Operacijski ojačevalniki (Op-Amps) se pogosto uporabljajo v elektroniki in mikrovezjih. Ima odlične tehnične lastnosti (TC) za ojačanje signalov. Če želite razumeti uporabo operacijskih ojačevalnikov, morate poznati njihovo načelo delovanja, diagram ožičenja in osnovne TC.
Vsebina
Kaj je operacijski ojačevalnik
Op-amp je integrirano vezje (IC), katerega glavni namen je ojačati enosmerne vrednosti. Ima samo en izhod, ki se imenuje diferencialni izhod. Ta izhod ima visok faktor ojačanja signala (CU). Operacijski ojačevalniki se uporabljajo predvsem pri konstrukciji vezij z negativno povratno zvezo (feedback), ki pri glavnem ojačanju TC določa Q originalnega vezja. DT se uporabljajo ne samo kot ločeni IC, ampak tudi v različnih blokih kompleksnih naprav.
Operacijski ojačevalniki imajo 2 vhoda in 1 izhod ter imajo tudi izhode za priključitev napajalnika (PSU). Princip delovanja operacijskega ojačevalnika je preprost. Za osnovo sta vzeti 2 pravili. Pravila opisujejo enostavne procese delovanja IC, ki potekajo v operacijskem ojačevalniku, kako IC deluje, pa je jasno tudi telebanom. Na izhodu je napetostna razlika (U) 0 in vhodi operacijskega ojačevalnika skoraj ne porabljajo toka (I). En vhod se imenuje neinvertirajoči (V+), drugi pa invertirajoči (V-).Poleg tega imajo vhodi DUT visoko upornost (R) in skoraj ne porabijo I.
Čip primerja vrednosti U vhodov in oddaja signal tako, da ga predojači. DUT ima visoko vrednost do 1000000. Če pride do nizkega vhoda U, je možno dobiti vrednost, ki je enaka napajalnemu U (Uip) na izhodu. Če je U na vhodu V+ večji od V-, bo imel izhod največjo pozitivno vrednost. Če je pozitivna U invertirajočega vhoda pod napetostjo, bo imel izhod največjo negativno vrednost napetosti.
Osnovna zahteva za delovanje operacijskega ojačevalnika je uporaba bipolarnega napajalnika. Možna je uporaba unipolarnega napajalnika, vendar je v tem primeru potencial DT močno omejen. Če uporabljate baterijo in vzamete pozitivno stran baterije za 0, boste pri merjenju vrednosti dobili 1,5 V. Če vzamete 2 bateriji in ju povežete zaporedno, bo prišlo do dodajanja U, to pomeni, da bo naprava pokazala 3 V.
Če vzamete minus pol baterije za nič, bo instrument pokazal 3 V. V drugem primeru, če vzamete plus kot 0, bo pokazal -3 V. Če uporabite točko med obema baterijama kot z ničlo dobite primitivno bipolarno napajanje. Ali operacijski ojačevalnik deluje pravilno, lahko preverite šele, ko ga priključite na vezje.
Vrste in oznake na vezju
Z razvojem električnega vezja se operacijski ojačevalniki nenehno izboljšujejo in pojavljajo se novi modeli.
Razvrstitev glede na področje uporabe:
- Industrijska - poceni možnost.
- Predsinhroni (precizna merilna oprema).
- Elektrometrični (nizek Iin).
- Mikro napajanje (nizka I poraba energije).
- Programabilen (tokovi so nastavljeni z zunanjim I).
- Močan ali visokotokovni (oddaja več I potrošniku).
- Nizkonapetostni (deluje pri U<3 V).
- Visoka napetost (zasnovana za visoke vrednosti U).
- Hitro delovanje (visoka hitrost obračanja in frekvenca ojačanja).
- Vrsta nizkega hrupa.
- Vrsta zvoka (nizko harmonično popačenje).
- Za bipolarno in unipolarno električno napajanje.
- Diferencial (sposoben meriti nizko U z visokim šumom). Uporablja se v šantih.
- Standardne ojačevalne stopnje.
- Specializirano.
Op-Amps so razdeljeni v 2 vrsti glede na vhodne signale:
- Z 2 vhodoma.
- S 3 vhodi. 3. vhod se uporablja za razširitev funkcionalnosti. Ima notranjo povratno informacijo.
Vezje operacijskega ojačevalnika je dovolj zapleteno in ga ni smiselno izdelati, radioamater pa mora le poznati pravilno vezje operacijskega ojačevalnika, za to pa morate razumeti dešifriranje njegovih izhodov.
Glavne oznake zatičev IC:
- V+ - neinvertirajoči vhod.
- V- - invertni vhod.
- Vout - izhod.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) - pozitivni priključek napajalnika.
- Vs-(Vss, Vee, Vcc-) je minus priključek napajalnika.
Skoraj vsak Opus ima 5 pinov. Vendar pa nekatere sorte morda nimajo V-. Obstajajo modeli, ki imajo dodatne izhode, ki razširjajo zmogljivosti operacijskega ojačevalnika.
Napajalnih vodnikov ni treba označiti, saj to poveča berljivost vezja. Napajalni kabel s pozitivnega priključka ali pola napajalnika je nameščen na vrhu vezja.
Glavne značilnosti
DUT, tako kot druge radijske komponente, imajo TC, ki jih lahko razdelimo na vrste:
- Ojačevanje.
- Vnos.
- Izhod.
- Moč.
- Drift.
- Pogostost.
- Odziv hitrosti.
Ojačanje je glavna značilnost operacijskega ojačevalnika. Zanj je značilno razmerje med izhodnim in vhodnim signalom. Imenuje se tudi amplituda ali prenos TH, ki je predstavljen v obliki grafov odvisnosti. Vhodne količine vključujejo vse količine za vhod DT: Rin, offset tokove (Icm) in offset tokove (Iin), drift in največjo vhodno razliko U (Udifmax).
Icm je za delovanje operacijskih ojačevalnikov na vhodih.Iinx je potreben za delovanje vhodne stopnje operacijskega ojačevalnika. Ivh premik je razlika Icm za 2 vhodna polprevodnika operacijskega ojačevalnika.
Med gradnjo tokokrogov morate te I-je upoštevati pri povezovanju uporov. Če se Iinx ne upošteva, lahko ustvari diferencialno U, kar bo povzročilo nepravilno delovanje op-amp.
Udifmax je U, ki se napaja med vhodi operacijskega ojačevalnika. Njegova vrednost označuje izključitev poškodb polprevodnikov diferencialne stopnje.
Za zanesljivo zaščito sta med vhodi DT vzporedno povezani 2 diodi in stabilizator. Diferencialni vhod R je označen z R med obema vhodoma, skupni vhod R pa je vrednost med 2 vhodoma DT, ki sta združena, in maso. Izhodni parametri DUT-jev so izhod R (Rout), največji izhod U in I. Vrednost parametra R out mora biti nižja, da se dosežejo najboljše lastnosti ojačenja.
Za doseganje majhne R-vrednosti je treba uporabiti repetitor oddajnika. Izhod I se spremeni s kolektorjem I. Moč TC se oceni z največjo močjo, ki jo porabi operacijski ojačevalnik. Vzrok za nepravilno delovanje Op-Amp je sipanje TC polprevodnikov stopnje diferencialnega ojačevalnika, ki je odvisno od temperaturnih karakteristik (temperaturni drift). Frekvenčni parametri operacijskega ojačevalnika so osnovni. Prispevajo k ojačanju harmoničnih in impulznih signalov (hitrostni odziv).
Kondenzator je vključen v splošne in posebne tipe op-amp IC, ki preprečuje generiranje visokofrekvenčnih signalov. Pri nizkih frekvencah imajo vezja velik K-faktor brez povratne zveze (OS). V primeru OC se uporablja neinvertirajoče preklapljanje. Tudi v nekaterih primerih, na primer pri izdelavi invertnega ojačevalnika, se OC ne uporablja. Poleg tega imajo operacijski ojačevalniki dinamične lastnosti:
- Hitrost naraščanja Uv (SN Uv).
- Čas nastavitve Uv (odziv operacijskega ojačevalnika, ko je U izpostavljen).
Kje uporabiti
Obstajata dve vrsti vezja operacijskega ojačevalnika, ki se razlikujeta po načinu povezave. Glavna pomanjkljivost operacijskih ojačevalnikov je variabilnost Q, ki je odvisna od načina delovanja. Glavne uporabe so ojačevalniki: invertni (IU) in neinvertirajući (NIU). V vezju LUT se Q na U nastavi z upori (signal mora biti doveden na vhod). Op-Amp vsebuje serijsko povratno informacijo. Ta povezava je narejena z enim od uporov. Napaja se le v V-.
V DUT je fazni zamik v signalih. Za spremembo predznaka negativne izhodne napetosti je potrebno vzporedno delovanje U. Vhod, ki je neinvertirajoči vhod, mora biti ozemljen. Vhodni signal se skozi upor napaja na invertni vhod. Če se neinvertirajući vhod poveže z maso, je razlika U med vhodi operacijskega ojačevalnika 0.
Razlikujemo med napravami, v katerih se uporabljajo DUT:
- Predojačevalniki.
- Ojačevalniki avdio in video frekvenčnih signalov.
- U primerjalniki.
- Difuzorji.
- Diferenciatorji.
- Integratorji.
- Filtrirni elementi.
- Usmerniki (visoko natančni izhodni parametri).
- U in I stabilizatorja.
- Analogni kalkulatorji.
- ADC (analogno-digitalni pretvorniki).
- DAC (digitalno-analogni pretvorniki).
- Naprave za generiranje različnih signalov.
- Računalniška strojna oprema.
Operacijski ojačevalniki in njihova uporaba so postali razširjeni v različni opremi.
Povezani članki:
