Operativno pojačalo: sklopni sklopovi, princip rada. Pojačalo sklopa na op amp od noninverting pojačalo. Shema pojačala napona izravne struje na operativnom pojačalu

Članak će uzeti u obzir standard pojačalo na operativnom pojačalu, kao i primjere različitih načina rada ovog uređaja. Do danas, nikakav upravljački uređaj ne može raditi bez upotrebe operacijskih pojačala. To su doista univerzalni uređaji koji vam omogućuju da izvodite različite funkcije pomoću signala. O tome kako funkcionira i što vam posebno omogućuje da napravite ovaj uređaj, saznat ćete kasnije.

Inverting pojačala

Krug inverterskog pojačala na op ampu je vrlo jednostavan, možete ga vidjeti na slici. Temelji se na operacijskom pojačalu (njihovi sheme uključivanja opisani su u ovom članku). Osim toga, ovdje:

1. Na otporniku R1 je prisutan pad napona, u svojoj vrijednosti je isti kao i ulazni.
2. Otpornik R2 također ima pad napona - to je isto kao i vikend.

U ovom slučaju, omjer izlaznog napona prema otporu R2 jednak je vrijednosti odnosa ulaznog napona prema R1, ali natrag na njega znakom. Znajući otpor i napon, možete izračunati dobitak. Da biste to učinili, potrebno je podijeliti izlazni napon u ulazni napon. U ovom slučaju, operativno pojačalo (krugovi uključivanja mogu biti bilo koji) mogu imati isti faktor dobitka bez obzira na vrstu.

Rad s povratnim informacijama

Sada moramo detaljnije analizirati jednu ključnu točku - rad povratnih informacija. Pretpostavimo da postoji neki napon na ulazu. Za jednostavnost izračuna, neka je njegova vrijednost jednaka 1 V. Pretpostavimo i da je R1 = 10 kΩ, R2 = 100 kOhm.

Sada pretpostavimo da postoji neka nepredviđena situacija, zbog koje je izlazni stupanj napon je postavljen na 0 V. Dalje, tu je zanimljiv uzorak - dva otpori početi raditi u parovima, zajedno su stvorili od djelitelja napona. Na izlazu preokretanjem pozornici održava na 0,91 V. To omogućava OS popraviti neusklađenost ulaza, a javlja se smanjenje izlaznog napona. Dakle, vrlo jednostavan dizajn dijagram operativnih pojačala, signal pojačalo koje ostvaruje funkciju senzora, na primjer.

I ova promjena će se nastaviti do tog vremena dok se na izlazu ne ustanovi stabilna vrijednost od 10 V. Trenutno je potencijali na ulazima operacijskog pojačala jednaki. I oni će biti isti kao potencijal Zemlje. S druge strane, ako se napon nastavi smanjivati ​​na izlazu uređaja, a to će biti manje od -10 V, potencijal na ulazu bit će niži od razine tla. Posljedica toga je da napon počinje povećavati na izlazu.

Ovaj sklop ima veliki nedostatak - ulazna impedancija je vrlo mala, posebno za pojačala s velikom vrijednošću dobitka napona, u slučaju da je povratna petlja zatvorena. I dalje razmatrana struktura je lišena svih tih nedostataka.

Non-inverting pojačalo

Slika prikazuje krug ne-inverznog pojačala na operativnom pojačalu. Nakon analize, možemo izvući nekoliko zaključaka:

1. Vrijednost napona UA jednaka je ulaznom naponu.
2. Napon UA, koji je jednak omjeru proizvoda izlaznog napona i Rl na zbroj otpora R1 i R2, uklanja se iz razdjelnika.
3. U slučaju da je UA jednaka vrijednost ulaznog napona, dobitak je jednak omjeru izlaznog napona prema ulaznom naponu (ili je moguće dodati jedinstvo na omjer otpora R2 i R1).

Ovaj dizajn se zove non-inverting pojačalo, ima gotovo beskonačnu ulaznu impedanciju. Na primjer, za operativne pojačala 411 serija, njegova vrijednost je 1012 Ohm, minimum. I za operativna pojačala na bipolarnim poluvodičkim tranzistorima, u pravilu, više od 108 Ohm. Ali izlazna impedancija kaskade, kao iu prethodno razmatranom krugu, vrlo je mala - udio Ohm. I to treba uzeti u obzir prilikom izračunavanja sklopova na operativnim pojačalima.

AC strujni krug

Obje sheme, koje se u prethodnom članku razmatraju, rade na tome izravna struja. Ali ako izmjenična struja djeluje kao veza između izvora ulaznog signala i pojačala, potrebno je osigurati uzemljenje struje na ulazu u uređaj. I morate obratiti pozornost na činjenicu da je trenutna vrijednost izuzetno malena u veličini.

U slučaju da se dogodi pojačanje AC signala, potrebno je smanjiti dobitak signala konstantnom do jedinstva. To je osobito istinito u slučajevima gdje je naponska dobit vrlo visoka. Zbog toga je moguće značajno smanjiti učinak smicajnog naprezanja koji se primjenjuje na ulaz uređaja.

Drugi primjer sklopa za rad s izmjeničnim naponom

U ovom krugu, na razini od -3 dB, možete vidjeti odgovarajuću frekvenciju od 17 Hz. Na njemu na kondenzatoru impedancija je na razini od dva kilograma. Stoga kondenzator mora biti dovoljno velik.

Za izgradnju AC pojačala, potrebno je koristiti ne-inverzni tip kruga na operativnim pojačalima. I to bi trebalo imati dovoljno veliku naponsku dobit. Ali kondenzator može biti prevelik, stoga je najbolje prestati s korištenjem. Istina, potrebno je pravilno odabrati smični stres, izjednačujući je s nultom vrijednošću. A možete primijeniti T-oblika i povećati otpor oba otpornika u krugu.

Koja je shema poželjna za upotrebu

Većina programera daje prednost neizmjenjivim pojačalima, jer imaju vrlo visoku impedanciju na ulazu. Zanemaruju se sheme zanemarivanja inverznog tipa. Ali ovaj potonji ima veliku prednost - to nije zahtjevno po samom operativnom pojačalu, što je njeno "srce".

Osim toga, karakteristike, u stvari, puno je bolje. I uz pomoć zamišljenog uzemljenja, možete kombinirati sve signale bez posebnog napora i neće utjecati jedni na druge. Može se koristiti u nacrtima i krugu izravnog strujnog pojačala na operativnom pojačalu. Sve ovisi o potrebama.

I posljednja stvar je slučaj, ako je cijeli krug, koji se ovdje razmatra, povezuje sa stabilnim izlazom drugog operativnog pojačala. U ovom slučaju, vrijednost impedancije na ulazu ne igra značajnu ulogu - najmanje 1 kOhm, barem 10, iako beskonačno. U tom slučaju, prva faza uvijek obavlja svoju funkciju s obzirom na sljedeće.

Krug ponovnog pokusa

Ponavljač radi na operativnom pojačalu sličnom emiteru izgrađenoj na bipolarnom tranzistoru. I obavlja slične funkcije. Zapravo, to je non-inverting pojačalo, u kojem otpor prve otpornik je beskonačno velik, a drugi otpor je nula. Dobitak je jedinstvo.

Postoje posebne vrste operativnih pojačala koja se koriste u tehnologiji samo za sklopove repetera. Imaju puno bolje karakteristike - u pravilu, ovo je velika brzina. Kao primjer, možemo spomenuti takva operativna pojačala kao OPA633, LM310, TL068. Potonji ima tijelo, poput tranzistora, a također i tri vode. Vrlo često takva pojačala nazivaju se jednostavno puferima. Činjenica je da imaju svojstva izolata (vrlo velika ulazna impedancija i izuzetno niska izlazna snaga). Oko ovog načela, također je konstruiran sklop strujnog pojačala na operativnom pojačalu.

Aktivni način rada

Zapravo, to je način rada u kojem se izlazi i ulazi operativnog pojačala ne preopterećuju. Ako se na ulazni krug primijeni vrlo veliki signal, tada na izlazu jednostavno počinje rezati prema razini napona kolektora ili odašiljača. Ali kad je izlazni napon fiksiran na graničnoj razini - napon se ne mijenja na ulazima op-amp. U ovom slučaju, zakretanje ne može biti veće od napona napajanja pojačavanje kaskade.

Većina sklopovi za operativne pojačala se izračunava tako da je veličina manja od napona napajanja je 2 V. Međutim, to sve ovisi o tome što se koristi posebno pojačalo sklop operativno pojačalo. Postoji i ograničenje stabilnosti trenutni izvor na temelju operativnog pojačala.

Pretpostavimo da postoji pad napona u izvoru s plutajućim opterećenjem. Ako struja ima uobičajeni smjer kretanja, možete na prvi pogled zadovoljiti čudno opterećenje. Na primjer, nekoliko repolariziranih baterija. Takav dizajn može se koristiti za dobivanje izravne struje punjenja.

Neke mjere predostrožnosti

Jednostavno pojačalo napona na operativnom pojačalu (krug se može odabrati bilo koji) može se doslovno "na koljeno". Ali morate uzeti u obzir neke značajke. Potrebno je osigurati da su povratne informacije u shemi negativne. To također znači da je neprihvatljivo zbuniti neizmjenjiva i inverzna ulaza pojačala. Osim toga, treba postojati povratna petlja za izravnu struju. U suprotnom, operativno pojačalo će se brzo prebaciti u način zasićenja.

U većini operativnih pojačala, ulazni diferencijalni napon je vrlo malen u vrijednosti. U ovom slučaju, maksimalna razlika ulaznih i inverznih ulaza može biti ograničena na vrijednost od 5 V za bilo koju priključnicu izvora napajanja. Ako se taj uvjet ignorira, na ulazu se pojavljuju velike vrijednosti struja, što će dovesti do činjenice da će se sve značajke kruga pogoršati.

Najstrašnija stvar u ovom je fizičko uništenje operacijskog pojačala. Kao rezultat, sklop pojačala na operacijskom pojačalu prestaje raditi u potpunosti.

Imati na umu

I naravno, trebate razgovarati o pravilima koja treba poštivati ​​kako bi se osigurala stabilna i dugotrajna operacija operativnog pojačala.

Ono što je najvažnije, op amp ima vrlo visok napon. A ako se napon između ulaza mijenja u djeliću milivoltea, izlaz se može znatno promijeniti na izlazu. Stoga je važno znati: u operativnom pojačalu, izlaz nastoji nastojati osigurati da između ulaza razlika napona bude blizu (idealno jednaka) na nulu.

Drugo pravilo je da je trenutna potrošnja operacijskog pojačala izuzetno mala, doslovno nanoamperi. Ako su ulazi instalirani tranzistorima polja učinka, onda ga izračunava picoamperes. Stoga se može zaključiti da ulazi ne troše struju, bez obzira na operativno pojačalo, krug - načelo operacije ostaje isti.

Ali nemojte misliti da Op-Ampovi stvarno stalno mijenjaju ulaze na ulazima. Fizički, to je gotovo nemoguće, jer ne bi bilo dopisivanje s drugom pravilom. Zbog operacijskog pojačala procjenjuje se stanje svih ulaza. Pomoću sklopa preokrenutog vanjskog spoja, napon se prenosi na ulaz iz izlaza. Rezultat je da između ulaza operativnog pojačala napon razlika je na razini nulte.

Koncept povratne informacije

To je uobičajeni pojam i već se primjenjuje u širem smislu u svim područjima tehnologije. U svakom kontrolnom sustavu postoji povratna informacija koja uspoređuje izlazni signal i navedenu vrijednost (referentni). Ovisno o tome koja je vrijednost aktualna - postoji prilagodba u pravom smjeru. A kontrolni sustav može biti sve, čak i automobil koji putuje uz cestu.

Vozač pritisne kočnice, a povratna informacija je početak usporavanja. Usporedo s takvim jednostavnim primjerom, bolje se bavimo povratnim informacijama u elektroničkim sklopovima. A negativna je povratna informacija ako se automobil ubrzao kad je papučica kočnice pritisnuta.

U elektronici, povratna informacija je proces tijekom kojeg se signal prenosi od ulaza do ulaza. U tom je slučaju također otkazan signal na ulazu. S jedne strane, ovo nije vrlo osjetljiva ideja, jer se može činiti sa strane da će se faktor dobitka znatno smanjiti. Takve su povratne informacije, usput, primili osnivači razvoja povratnih informacija u elektronici. Ali vrijedno je detaljnije ispitati njegov utjecaj na operacijska pojačala - praktične sheme koje treba razmotriti. I postaje jasno da stvarno malo smanjuje dobitak, ali nam dopušta malo poboljšanje ostalih parametara:

1. Glatke značajke frekvencije (dovodi ih do traženog).
2. Omogućuje vam predviđanje ponašanja pojačala.
3. Može eliminirati ne-linearnost i izobličenje signala.

Što je dublja povratna informacija (to je negativno), manje se utječe na pojačalo karakteristike s otvorenim OS-om. Rezultat - svi njegovi parametri ovise samo o tome kakva je svojstva kruga.

Treba napomenuti da svi operativni pojačala rade u načinu rada s vrlo dubokim povratnim informacijama. Faktor napona dobitka (s otvorenom petlju) može doseći čak i nekoliko milijuna. Stoga je pojačalo na operativnom pojačalu iznimno zahtjevno za promatranje svih parametara za napajanje i razinu ulaznog signala.