Ei

Op-Amp, lyhenne operatiivisesta vahvistimesta, on analogisen elektroniikan selkäranka. Operatiivinen vahvistin on DC-kytketty elektroninen komponentti, joka vahvistaa jännitettä differentiaalitulosta vastuksen palautetta käyttämällä. Op-vahvistimet ovat suosittuja monipuolisuudestaan, koska ne voidaan konfiguroida monin tavoin ja niitä voidaan käyttää eri puolilla. Op-amp-piiri koostuu muutamasta muuttujasta, kuten kaistanleveys, tulo- ja lähtöimpedanssi, vahvistusmarginaali jne. Eri op-vahvistinten luokassa on erilaiset spesifikaatiot muuttujien mukaan. Eri integroitujen piirien (IC) paketeissa on paljon op-vahvistimia, joissakin op-vahvistimissa on kaksi tai useampia op-vahvistimia yhdessä paketissa. LM358, LM741, LM386 ovat joitain yleisesti käytettyjä Op-amp IC: itä. Voit oppia lisää Op-vahvistimista seuraamalla Op-amp-piirit -osiosta.

Op-vahvistimessa on kaksi differentiaalitulotappia ja ulostulotappi sekä tehonastat. Nämä kaksi differentiaalitulotappia ovat käänteinen tappi tai negatiivinen ja ei-käänteinen tappi tai positiivinen. Op-vahvistin vahvistaa tämän kahden tuloliittimen välisen jännite-eron ja antaa vahvistetun lähdön sen Vout- tai ulostulotapin poikki.

Tulotyypistä riippuen op-amp voidaan luokitella käänteiseksi tai ei-käänteiseksi. Tässä opetusohjelmassa opimme käyttämään op-ampia kääntämättömässä kokoonpanossa.

Ei-kääntelemällä kokoonpano, tulosignaali syötetään koko ei-invertoivan tulon terminaali (Positiivinen napa) op-amp. Tämän vuoksi vahvistetusta lähdöstä tulee " vaihe " tulosignaalin kanssa.

Kuten aiemmin keskustelimme, Op-amp tarvitsee palautetta tulosignaalin vahvistamiseksi. Tämä saavutetaan yleensä soveltamalla pieni osa lähtöjännitteestä takaisin kääntötappiin (ei-käänteisen kokoonpanon tapauksessa) tai ei-käänteiseen tapiin (käänteisen tapin tapauksessa) käyttämällä jännitteenjakajaverkkoa.

Ei-invertoiva operatiivisen vahvistimen määritys

Ylemmässä kuvassa näkyy ei-käänteisen kokoonpanon oma op-amp. Op-amp: n avulla vahvistettava signaali syötetään op-amp-piirin positiiviseen tai ei-käänteiseen tapiin, kun taas kahta vastusta R1 ja R2 käyttävä jännitteenjakaja antaa pienen osan ulostulosta invertoivalle op-amp-piirin nasta. Nämä kaksi vastusta tarjoavat tarvittavaa palautetta op-vahvistimelle. Ihanteellisessa tilassa op-vahvistimen tulotappi tarjoaa korkean tuloimpedanssin ja ulostulotappi on matalalla lähtöimpedanssilla.

Vahvistus riippuu kahdesta takaisinkytkentävastuksesta (R1 ja R2), jotka on kytketty jännitteenjakajan kokoonpanona. R2 kutsutaan Rf (palaute vastus)

Jännitteenjakajan lähtö, joka syötetään vahvistimen ei-käänteiseen tapiin, on yhtä suuri kuin Vin, koska Vin ja jännitteenjakajan liitoskohdat sijaitsevat saman maasolmun poikki.

Tästä johtuen, ja koska Vout on riippuvainen takaisinkytkentäverkosta, voimme laskea suljetun silmukan jännitevahvistuksen kuten alla.

Ei-invertoivan Op-vahvistimen voitto

Koska jännitteenjakajan ulostulo Jännite on sama kuin tulojännite , jakajan Vout = Vin

Joten, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Tai, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Vahvistimen (Av) kokonaisjännitevahvistus on Vout / Vin

Joten Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Tätä kaavaa käyttämällä voidaan päätellä, että ei-käänteisen operaatiovahvistimen suljetun silmukan jännitevahvistus on

Av = Vout / Vin = 1 + (Rf / R1)

Joten tällä tekijällä op-amp-vahvistus ei voi olla pienempi kuin yhtenäisyyden vahvistus tai 1. Myös voitto on positiivinen eikä se voi olla negatiivisessa muodossa. Vahvistus riippuu suoraan Rf: n ja R1: n suhteesta.

Nyt Mielenkiintoista on, jos laitamme arvo palautteen vastus tai Rf kuin 0, voitto on 1 tai yhtenäisyyttä. Ja jos R1: stä tulee 0, vahvistus on ääretön. Mutta se on mahdollista vain teoreettisesti. Todellisuudessa se riippuu laajalti op-amp-käyttäytymisestä ja avoimen silmukan vahvistuksesta.

Op-amp: ta voidaan käyttää myös kahden lisäjännitteen tulojännitteenä summausvahvistimena.

Käytännön esimerkki ei-invertoivasta vahvistimesta

Suunnittelemme ei-invertoivan op-amp-piirin, joka tuottaa 3x jännitteen vahvistuksen lähdössä verraten tulojännitettä.

Teemme 2 V: n tulon op-vahvistimessa. Määritämme op-amp: n ei-kääntyvässä kokoonpanossa 3x- vahvistusominaisuuksilla. Valitsimme R1- vastuksen arvoksi 1,2 k, selvitämme Rf- tai R2- vastuksen arvon ja laskemme lähtöjännitteen vahvistuksen jälkeen.

Koska vahvistus riippuu vastuksista ja kaava on Av = 1 + (Rf / R1)

Meidän tapauksessamme vahvistus on 3 ja R1: n arvo on 1. 2k. Joten Rf: n arvo on

3 = 1 + (Rf / 1,2k) 3 = 1 + (1,2k + Rf / 1,2k) 3,6k = 1,2k + Rf 3,6k - 1,2k = Rf Rf = 2,4k

Vahvistuksen jälkeen lähtöjännite on

Av = Vout / Vin 3 = Vout / 2V Vout = 6V

Esimerkkipiiri on esitetty yllä olevassa kuvassa. R2 on takaisinkytkentävastus ja vahvistettu lähtö on 3 kertaa kuin tulo.

Jännitteen seuraaja tai Unity Gain -vahvistin

Kuten aikaisemmin on käsitelty, jos teemme Rf tai R2 kuin 0, se tarkoittaa, että ei ole vastus R2, ja Vastus R1 on ääretön sitten vahvistimen on 1 tai se saavuttaa yhtenäisyys saada. Koska R2: ssa ei ole vastusta, lähtö on oikosuljettu op-vahvistimen negatiivisella tai käänteisellä tulolla. Koska vahvistus on 1 tai yhtenäisyys, tätä kokoonpanoa kutsutaan yhtenäisyyden vahvistimen vahvistimen kokoonpanoksi tai jännitteen seuraajaksi tai puskuriksi.

Kun laitamme tulosignaalin op-amp: n positiivisen tulon poikki ja lähtösignaali on vaiheessa tulosignaalin kanssa, jolla on 1x- vahvistus, saamme saman signaalin vahvistimen ulostulossa. Lähtöjännite on siis sama kuin tulojännite. Jännite ulos = Jännite sisään.

Joten se seuraa tulojännitettä ja tuottaa saman replikasignaalin koko lähdössä. Siksi sitä kutsutaan jännitteen seuraajapiiriksi.

Impedanssi on op-amp on erittäin korkea, kun jännite seuraaja tai yhtenäisyyden voitto kokoonpano on käytössä. Joskus tuloimpedanssi on paljon suurempi kuin 1 megohmi. Joten korkean tuloimpedanssin vuoksi voimme soveltaa heikkoja signaaleja tulon yli, eikä virtaa virtaa tulotapissa signaalilähteestä vahvistimeen. Toisaalta lähtöimpedanssi on hyvin pieni, ja se tuottaa saman signaalitulon lähdössä.

Yllä olevassa kuvassa näkyy jännitteen seuraajakonfiguraatio. Lähtö on kytketty suoraan op-amp: n negatiivisen navan yli. Tämän kokoonpanon vahvistus on 1x.

Kuten tiedämme, Vahvistus (Av) = Vout / Vin Joten, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

Suuren tuloimpedanssin takia tulovirta on 0, joten myös tuloteho on 0. Jännitteen seuraaja tarjoaa suuren tehovahvistuksen koko lähdössä. Tämän käyttäytymisen vuoksi jännitteen seuraajaa käytettiin puskuripiirinä.

Puskurin konfiguraatio tarjoaa myös hyvän signaalin eristystekijän. Tämän ominaisuuden takia jännitteen seuraajapiiriä käytetään Sallen-key-tyyppisissä aktiivisuodattimissa, joissa suodatinvaiheet eristetään toisistaan ​​jännitteen seuraaja-op-amp-kokoonpanolla.

Saatavilla on myös digitaalisia puskuripiirejä, kuten 74LS125, 74LS244 jne.

Koska voimme hallita ei-kääntyvän vahvistimen vahvistusta, voimme valita useita vastusarvoja ja tuottaa ei-invertoivan vahvistimen, jolla on vaihteleva vahvistusalue.

Ei-käänteisiä vahvistimia käytetään audioelektroniikan aloilla, samoin kuin laajuudessa, miksereissä ja useissa paikoissa, joissa tarvitaan digitaalista logiikkaa analogisen elektroniikan avulla.