Was ist ein Operationsverstärker?

Operationsverstärker (Op-Amps) sind in der Elektronik und Mikroschaltungstechnik weit verbreitet. Es hat hervorragende technische Eigenschaften (TC) für die Verstärkung von Signalen. Um die Verwendung von Operationsverstärkern zu verstehen, muss man ihr Funktionsprinzip, den Schaltplan und die grundlegenden TCs kennen.

Was ist ein Operationsverstärker?

Ein Operationsverstärker ist ein integrierter Schaltkreis (IC), dessen Hauptzweck darin besteht, einen Gleichstromwert zu verstärken. Er hat nur einen Ausgang, der als Differenzialausgang bezeichnet wird. Dieser Ausgang hat einen hohen Signalverstärkungsfaktor (CU). Op-Amps werden hauptsächlich zum Aufbau von Schaltungen mit negativer Rückkopplung (NF) verwendet, die die Güte der ursprünglichen Schaltung während der Hauptverstärkung TC bestimmt. Op-Amps werden nicht nur als einzelne ICs, sondern auch in verschiedenen Blöcken komplexer Geräte verwendet.

Operationsverstärker haben 2 Eingänge und 1 Ausgang und verfügen außerdem über Ausgänge für den Anschluss einer Stromversorgung (PSU). Das Funktionsprinzip eines Operationsverstärkers ist einfach. Es gibt 2 Regeln, die als Grundlage dienen. Die Regeln beschreiben die einfachen Prozesse, die im Operationsverstärker ablaufen, und die Funktionsweise des Operationsverstärkers ist selbst für Dummies verständlich. Am Ausgang ist die Spannungsdifferenz (U) 0 und die Eingänge des Operationsverstärkers nehmen fast keinen Strom (I) auf. Ein Eingang wird als nicht-invertierend (V+) und der andere als invertierend (V-) bezeichnet. Außerdem haben die Eingänge des Prüflings einen hohen Widerstand (R) und verbrauchen fast keinen I.

Der Chip vergleicht die U-Werte der Eingänge und gibt das Signal aus, indem er es vorverstärkt. Der Op-Amp hat einen hohen Wert von bis zu 1000000. Wenn am Eingang ein niedriger U-Wert auftritt, ist es möglich, am Ausgang einen Wert zu erhalten, der dem U-Wert der Stromversorgung (Uip) entspricht. Wenn der U-Wert am V+-Eingang größer ist als der V--Wert, hat der Ausgang einen maximalen positiven Wert. Wenn das positive U des invertierenden Eingangs eingespeist wird, hat der Ausgang den maximalen negativen Spannungswert.

Die Grundvoraussetzung für den DSP-Betrieb ist die Verwendung einer bipolaren Stromversorgung. Es ist zwar möglich, eine unipolare Stromversorgung zu verwenden, doch wird dadurch die Leistungsfähigkeit des DSP stark eingeschränkt. Wenn Sie eine Batterie verwenden und die positive Seite der Batterie als 0 nehmen, zeigt die Messung 1,5 V an. Nimmt man 2 Batterien und schaltet sie in Reihe, so ergibt sich eine Addition von U, d.h. das Gerät zeigt 3 V an.

Wenn Sie das Minuskabel der Batterie als Nullpunkt nehmen, zeigt das Gerät 3 V an. Im anderen Fall, wenn Sie die Plusleitung als 0 nehmen, zeigt sie -3 V an. Wenn man den Punkt zwischen den beiden Batterien als Nullpunkt verwendet, erhält man eine primitive bipolare Stromversorgung. Die einzige Möglichkeit zu prüfen, ob der Prüfling richtig funktioniert, ist, ihn an den Stromkreis anzuschließen.

Typen und Symbole in einem Stromkreis

Mit der Entwicklung der elektrischen Schaltungstechnik werden die Operationsverstärker ständig verbessert und neue Modelle erscheinen.

Sie werden entsprechend ihrer Anwendung klassifiziert:

1. Industrial - die kostengünstige Option.
2. Vorsynchron (Präzisionsmessgeräte).
3. Elektrometrisch (niedriger Iin).
4. Micro-Powered (Versorgung mit niedrigem I-Wert).
5. Programmierbar (Ströme werden mit I extern eingestellt).
6. Leistungsstark oder hochstromig (gibt einen höheren I-Wert an den Verbraucher ab).
7. Niederspannung (Betrieb bei U<3 V).
8. Hochspannung (ausgelegt für hohe U-Werte).
9. Schnell wirkend (hohe Anstiegsgeschwindigkeit und Verstärkungsfrequenz).
10. Geräuscharmer Typ.
11. Audio-Typ (geringe harmonische Verzerrung).
12. Für bipolare und unipolare Stromversorgungsarten.
13. Differenztyp (in der Lage, niedrige U mit hoher Interferenz zu messen). Wird in Shunts verwendet.
14. Handelsübliche Verstärkerstufen.
15. Spezialisiert.

Op-Amps werden je nach Eingangssignal in 2 Typen unterteilt:

1. Mit 2 Eingängen.
2. Mit 3 Eingängen. Der 3. Eingang wird zur Erweiterung der Funktionalität verwendet. Sie hat eine interne Rückkopplung.

Die Schaltung eines Operationsverstärkers ist recht komplex und es macht keinen Sinn, einen solchen zu bauen. Der Funkamateur muss nur die korrekte Schaltung des Operationsverstärkers kennen, aber dazu muss er die Anschlussbelegung verstehen.

Die Hauptbezeichnungen der IC-Pins sind wie folgt:

1. V+ - nicht-invertierender Eingang.
2. V- - Invertierender Eingang.
3. Vout ist der Ausgang.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) ist der Pluspol der Stromversorgung.
4. Vs- (Vss, Vee, Vcc-) ist der Minuspol des Netzteils.

Praktisch jeder Operationsverstärker ist mit 5 Pins ausgestattet. Einige Modelle verfügen jedoch möglicherweise nicht über V-. Es gibt Modelle, die über zusätzliche Ausgänge verfügen, die die Möglichkeiten des DT erweitern.

Die Stromkabel müssen nicht beschriftet werden, da dies die Lesbarkeit der Schaltung erhöht. Das Stromkabel vom Pluspol des Netzteils wird oben im Stromkreis platziert.

Hauptmerkmale

Prüflinge haben, wie andere Funkkomponenten auch, TCs, die in verschiedene Typen unterteilt werden können:

1. Verstärken.
2. Eingabe.
3. Ausgabe.
4. Macht.
5. Drift.
6. Häufigkeit.
7. Gewinnen.

Die Verstärkung ist das Hauptmerkmal eines Operationsverstärkers. Er ist durch das Verhältnis des Ausgangssignals zum Eingangssignal gekennzeichnet. Sie wird auch als Amplituden- oder Transfer-TC bezeichnet, die als Abhängigkeitsdiagramm dargestellt wird. Die Eingangsgrößen umfassen alle Eingangsgrößen für den Operationsverstärker: Rin, Offset (Icm) und Offset (Iin) Ströme, Drift und die maximale Eingangsdifferenz U (Udifmax).
Icm wird für den Betrieb des Op-Amps an den Eingängen verwendet. Iinx wird für den Betrieb der Eingangsstufe des Operationsverstärkers benötigt. Die Iinh-Verschiebung ist die Differenz von Icm für die beiden Eingangshalbleiter des Prüflings.

Beim Aufbau von Schaltungen müssen Sie diese I's beim Anschluss von Widerständen berücksichtigen. Wenn Iinx nicht berücksichtigt wird, kann es zu einem Differential U kommen, das zu einem falschen Betrieb des Operationsverstärkers führt.
Udifmax ist das U, das zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers angelegt wird. Sein Wert kennzeichnet den Ausschluss von Schäden an den Halbleitern der Differenzialstufe.

Zum zuverlässigen Schutz sind 2 Dioden und ein Stabilisator zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers gegenparallel geschaltet. Der Differenzeingang R ist durch den Wert R zwischen den beiden Eingängen gekennzeichnet, und der Gleichtakteingang R ist der Wert zwischen den beiden miteinander verbundenen Eingängen des DT und der Masse (Erde). Die Ausgangsparameter des Prüflings sind der Ausgang R (Rout), der maximale Ausgang U und I. Der Parameter R out sollte einen kleineren Wert haben, um die besten Verstärkungseigenschaften zu erzielen.

Um einen kleinen R-Wert zu erreichen, muss ein Emitter-Repeater verwendet werden. I Out wird durch einen Sammler I ersetzt. Die Leistungs-TCs werden anhand der maximalen Leistungsaufnahme des Op-Amps bewertet. Die Ursache für den fehlerhaften Betrieb des Operationsverstärkers ist die Streuung des TC der Halbleiter der Differenzverstärkerstufe, die von den Temperatureigenschaften abhängt (Temperaturdrift). Die Frequenzparameter des Operationsverstärkers sind grundlegend. Sie tragen zur Verstärkung von harmonischen und gepulsten Signalen bei (schnelle Reaktion).

Sowohl in allgemeinen als auch in speziellen Öffner-ICs ist ein Kondensator enthalten, der die Erzeugung von Hochfrequenzsignalen verhindert. Bei niedrigen Frequenzen haben die Schaltungen einen hohen C-Faktor ohne Rückkopplung (OC). Im Falle von OC wird eine nicht-invertierende Schaltung verwendet. Außerdem wird in einigen Fällen, z. B. bei der Konstruktion eines invertierenden Verstärkers, kein OC verwendet. Darüber hinaus haben Op-Amps dynamische Eigenschaften:

1. Die Anstiegsrate der Uvs (SN Uvs).
2. Die Einstellzeit von Uv (Reaktion des Op-Amps, wenn der U-Wert erhöht wird).

Wo zu verwenden

Es gibt 2 Arten von Operationsverstärkerschaltungen, die sich in der Art und Weise unterscheiden, wie sie angeschlossen werden. Der größte Nachteil von Operationsverstärkern ist die Variabilität von Q in Abhängigkeit von der Betriebsart. Die Hauptanwendungsbereiche sind Verstärker: invertierend (IU) und nichtinvertierend (NIU). In der LUT-Schaltung wird das Q an U mit Widerständen eingestellt (das Signal muss am Eingang anliegen). Der Operationsverstärker enthält einen Serien-Operationsverstärker. Diese Verbindung wird mit einem der Widerstände hergestellt. Sie wird nur auf V- angewendet.

In einem DUT sind die Signale phasenverschoben. Um das Vorzeichen der negativen Ausgangsspannung zu ändern, ist der Parallelbetrieb mit U erforderlich. Der nicht-invertierende Eingang muss geerdet werden. Das Eingangssignal wird über einen Widerstand dem invertierenden Eingang zugeführt. Wenn der nicht-invertierende Eingang auf Masse geht, ist die U-Differenz zwischen den Op-Amp-Eingängen 0.

Es ist möglich, die Geräte zu unterscheiden, in denen die Prüflinge verwendet werden:

1. Vorverstärker.
2. Verstärker für Audio- und Videofrequenzsignale.
3. U-Komparatoren.
4. Unterschiedliche Benutzer.
5. Unterscheidungsmerkmale.
6. Integratoren.
7. Filterelemente.
8. Gleichrichter (verbesserte Genauigkeit der Ausgangsparameter).
9. U- und I-Stabilisatoren.
10. Analog-Analog-Rechner.
11. ADC (Analog-Digital-Wandler).
12. DAC (Digital-Analog-Wandler).
13. Geräte zur Erzeugung von verschiedenen Signalen.
14. Computertechnik.

Operationsverstärker und ihre Anwendungen sind in verschiedenen Geräten weit verbreitet.

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