Operaciniai stiprintuvai (optiniai stiprintuvai) plačiai naudojami elektronikoje ir mikroschemose. Jis pasižymi puikiomis techninėmis signalų stiprinimo charakteristikomis (TC). Norint suprasti op-ampų panaudojimą, būtina žinoti jų veikimo principą, jungimo schemą ir pagrindinius TC.
Turinys
Kas yra operacinis stiprintuvas
Operacinis stiprintuvas - tai integrinis grandynas (IC), kurio pagrindinė paskirtis - stiprinti nuolatinės srovės vertę. Jis turi tik vieną išėjimą, kuris vadinamas diferenciniu išėjimu. Šis išėjimas turi aukštą signalo stiprinimo koeficientą (CU). Operaciniai stiprintuvai daugiausia naudojami grandinėms su neigiamu grįžtamuoju ryšiu (NF), kuris lemia pradinės grandinės Q pagrindinio stiprinimo TC metu. Operaciniai stiprintuvai naudojami ne tik kaip atskiri integriniai grandynai, bet ir įvairiuose sudėtingų prietaisų blokuose.
Operaciniai stiprintuvai turi 2 įėjimus ir 1 išėjimą, taip pat turi išėjimus maitinimo šaltiniui (PSU) prijungti. Operacinio stiprintuvo veikimo principas yra paprastas. Remiamasi 2 taisyklėmis. Taisyklėse aprašomi paprasti optiniame stiprintuve vykstantys procesai, o optinio stiprintuvo veikimo principas aiškus net ir manekenams. Išėjime įtampų skirtumas (U) yra lygus 0, o optinio stiprintuvo įėjimuose srovės (I) beveik nėra. Vienas įėjimas vadinamas neinvertuojančiu (V+), o kitas - invertuojančiu (V-). Be to, DUT įėjimai turi didelę varžą (R) ir beveik nenaudoja I.
Mikroschema palygina įėjimų U vertes ir išveda signalą, iš anksto jį sustiprindama. Op-amp stiprintuvo vertė yra didelė - iki 1000000. Jei įėjime gaunama maža U vertė, išėjime galima gauti vertę, lygią maitinimo šaltinio U (Uip). Jei U prie V+ įėjimo yra didesnė už V-, išėjimo vertė bus didžiausia teigiama. Jei į invertuojančią įvestį paduodama teigiama U, išėjime bus didžiausia neigiama įtampos vertė.
Pagrindinis DSP veikimo reikalavimas - naudoti dvipolį maitinimo šaltinį. Galima naudoti vienpolį maitinimo šaltinį, tačiau tai labai apribos DSP galimybes. Jei naudosite akumuliatorių ir teigiamą akumuliatoriaus pusę laikysite 0, matavimas rodys 1,5 V. Jei paimsite 2 akumuliatorius ir sujungsite juos nuosekliai, bus pridėta U, t. y. prietaisas rodys 3 V.
Jei akumuliatoriaus minusinį laidą laikysite nuliu, prietaisas rodys 3 V. Kitu atveju, jei pliusinis laidas bus lygus 0, bus rodoma -3 V. Naudodami tašką tarp dviejų akumuliatorių kaip nulį, gausite primityvų dvipolį maitinimo šaltinį. Vienintelis būdas patikrinti, ar DUT veikia teisingai, yra prijungti jį prie grandinės.
Grandinės tipai ir simboliai
Tobulėjant elektros grandinėms, operaciniai stiprintuvai nuolat tobulinami ir atsiranda naujų modelių.
Jie skirstomi pagal paskirtį:
- Pramoninis - pigus variantas.
- Presinchroninis (tikslioji matavimo įranga).
- Elektrometrinis (mažas Iin).
- Mikroverslo (mažos I vertės maitinimo šaltinis).
- Programuojamas (srovės nustatomos naudojant I išorinį).
- Galingas arba didelės srovės (vartotojui perduoda didesnę I vertę).
- Maža įtampa (veikia esant U<3 V).
- Aukšta įtampa (skirta didelėms U vertėms).
- Greitas veikimas (didelis sūkių dažnis ir stiprinimo dažnis).
- Mažo triukšmo tipas.
- Garso tipas (mažas harmoninis iškraipymas).
- Skirta dvipoliams ir vienpoliams maitinimo šaltiniams.
- Skirtumo tipas (galima matuoti mažą U su dideliais trukdžiais). Naudojamas šuntuose.
- Parduodamų stiprintuvų pakopos.
- Specializuotas.
Pagal įėjimo signalus optiniai stiprintuvai skirstomi į 2 tipus:
- Su 2 įėjimais.
- 3 įėjimai. Trečiasis įvesties elementas naudojamas funkcijoms išplėsti. Jis turi vidinį grįžtamąjį ryšį.
Operacinio stiprintuvo grandinė yra gana sudėtinga, todėl nėra prasmės ją gaminti, o radijo mėgėjui tereikia žinoti teisingą operacinio stiprintuvo grandinę, tačiau tam reikia suprasti kontaktų priskyrimą.
Pagrindiniai integrinio grandyno kontaktų pavadinimai yra tokie:
- V+ - neinvertuojantis įėjimas.
- V- - Invertuojantis įėjimas.
- Vout yra išėjimas.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) yra maitinimo šaltinio pliusinis gnybtas.
- Vs- (Vss, Vee, Vcc-) yra maitinimo šaltinio minusinis gnybtas.
Praktiškai bet kuris optinis stiprintuvas turi 5 išvadus. Tačiau kai kuriuose modeliuose gali nebūti V-. Yra modelių su papildomais išvesties įrenginiais, kurie išplečia DT galimybes.
Maitinimo laidų ženklinti nereikia, nes tai padidina grandinės įskaitomumą. Maitinimo laidas nuo maitinimo šaltinio teigiamo gnybto arba poliaus yra grandinės viršuje.
Pagrindinės funkcijos
DUT, kaip ir kiti radijo komponentai, turi TC, kuriuos galima suskirstyti į tipus:
- Stiprinimas.
- Įvestis.
- Išvestis.
- Galia.
- Driftas.
- Dažnumas.
- Pelnas.
Stiprinimas yra pagrindinė optinio stiprintuvo charakteristika. Jį apibūdina išėjimo signalo ir įėjimo signalo santykis. Ji taip pat vadinama amplitudės arba perdavimo TC, kuri vaizduojama kaip priklausomybės grafikas. Įvesties dydžiai apima visus optinio stiprintuvo įvesties dydžius: Rin, poslinkio (Icm) ir poslinkio (Iin) srovės, dreifas ir maksimalus įėjimo diferencialas U (Udifmax).
Icm naudojamas optinio stiprintuvo veikimui įėjimuose. Iinx reikalingas op-amp įėjimo pakopos veikimui. Iinh poslinkis - tai Icm skirtumas tarp 2 DUT įėjimo puslaidininkių.
Kurdami grandines, jungdami rezistorius turite atsižvelgti į šiuos I. Jei į Iinx neatsižvelgiama, gali susidaryti diferencialas U, dėl kurio optinis stiprintuvas veiks neteisingai.
Udifmax - tai U, kuris taikomas tarp optinio stiprintuvo įėjimų. Jo vertė apibūdina diferencialinės pakopos puslaidininkių pažeidimo pašalinimą.
Siekiant užtikrinti patikimą apsaugą, tarp op-amp įėjimų lygiagrečiai sujungti 2 diodai ir stabilizatorius. Diferencinį įėjimą R apibūdina R tarp dviejų įėjimų, o bendrojo režimo įėjimas R - tai vertė tarp 2 DT įėjimų, kurie yra sujungti tarpusavyje, ir masės (įžeminimo). DUT išėjimo parametrai yra išėjimo R (Rout), maksimalus išėjimas U ir I. Norint pasiekti geriausias stiprinimo charakteristikas, R out parametro vertė turėtų būti mažesnė.
Norint pasiekti nedidelę R vertę, reikia naudoti emiterio kartotuvą. I Out pakeičiamas kolektoriumi I. Galios TC vertinami pagal didžiausią optinio stiprintuvo suvartojamą galią. Neteisingo optinio stiprintuvo veikimo priežastis yra diferencinio stiprintuvo pakopos puslaidininkių TC sklaida, kuri priklauso nuo temperatūrinių charakteristikų (temperatūrinis dreifas). Op-Amp dažnio parametrai yra pagrindiniai. Jie padeda sustiprinti harmoninius ir impulsinius signalus (greita reakcija).
Kad būtų išvengta aukšto dažnio signalų generavimo, tiek bendrosios paskirties, tiek specialiosios paskirties atidarytuvuose IC yra kondensatorius. Esant žemiems dažniams, grandinės turi didelį C faktorių be grįžtamojo ryšio (OC). OC atveju naudojamas neinvertuojantis perjungimas. Be to, kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, konstruojant invertuojantį stiprintuvą, OC nenaudojamas. Be to, op-ams būdingos dinaminės charakteristikos:
- Ug pakilimo greitis (SN Ug).
- Uv nustatymo laikas (optinio stiprintuvo atsakas, kai U yra šuolis).
Kur naudoti
Yra 2 tipų optinių stiprintuvų grandinės, kurios skiriasi jų jungimo būdu. Pagrindinis optinių stiprintuvų trūkumas - Q kintamumas priklausomai nuo veikimo režimo. Pagrindinės taikymo sritys yra stiprintuvai: invertuojantys (IU) ir neinvertuojantys (NIU). LUT grandinėje Q ant U nustatomas rezistoriais (signalas turi būti įvestas į įėjimą). Op-amp yra nuoseklaus tipo op-amp. Ši jungtis jungiama prie vieno iš rezistorių. Jis taikomas tik V-.
DUT signalai yra faziškai pasislinkę. Norint pakeisti neigiamos išėjimo įtampos ženklą, reikia lygiagrečiai veikti su U. Neinvertuojantis įėjimas turi būti įžemintas. Įėjimo signalas per rezistorių tiekiamas į invertuojantį įėjimą. Jei neinvertuojantis įėjimas yra į žemę, U skirtumas tarp op-amp įėjimų yra 0.
Galima išskirti prietaisus, kuriuose naudojami DUT:
- Išankstiniai stiprintuvai.
- Garso ir vaizdo dažnių signalų stiprintuvai.
- U lyginamieji rodikliai.
- Difuzoriai.
- Skiriamieji bruožai.
- Integratoriai.
- Filtro elementai.
- lygintuvai (geresnis išėjimo parametrų tikslumas).
- U ir I stabilizatoriai.
- Analoginiai-analoginiai skaičiuotuvai.
- ADC (analoginiai skaitmeniniai keitikliai).
- DAC (skaitmeniniai analoginiai keitikliai).
- Įvairių signalų generavimo prietaisai.
- Kompiuterių inžinerija.
Operaciniai stiprintuvai ir jų taikymas plačiai paplito įvairiuose prietaisuose.
Susiję straipsniai:
