Operatsioonivõimendeid (Op-Amps) kasutatakse laialdaselt elektroonikas ja mikroskeemides. Sellel on signaalide võimendamiseks suurepärased tehnilised omadused (TC). Op-amprite kasutuse mõistmiseks peate teadma selle tööpõhimõtet, juhtmestiku skeemi ja põhilisi TC-sid.
Sisu
Mis on operatsioonivõimendi
Op-amp on integraallülitus (IC), mille põhieesmärk on võimendada alalisvoolu väärtusi. Sellel on ainult üks väljund, mida nimetatakse diferentsiaalväljundiks. Sellel väljundil on kõrge signaalivõimendustegur (CU). Op-ampreid kasutatakse peamiselt negatiivse tagasisidega (tagasiside) ahelate ehitamisel, mis põhivõimendusel TC määrab algse vooluahela Q. DT-sid kasutatakse mitte ainult eraldiseisvate IC-dena, vaid ka keerukate seadmete erinevates plokkides.
Op-Ampidel on 2 sisendit ja 1 väljund ning neil on ka väljundid toiteallika (PSU) ühendamiseks. Operatsioonivõimendi tööpõhimõte on lihtne. Aluseks on võetud 2 reeglit. Reeglid kirjeldavad IC lihtsaid tööprotsesse, mis toimuvad operatsioonivõimendis ja kuidas IC töötab, see on selge isegi mannekeenidele. Väljundis on pingeerinevus (U) 0 ja operatsioonivõimendi sisendid ei võta peaaegu üldse voolu (I). Ühte sisendit nimetatakse mitteinverteerivaks (V+) ja teist inverteerivaks (V-).Lisaks on DUT-sisendid suure takistusega (R) ja ei tarbi peaaegu üldse I-d.
Kiip võrdleb sisendite U väärtusi ja väljastab signaali eelvõimendades. DUT on kõrge väärtusega kuni 1000000. Madala sisendi U korral on võimalik saada väljundis toiteallikaga U (Uip) võrdne väärtus. Kui U V+ sisendis on suurem kui V-, on väljundil maksimaalne positiivne väärtus. Kui inverteeriva sisendi positiivne U on pingestatud, on väljundil maksimaalne negatiivne pinge väärtus.
Operatsioonivõimendi töö põhinõue on bipolaarse toiteallika kasutamine. Võimalik on kasutada unipolaarset toiteallikat, kuid sel juhul on DT potentsiaal tugevalt piiratud. Kui kasutad akut ja võtad aku plusspooleks 0, saad väärtuste mõõtmisel 1,5 V. Kui võtate 2 akut ja ühendate need järjestikku, siis lisandub U, st seade näitab 3 V.
Kui võtta aku miinusklemm nulliks, näitab instrument 3 V. Teisel juhul, kui võtta plussjuhtmeks 0, näitab see -3 V. Kui kasutate kahe aku vahelist punkti nagu null saad primitiivse bipolaarse toiteallika. Kas opvõimendi töötab korralikult, saate kontrollida ainult siis, kui ühendate selle vooluringiga.
Tüübid ja märgised vooluringil
Elektriskeemide arenedes täiustatakse pidevalt operatiivvõimendeid ja ilmuvad uued mudelid.
Klassifikatsioon rakendusala järgi:
- Tööstuslik - odav valik.
- Eelsünkroonne (täppismõõteseadmed).
- Elektromeetriline (madal Iin).
- Mikrotoitega (madal I energiatarve).
- Programmeeritav (voolud seatakse I välisega).
- Võimas või kõrge vooluga (väljastab rohkem I tarbijale).
- Madalpinge (töötab U<3 V juures).
- Kõrgepinge (mõeldud kõrgete U väärtuste jaoks).
- Kiire toimega (kõrge pöördesagedus ja võimendussagedus).
- Madala müratasemega tüüp.
- Heli tüüp (madal harmooniline moonutus).
- Bipolaarse ja unipolaarse elektrivarustuse jaoks.
- Diferentsiaal (suudab mõõta madalat U kõrge müraga). Kasutatakse šuntides.
- Müügivalmis võimendi astmed.
- Spetsialiseerunud.
Operatsioonivõimendid jagunevad sisendsignaalide järgi kahte tüüpi:
- 2 sisendiga.
- 3 sisendiga. 3. sisendit kasutatakse funktsionaalsuse laiendamiseks. Sellel on sisemine tagasiside.
Operatsioonivõimendi skeem on piisavalt keeruline ja seda pole mõtet teha ning raadioamatööril on vaja teada ainult operatiivvõimendi õiget vooluringi, kuid selleks peaksite mõistma selle väljundite dešifreerimist.
IC-tihvtide peamised tähistused:
- V+ – mitteinverteeriv sisend.
- V- - inverteeriv sisend.
- Vout - väljund.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) - toiteallika positiivne klemm.
- Vs- (Vss, Vee, Vcc-) on toiteallika miinusklemm.
Peaaegu igal Opusel on 5 kontakti. Mõnel sordil ei pruugi aga V-tähe olla. On mudeleid, millel on lisaväljundid, mis laiendavad Op-Ampi võimalusi.
Toitejuhtmed ei pea olema märgistatud, kuna see suurendab vooluahela loetavust. Toitejuhe toiteallika positiivsest klemmist või poolusest asetatakse vooluahela ülaossa.
Peamised omadused
DUT-del, nagu ka teistel raadiokomponentidel, on TC-d, mida saab jagada tüüpideks:
- Võimendav.
- Sisend.
- Väljund.
- Võimsus.
- Triivimine.
- Sagedus.
- Kiiruse reaktsioon.
Võimendus on Op-Ampi peamine omadus. Seda iseloomustab väljundsignaali ja sisendsignaali suhe. Seda nimetatakse ka amplituudiks või ülekandeks ТХ, mis on kujutatud sõltuvusgraafikute kujul. Sisendkogused sisaldavad kõiki DT sisendi koguseid: Rin, nihkevoolud (Icm) ja nihkevoolud (Iin), triivi ja maksimaalset sisendidiferentsiaali U (Udifmax).
Icm on mõeldud op-võimendite töötamiseks sisendites.Iinx on vajalik operatsioonivõimendi sisendastme tööks. Ivh nihe on Icm erinevus Op-Amp kahe sisendpooljuhi vahel.
Vooluahelate ehitamisel peate takistite ühendamisel neid I-sid arvesse võtma. Kui Iinxi ei võeta arvesse, võib see tekitada diferentsiaali U, mis toob kaasa operatsioonivõimendi vale töö.
Udifmax on U, mis antakse operatsioonivõimendi sisendite vahele. Selle väärtus iseloomustab diferentsiaalastme pooljuhtide kahjustuste välistamist.
Usaldusväärse kaitse tagamiseks on DT sisendite vahel paralleelselt ühendatud 2 dioodi ja stabilisaator. Diferentsiaalsisendit R iseloomustab R kahe sisendi vahel ja ühisrežiimi sisendit R on DT kombineeritud kahe sisendi ja maanduse vaheline väärtus. DUT-de väljundparameetriteks on väljund R (Rout), maksimaalne väljund U ja I. Parimate võimendusomaduste saavutamiseks peaks parameeter R out olema väiksema väärtusega.
Väikese R-väärtuse saavutamiseks tuleb kasutada emitteri repiiterit. I-väljundit muudetakse kollektoriga I. Võimsus TC-sid hinnatakse Op-Ampi maksimaalse tarbitava võimsuse järgi. Op-Ampi ebaõige töö põhjuseks on diferentsiaalvõimendi astme pooljuhtide TC hajumine, mis sõltub temperatuuriomadustest (temperatuuri triiv). Op-Ampi sagedusparameetrid on põhilised. Need aitavad kaasa harmooniliste ja impulsssignaalide võimendamisele (kiirusreaktsioon).
Üld- ja eritüüpi op-amp ICs on kondensaator, mis takistab kõrgsageduslike signaalide genereerimist. Madalatel sagedustel on ahelatel suur K-tegur ilma tagasisideta (OS). OC puhul kasutatakse mitteinverteerivat lülitust. Ka teatud juhtudel, näiteks inverteeriva võimendi tegemisel, ei kasutata OC-d. Lisaks on op-võimenditel dünaamilised omadused:
- UV tõusu kiirus (SN Uv).
- UV seadistusaeg (operatsioonivõimendi reaktsioon, kui U on terav).
Kus kasutada
Op-Amp vooluahelaid on kahte tüüpi, mis erinevad ühendamisviisi poolest. Op-Ampsi peamiseks puuduseks on Q varieeruvus, mis sõltub töörežiimist. Peamised rakendused on võimendid: inverteerivad (IU) ja mitteinverteerivad (NIU). LUT-ahelas on Q on U seatud takistitega (signaal tuleb sisestada sisendisse). Op-Amp sisaldab seeria tüüpi tagasisidet. See ühendus tehakse ühe takistiga. Seda söödetakse ainult V-le.
DUT-is on signaalides faasinihe. Negatiivse väljundpinge märgi muutmiseks on vajalik U paralleelne töö. Sisend, mis on mitteinverteeriv sisend, peab olema maandatud. Sisendsignaal juhitakse läbi takisti inverteerivasse sisendisse. Kui mitteinverteeriv sisend läheb maandusse, on U erinevus Op-Amp sisendite vahel 0.
Saame eristada seadmeid, milles DUT-sid kasutatakse:
- Eelvõimendid.
- Heli- ja videosagedussignaalide võimendid.
- U võrdlejad.
- Hajutid.
- Eristajad.
- Integraatorid.
- Filtri elemendid.
- Alaldid (kõrge täpsusega väljundparameetrid).
- U ja I stabilisaatorid.
- Analoogkalkulaatorid.
- ADC (analoog-digitaalmuundurid).
- DAC (digitaal-analoogmuundurid).
- Seadmed erinevate signaalide genereerimiseks.
- Arvutiriistvara.
Operatsioonivõimendid ja nende rakendused on laialt levinud mitmesugustes seadmetes.
Seotud artiklid:
