Mi az a műveleti erősítő?

A műveleti erősítőket (Op-Amp) széles körben használják az elektronikában és a mikroáramkörökben. Kiváló műszaki jellemzőkkel (TC) rendelkezik a jelek erősítésére. Az op-ampok felhasználásának megértéséhez ismerni kell a működési elvét, a kapcsolási rajzot és az alapvető TC-ket.

Mi az a műveleti erősítő

Az op-amp egy integrált áramkör (IC), amelynek fő célja egy egyenáramú érték erősítése. Csak egy kimenete van, amelyet differenciális kimenetnek nevezünk. Ez a kimenet magas jelerősítési tényezővel (CU) rendelkezik. Az Op-Amp-okat elsősorban negatív visszacsatolású (NF) áramkörök építésére használják, amely a fő erősítő TC során meghatározza az eredeti áramkör Q-értékét. Az Op-Amp-okat nemcsak önálló IC-ként, hanem komplex eszközök különböző blokkjaiban is használják.

Az Op-Amp-ok 2 bemenettel és 1 kimenettel rendelkeznek, valamint kimenetekkel a tápegység (PSU) csatlakoztatásához. A műveleti erősítő működési elve egyszerű. 2 szabályt veszünk alapul. A szabályok leírják az op-erősítőben lejátszódó egyszerű folyamatokat, és az op-erősítő működése még a bábuk számára is világos. A kimeneten a feszültségkülönbség (U) 0, és az op-amp bemenetei szinte semmilyen áramot (I) nem vesznek fel. Az egyik bemenetet nem invertálónak (V+), a másikat invertálónak (V-) nevezzük. Ezenkívül a DUT bemenetei nagy ellenállással (R) rendelkeznek, és szinte egyáltalán nem fogyasztanak I-t.

A chip összehasonlítja a bemenetek U értékeit, és előerősítéssel adja ki a jelet. Az op-amp nagy értékű, akár 1000000. Ha a bemeneten alacsony U érték fordul elő, akkor a kimeneten a tápegység U értékével (Uip) megegyező értéket lehet kapni. Ha az U a V+ bemeneten nagyobb, mint a V-, akkor a kimenet maximálisan pozitív értékű lesz. Ha az invertáló bemenet pozitív U-ját tápláljuk, a kimenet a maximális negatív feszültségértéket kapja.

A DSP működésének alapfeltétele a kétpólusú tápegység használata. Lehetséges egypólusú tápegységet használni, de ez erősen korlátozza a DSP képességeit. Ha akkumulátort használ, és az akkumulátor pozitív oldalát 0-nak veszi, a mérés 1,5 V-ot fog mutatni. Ha veszünk 2 akkumulátort és sorba kapcsoljuk őket, akkor U összeadás történik, azaz a készülék 3 V-ot fog mutatni.

Ha az akkumulátor mínusz vezetékét nullának vesszük, a műszer 3 V-ot fog mutatni. A másik esetben, ha a plusz vezetéket 0-nak vesszük, akkor -3 V-ot fog mutatni. A két elem közötti pontot nullaként használva egy primitív kétpólusú tápegységet kapunk. Az egyetlen módja annak, hogy ellenőrizze, hogy a DUT megfelelően működik-e, az, hogy csatlakoztatja az áramkörhöz.

Típusok és szimbólumok egy áramkörön

Az elektromos áramkörök fejlődésével a műveleti erősítők folyamatosan javulnak, és új modellek jelennek meg.

Alkalmazásuk szerint osztályozzák őket:

1. Ipari - az olcsó megoldás.
2. Előszinkron (precíziós mérőberendezések).
3. Elektrometrikus (alacsony Iin).
4. Mikrotápellátás (alacsony I-értékű tápegység).
5. Programozható (az áramokat az I külsővel állítjuk be).
6. Erős vagy nagyáramú (nagyobb I értéket ad ki a fogyasztónak).
7. Alacsony feszültség (U<3 V-on működik).
8. Nagyfeszültségű (magas U értékekhez tervezték).
9. Gyors működésű (nagy átállási sebesség és erősítési frekvencia).
10. Alacsony zajszintű típus.
11. Hangtípus (alacsony harmonikus torzítás).
12. Bipoláris és unipoláris típusú tápegységhez.
13. Különbségtípus (képes alacsony U értékek mérésére magas interferencia mellett). Söntökben használatos.
14. Raktárkészleten kapható erősítőfokozatok.
15. Specializálódott.

Az Op-Amp-okat a bemeneti jelek szerint 2 típusra osztják:

1. 2 bemenettel.
2. 3 bemenettel. A 3. bemenet a funkcionalitás bővítésére szolgál. Belső visszajelzéssel rendelkezik.

A műveleti erősítő áramköre meglehetősen bonyolult, ezért nincs értelme ilyet készíteni, és a rádióamatőrnek csak a műveleti erősítő helyes áramkörét kell ismernie, de ehhez meg kell értenie a csapkiosztást.

Az IC csapjainak főbb jelölései a következők:

1. V+ - nem invertáló bemenet.
2. V- - Invertáló bemenet.
3. Vout a kimenet.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) a tápegység plusz csatlakozója.
4. Vs- (Vss, Vee, Vcc-) a tápegység mínusz csatlakozója.

Gyakorlatilag minden Op-Amp 5 tűvel van felszerelve. Egyes modellek azonban nem rendelkeznek V-. Vannak olyan modellek, amelyek további kimenetekkel rendelkeznek, amelyek kibővítik a DT képességeit.

A tápvezetékeket nem kell felcímkézni, mivel ez növeli az áramkör olvashatóságát. A tápegység pozitív termináljáról vagy pólusáról származó tápkábelt az áramkör tetején helyezzük el.

Fő jellemzők

A DUT-ok, mint más rádiós alkatrészek, rendelkeznek TC-kkel, amelyek típusokra oszthatók:

1. Erősítés.
2. Bemenet.
3. Kimenet.
4. Teljesítmény.
5. Sodródás.
6. Gyakoriság.
7. Nyereség.

Az erősítés az op-amp fő jellemzője. A kimeneti jel és a bemeneti jel aránya jellemzi. Amplitúdónak vagy transzfer TC-nek is nevezik, amelyet függőségi grafikonként ábrázolnak. A bemeneti mennyiségek tartalmazzák az op-amp összes bemeneti mennyiségét: Rin, offset (Icm) és offset (Iin) áramok, drift és a maximális bemeneti differenciál U (Udifmax).
Az Icm az Op-Amp működésére szolgál a bemeneteken. Iinx az op-amp bemeneti fokozatának működéséhez szükséges. Az Iinh shift a DUT 2 bemeneti félvezetőjének Icm különbsége.

Az áramkörök építésénél ezeket az I-eket kell figyelembe vennie az ellenállások csatlakoztatásakor. Ha az Iinx-et nem vesszük figyelembe, akkor differenciális U-t hozhat létre, ami az op-amp hibás működéséhez vezet.
Udifmax az U, amelyet az op-amp bemenetei között alkalmaznak. Értéke a differenciálfokozat félvezetőinek károsodásának kizárását jellemzi.

A megbízható védelem érdekében 2 diódát és egy stabilizátort kapcsolunk ellenpárhuzamosan az op-amp bemenetei közé. A differenciális bemenetet R a két bemenet közötti R értékkel jellemezzük, a közös módusú bemenet R pedig a DT 2 összekapcsolt bemenete és a tömeg (föld) közötti érték. A DUT kimeneti paraméterei a kimenet R (Rout), a maximális kimenet U és I. Az R out paraméternek kisebb értékűnek kell lennie a legjobb erősítési jellemzők eléréséhez.

A kis R-érték eléréséhez sugárzó ismétlőt kell használni. I Out egy gyűjtő I-re változik. A TC-k teljesítményét az Op-Amp által felvett maximális teljesítmény alapján értékelik. Az op-amp hibás működésének oka a differenciálerősítő fokozat félvezetőinek TC szórása, amely a hőmérsékleti jellemzőktől függ (hőmérsékleti drift). Az Op-Amp frekvencia paraméterei alapvetőek. Hozzájárulnak a harmonikus és impulzusjelek erősítéséhez (sebességfüggés).

Mind az általános, mind a speciális célú nyitó IC-kben szerepel egy kondenzátor a nagyfrekvenciás jelek keletkezésének megakadályozására. Alacsony frekvenciákon az áramkörök magas C-tényezővel rendelkeznek visszacsatolás nélkül (OC). OC esetén nem invertáló kapcsolást alkalmaznak. Ezenkívül egyes esetekben, például invertáló erősítő építésénél, nem használnak OC-t. Ezenkívül az op-ampok dinamikus jellemzőkkel rendelkeznek:

1. Az Uvs átfordulási sebessége (SN Uvs).
2. Az Uv beállítási ideje (az op-amp válasza, amikor az U-t kiugratják).

Hol kell használni

Az Op-Amp áramköröknek 2 típusa van, amelyek a csatlakoztatás módjában különböznek. Az Op-Amp-ok fő hátránya, hogy a Q értéke a működési módtól függően változik. A fő alkalmazási területek az erősítők: invertáló (IU) és nem invertáló (NIU). A LUT áramkörben a Q az U-n ellenállásokkal van beállítva (a jelet a bemenetre kell vezetni). Az op-amp egy soros típusú op-ampot tartalmaz. Ez a csatlakozás az egyik ellenálláshoz történik. Csak a V-hez alkalmazzák.

A DUT-ban a jelek fáziseltolódnak. A negatív kimeneti feszültség előjelének megváltoztatásához párhuzamos működésre van szükség az U-val. A nem invertáló bemenetnek földeltnek kell lennie. A bemeneti jelet egy ellenálláson keresztül az invertáló bemenetre vezetjük. Ha a nem invertáló bemenet földre kerül, akkor az Op-Amp bemenetek közötti U különbség 0.

Meg lehet különböztetni azokat az eszközöket, amelyekben a DUT-okat használják:

1. Előerősítők.
2. Audio- és videofrekvenciás jelek erősítői.
3. U összehasonlítók.
4. Difusers.
5. Különbségtényezők.
6. Integrátorok.
7. Szűrőelemek.
8. Egyenirányítók (a kimeneti paraméterek pontosságának javítása).
9. U és I stabilizátorok.
10. Analóg-analóg számológépek.
11. ADC (analóg-digitális átalakítók).
12. DAC (digitális-analóg átalakító).
13. Különböző jelek előállítására szolgáló eszközök.
14. Számítástechnika.

A műveleti erősítők és alkalmazásuk széles körben elterjedt a különböző készülékekben.

Kapcsolódó cikkek: