Mikä on operaatiovahvistin?

Operaatiovahvistimia (Op-Amp) käytetään laajalti elektroniikassa ja mikropiireissä. Sillä on erinomaiset tekniset ominaisuudet (TC) signaalien vahvistamiseen. Op-amppereiden käyttötarkoitusten ymmärtämiseksi on tarpeen tuntea niiden toimintaperiaate, kytkentäkaavio ja perus-TC:t.

Mikä on operaatiovahvistin

Op-amp on integroitu piiri (IC), jonka päätarkoitus on vahvistaa tasasähköistä arvoa. Siinä on vain yksi lähtö, jota kutsutaan differentiaalilähdöksi. Tällä ulostulolla on korkea signaalin vahvistuskerroin (CU). Op-ampeja käytetään pääasiassa sellaisten piirien rakentamiseen, joissa on negatiivinen takaisinkytkentä (NF), joka määrittää alkuperäisen piirin Q:n päävahvistuksen TC:n aikana. Op-ampeja käytetään paitsi yksittäisinä IC-piireinä, myös erilaisissa monimutkaisten laitteiden lohkoissa.

Op-ampeereissa on 2 sisääntuloa ja 1 ulostulo, ja niissä on myös ulostulot virtalähteen (PSU) kytkemistä varten. Operaatiovahvistimen toimintaperiaate on yksinkertainen. Perusteena on 2 sääntöä. Säännöt kuvaavat op-vahvistimessa tapahtuvia yksinkertaisia prosesseja, ja op-vahvistimen toiminta on selvää jopa tyhmillekin. Jännite-ero (U) on ulostulossa 0 ja op-vahvistimen sisääntulot eivät ota lähes lainkaan virtaa (I). Toista tuloa kutsutaan ei-invertoivaksi (V+) ja toista invertoivaksi (V-). Lisäksi DUT-tuloilla on suuri resistanssi (R) ja tuskin lainkaan I-kulutusta.

Siru vertaa tulojen U-arvoja ja antaa signaalin esivahvistamalla sen. Op-ampin korkea arvo on jopa 1000000. Jos tulossa on alhainen U-arvo, on mahdollista saada ulostuloon virtalähteen U-arvoa (Uip) vastaava arvo. Jos U V+-tulossa on suurempi kuin V-, ulostulon suurin positiivinen arvo on positiivinen. Jos invertoivan tulon positiivinen U on jännitteinen, ulostulossa on suurin negatiivinen jännitearvo.

DSP:n toiminnan perusedellytys on kaksinapaisen virtalähteen käyttö. On mahdollista käyttää unipolaarista virtalähdettä, mutta se rajoittaa huomattavasti DSP:n suorituskykyä. Jos käytät paristoa ja otat pariston positiivisen puolen arvoksi 0, mittaus näyttää 1,5 V. Jos otat 2 paristoa ja kytket ne sarjaan, tapahtuu U:n lisäys, eli laite näyttää 3 V.

Jos otat pariston miinusjohdon nollaksi, laite näyttää 3 V. Toisessa tapauksessa, jos otat plusjohdon arvoksi 0, se näyttää -3 V. Käyttämällä kahden pariston välistä pistettä nollapisteenä saat alkeellisen kaksinapaisen virtalähteen. Ainoa tapa tarkistaa, toimiiko DUT oikein, on kytkeä se piiriin.

Piirin tyypit ja symbolit

Sähköpiirien kehittyessä operaatiovahvistimia parannetaan jatkuvasti, ja uusia malleja ilmestyy jatkuvasti.

Ne luokitellaan niiden käyttötarkoituksen mukaan:

1. Industrial - edullinen vaihtoehto.
2. Presynkroninen (tarkkuusmittauslaitteet).
3. Elektrometrinen (alhainen Iin).
4. Mikro-virransyöttö (matala I-arvo).
5. Ohjelmoitavissa (virrat asetetaan ulkoisella I:llä).
6. Tehokas tai suurivirtainen (tuottaa kuluttajalle suuremman I-arvon).
7. Alhainen jännite (toimii U<3 V:n jännitteellä).
8. Korkea jännite (suunniteltu korkeille U-arvoille).
9. Nopeasti toimiva (korkea nousunopeus ja vahvistustaajuus).
10. Vähämeluinen tyyppi.
11. Äänityyppi (alhainen harmoninen särö).
12. Bipolaarista ja unipolaarista virtalähdettä varten.
13. Erotustyyppi (pystyy mittaamaan alhaisen U:n ja suuren häiriön). Käytetään shunteissa.
14. Valmiit vahvistinvaiheet.
15. Erikoistunut.

Op-Ampit jaetaan 2 tyyppiin tulosignaalien mukaan:

1. 2 tuloa.
2. 3 tuloa. Kolmatta tuloa käytetään toiminnallisuuden laajentamiseen. Siinä on sisäinen palaute.

Operaatiovahvistimen piiri on melko monimutkainen, eikä sellaista kannata tehdä, ja radioamatöörin tarvitsee vain tuntea operaatiovahvistimen oikea piiri, mutta sitä varten on ymmärrettävä nastojen jako.

IC:n perusnastojen nimitykset:

1. V+ - ei-invertoiva tulo.
2. V- - Käänteinen tulo.
3. Vout on lähtö.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) on virtalähteen plusliitin.
4. Vs- (Vss, Vee, Vcc-) on virtalähteen miinusliitin.

Käytännössä kaikissa Op-Amp-taajuusmuuttajissa on 5 nastaa. Joissakin malleissa ei kuitenkaan välttämättä ole V-. On olemassa malleja, joissa on lisälähdöt, jotka laajentavat DT:n ominaisuuksia.

Virtajohtoja ei tarvitse merkitä, sillä se parantaa piirin luettavuutta. Virtalähteen positiivisesta liittimestä tai navasta tuleva virtajohto sijoitetaan piirin yläosaan.

Tärkeimmät ominaisuudet

Testattavilla laitteilla, kuten muillakin radiokomponenteilla, on TC:t, jotka voidaan jakaa tyyppeihin:

1. Vahvistaminen.
2. Syöttö.
3. Lähtö.
4. Teho.
5. Drift.
6. Taajuus.
7. Voitto.

Vahvistus on op-ampin tärkein ominaisuus. Se on ominaista lähtösignaalin ja tulosignaalin suhteen perusteella. Siitä käytetään myös nimitystä amplitudi tai siirto TC, joka esitetään riippuvuuskäyränä. Tulomäärät sisältävät kaikki op-vahvistimen tuloon liittyvät määrät: Rin, offset- (Icm) ja offset- (Iin) virrat, drift ja suurin tuloerovirta U (Udifmax).
Icm käytetään Op-Ampin toimintaan tuloissa. Iinx tarvitaan op-vahvistimen tulovaiheen toimintaan. Iinh-siirtymä on DUT:n kahden tulopuolijohteen Icm:n erotus.

Kun rakennat virtapiirejä, sinun on otettava nämä I-kohdat huomioon vastuksia kytkettäessä. Jos Iinx:ää ei oteta huomioon, se voi aiheuttaa differentiaalisen U:n, mikä johtaa op-ampin virheelliseen toimintaan.
Udifmax on U, jota sovelletaan op-vahvistimen tulojen välillä. Sen arvo kuvaa differentiaalivaiheen puolijohteiden vaurioitumisen poissulkemista.

Luotettavaa suojausta varten op-ampin tulojen väliin on kytketty kaksi diodia ja vakaaja vastakkain rinnakkain. Differentiaalituloa R kuvaa kahden tulon välinen R ja yhteismuotoista tuloa R on DT:n kahden toisiinsa liitetyn tulon ja massan (maa) välinen arvo. Testattavan kohteen lähtöparametrit ovat lähtö R (Rout), maksimilähtö U ja I. Parametrin R out arvon tulisi olla pienempi, jotta saavutetaan parhaat vahvistusominaisuudet.

Pienen R-arvon saavuttamiseksi on käytettävä emitterin toistinta. I Out vaihdetaan keräilijä I:ksi. Teho TC:t arvioidaan Op-Ampin kuluttaman enimmäistehon perusteella. Op-vahvistimen virheellisen toiminnan syynä on differentiaalivahvistinvaiheen puolijohteiden TC:n hajonta, joka riippuu lämpötilaindekseistä (lämpötiladrift). Op-Ampin taajuusparametrit ovat perusparametreja. Ne edistävät harmonisten ja pulssisignaalien vahvistamista (nopea vaste).

Kondensaattori sisältyy sekä yleiskäyttöisiin että erikoiskäyttöisiin avaaja-IC-piireihin korkeataajuisten signaalien syntymisen estämiseksi. Matalilla taajuuksilla piireillä on korkea C-kerroin ilman takaisinkytkentää (OC). OC:n tapauksessa käytetään ei-invertoivaa kytkentää. Lisäksi joissakin tapauksissa, esimerkiksi invertoivan vahvistimen rakentamisessa, ei käytetä OC:tä. Lisäksi op-vahvistimilla on dynaamiset ominaisuudet:

1. Uvs:n nousunopeus (SN Uvs).
2. Uv:n asetusaika (op-vahvistimen vaste, kun U:n piikkiä nostetaan).

Missä käyttää

Op-Amp-piirejä on kahta tyyppiä, jotka eroavat toisistaan kytkentätavoiltaan. Op-Ampien suurin haittapuoli on Q:n vaihtelu toimintatavasta riippuen. Tärkeimmät sovellusalueet ovat vahvistimet: invertoivat (IU) ja ei-invertoivat (NIU). LUT-piirissä U:n Q asetetaan vastuksilla (signaali on syötettävä tuloon). Op-vahvistin sisältää sarjatyyppisen op-vahvistimen. Tämä liitäntä tehdään yhteen vastuksista. Sitä sovelletaan vain V-.

DUT:ssa signaalit ovat vaihesuuntautuneita. Negatiivisen lähtöjännitteen merkin muuttaminen edellyttää rinnakkaista toimintaa U:n kanssa. Tulo, joka on ei-invertoiva tulo, on maadoitettava. Tulosignaali syötetään invertoivaan tuloon vastuksen kautta. Jos ei-invertoiva tulo menee maahan, Op-Amp-tulojen välinen U-ero on 0.

On mahdollista erottaa laitteet, joissa testattavia aineita käytetään:

1. Esivahvistimet.
2. Audio- ja videotaajuussignaalien vahvistimet.
3. U-vertailijat.
4. Difusers.
5. Erottavat tekijät.
6. Integraattorit.
7. Suodatinelementit.
8. Tasasuuntaajat (lähtöparametrien tarkkuuden parantaminen).
9. U- ja I-vakauttajat.
10. Analogianalogiset laskimet.
11. ADC (analogia-digitaalimuunnin).
12. DAC (digitaali-analogiamuuntimet).
13. Laitteet erilaisten signaalien tuottamiseen.
14. Tietokonetekniikka.

Operaatiovahvistimet ja niiden sovellukset ovat yleistyneet eri laitteissa.

Aiheeseen liittyvät artikkelit: