. Denna nackdel kan åtgärdas genom att ge ingångarna en liten offset-spänning. Detta kallas ingångsförskjutningsspänningen. För att ta bort eller ta bort offsetet har de flesta Op-förstärkare två stift för att aktivera offset-nollställningen. För detta bör en gryta eller förinställning med ett typiskt värde på 100K anslutas mellan stiften 1 och 5 med torkaren till marken. Genom att justera förinställningen kan utgången ställas in på nollspänning.

OFFSET-NULLING två. Strobing eller faskompensation

Op-förstärkare kan ibland bli instabila och för att göra dem stabila för hela frekvensbanden ansluts vanligtvis ett lock mellan Strobe-stift 8 och pin1. Vanligtvis läggs en 47pF skivkondensator till för faskompensation så att OpAmp förblir stabil. Detta är viktigast om OpAmp används som en känslig förstärkare.

STROBBING 3. Respons

Som du vet har Op-Amp mycket hög förstärkningsnivå, vanligtvis cirka 1 000,00 gånger. Antag att Op-Amp har 10.000 förstärkning, då förstärker Op-Amp skillnaden i spänning i sin icke inverterande ingång (V +) och inverterande ingång (V-). Så utspänningen V ut är
10.000 x (V + - V-)

1

I diagrammet matas signalen till den icke-inverterande ingången och i inverterande ingång är ansluten till utgången. Så V + = V in och V- = Vout. Därför Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Därför är utspänningen nästan lika med ingångsspänningen.

Låt oss nu se hur Feedback fungerar. Att bara lägga till ett motstånd mellan den inverterande ingången och utgången minskar förstärkningen avsevärt. Genom att ta en bråkdel av utspänningen till den inverterande ingången kan förstärkningen minskas avsevärt.

två

Enligt den tidigare ekvationen är V ut = 10.000 x (V + - V-). Men här läggs ett feedbackmotstånd till. Så här är V + Vin och V- är R1.R1 + R2 x V ut. Därför är V ut 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Så V ut = R1 + R2.R1x Vin

Negativ feedback:

Här är utgången från Op-Amp ansluten till dess inverterande (-) ingång, så att utgången matas tillbaka till ingången för att nå en jämvikt. Således reflekteras ingångssignalen vid den icke inverterande (+) ingången vid utgången. Op-förstärkaren med negativ återkoppling kommer att driva utgången till den nödvändiga nivån och därför blir spänningsskillnaden mellan dess inverterande och icke inverterande ingångar nästan noll.

Positiv feedback:

Här matas utspänningen tillbaka till icke-inverterande (+) ingång. Ingångssignalen matas till den inverterande ingången. I positiv feedback-design, om den inverterande ingången är ansluten till jord, kommer utspänningen från Op-amp att bero på storleken och polariteten hos spänningen vid den icke-inverterande ingången. När ingångsspänningen är positiv kommer ut-förstärkarens utgång att vara positiv och denna positiva spänning matas till den icke-inverterande ingången vilket resulterar i en full positiv utgång. Om ingångsspänningen är negativ, kommer villkoret att omvändas.

En tillämpning av operativa förstärkare - Audio Preamplifier

Filter och förförstärkare:

Effektförstärkare kommer efter förförstärkarna och före högtalarna. Moderna CD- och DVD-spelare behöver inte förförstärkare. De behöver volymkontroll och källväljare. Genom att använda omkopplingskontroller och passiv volym kan vi undvika förförstärkare.

Ljudförstärkarkrets med op-amp

Låt oss ta en kortfattad beskrivning av ljudförstärkare

Effektförstärkaren är en komponent som kan driva högtalarna genom att omvandla lågnivåsignalen till stor signal. Effekten av förstärkare producerar relativt hög spänning och hög ström. Vanligtvis ligger spänningsförstärkningens intervall mellan 20 och 30. Effektförstärkarna har mycket lågt motstånd.

Specifikationer för ljudförstärkare

  • Maximal uteffekt:

Utgångsspänningen är oberoende av belastning för både små och stora signaler. Den angivna spänningen som appliceras på belastningen orsakar dubbelt så mycket ström. Därför kommer dubbelt så mycket ström att levereras. Effektbetyget är den kontinuerliga sinusvågeffekten så att effekten kan mätas genom att använda en sinusvåg vars RMS-spänning mäts på lång sikt.

  • Frekvenssvar:

Frekvenssvaret måste utvidga hela ljudbandet 20 Hz till 20 KHz. Toleransen för frekvenssvaret är ± 3db. Det konventionella sättet att specificera bandbredden är att en förstärkare är nere med 3db från den nominella 0db.

  • Ljud:

Effektförstärkarna ska producera lågt brus när effektförstärkarna använder med höga frekvenser. Brusparametern kan vägas eller inte vägas. Oviktat brus kommer att specificeras över 20 KHz-bandbredd. Baserat på örons känslighetsvägda bullerspecifikation kommer att beaktas. Det viktade brusmätningen tenderar att dämpa bruset vid högre frekvenser, varför vägd brusmätning är ganska bättre än icke-vägd brusmätning.

  • Förvrängning:

Total harmonisk distorsion är den vanliga distorsion som vanligtvis anges vid olika frekvenser. Detta kommer att specificeras på en effektnivå som ges med effektförstärkarens drivbelastningsimpedans.