Wzmacniacz operacyjny: 5 ważnych cech

Co to jest wzmacniacz operacyjny?

Wzmacniacz operacyjny to skrót od „wzmacniacza operacyjnego”, czyli bezpośrednio sprzężonego wzmacniacza o dużym wzmocnieniu. Termin „wzmacniacz operacyjny” oznacza, że ​​wzmacniacz może wykonywać pewne operacje, takie jak - sumowanie, odejmowanie, porównywanie itp. Słowo „wzmocnienie” sugeruje, że może wzmacniać sygnał wejściowy.

Idealny wzmacniacz operacyjny

Idealny wzmacniacz operacyjny praktycznie nie istnieje, ale ma najlepsze cechy. Wszystkie praktyczne wzmacniacze operacyjne są zbudowane tak, aby uzyskać zbliżone właściwości jako idealny wzmacniacz operacyjny. Omówmy niektóre cechy idealnego wzmacniacza operacyjnego.

Idealna charakterystyka wzmacniacza operacyjnego

1. Idealny wzmacniacz operacyjny zapewnia nieskończone wzmocnienie napięcia.
2. Ma nieskończoną impedancję wejściową.
3. Ma zerową rezystancję wyjściową.
4. Ma nieskończoną przepustowość.
5. Współczynnik odrzucenia w trybie wspólnym jest nieskończony.
6. Współczynnik odrzucenia zasilania jest nieskończony.
7. Szybkość zmian wynosi 0.

Odwracający wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny ma różne tryby działania. Odwracający wzmacniacz operacyjny reprezentuje typ procesu, w którym sygnał wejściowy jest dostarczany przez terminal odwracający wzmacniacza operacyjnego. Faza wyjścia wzmacniacza zostaje odwrócona w procesie wzmacniania. Odwracający wzmacniacz operacyjny ma większe wzmocnienie niż nieodwracający wzmacniacz operacyjny.

Wzmacniacz operacyjny nieodwracający

Tryb nieodwracający to kolejny tryb działania przy użyciu wzmacniacza operacyjnego. Tutaj sygnał wejściowy jest dostarczany za pomocą nieodwracającego zacisku wzmacniacza operacyjnego. Zatem faza wyjściowa pozostaje taka sama i nie ulega odwróceniu podczas pracy. Dlatego ta operacja przy użyciu wzmacniacza operacyjnego jest nazywana „nieodwracającym wzmacniaczem operacyjnym”. Ten wzmacniacz operacyjny zapewnia wyższą stabilność systemu dzięki systemowi ujemnego sprzężenia zwrotnego, ale ma mniejsze wzmocnienie niż odwracający wzmacniacz operacyjny. Pomiędzy nieodwracającym wzmacniaczem operacyjnym a odwracającym wzmacniaczem operacyjnym, wzmacniacz odwracający ma więcej preferencji.

Obwody wzmacniacza operacyjnego | Podstawowe obwody wzmacniacza operacyjnego

Obwody wzmacniaczy operacyjnych są specyficzne dla ich działania. Wzmacniacz operacyjny jest w stanie wykonać kilka operacji matematycznych. Obwody wykonujemy według potrzeb. Poniższy obraz przedstawia typowy symbol obwodu wzmacniacza operacyjnego.

Możemy zauważyć, że wzmacniacz operacyjny ma dwa wejścia (oznaczone jako 1 i 2). Wejście oznaczone „-” to zacisk odwracający. Wejście oznaczone znakiem „+” to zacisk nieodwracający. Para połączeń napięciowych, pokazana jako + Vsat i -Vsat, to dodatnie napięcie nasycenia i ujemne napięcie nasycenia, reprezentuje najwyższą i najniższą wartość graniczną wzmacniacza operacyjnego; można to zaobserwować na wyjściu.

Napięcia nasycenia są przykładane do wzmacniacza operacyjnego, aby zrównoważyć wzmacniacz operacyjny względem masy. Dane wyjściowe są pobierane z terminala „O”.

741 wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacze operacyjne są teraz dostępne na rynkach za pośrednictwem układów scalonych. Jednym z takich układów scalonych jest wzmacniacz operacyjny 741. Jest to monolityczny układ scalony (wszystkie połączenia są utworzone na jednym kawałku krystalicznego krzemu). Układ scalony składa się z jednego wzmacniacza operacyjnego. Firma Fairchild Semiconductor opracowała go we wczesnych latach sześćdziesiątych. Liczba 741 wskazuje, że układ scalony ma siedem funkcjonalnych pinów, cztery piny wejściowe i jeden wyjściowy.

741 wyprowadzeń wzmacniacza operacyjnego

Poniższy schemat przedstawia wyprowadzenia układu scalonego. Terminologia układu scalonego składająca się ze wzmacniacza operacyjnego opisuje również wyprowadzenia. Liczba 7 z 741 oznacza siedem funkcjonalnych pinów, cztery piny wejściowe i jeden pin wyjściowy.

Schemat wzmacniacza operacyjnego 741

Poniższy mag przedstawia schemat wzmacniacza operacyjnego 741.

Integrator wzmacniacza operacyjnego

Wspomnieliśmy wcześniej, a wzmacniacz operacyjny może wykonać kilka operacji matematycznych. Zobaczmy, jak wzmacniacz operacyjny może wykonać operację „całkowania” na sygnale wejściowym. Aby zaimplementować integrator za pomocą wzmacniacza operacyjnego, potrzebujemy kondensatora i kilku rezystorów oraz wzmacniacza operacyjnego! Poniższy schemat obwodu przedstawia obwód integratora wzmacniacza operacyjnego.

Działanie integratora

Koncepcja wirtualnego gruntu – działa, ponieważ zakłada OP AMP nieskończony zysk. Dlatego węzeł „A” na obrazie jest wirtualnym podłożem. Niech prąd „i” przepływa przez rezystancję R. Zatem prąd może być mierzony jako i = V1/R.

 Tutaj V1 jest napięciem wejściowym dostarczonym w zacisku odwracającym, a zacisk nieodwracający jest uziemiony za pomocą rezystora, a ze względu na wysoką impedancję wejściową ten sam prąd przepłynie przez ścieżkę sprzężenia zwrotnego, mając w tym kondensator. Zatem napięcie wyjściowe można zapisać jako:

Vo = - 1 / C 0 t [i dt]

Lub Vo = - 1 / RC 0 t [V1 dt]

Możemy więc powiedzieć, że napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do całki czasowej napięcia wejściowego i dlatego obwód jest określany jako integrator lub integrator Millera.

Komparator wzmacniacza operacyjnego

Komparator wzmacniacza operacyjnego lub komparator napięcia lub komparator to urządzenie elektroniczne, które porównuje dwa napięcia wejściowe i zapewnia wskazanie wyjścia. Wyjście wskazuje, które z dwóch wartości napięcia wejściowego ma bardziej niezwykłe wartości.

Wzmacniacz operacyjny jest zaprojektowany w konfiguracjach z otwartym obwodem, aby używać wzmacniacza operacyjnego jako komparatora.

• Jeśli napięcie na zacisku nieodwracającym jest wyższe niż napięcie na zacisku odwracającym, wyjście jest przełączane na dodatnie napięcie nasycenia wzmacniacza operacyjnego.
• Jeśli napięcie na zacisku odwracającym jest większe niż napięcie na zacisku nieodwracającym, o / p jest przełączane na -ve napięcie nasycenia wzmacniacza operacyjnego.

Obwód komparatora wzmacniacza operacyjnego

Poniższy obraz przedstawia obwód komparatora wzmacniacza operacyjnego.

Wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego

Wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego odnosi się do stosunku napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego, a wzmacniacz operacyjny ma dwa typy wzmocnienia w następujący sposób.

• Wzmocnienie w zamkniętej pętli: Jeśli system wzmacniacza operacyjnego ma powiązany z nim system sprzężenia zwrotnego, wówczas wzmocnienie systemu jest znane jako wzmocnienie w pętli zamkniętej.
• Wzmocnienie w otwartej pętli: Jeśli obwód wzmacniacza operacyjnego nie ma skojarzonego z nim układu sprzężenia zwrotnego, wówczas wzmocnienie jest wzmocnieniem w otwartej pętli.

Dla idealnego wzmacniacza operacyjnego wzmocnienie jest nieskończone dla dowolnych częstotliwości. W przypadku prawdziwych wzmacniaczy wzmocnienie jest absolutną stałą. Wzmocnienie to parametr wydajności wzmacniacza.

Nieodwracające wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego

Ogólne wyrażenie napięcia wyjściowego wzmacniacza nieodwracającego jest następujące: Vout = k * Vin

Równanie wyjściowe wzmacniacza nieodwracającego to: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Zatem porównując oba równania, wartość k będzie wynosić

k = [1 + (Rf / R1)]

To wyrażenie rezystora jest znane jako nieodwracające wzmocnienie wzmacniacza. Możemy zauważyć, że jeśli Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Zatem napięcie wejściowe zostaje wzmocnione o współczynnik 2. Stosunek (Rf / R1) zazwyczaj steruje wzmocnieniem. Zwiększenie Rf zwiększa wartość wzmocnienia.

Bufor wzmacniacza operacyjnego

Bufor wzmacniacza operacyjnego, bufor wzmocnienia jedności lub obwód wtórnika napięcia to specjalnie zaprojektowany model wzmacniacza nieodwracającego. Obserwuj obwód wzmacniacza nieodwracającego podanego powyżej. Gdybyśmy zrobili zerową rezystancję sprzężenia zwrotnego i nieskończoną rezystancję końcówki odwracającej, wzmocnienie wzmacniacza byłoby równe jedności. Dlatego ten obwód jest znany jako bufor wzmocnienia jedności. Ten bufor jest używany do dopasowania impedancji.

Wzmacniacz różnicowy

Różnicowy wzmacniacz operacyjny lub wzmacniacz różnicowy to wzmacniacz operacyjny, który wzmacnia różnicę między dwoma napięciami wejściowymi i zapewnia to jako wyjście i wykonuje operację odejmowania, w przeciwieństwie do wzmacniacza sumującego, który sumuje napięcia wejściowe.

Poniższy obwód przedstawia obwód wzmacniacza różnicowego.

operacje

Korzystając z pojęcia wirtualnej masy, możemy wywnioskować, że napięcie w węźle A jest takie samo jak napięcie w węźle B. Używając KCL, możemy napisać, że -

(V1 - Vx) / R1 = (Vx - VO) / R2

& (V2 - Vx) / R1 = Vx / R2

Tutaj V1 jest napięciem wejściowym. Vx to napięcie w węźle A (a także B). Vo to napięcie wyjściowe. Teraz zakładamy, że wzmacniacz operacyjny ma wysoką impedancję wejściową. Porównując i używając obu równań, możemy napisać -

Vo = (V2 - V1) * R2 / R1

To równanie wyjściowe uzasadnia operację.

Odwracanie wzmocnienia wzmacniacza operacyjnego

Ogólne wyrażenie napięcia wyjściowego wzmacniacza odwracającego to: Vout = -k * Vin

Równanie wyjściowe wzmacniacza odwracającego to: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Teraz, porównując oba równania, możemy powiedzieć -

k = (Rf / R1)

Jest to wzmocnienie w pętli zamkniętej wzmacniacza odwracającego.

Podsumowując wzmacniacz operacyjny

Sumowanie Wzmacniacz operacyjny lub sumujący wzmacniacz operacyjny to wzmacniacz, który wzmacnia sumowanie napięć wejściowych i dostarcza jako wyjście. Wykonuje operację sumowania lub dodawania, w przeciwieństwie do wzmacniacza różnicowego, który wykonuje operacje odejmowania.

Poniższy obraz przedstawia sumaryczny wzmacniacz operacyjny.

Działanie

Wykorzystując koncepcję wirtualnego gruntu, potencjał w węźle A jest taki sam, jak potencjał w węźle B. Aplikowanie KCL, możemy pisać -

I1 + I2 + I3 +… + IN = IO

Lub V1 / R1 + V2 / R2 +… + Vn / Rn = - Vo / Rf

Lub Vo = - [(V1 * Rf / R1) + (Rf * V2 / R2) +… + (Rf * Vn / Rn)

Teraz, jeśli R1 = R2 =… = Rn = Rf, wtedy możemy napisać -

Vo = - [V1 + V2 +… + Vn]

Wzmacniacz operacyjny popychacza napięcia | Popychacz wzmacniacza operacyjnego

Wzmacniacz operacyjny wtórnika napięcia lub bufor wzmocnienia jednostkowego lub obwód wtórnika napięcia to specjalnie zaprojektowany model wzmacniacza nieodwracającego i jeśli zrobiliśmy sprzężenie zwrotne rezystancja zero i nieskończona końcówka odwracająca opór, wzmocnienie wzmacniacza byłoby jednością. Ponieważ napięcie wyjściowe podąża za napięciem wejściowym bez wzmocnienia, wzmacniacz jest znany jako wtórnik napięcia op ap. Dlatego ten obwód jest również znany jako bufor wzmocnienia jedności. Ten bufor jest używany do dopasowania impedancji.

Dyskretny wzmacniacz operacyjny

Dyskretny wzmacniacz operacyjny jest zbudowany tak, aby zapewnić minimalną resztę między dodatnimi i ujemnymi wejściami, co dodatkowo powoduje wysokie wzmocnienie. Dyskretne wzmacniacze operacyjne są zwykle używane w aplikacjach audio, a nie konwencjonalne wzmacniacze operacyjne. Ma kilka zalet w stosunku do konwencjonalnych wzmacniaczy operacyjnych, ponieważ możliwa jest konstrukcja niestandardowa, wymaga mniejszej liczby komponentów, zapewnia lepszą stabilność temperatury itp.

Wzmacniacz operacyjny Lm741

Lm741 to monolityczny układ scalony, w którym znajduje się jeden wzmacniacz operacyjny. Posiada osiem pinów. Układ scalony nie wymaga zewnętrznej kompensacji częstotliwości. Zapewnia wyższy CMRR i zużywa mniej energii. Pinout lm741 podano poniżej.

Rozróżniacz wzmacniacza operacyjnego

Wzmacniacz operacyjny różnicujący lub różnicowy wzmacniacz operacyjny wykonuje operację różnicowania na wejściowym sygnale napięciowym. Aby zaimplementować wyróżniacz za pomocą wzmacniacza operacyjnego, potrzebujemy kondensatora i kilku rezystorów oraz wzmacniacza operacyjnego! Poniższy schemat obwodu przedstawia obwód różnicujący wzmacniacza operacyjnego.

Równania wzmacniacza operacyjnego

Równania wzmacniacza operacyjnego są ogólnie określane jako równania wyjściowe wzmacniacza operacyjnego. Równania wyjściowe przedstawiają zależność między napięciem wejściowym i wyjściowym. Współczynnik wzmocnienia można również określić z równań wyjściowych. Niektóre z równań wyjściowych niektórych podstawowych wzmacniaczy podano poniżej.

Równania nieodwracające wzmacniacza operacyjnego: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Odwracanie równań wzmacniacza operacyjnego: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Typy wzmacniaczy operacyjnych

Wzmacniacz operacyjny ma kilka typów zamiast kilku trybów działania. Różne typy wzmacniaczy operacyjnych wykonują różne operacje matematyczne. Niektórzy z nich są -

1. Odwracający wzmacniacz operacyjny
2. Wzmacniacz operacyjny nieodwracający
3. Różnica wzmacniacza operacyjnego
4. Sumując wzmacniacz
5. Integrator
6. Wzmacniacz różnicowy
7. Wzmacniacz logarytmiczny
8. Komparator
9. Konwerter prądu na napięcie
10. Konwerter napięcia na prąd

Wzmacniacz operacyjny odwracający vs nieodwracający

Zróbmy analizę porównawczą między odwracającym i nieodwracającym wzmacniaczem operacyjnym.

Wzmacniacz z negatywnym sprzężeniem zwrotnym

W przypadku systemu z pętlą zamkniętą wzmacniacza operacyjnego, jeśli układ sprzężenia zwrotnego jest podłączony do zacisku odwracającego wzmacniacza operacyjnego, system sprzężenia zwrotnego jest nazywany sprzężeniem zwrotnym ujemnym. Wzmacniacz operacyjny działający z włączonym ujemnym sprzężeniem zwrotnym jest znany jako ujemne sprzężenie zwrotne. Wzmacniacze operacyjne z ujemnym sprzężeniem zwrotnym mają lepszą stabilność systemu, ale wzmocnienie jest niższe niż w przypadku wzmacniacza operacyjnego z dodatnim sprzężeniem zwrotnym.

Więcej artykułów związanych z elektroniką kliknij tutaj

Przeczytaj także:

• Jaka jest różnica między przedwzmacniaczem a wzmacniaczem mocy
• Czy amplituda sygnału wpływa na jego energię?
• Czy zasilacze HPF zawsze mają nieliniową odpowiedź fazową
• Gdzie powszechnie stosowane są diody w obwodach elektronicznych
• Dlaczego HPF miałby być zintegrowany z sekcją głośnika wysokotonowego systemu głośników?
• Czy współczynnik jakości q wpływa na obszar przejściowy hpf
• Czy diody Zenera mogą współpracować z innymi diodami w określonych zastosowaniach?
• Jaki jest spadek napięcia w obwodzie równoległym
• Jak znaleźć opór równoległy
• Jak rozwiązać problem z niereagującym przerzutnikiem

Sudipta Roy

Cześć, jestem Sudipta Roy. Zrobiłem B. Tech w elektronice. Jestem entuzjastą elektroniki i obecnie zajmuję się dziedziną elektroniki i komunikacji. Interesuję się nowoczesnymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe. Moje teksty skupiają się na dostarczaniu dokładnych i aktualnych danych wszystkim uczniom. Pomaganie komuś w zdobywaniu wiedzy sprawia mi ogromną przyjemność.
Połączmy się poprzez LinkedIn –