Wat is een operationele versterker?

Operationele versterkers (Op-Amps) worden veel gebruikt in de elektronica en de microschakelingen. Het heeft uitstekende technische kenmerken (TC) voor het versterken van signalen. Om de toepassingen van op-amps te begrijpen, is het noodzakelijk het werkingsprincipe, het bedradingsschema en de basis-TC's te kennen.

Wat is een operationele versterker

Een op-amp is een geïntegreerde schakeling (IC) waarvan het hoofddoel is een gelijkstroomwaarde te versterken. Hij heeft slechts één uitgang, die differentiële uitgang wordt genoemd. Deze uitgang heeft een hoge signaalversterkingsfactor (CU). Op-Amps worden hoofdzakelijk gebruikt om schakelingen te bouwen met negatieve terugkoppeling (NF), die de Q van de oorspronkelijke schakeling bepaalt tijdens de hoofdversterking TC. Op-Amps worden niet alleen als afzonderlijke IC's gebruikt, maar ook in diverse blokken van complexe apparaten.

Op-Amps hebben 2 ingangen en 1 uitgang, en hebben ook uitgangen voor het aansluiten van een voeding (PSU). Het werkingsprincipe van een operationele versterker is eenvoudig. Er zijn 2 regels als basis genomen. De regels beschrijven de eenvoudige processen die in de op-amp optreden en hoe de op-amp werkt is zelfs voor dummies duidelijk. Aan de uitgang is het spanningsverschil (U) 0 en de ingangen van de op-amp nemen bijna geen stroom (I) op. Eén ingang heet niet-inverterend (V+) en de andere is inverterend (V-). Bovendien hebben de ingangen van de DUT een hoge weerstand (R) en verbruiken ze bijna geen I.

De chip vergelijkt de U-waarden van de ingangen en geeft het signaal door voorversterking weer. De op-amp heeft een hoge waarde van maximaal 1000000. Als aan de ingang een lage U-waarde optreedt, is het mogelijk aan de uitgang een waarde te krijgen die gelijk is aan de voedings U (Uip). Als de U op de V+ ingang groter is dan de V-, zal de uitgang een maximale positieve waarde hebben. Als de positieve U van de inverterende ingang wordt gevoed, zal de uitgang de maximale negatieve spanningswaarde hebben.

De basisvereiste voor DSP-werking is het gebruik van een bipolaire voeding. Het is mogelijk om een unipolaire voeding te gebruiken, maar dit zal de mogelijkheden van de DSP ernstig beperken. Als u een batterij gebruikt en de positieve kant van de batterij als 0 neemt, zal de meting 1,5 V aangeven. Neemt men 2 batterijen en sluit deze in serie aan, dan zal de optelling van U geschieden, d.w.z. het toestel zal 3 V aangeven.

Als u de minpool van de batterij als nul neemt, zal het instrument 3 V aangeven. In het andere geval, als je de pluskabel neemt als 0, zal het -3 V tonen. Met het punt tussen de twee batterijen als nul krijg je een primitieve bipolaire stroomvoorziening. De enige manier om te controleren of de DUT correct werkt is deze aan te sluiten op het circuit.

Typen en symbolen op een circuit

Met de ontwikkeling van de elektrische schakelingen worden de operationele versterkers voortdurend verbeterd en verschijnen er nieuwe modellen.

Zij worden ingedeeld volgens hun toepassing:

1. Industrieel - de goedkope optie.
2. Presynchroon (precisie meetapparatuur).
3. Elektrometrisch (laag Iin).
4. Micro-gevoed (lage I-waarde voeding).
5. Programmeerbaar (stromen worden ingesteld met I extern).
6. Krachtige of hoge stroom (geeft een hogere I-waarde aan de verbruiker).
7. Lage spanning (werkt bij U<3 V).
8. Hoogspanning (ontworpen voor hoge U-waarden).
9. Snelwerkend (hoge zwenksnelheid en versterkingsfrequentie).
10. Type met laag geluidsniveau.
11. Audio type (lage harmonische vervorming).
12. Voor bipolaire en unipolaire stroomvoorziening.
13. Differentieel (in staat om lage U met hoge storing te meten). Gebruikt in shunts.
14. Kant-en-klare versterkertrappen.
15. Gespecialiseerd.

Op-Amps zijn onderverdeeld in 2 types, afhankelijk van het ingangssignaal:

1. Met 2 ingangen.
2. Met 3 ingangen. De 3e ingang wordt gebruikt om de functionaliteit uit te breiden. Het heeft interne feedback.

De schakeling van een operationele versterker is vrij ingewikkeld en het heeft geen zin er een te maken; de radioamateur hoeft alleen maar de juiste schakeling van de operationele versterker te kennen, maar daarvoor moet de pintoewijzing worden begrepen.

De belangrijkste aanduidingen van de IC-pinnen zijn als volgt:

1. V+ - niet-inverterende ingang.
2. V- - Inverterende ingang.
3. Vout is de uitgang.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) is de pluspool van de voeding.
4. Vs- (Vss, Vee, Vcc-) is de minpool van de stroomvoorziening.

Vrijwel elke Op-Amp is uitgerust met 5 pinnen. Sommige modellen hebben echter geen V-. Er zijn modellen met extra uitgangen die de mogelijkheden van het DT uitbreiden.

De voedingsdraden behoeven niet van een label te worden voorzien, aangezien dit de leesbaarheid van de schakeling vergroot. De voedingskabel van de positieve klem of pool van de voeding wordt bovenaan in de schakeling geplaatst.

Belangrijkste kenmerken

DUT's hebben, net als andere radiocomponenten, TC's, die kunnen worden onderverdeeld in typen:

1. Versterkend.
2. Input.
3. Uitgang.
4. Macht.
5. Drift.
6. Frequentie.
7. Winst.

De versterking is de belangrijkste eigenschap van een op-amp. Het wordt gekarakteriseerd door de verhouding van het uitgangssignaal tot het ingangssignaal. Het wordt ook de amplitude of overdracht TC genoemd, die wordt weergegeven als een afhankelijkheidsgrafiek. De ingangshoeveelheden omvatten alle ingangshoeveelheden voor de op-amp: Rin, offset (Icm) en offset (Iin) stromen, drift en het maximale ingangsdifferentieel U (Udifmax).
Icm wordt gebruikt voor de werking van de Op-Amp aan de ingangen. Iinx is nodig voor de werking van de ingangstrap van de op-amp. Iinh verschuiving is het verschil van Icm voor de 2 ingangshalfgeleiders van de DUT.

Bij het bouwen van schakelingen moet je met deze I's rekening houden bij het aansluiten van weerstanden. Indien geen rekening wordt gehouden met Iinx, kan een differentiële U ontstaan, hetgeen zal leiden tot een onjuiste werking van de op-amp.
Udifmax is de U die wordt toegepast tussen de ingangen van de op-amp. De waarde ervan kenmerkt de uitsluiting van schade aan de halfgeleiders van de differentiële trap.

Voor een betrouwbare bescherming zijn 2 diodes en een stabilisator tegen-parallel geschakeld tussen de ingangen van de op-amp. De differentiële ingang R wordt gekarakteriseerd door de R tussen de twee ingangen en de common-mode ingang R is de waarde tussen de 2 ingangen van de DT die onderling verbonden zijn en de massa (massa). De outputparameters van de DUT zijn de output R (Rout), de maximale output U en I. De parameter R out moet kleiner zijn om de beste versterkingskarakteristieken te verkrijgen.

Een emitter repeater moet worden gebruikt om een kleine R-waarde te bereiken. I Out is verwisseld met een collector I. De vermogens-TW's worden geëvalueerd aan de hand van het maximale vermogen dat door de Op-Amp wordt verbruikt. De oorzaak van de onjuiste werking van de op-amp is de verstrooiing van de TC van de halfgeleiders van de differentiële versterkertrap, die afhangt van de temperatuurkarakteristieken (temperatuurdrift). De frequentieparameters van Op-Amp zijn basis. Zij dragen bij tot de versterking van harmonische en gepulseerde signalen (snelheidsreactie).

Een condensator wordt opgenomen in zowel algemene als speciale opener-IC's om te voorkomen dat hoogfrequente signalen worden opgewekt. Bij lage frequenties hebben de circuits een hoge C-factor zonder terugkoppeling (OC). In het geval van OC wordt een niet-inverterende schakeling gebruikt. Bovendien wordt in sommige gevallen, bijvoorbeeld bij de constructie van een inverterende versterker, geen OC gebruikt. Bovendien hebben op-amps dynamische eigenschappen:

1. De zwenksnelheid van de Uvs (SN Uvs).
2. De insteltijd van Uv (respons van de op-amp wanneer U wordt gepiekt).

Waar te gebruiken

Er zijn 2 types Op-Amp schakelingen die verschillen in de manier waarop ze worden aangesloten. Het grootste nadeel van Op-Amps is de variabiliteit van Q, afhankelijk van de werkingsmodus. De belangrijkste toepassingsgebieden zijn versterkers: inverterend (IU) en niet-inverterend (NIU). In de LUT-schakeling wordt de Q op U ingesteld met weerstanden (het signaal moet op de ingang worden gezet). De op-amp bevat een op-amp van het serietype. Deze verbinding wordt gemaakt met een van de weerstanden. Het wordt alleen toegepast op V-.

In een DUT zijn de signalen in fase verschoven. Om het teken van de negatieve uitgangsspanning te veranderen, is parallelle werking met U vereist. De ingang, die een niet-inverterende ingang is, moet geaard zijn. Het ingangssignaal wordt via een weerstand naar de inverterende ingang gevoerd. Als de niet-inverterende ingang naar massa gaat, is het U-verschil tussen de Op-Amp ingangen 0.

Het is mogelijk onderscheid te maken tussen apparaten waarin DUT's worden gebruikt:

1. Voorversterkers.
2. Versterkers van audio- en videofrequentiesignalen.
3. U vergelijkers.
4. Verschillers.
5. Differentiators.
6. Integrators.
7. Filterelementen.
8. Gelijkrichters (verbeterde nauwkeurigheid van de uitgangsparameters).
9. U en I stabilisatoren.
10. Analoog naar analoog rekenmachines.
11. ADC (analoog naar digitaal omzetters).
12. DAC (digitaal naar analoog omzetters).
13. Apparaten voor het opwekken van diverse signalen.
14. Computer engineering.

Operationele versterkers en hun toepassingen zijn wijdverbreid geraakt in diverse apparaten.

Verwante artikelen: