Mik azok a műveleti erősítők?
A műveleti erősítők az alapvető építőelemek Analóg elektronikus áramkörök . Lineáris eszközök, amelyek egy DC erősítő összes tulajdonságával rendelkeznek. Használhatunk külső ellenállásokat vagy kondenzátorokat, hogy az Op erősítő sokféleképpen változtathatja őket különböző erősítő formákban, például inverteres erősítő, nem invertáló erősítő, feszültségkövető, komparátor, differenciálerősítő, összegző erősítő, integrátor stb. Az OPAMP-k lehetnek egyszeresek, kettős, négyes stb. Az OPAMP-k, mint a CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 stb., kiváló teljesítményt nyújtanak, nagyon alacsony bemeneti árammal és feszültséggel. Az ideális Op Amp-nak három fontos terminálja van a többi terminál mellett. A bemeneti terminálok Invertáló bemenet és Nem invertáló bemenetek. A harmadik kapocs az a kimenet, amely süllyedhet, és áramot és feszültséget szolgáltat. A kimeneti jel az erősítők erősítése, szorozva a bemeneti jel értékével.
5 Op Amp ideális karaktere:
1. Nyissa meg a hurokerősítést
A nyitott hurok erősítése az Op Amp erősítése pozitív vagy negatív visszacsatolás nélkül. Az ideális OP erősítőnek végtelen nyitott hurkú erősítéssel kell rendelkeznie, de általában 20 000 és 2 000 között van.
2. Bemeneti impedancia
Ez a bemeneti feszültség és a bemenő áram aránya. Végtelennek kell lennie, anélkül, hogy áram áramlana a tápellátástól a bemenetekig. De lesz néhány Pico amperáram szivárgás a legtöbb Op erősítőben.
3. Kimeneti impedancia
Az ideális Op Amp-nek nulla kimeneti impedanciával kell rendelkeznie, belső ellenállás nélkül. Annak érdekében, hogy teljes áramot tudjon szolgáltatni a kimenethez csatlakoztatott terheléshez.
4. Sávszélesség
Az ideális Op Amp-nek végtelen frekvencia-válaszúnak kell lennie, hogy a DC-jelektől a legmagasabb AC-frekvenciákig bármilyen frekvenciát fel tudjon erősíteni. De a legtöbb Op erősítő korlátozott sávszélességű.
5. Eltolás
Az Op Amp kimenetének nullának kell lennie, ha a bemenetek közötti feszültségkülönbség nulla. De a legtöbb Op erősítőben a kimenet nem lesz nulla kikapcsolt állapotban, de egy perc feszültség lesz belőle.
OPAMP Pin konfiguráció:
Egy tipikus Op Amp-ben 8 csap lesz. Ezek
Pin1 - Null eltolás
Pin2 - invertáló bemenet INV
Pin3 - Nem invertáló bemenet Non-INV
Pin4 - Föld - Negatív ellátás
Pin5 - Null eltolás
Pin6 - kimenet
Pin7 - pozitív ellátás
Pin8 - Strobe
4 típusú nyereség az OPAMP-ban:
Feszültségerősítés - Feszültség be és ki
Áramerősítés - áram be és ki
Transzvezetőképesség - Feszültség be és áram
Tranzisztencia ellenállás - áram be és feszültség ki
Működési erősítő működése:
Itt az LM358 operációs erősítőjét használtuk. Általában egy nem inverz bemenetet kell megadni egy előfeszítésnek, és az invertáló bemenet az igazi erősítő, amely ezt a kimenetről a bemenetre visszaküldött 60 k ellenálláshoz kapcsolja. És egy 10k ellenállást sorba kötünk egy kondenzátorral, és 1 V szinuszhullámot kapunk az áramkörhöz, most meglátjuk, hogyan fogja szabályozni az erősítést az R2 / R1 = 60k / 10k = 6 erősítés, akkor a kimenet 6V . Ha 40-gyel megváltoztatjuk az erősítést, akkor a kimenet 4V szinusz hullám.
Videó az üzemi erősítő működéséről
Normál esetben kettős tápegység-erősítőről van szó, könnyen ellenállóképes hálózat használatával egyetlen tápegységre konfigurálható. Ebben az R3 és R4 ellenállás a tápfeszültség felének feszültségét helyezi át a nem invertáló bemeneten, amely azt eredményezi, hogy a kimeneti feszültség a tápfeszültség fele is legyen, és egyfajta torzító feszültség-ellenállást képez. R3 és R4 bármilyen érték lehet 1k - 100k, de minden esetben egyenlőnek kell lenniük. A nem invertáló bemenethez további 1 F-os kondenzátort adtak a konfiguráció okozta zaj csökkentése érdekében. Ehhez a konfigurációhoz kapcsoló kondenzátorok használata szükséges a bemenethez és a kimenethez.
3 OPAMP alkalmazás:
1. Nagyítás
Az Op Amp erősített kimeneti jele a két bemeneti jel különbsége.
A fenti ábra az Op Amp egyszerű csatlakozás. Ha mindkét bemenet ugyanazzal a feszültséggel van ellátva, akkor az Op Amp ekkor megkapja a két feszültség közötti különbséget, és ez 0 lesz. Az Op Amp ezt megszorozza az 1.000.000 erősítésével, így a kimeneti feszültség 0. Ha 2 volt az egyik bemenetre és 1 volt a másikra, akkor az Op Amp meg fogja tenni a különbségét, és szorozni fog az erősítéssel. Ez 1 volt x 1 000 000. De ez az erősítés nagyon magas, így az erősítés csökkentése érdekében a kimenetről a bemenetre történő visszacsatolást általában egy ellenálláson keresztül hajtják végre.
Invertáló erősítő:
A fent bemutatott áramkör egy invertáló erősítő, amelynek nem invertáló bemenete a földhöz van csatlakoztatva. Két R1 és R2 ellenállás kapcsolódik az áramkörhöz oly módon, hogy R1 táplálja a bemeneti jelet, míg R2 a kimenetet az Invertáló bemenetre adja vissza. Itt, amikor a bemeneti jel pozitív, a kimenet negatív lesz, és fordítva. A kimenet feszültségváltozása a bemenethez képest az R1 és R2 ellenállások arányától függ. R1 jelentése 1K, R2 jelentése 10K. Ha a bemenet 1 voltot kap, akkor az R1-en keresztül 1 mA áram lesz, és a kimenetnek - 10 V-nak kell lennie ahhoz, hogy 1 mA-es áramot biztosítson az R2-n keresztül, és hogy fenntartsa a nulla feszültséget az inverter bemeneten. Ezért a feszültségerősítés R2 / R1. Ez 10K / 1K = 10
Nem invertáló erősítő:
A fent bemutatott áramkör egy nem invertáló erősítő. Itt a nem invertáló bemenet fogadja a jelet, miközben az invertáló bemenet R2 és R1 között van összekötve. Amikor a bemeneti jel pozitív vagy negatív irányban mozog, a kimenet fázisban lesz, és az invertáló bemenet feszültségét megtartja, mint a nem invertáló bemenet feszültségét. A feszültségnövekedés ebben az esetben mindig nagyobb lesz, mint 1 (1 + R2 / R1).
két. Feszültségkövető
A fenti áramkör feszültségkövető. Itt magas bemeneti impedanciát, alacsony kimeneti impedanciát biztosít. Amikor a bemeneti feszültség megváltozik, a kimenet és az invertáló bemenet egyaránt változnak.
3. Összehasonlító
Az operációs erősítő összehasonlítja az egyik bemeneten alkalmazott feszültséget a másik bemeneten alkalmazott feszültséggel. Ha valaha is kicsi a feszültség közötti különbség, akkor az op-ampert telítettségbe sodorja. Ha mindkét bemenetre táplált feszültség azonos nagyságú és polaritású, akkor az op-amp kimenet 0 volt.
Az összehasonlító korlátozott kimeneti feszültségeket produkál, amelyek könnyen összekapcsolhatók a digitális logikával, annak ellenére, hogy ellenőrizni kell a kompatibilitást.
Videó az operációs erősítőről, mint összehasonlító áramköri ábra
Itt van egy op-erősítő, amelyet komparátorként használunk az invertáló és a nem invertáló terminálokkal, és csatlakoztattunk hozzájuk néhány potenciális osztót és mérőt, valamint a kimeneten voltmérőt és Oda vezetett a kimenet. Az összehasonlító alapképlet az, hogy amikor a ’+’ nagyobb, mint a ’–’ akkor a kimenet magas (egy), különben a kimenet nulla. Amikor a negatív bemenet feszültsége a referenciafeszültség alatt van, a kimenet magas, és amikor a negatív bemenet meghaladja a pozitív feszültségét, a kimenet alacsonyra csökken.
3 Az OPAMP-okra vonatkozó követelmények:
1. Ofszet Nulling
Az OPAMP nagy részének offszet feszültsége van a kimeneten, még akkor is, ha a bemeneti feszültség megegyezik. A kimenet nulla feszültségre állításához az offset nullázási módszert alkalmazzák. A legtöbb Op-Amps-ben van egy kis eltolás a saját tulajdonságuk miatt, és a bemeneti torzítás elrendezésének eltéréseiből fakad. Tehát néhány kimeneti kimenet kicsi kimeneti feszültsége akkor is elérhető, ha a bemenő jel nulla. Ezt a hátrányt kijavíthatjuk, ha egy kis eltolási feszültséget biztosítunk a bemenetekhez. Ez az Input Offset feszültség néven ismert. Az eltolás eltávolításához vagy semlegesítéséhez a legtöbb Op-erősítőnek két csapja van az eltolás nullálásának engedélyezéséhez. Ehhez egy 100K-os tipikus értékű edényt vagy előkészletet kell csatlakoztatni az 1. és 5. érintkező közé ablaktörlőjével a talajjal. Az előre beállított értékkel a kimenet nullára állítható.
két. Strobing vagy fázis kompenzáció
Az Op-Amps néha instabillá válhat, és hogy stabilak legyenek a teljes frekvenciasávban, egy sapka általában a 8-as strobe és az 1-es pin között van összekötve. Általában egy 47pF lemezes kondenzátort adunk hozzá fázis kompenzáció hogy az OpAmp stabil maradjon. Ez a legfontosabb, ha az OpAmp-ot érzékeny erősítőként használják.
3. Visszacsatolás
Mint tudják, az Op-Amp erőssége nagyon magas, jellemzően 1000 000-szeres. Tegyük fel, hogy az Op-Amp 10 000 erősítéssel rendelkezik, akkor az Op-Amp fel fogja erősíteni a feszültségkülönbséget a nem invertáló bemenetében (V +) és az inverz bemenetében (V-). Tehát a kimeneti V kimeneti feszültség
10 000 x (V + - V-)
Az ábrán a jel a nem invertáló bemenetre kerül, az invertáló bemenet pedig a kimenetre van csatlakoztatva. Tehát V + = V be és V- = Vout. Ezért Vout = 10 000 x (Vin - Vout). Ezért a kimeneti feszültség majdnem megegyezik a bemeneti feszültséggel.
Most nézzük meg, hogyan működik a visszajelzés. Az inverz bemenet és a kimenet közötti ellenállás hozzáadása jelentősen csökkenti az erősítést. Ha a kimeneti feszültség töredékét visszafordítja az invertáló bemenetre, jelentősen csökkentheti az erősítést.
A korábbi egyenlet szerint V out = 10 000 x (V + - V-). De itt visszacsatolási ellenállást adunk hozzá. Tehát itt V + Vin és V- R1. R1 + R2 x V out. Ezért a V out értéke 10 000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Tehát V ki = R1 + R2. R1x Vin
Negatív visszajelzés:
Itt az Op-Amp kimenete összekapcsolódik az Inverting (-) bemenetével, így a kimenet visszakerül a bemenetbe, hogy egyensúlyt érjen el. Így a nem invertáló (+) bemeneten lévő bemeneti jel a kimeneten tükröződik. A negatív visszacsatolású Op-amp a kimenetét a szükséges szintre fogja vezetni, ezért az invertáló és a nem invertáló bemenetek közötti feszültségkülönbség majdnem nulla lesz.
Pozitív visszajelzést:
Itt a kimeneti feszültséget visszavezetik a nem invertáló (+) bemenetre. A bemeneti jel az Invertáló bemenetre kerül. Pozitív visszacsatolásos tervezés esetén, ha az inverter bemenet a földhöz van csatlakoztatva, akkor az Op-erősítő kimeneti feszültsége a nem invertáló bemenet feszültségének nagyságától és polaritásától függ. Ha a bemeneti feszültség pozitív, akkor az Op-Amp kimenete pozitív lesz, és ez a pozitív feszültség a nem invertáló bemenetre kerül, ami teljes pozitív kimenetet eredményez. Ha a bemeneti feszültség negatív, akkor a feltétel megfordul.
A műveleti erősítők alkalmazása - Audio előerősítő
Szűrők és előerősítők:
A teljesítményerősítők az előerősítők után és a hangszórók előtt érkeznek. A modern CD- és DVD-lejátszóknak nincs szükségük előerősítőkre. Szükségük van hangerőszabályzóra és forrásválasztóra. A kapcsoló és a passzív hangerő használatával elkerülhetjük az előerősítőket.
Nézzünk meg röviden az audio erősítőkről
A teljesítményerősítő egy olyan alkatrész, amely képes meghajtani a hangszórókat az alacsony szintű jel nagy jellé alakításával. A teljesítményerősítők feladata viszonylag nagy feszültség és nagy áram előállítása. A feszültségerősítés tartománya általában 20-30 között van. A teljesítményerősítők kimeneti ellenállása nagyon alacsony.
Az audio erősítő specifikációi
- Maximális kimeneti teljesítmény:
A kimeneti feszültség független a terheléstől, mind kicsi, mind nagy jelek esetén. A terhelésre adott adott feszültség az áram kétszeresét okozza. Ennélfogva az energia kétszerese lesz leadva. A teljesítménynév a folyamatos átlagos szinuszhullám-teljesítmény, így a teljesítmény mérhető olyan szinuszhullám alkalmazásával, amelynek RMS-feszültségét hosszú távon mérik.
- Frekvencia válasz:
A frekvencia-válasznak ki kell terjesztenie a teljes 20 Hz-es 20 KHz-es hangsávot. A frekvenciaválasz toleranciája ± 3db. A sávszélesség megadásának hagyományos módja az, hogy egy erősítő 3db-vel lejjebb van a névleges 0db-től.
- Zaj:
A teljesítményerősítőknek alacsony zajszintet kell produkálniuk, ha az erősítőket magas frekvenciával használják. A zaj paraméter lehet súlyozott vagy súlyozatlan. A súlyozatlan zajokat 20 KHz sávszélesség felett kell megadni. A fül érzékenysége alapján a súlyozott zaj specifikációt figyelembe vesszük. A súlyozott zajmérés hajlamos a magasabb frekvenciákon a zaj csillapítására, ezért a súlyozott zajmérés jobb, mint a súlyozatlan zajmérés.
- Torzítás:
A teljes harmonikus torzítás az a közös torzítás, amelyet általában különböző frekvenciákon határoznak meg. Ezt egy olyan teljesítményszinten kell meghatározni, amelyet a teljesítményerősítő terhelési impedanciájával együtt ad meg.
