Аперацыйны ўзмацняльнік - што гэта?

Калі вы хочаце даведацца пра яго больш аперацыйны ўзмацняльнік, альбо калі вы ўсё яшчэ не ведаеце, што гэта, тут вы можаце даведацца крыху больш пра прылады гэтага тыпу. Акрамя таго, гэтыя Электронныя кампаненты яны даволі часта выкарыстоўваюцца ў мностве схем, бо яны вельмі практычныя для мноства прыкладанняў.

Дзякуючы ім аналагавыя сігналы могуць быць апрацаваны, мноства аперацый з імі, рабіць параўнанні і г.д. Сёння яны прысутнічаюць у многіх схемах, якімі вы карыстаецеся кожны дзень, у тым ліку на вашай плаце. Arduino...

Што такое аперацыйны ўзмацняльнік?

El канцэпцыя аперацыйнага ўзмацняльніка з'явіцца ў 1947 г. Першыя былі пабудаваны з выкарыстаннем вакуумных лямпаў, якія выкарыстоўваліся ў першых аналагавых кампутарах. Дзякуючы ім могуць быць праведзены фундаментальныя матэматычныя аперацыі, такія як складанне, адніманне, множанне, дзяленне, вывядзенне, інтэграцыя і г.д. Таму іх называюць "аперацыйнымі" ўзмацняльнікамі ...

Да 1964 г. дзякуючы знакамітаму Fairchild Semiconductor, першы маналітны аперацыйны ўзмацняльнік, пабудаваны на інтэгральнай схеме, як яны распаўсюджваюцца сёння, не паступіць. Гэта праца інжынера Роберта Джона Уідлара і была пазначана μA702. Адтуль ён развіўся да 741 μA1968, біпалярнага чыпа, які стаў галіновым стандартам.

Гэтыя аперацыйныя ўзмацняльнікі (таксама вядомыя як Op Amp) - гэта прылады, здольныя выконваць мноства задач у залежнасці ад размяшчэння спадарожных электронных кампанентаў. Гэтыя элементы будуць прымацаваны да яго 5 шпількі (распінаванне):

• - уваход: - інвертуючы ўваход.
• + уваход: гэта прамы ўваход, гэта значыць неінвестар.
• выхад: выхад.
• + Vss: гэта станоўчае харчаванне.
• -Вс: адмоўнае кармленне.

У гэтых прыладах некаторыя вельмі асаблівыя ўмовы што вы павінны ведаць. Напрыклад:

• Няма току, які ўваходзіць / выходзіць з інвертуе і неінвертуе кантактаў, таму што імпеданс паміж імі бясконцы (у ідэальным аперацыйным узмацняльніку).
• Дыферэнцыяльнае ўзмацненне ў ідэальным таксама будзе бясконцым, хаця на практыцы гэта немагчыма, бо пры дасягненні насычэння выхадное напружанне застаецца пастаянным.
• Розніца патэнцыялаў паміж інвертуючым і неінвертуе ўваходам павінна быць роўная нулю.
• Вельмі высокі прырост. Але збалансавана, гэта значыць будзе аднолькавым у абодвух уваходах. Гэта азначае, што выхад роўны нулю, калі абодва ўваходы падаюцца аднолькавымі сігналамі і аднолькавай палярнасцю
• Вельмі высокі ўваходны супраціў і вельмі нізкі выхадны супраціў.
• Як і любы іншы ўзмацняльнік, яны могуць дасягнуць сваёй кропкі насычэння. У гэты час выхадны сігнал не будзе павялічвацца, нават калі розніца паміж сігналамі мае месца.
• Прапускная здольнасць у ідэальным выпадку таксама бясконцая, але ў рэальным выпадку гэта немагчыма. Гэта паказвае на дыяпазон частот, у межах якога дадзеная аперацыйная функцыя захоўваецца дакладнай.

І як вынікае з яго назвы, аперацыйны ўзмацняльнік - гэта прылада, якая можа павысіць любы тып сігналу (напружанне альбо інтэнсіўнасць), як пераменнага, так і пастаяннага току. І гэтага дастаткова для правядзення мноства аперацый у адпаведнасці з канфігурацыямі або рэжымамі, якія мы ўбачым у наступным раздзеле ...

Рэжымы працы

Прыемная рэч аперацыйнага ўзмацняльніка ў тым, што ён можа быць настроены рознымі спосабамі так што вы можаце працаваць па-рознаму:

Інвестар

Аперацыйны ўзмацняльнік можа працаваць як узмацняльнік напружання інвестар а не інвестар. Калі вы робіце гэта ў якасці інвертара, выхадное напружанне знаходзіцца ў фазавым супрацьстаянні з уваходным напружаннем (замест той самай фазы, што і ў інвертараў).

Акрамя таго, вы павінны ведаць, што яны могуць працаваць як з ток пастаянны, а таксама пераменны ток у гэтым тыпе канфігурацыі. У выпадку пераменнага току кандэнсатар С1 будзе ўключаны паслядоўна і непасрэдна перад R1.

У гэтым выпадку атрымаць можна вылічыць па формуле:

A_v = - R₂ / R₁

Пакуль вы таксама можаце разлічыць супраціў які злучаецца з уваходам і зямлёй з:

R₃ = R₁ · Р₂ / R₁ + R₂

Не інвестар

Аперацыйны ўзмацняльнік не інвестар ён будзе сілкавацца ад неінвертуе ўваходу, а выхадны сігнал знаходзіцца ў фазе з сігналам уваходу. У гэтым выпадку ён таксама можа працаваць у гэтай канфігурацыі для пастаяннага току ў якасці пераменнага току, дадаючы ў другім выпадку два кандэнсатары, C1 на прамым уваходзе і C2 паслядоўна паміж R1 і зямлёй.

У гэтым выпадку прыбытак разлічваецца па-рознаму:

A_v = R₁ + R₂ / R₁

Пакуль трэці супраціў ён усё яшчэ разлічваецца па той жа формуле, што і ў інвертары ...

Суматар напружання

Аперацыйны ўзмацняльнік можа быць выкарыстаны для змешваць сігналы матэрыялы, якія паступаюць з розных крыніц. Гэты тып схем выкарыстоўвае некалькі ўваходаў (максімум да 10, хаця на малюнку толькі 3).

Тут адбываецца тое, што сіла току роўная суме парцыяльных токаў уваходаў (як гэта ўстаноўлена законам Кірхгофа):

I_i = Я₁ + I₂ + I₃

Кожная з гэтых інтэнсіўнасцей, ужываючы Закон Ома, будзе залежаць DE:

I₁ = V₁ / R₁

I₂ = V₂ / R₂

I₃ = V₃ / R₃

Паколькі інтэнсіўнасць уваходнага току мае аднолькавае значэнне і мае процілеглы знак выхадны ток, можна вызначыць, што:

I_i = - Я_o

Такім чынам, можна вызначыць, што выхадное напружанне будзе:

V_o = Я_o · Р₄ = -Я_i · Р₄

У гэтым выпадку зноў дадаем кандэнсатары ён таксама можа працаваць з пераменным токам ...

Аднімальнік напружання

У дадзеным выпадку гэта дыферэнцыяльны ўзмацняльнік які складаецца з інвестара і неінвестара. З яго дапамогай можна адняць зменны і пастаянны ток, дастаткова будзе паставіць або зняць кандэнсатары паслядоўна з рэзістарамі іх уваходаў.

У гэтым выпадку выхадное напружанне будзе:

V_o = V_o1 + V_o2 = R₄ / R₁ (V_o1 + V_o2)

Параўнальнік

У канфігурацыі накшталт кампарадор, будуць параўноўвацца дзве велічыні аднатыпнага сігналу, і выхадны сігнал будзе паказваць, аднолькавыя значэнні ўваходаў ці не. Гэта значыць, можа адбыцца наступнае:

Калі V_i1 <V_i2  выхад V_o гэта будзе станоўча.

Калі V_i1 > V_i2  выхад V_o гэта будзе адмоўна.

Вы павінны мець на ўвазе, што калі схема выкарыстоўваецца ў адкрытая пятля (без рэзістара зваротнай сувязі) ён будзе паводзіць сябе як кампаратар напружання.

Іншыя налады

Май наладзіць іншыя спосабы Для гэтых аперацыйных узмацняльнікаў падключыце іх каскадна і нават заменіце рэзістары на потенциометры, каб зрабіць узмацняльнікі з пераменным узмацненнем, як інтэгратар, вытворныя, як пераўтваральнікі, для лагарыфмічных і экспанентных функцый, кампанент для акна і г.д. Але яны радзей, чым тыя, якія я апісаў вышэй ...​

прыкладанняў

Лас- прыкладанняў гэтых аперацыйных узмацняльнікаў можа быць некалькі. Вы, напэўна, імі карысталіся. На самай справе яны ёсць у некаторых платах распрацоўкі, у лічбавых калькулятарах, у фільтрах гукавой сістэмы (высокі праход, нізкі праход, прапускная здольнасць, актыўныя фільтры, асцылятары), у ўзмацняльніках і аўдыё / відэа-буферах, у рэгулятарах, пераўтваральніках, перахадніках узроўняў (напрыклад, CMOS-TTL, ...), дакладнай выпрамніках, каб пазбегнуць эфекту нагрузкі і г.д.

Su універсальнасць Гэта таму, што яны могуць функцыянаваць у якасці кампаратараў сігналаў, паслядоўнікаў напружання, неінвертуючых узмацняльнікаў, інвертавальнага суматара, у якасці інвертавальнага суматара, у якасці інтэгратара, шунта, пераўтваральніка току ў напружанне, для лагарыфмічных або экспанентных функцый, як лічбавыя / аналагавыя пераўтваральнікі і г.д.

Часцей за ўсё выкарыстоўваюцца аперацыйныя ўзмацняльнікі

Калі вы стваральнік альбо робіце нейкі самаробны праект, вам напэўна захочацца даведацца пра некаторыя з іх найбольш распаўсюджаныя мадэлі аперацыйных узмацняльнікаў. Напрыклад:

• μA709M
• LM741
• LM1458
• LM358N
• LM324
• LF353-N
• Прадуктаў не знойдзена.
• Прадуктаў не знойдзена.
• OP07
• MAX4238
• Прадуктаў не знойдзена.
• LM339
• CA 3130
• CA 3140
• TL071
• TL082
• IC747