Kaj so operacijski ojačevalniki?
Operacijski ojačevalniki so osnovni gradniki sistema Analogna elektronska vezja . So linearne naprave z vsemi lastnostmi enosmernega ojačevalnika. Za ojačevalnik Op lahko uporabimo zunanje upore ali kondenzatorje na več različnih načinov, da jih naredimo v različnih oblikah ojačevalnikov, kot so Inverting amplifier, Non inverting amplifier, Voltage follower, Comparator, Differential amplifier, Summing amplifier, Integrator itd. OPAMP-ji so lahko enojni, dual, quad itd. OPAMP-ji, kot so CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 itd., imajo odlične zmogljivosti z zelo nizkim vhodnim tokom in napetostjo. Idealni Op Amp ima poleg ostalih terminalov še tri pomembne terminale. Vhodna terminala sta Inverting input in Non inverting input. Tretji terminal je izhod, ki se lahko potopi in napaja tok in napetost. Izhodni signal je ojačanje ojačevalnika, pomnoženo z vrednostjo vhodnega signala.
5 idealnih znakov op amp:
1. Odprite zanko
Dobiček v odprti zanki je dobiček opcijskega ojačevalnika brez pozitivnih ali negativnih povratnih informacij. Idealni OP ojačevalnik bi moral imeti neskončno ojačanje odprte zanke, običajno pa se giblje med 20.000 in 2.000.000.
2. Vhodna impedanca
To je razmerje med vhodno napetostjo in vhodnim tokom. Moral bi biti neskončen, brez uhajanja toka iz napajanja na vhode. Toda v večini Op amperov bo trenutno nekaj puščanja Pico amperov.
3. Izhodna impedanca
Idealni opcijski ojačevalnik mora imeti izhodno impedanco nič, brez notranjega upora. Tako da lahko napaja poln tok obremenitve, povezane z izhodom.
4. Širina pasu
Idealni opcijski ojačevalnik mora imeti neskončen frekvenčni odziv, tako da lahko ojača katero koli frekvenco od enosmernih signalov do najvišjih izmeničnih frekvenc. Toda večina op amperov ima omejeno pasovno širino.
5. Odmik
Izhod opcijskega ojačevalnika mora biti enak nič, če je napetostna razlika med vhodi enaka nič. Toda v večini opcijskih ojačevalnikov izhod ne bo nič, ko je izklopljen, ampak bo iz njega minutna napetost.
Konfiguracija zatiča OPAMP:
V tipičnem opcijskem ojačevalniku bo 8 nožic. To so
Pin1 - Offset Null
Pin2 - Pretvorba vhoda INV
Pin3 - Neinvertirni vhod Non-INV
Pin4 - Ground - negativna oskrba
Pin5 - Offset Null
Pin6 - izhod
Pin7 - pozitivna dobava
Pin8 - Strobe
4 vrste dobička v OPAMP-jih:
Povečanje napetosti - napetost vhod in izhod napetosti
Trenutni dobiček - tok in izhod
Transconductance - napetost in izhod
Trans odpornost - tok in izhod napetosti
Delovanje operacijskega ojačevalnika:
Tu smo uporabili operacijski ojačevalnik LM358. Običajno je treba neinvertirajoč vhod podariti pristranskosti, invertirni vhod pa je resnični ojačevalnik, ki je povezan s povratno zvezo 60k upora z izhoda na vhod. In upor 10k je zaporedno povezan s kondenzatorjem in v vezje je dobavljen 1V sinusni val, zdaj bomo videli, kako bo dobiček urejen z R2 / R1 = 60k / 10k = 6, nato bo izhod 6V . Če spremenimo ojačanje za 40, je izhod 4V sinusnega vala.
Video o delu operacijskega ojačevalnika
Običajno gre za dvojni ojačevalnik, ki ga je enostavno konfigurirati na eno napajanje z uporovnim omrežjem. Pri tem uporov R3 in R4 postavita napetost polovice napajalne napetosti na neinvertirajoči vhod, zaradi česar je izhodna napetost tudi polovica napajalne napetosti, ki tvori nekakšen pristranski napetostni upor R3 in R4 je lahko katera koli vrednost od 1k do 100k, vendar bi morali biti v vseh primerih enaki. Dodatni kondenzator 1 F je dodan neinvertirajočemu vhodu za zmanjšanje hrupa, ki ga povzroča konfiguracija. Za to konfiguracijo je potrebna uporaba sklopnih kondenzatorjev za vhod in izhod.
3 aplikacije OPAMP:
1. Ojačitev
Ojačan izhodni signal iz ojačevalnika Op je razlika med obema vhodnima signaloma.
Zgornji diagram je enostavna povezava Op Amp. Če sta oba vhoda napajana z enako napetostjo, bo Op amp nato vzel razliko med obema napetostima in bo 0. Op Amp bo to pomnožil s svojim ojačanjem 1.000.000, tako da bo izhodna napetost 0. Ko je 2 volta dano enemu vhodu in 1 voltu v drugem, potem bo Op amp ojačal svojo razliko in pomnožil z ojačanjem. To je 1 volt x 1.000.000. Toda ta dobiček je zelo visok, zato se za zmanjšanje ojačenja povratne informacije od izhoda do vhoda običajno izvedejo prek upora.
Obračanje ojačevalnika:
Zgoraj prikazano vezje je invertirni ojačevalnik z neinvertirnim vhodom, povezanim s tlemi. Dva upora R1 in R2 sta povezana v vezje tako, da R1 napaja vhodni signal, medtem ko R2 vrne izhod na Inverting input. Ko je vhodni signal pozitiven, bo izhod negativen in obratno. Sprememba napetosti na izhodu glede na vhod je odvisna od razmerja uporov R1 in R2. R1 je izbran kot 1K, R2 pa kot 10K. Če vhod prejme 1 volt, bo skozi R1 tok 1 mA, izhod pa mora postati - 10 voltov, da se napaja 1 mA toka skozi R2 in da se na vhodu obrne nič. Zato je napetostni dobiček R2 / R1. To je 10K / 1K = 10
Neinvertirni ojačevalnik:
Zgoraj prikazano vezje je neinvertirajoči ojačevalnik. Tu neinvertirajoči vhod sprejema signal, medtem ko je invertirni vhod povezan med R2 in R1. Ko se vhodni signal premakne bodisi pozitivno bodisi negativno, bo izhod v fazi in ohranja napetost na invertirajočem vhodu enako kot napetost neinvertirajočega vhoda. Povečanje napetosti bo v tem primeru vedno večje od 1 tako (1 + R2 / R1).
dva. Sledilnik napetosti
Zgornje vezje je napetostni sledilnik. Tu zagotavlja visoko vhodno impedanco in nizko izhodno impedanco. Ko se spremeni vhodna napetost, se bosta izhodni in invertirni vhod enako spreminjala.
3. Primerjalnik
Operacijski ojačevalnik primerja napetost, ki deluje na enem vhodu, z napetostjo, ki deluje na drugem vhodu. Vsaka razlika med napetostmi, ki so kdaj koli majhne, opcijski ojačevalnik poganja v nasičenost. Če sta napetosti na obeh vhodih enake velikosti in enake polarnosti, je izhod op-amp 0V.
Primerjalnik proizvaja omejene izhodne napetosti, ki se zlahka povežejo z digitalno logiko, čeprav je treba preveriti združljivost.
Video o operacijskem ojačevalniku kot primerjalni diagram
Tu imamo opcijski ojačevalnik, ki se uporablja kot primerjalnik z invertirnimi in neinvertirnimi terminali in nanje priključi nekaj potencialnega delilnika in merilnika ter voltmeter na izhodu in Privedla do izhod. Osnovna formula primerjalnika je, da kadar je '+' več kot '– ‘, je izhod visok (ena), sicer je nič. Ko je napetost na negativnem vhodu pod referenčno napetostjo, je izhod visok in ko gre negativni vhod nad napetostjo na pozitivnem, gre izhod na nizko.
3 Zahteve za OPAMP-je:
1. Ničelno nihanje
Večina OPAMP-a ima na izhodu napetost odmika, tudi če so vhodne napetosti enake. Za izhod na ničelno napetost se uporablja metoda ničelne nule. V večini op-ojačevalnikov je majhen odmik zaradi njihove inherentne lastnosti in posledica neusklajenosti v razporeditvi pristranskosti vhoda. Tako je na izhodu nekaterih Op-ojačevalnikov na voljo majhna izhodna napetost, tudi če je vhodni signal nič. To pomanjkljivost je mogoče odpraviti z zagotavljanjem majhne odmične napetosti na vhodih. To je znano kot vhodna odmična napetost. Če želite odstraniti ali razveljaviti odmik, ima večina op-ojačevalnikov dva zatiča, ki omogočata razveljavitev odmika. V ta namen mora biti lonec ali prednastavitev s tipično vrednostjo 100K med zatiči 1 in 5 povezan z brisalcem na tla. S prilagoditvijo prednastavitve lahko izhod nastavite na nič napetost.
dva. Strobing ali fazna kompenzacija
Op-ojačevalniki lahko včasih postanejo nestabilni in da postanejo stabilni za celotne frekvenčne pasove, je med njegovimi Strobe pin 8 in pin1 običajno povezan pokrovček. Običajno se doda kondenzator kolutov 47pF fazna kompenzacija tako da bo OpAmp ostal stabilen. To je najpomembneje, če se OpAmp uporablja kot občutljiv ojačevalnik.
3. Povratne informacije
Kot veste, ima Op-Amp zelo visoko stopnjo ojačanja, običajno približno 1.000,00-krat. Recimo, da ima Op-amp ojačanje 10.000, potem bo Op-Amp ojačal razliko v napetosti v svojem neinvertirajočem vhodu (V +) in invertirnem vhodu (V-). Izhodna napetost V out je torej
10.000 x (V + - V-)
V diagramu se signal nanaša na neinvertirajoči vhod, v Invertirnem vhodu pa na izhod. Torej V + = V v in V- = Vout. Zato je Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Zato je izhodna napetost skoraj enaka vhodni napetosti.
Zdaj pa poglejmo, kako delujejo povratne informacije. Preprosto dodajanje upora med obrnjenim vhodom in izhodom bo znatno zmanjšalo ojačanje. Če delček izhodne napetosti odnesemo na invertirajoči vhod, lahko močno zmanjšamo ojačanje.
Glede na prejšnjo enačbo je V out = 10 000 x (V + - V-). Tu pa je dodan povratni upor. Tu je torej V + Vin in V- R1.R1 + R2 x V. Zato je V out 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Torej V ven = R1 + R2.R1x Vin
Negativne povratne informacije:
Tu je izhod Op-ampera povezan z njegovim Inverting (-) vhodom, zato se izhod napaja nazaj na vhod, da doseže ravnotežje. Tako se vhodni signal na neinvertirajočem (+) vhodu odraža na izhodu. Op-amp z negativnimi povratnimi informacijami bo svojo izhodno moč usmeril na potrebno raven, zato bo napetostna razlika med njegovimi invertirnimi in neinvertirnimi vhodi skoraj nič.
Pozitivne povratne informacije:
Tu se izhodna napetost napaja nazaj na neinvertirajoči (+) vhod. Vhodni signal se napaja na Inverting input. Če je invertirni vhod povezan s tlemi, je pri izoblikovanju pozitivnih povratnih informacij odvisna od velikosti in polarnosti napetosti na neinvertirnem vhodu. Ko je vhodna napetost pozitivna, bo izhod op-ojačevalnika pozitiven in ta pozitivna napetost se bo napajala na neinvertirajoči vhod, kar bo imelo za posledico poln pozitiven izhod. Če je vhodna napetost negativna, bo stanje obrnjeno.
Uporaba operacijskih ojačevalnikov - avdio predojačevalec
Filtri in ojačevalniki:
Ojačevalniki moči bodo prišli po predojačevalnikih in pred zvočniki. Sodobni CD in DVD predvajalniki ne potrebujejo predhodnih ojačevalnikov. Potrebujejo nadzor glasnosti in izbirnike virov. Z uporabo stikalnih kontrol in pasivne glasnosti se lahko izognemo predojačevalnikom.
Oglejmo si kratko o avdio ojačevalnikih
Ojačevalnik moči je komponenta, ki lahko poganja zvočnike s pretvorbo signala nizke ravni v velik signal. Naloga ojačevalnikov proizvaja relativno visoko napetost in visok tok. Običajno je obseg napetostnega povečanja med 20 in 30. Močnostni ojačevalniki imajo zelo nizko izhodno upornost.
Specifikacije avdio ojačevalnika
- Največja izhodna moč:
Izhodna napetost je neodvisna od obremenitve tako za majhne kot za velike signale. Dana napetost, ki deluje na obremenitev, povzroči dvakratno količino toka. Tako bo dobavljena dvakrat večja količina energije. Nazivna moč je neprekinjena povprečna moč sinusnega vala, tako da je moč mogoče izmeriti z uporabo sinusnega vala, katerega efektivna efektivna napetost se meri dolgoročno.
- Frekvenčni odziv:
Frekvenčni odziv mora razširiti celoten zvočni pas od 20 Hz do 20 KHz. Toleranca frekvenčnega odziva je ± 3db. Običajni način določanja pasovne širine je, da je ojačevalnik za 3db nižji od nominalnih 0db.
- Hrup:
Ojačevalniki moči bi morali proizvajati tiho hrup, kadar ojačevalniki moči uporabljajo visoke frekvence. Parameter hrupa je lahko utežen ali neutežen. Netehtani hrup bo določen v pasovni širini 20 KHz. Na podlagi občutljivosti ušesa se bodo upoštevale specifikacije tehtanega hrupa. Merjenje uteženega hrupa običajno oslabi hrup pri višjih frekvencah, zato je tehtano merjenje hrupa precej boljše od netehtanega merjenja hrupa.
- Popačenje:
Popolno harmonično popačenje je običajno popačenje, ki je običajno določeno pri različnih frekvencah. To bo določeno na ravni moči, ki je podana z impedanco pogonske obremenitve ojačevalnika.
