Ce este un amplificator operațional?

Amplificatoarele operaționale (Op-Amps) sunt utilizate pe scară largă în electronică și în microcircuite. Are caracteristici tehnice (TC) excelente pentru amplificarea semnalelor. Pentru a înțelege utilizările amplificatoarelor operaționale, este necesar să se cunoască principiul de funcționare, schema de cablare și TC-urile de bază.

Ce este un amplificator operațional

Un amplificator operațional este un circuit integrat (CI) al cărui scop principal este de a amplifica o valoare de curent continuu. Acesta are o singură ieșire, care se numește ieșire diferențială. Această ieșire are un factor de amplificare a semnalului (CU) ridicat. Amplificatoarele operaționale sunt utilizate în principal pentru a construi circuite cu reacție negativă (NF), care determină Q-ul circuitului original în timpul TC principal de amplificare. Amplificatoarele operaționale sunt utilizate nu numai ca circuite integrate individuale, ci și în diferite blocuri de dispozitive complexe.

Amplificatoarele operaționale au 2 intrări și 1 ieșire și au, de asemenea, ieșiri pentru conectarea unei surse de alimentare (PSU). Principiul de funcționare al unui amplificator operațional este simplu. Există 2 reguli luate ca bază. Regulile descriu procesele simple care au loc în amplificatorul operațional, iar modul de funcționare al amplificatorului operațional este clar chiar și pentru începători. La ieșire, diferența de tensiune (U) este 0, iar intrările amplificatorului operațional nu absorb aproape deloc curent (I). O intrare se numește neinversoare (V+), iar cealaltă este inversă (V-). În plus, intrările DUT au o rezistență mare (R) și nu consumă aproape deloc I.

Cipul compară valorile U ale intrărilor și emite semnalul prin preamplificarea acestuia. Amplificatorul operațional are o valoare ridicată de până la 1000000. În cazul în care la intrare apare o valoare U scăzută, este posibil să se obțină la ieșire o valoare egală cu cea a sursei de alimentare U (Uip). Dacă U la intrarea V+ este mai mare decât V-, ieșirea va avea o valoare pozitivă maximă. Dacă se alimentează U pozitiv al intrării inversoare, ieșirea va avea valoarea maximă a tensiunii negative.

Cerința de bază pentru funcționarea DSP este utilizarea unei surse de alimentare bipolare. Este posibil să se utilizeze o sursă de alimentare unipolară, dar acest lucru va limita grav capacitatea DSP-ului. Dacă folosiți o baterie și luați partea pozitivă a bateriei ca 0, măsurarea va arăta 1,5 V. Dacă luați 2 baterii și le conectați în serie, atunci se va produce un plus de U, adică dispozitivul va arăta 3 V.

Dacă luați cablul minus al bateriei ca fiind zero, instrumentul va arăta 3 V. În celălalt caz, dacă luați cablul plus ca fiind 0, acesta va arăta -3 V. Folosind punctul dintre cele două baterii ca zero, se obține o sursă de alimentare bipolară primitivă. Singura modalitate de a verifica dacă DUT funcționează corect este să îl conectați la circuit.

Tipuri și simboluri pe un circuit

Odată cu dezvoltarea circuitelor electrice, amplificatoarele operaționale sunt în mod constant îmbunătățite și apar noi modele.

Acestea sunt clasificate în funcție de aplicația lor:

1. Industrial - opțiunea cu costuri reduse.
2. Presincronă (echipamente de măsurare de precizie).
3. Electrometric (Iin scăzut).
4. Microalimentat (alimentare cu valoare I scăzută).
5. Programabil (curenții sunt setați cu I extern).
6. Puternic sau de curent mare (emite o valoare I mai mare către consumator).
7. Tensiune scăzută (funcționează la U<3 V).
8. Tensiune înaltă (conceput pentru valori U ridicate).
9. Acționează rapid (viteză de rotație și frecvență de amplificare ridicată).
10. Tipul cu zgomot redus.
11. Tip audio (distorsiune armonică scăzută).
12. Pentru surse de alimentare de tip bipolar și unipolar.
13. Tipul de diferență (capabil să măsoare U scăzut cu interferențe ridicate). Se utilizează în șunturi.
14. Etaje de amplificare din comerț.
15. Specializat.

Amplificatoarele operaționale sunt împărțite în 2 tipuri în funcție de semnalele de intrare:

1. Cu 2 intrări.
2. Cu 3 intrări. A treia intrare este utilizată pentru a extinde funcționalitatea. Are feedback intern.

Circuitul unui amplificator operațional este destul de complex și nu are rost să construim unul, iar radioamatorul trebuie doar să cunoască circuitul corect al amplificatorului operațional, dar pentru a face acest lucru, trebuie să înțeleagă atribuirea pinilor.

Principalele denumiri ale pinilor IC sunt următoarele:

1. V+ - intrare neinversoare.
2. V- - Intrare inversă.
3. Vout este ieșirea.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) este terminalul plus al sursei de alimentare.
4. Vs- (Vss, Vee, Vcc-) este borna minus a sursei de alimentare.

Practic, orice amplificator operațional este echipat cu 5 pini. Cu toate acestea, este posibil ca unele modele să nu aibă V-. Există modele care au ieșiri suplimentare care extind capacitățile DT.

Cablurile de alimentare nu trebuie să fie etichetate, deoarece acest lucru sporește lizibilitatea circuitului. Cablul de alimentare de la terminalul sau polul pozitiv al sursei de alimentare este plasat în partea superioară a circuitului.

Caracteristici principale

DUT-urile, ca și alte componente radio, au TC-uri, care pot fi împărțite în tipuri:

1. Amplificare.
2. Intrare.
3. Ieșire.
4. Putere.
5. Drift.
6. Frecvența.
7. Câștig.

Câștigul este principala caracteristică a unui amplificator operațional. Se caracterizează prin raportul dintre semnalul de ieșire și semnalul de intrare. Este, de asemenea, denumită TC de amplitudine sau de transfer, care este reprezentată sub forma unui grafic de dependență. Cantitățile de intrare includ toate cantitățile pentru intrarea amplificatorului operațional: Rin, curenții de decalaj (Icm) și de decalaj (Iin), deriva și valoarea maximă a diferenței de intrare U (Udifmax).
Icm este utilizat pentru funcționarea amplificatorului operațional la intrări. Iinx este necesar pentru funcționarea etajului de intrare al amplificatorului operațional. Deplasarea Iinh este diferența dintre Icm pentru cele 2 semiconductoare de intrare ale DUT.

Atunci când construiți circuite, trebuie să luați în considerare aceste I-uri atunci când conectați rezistențe. Dacă Iinx nu este luat în considerare, se poate crea o diferență U, ceea ce va duce la o funcționare incorectă a amplificatorului operațional.
Udifmax este U care se aplică între intrările amplificatorului operațional. Valoarea sa caracterizează excluderea deteriorării semiconductorilor etajului diferențial.

Pentru o protecție fiabilă, 2 diode și un stabilizator sunt conectate în contra-paralel între intrările amplificatorului operațional. Intrarea diferențială R este caracterizată de R între cele două intrări, iar intrarea în mod comun R este valoarea dintre cele 2 intrări ale DT care sunt interconectate și masă (masă). Parametrii de ieșire ai DUT sunt ieșirea R (Rout), ieșirea maximă U și I. Parametrul R out trebuie să aibă o valoare mai mică pentru a obține cele mai bune caracteristici de câștig.

Pentru a obține o valoare R mică, trebuie să se utilizeze un repetor de emițător. I Out este schimbat cu un colector I. TC de putere sunt evaluate prin puterea maximă consumată de amplificatorul operațional. Cauza funcționării incorecte a amplificatorului operațional este împrăștierea TC a semiconductoarelor din etajul amplificatorului diferențial, care depinde de caracteristicile de temperatură (derivă de temperatură). Parametrii de frecvență ai Op-Amp sunt de bază. Acestea contribuie la amplificarea semnalelor armonice și pulsatorii (răspuns rapid).

Un condensator este inclus atât în circuitele integrate de deschidere de uz general, cât și în cele de uz special, pentru a preveni generarea de semnale de înaltă frecvență. La frecvențe joase, circuitele au un factor C ridicat fără reacție (OC). Comutarea neinversoare este utilizată în cazul OC. În plus, în unele cazuri, de exemplu, în construcția unui amplificator inversor, nu se folosește niciun OC. În plus, amplificatoarele operaționale au caracteristici dinamice:

1. Viteza de rotație a Uvs (SN Uvs).
2. Timpul de reglare a lui Uv (răspunsul amplificatorului operațional atunci când U este în vârf).

Unde se utilizează

Există 2 tipuri de circuite Op-Amp care diferă prin modul în care sunt conectate. Principalul dezavantaj al amplificatoarelor operaționale este variabilitatea lui Q în funcție de modul de funcționare. Principalele domenii de aplicare sunt amplificatoarele: inversoare (IU) și neinversoare (NIU). În circuitul LUT, Q pe U este setat cu rezistențe (semnalul trebuie aplicat la intrare). Amplificatorul operațional conține un amplificator operațional de tip serie. Această conexiune se face la una dintre rezistențe. Se aplică numai la V-.

Într-un DUT, semnalele sunt defazate. Pentru a schimba semnul tensiunii de ieșire negative, este necesară o funcționare în paralel cu U. Intrarea, care este o intrare neinversoare, trebuie să fie legată la pământ. Semnalul de intrare este alimentat la intrarea inversoare prin intermediul unui rezistor. Dacă intrarea neinversoare merge la masă, diferența U între intrările amplificatorului operațional este 0.

Este posibil să se facă distincția între dispozitivele în care sunt utilizate DUT:

1. Preamplificatoare.
2. Amplificatoare de semnale de frecvență audio și video.
3. Comparatori U.
4. Difuzori.
5. Diferențiatori.
6. Integratori.
7. Elemente de filtrare.
8. Redresoare (precizie îmbunătățită a parametrilor de ieșire).
9. stabilizatori U și I.
10. Calculatoare analogice la analogice.
11. ADC (convertor analogic-digital).
12. DAC (convertor digital-analogic).
13. Dispozitive pentru generarea de diverse semnale.
14. Ingineria calculatoarelor.

Amplificatoarele operaționale și aplicațiile lor au devenit foarte răspândite în diverse aparate.

Articole conexe: