Műveleti erősítő

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. március 14-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 9 szerkesztést igényelnek .

A műveleti erősítő ( op - amp ; angolul operational amplifier, OpAmp ) egy DC erősítő differenciális bemenettel és általában egyetlen kimenettel, nagy erősítéssel . Az op-erősítőket szinte mindig mély negatív visszacsatolású áramkörökben használják , amelyek az op-erősítő nagy erősítésének köszönhetően teljesen meghatározzák a kapott áramkör erősítését / átvitelét .

Jelenleg az op erősítőket széles körben használják, mind külön chipek, mind funkcionális blokkok formájában, összetettebb integrált áramkörök részeként . Ez a népszerűség annak köszönhető, hogy az op-amp egy univerzális egység, amelynek jellemzői közel állnak az ideálishoz, amelyre számos különféle elektronikai alkatrész építhető .

Történelem

A műveleti erősítőt eredetileg matematikai műveletek elvégzésére tervezték (innen ered a neve is), a feszültséget használva analóg értékként. Ez a megközelítés az analóg számítógépek hátterében áll, amelyekben a műveleti erősítőket alapvető matematikai műveletek ( összeadás , kivonás , integráció , differenciálás stb.) modellezésére használták. Az ideális op amp azonban egy többfunkciós áramköri megoldás, a matematikai műveleteken kívül számos alkalmazási területe van. A tranzisztorokon , vákuumcsöveken vagy más aktív komponenseken alapuló, diszkrét vagy integrált áramkörök formájában készült valódi op-erősítők az ideálisak közelítését jelentik.

Az első ipari csöves optikai erősítők ( 1940 -es évek) kettős triódapáron készültek , köztük különálló szerkezeti összeállítások formájában, oktális alappal . 1963- ban Robert Widlar (a Fairchild Semiconductor mérnöke ) megtervezte az első integrált áramkörű műveleti erősítőt, az integrált műveleti erősítőt. Ez a műveleti erősítő μA702 lett. A 300 dolláros áron 9 tranzisztort tartalmazó eszközt csak a katonai elektronikában használták. Az első nyilvánosan elérhető integrált műveleti erősítő, a szintén Widlar által tervezett μA709 1965 -ben jelent meg . Nem sokkal megjelenése után az ára 10 dollár alá esett, ami még mindig túl drága volt a hazai használatra, de meglehetősen megfizethető tömeges ipari automatizáláshoz és egyéb polgári alkalmazásokhoz.

1967- ben a National Semiconductor , ahová Widlar átköltözött, kiadta az integrált LM101-es op-amp-ot, 1968 -ban pedig a Fairchild kiadott egy, a μA741 -el majdnem teljesen azonos műveleti erősítőt – az első beépített frekvenciakorrekciós műveleti erősítőt. Az LM101/μA741 műveleti erősítő stabilabb és könnyebben használható volt, mint elődei. Sok gyártó még mindig gyártja ennek a klasszikus chipnek a változatait (a modellindexekben a "741" számról ismerheti fel őket). Később az op-erősítőket más elemalapon is kifejlesztették - pn átmenettel (1970-es évek vége) és szigetelt kapuval (1980-as évek eleje) lévő térhatású tranzisztorokon , ami lehetővé tette számos jellemző jelentős javítását. A modernebb műveleti erősítők közül sok minden változtatás nélkül beépíthető a 741-hez tervezett áramkörökbe, és az áramkör teljesítménye csak javulni fog.

Az op erősítők alkalmazása az elektronikában rendkívül széles. A műveleti erősítő valószínűleg az analóg áramkörök leggyakoribb eleme. Csak néhány külső komponens hozzáadásával az op-amp konkrét analóg jelfeldolgozó áramkörré válik . Sok szabványos műveleti erősítő csak néhány centbe kerül nagy mennyiségben ( 1000 darab ), de az egyedi erősítők (integrált vagy diszkrét) 100 dollárba vagy többe is kerülhetnek.

Jelölés

Az ábra egy műveleti erősítő sematikus ábrázolását mutatja. A következtetések jelentése a következő:

$V_{\mathrm {+} }$ - nem invertáló bemenet;
V - - invertáló bemenet;
V ki - kilépés;
V S + - plusz az áramforrásról (más néven , vagy ); $V_{\mathrm {DD} }$ $V_{\mathrm {CC} }$ $V_{\mathrm {CC+} }$
V S− - mínusz a tápegység (jelölése , vagy ). $V_{\mathrm {SS} }$ $V_{\mathrm {EE} }$ $V_{\mathrm {CC-} }$

Ez az öt következtetés minden operációs rendszerben megtalálható, és szükségesek a működéséhez. Vannak azonban olyan műveleti erősítők, amelyek nem rendelkeznek nem invertáló bemenettel [1] . Az ilyen műveleti erősítőket analóg számítógépekben (ACM) használják .

Az AVM-ekben használt műveleti erősítők általában öt osztályba vannak osztva, amelyek közül az első és a második osztályú műveleti erősítők csak egy bemenettel rendelkeznek.

Az első osztályú műveleti erősítők nagy pontosságú erősítők (UHT), egyetlen bemenettel. Úgy tervezték, hogy integrátorok , összeadók , nyomkövető és tárolóeszközök részeként működjön . A nagy nyereség, a rendkívül alacsony nulla eltolás, a bemeneti áram és a nulla eltolódás, a nagy sebesség 0,01% alá csökkenti az erősítő által okozott hibát.

A második osztályba tartozó műveleti erősítők közepes pontosságú erősítők (MAP-ok), amelyek egyetlen bemenettel rendelkeznek, alacsonyabb erősítéssel és nagy offset- és nulla-drift értékekkel rendelkeznek. Ezeket az op-erősítőket az együtthatók beállítására szolgáló elektronikus eszközök részeként, inverterekben, elektronikus kapcsolókban, funkcionális átalakítókban, szorzóeszközökben való használatra tervezték.

Ezenkívül egyes műveleti erősítők további kimenetekkel is rendelkezhetnek, például a nyugalmi áram beállítására, frekvenciakorrekcióra, kiegyenlítésre vagy egyéb funkciókra.

A tápérintkezők ( V S+ és V S− ) eltérően címkézhetők ( lásd az integrált áramkör táp érintkezőit ). A tápcsatlakozókat gyakran nem rajzolják az áramkörre, hogy ne zsúfolják össze irreleváns részletekkel, miközben ezeknek a érintkezőknek a csatlakoztatásának módja nincs kifejezetten feltüntetve, vagy nem tekinthető nyilvánvalónak (ez különösen gyakran fordul elő, ha egy erősítőt egy négy erősítővel rendelkező mikroáramkörből ábrázolnak. közös tápcsatlakozók). A diagramokon az op-amp kijelölésénél felcserélheti az invertáló és nem invertáló bemeneteket, ha ez kényelmes. A tápcsapok általában mindig egy irányban helyezkednek el (pozitív a tetején).

A működés alapjai

Élelmiszer

Általában az op-amp bipoláris teljesítményt használ , vagyis a tápegységnek három kimenete van a következő potenciálokkal:

U + , amelyhez V S+ csatlakozik ;
0 (nulla potenciál);
U - amelyhez V S - csatlakozik .

A nulla potenciálú tápegység kimenete általában nincs közvetlenül az op-erősítőhöz csatlakoztatva, hanem általában jelföldelés, és visszacsatolás létrehozására szolgál . Gyakran a bipoláris helyett egyszerűbb unipolárist használnak, és egy közös pontot mesterségesen vagy negatív tápsínnel kombinálva hoznak létre.

Az op-erősítők a tápfeszültség széles tartományában képesek működni, az általános célú op-erősítők tipikus értéke ± 1,5 V [2] és ± 15 V között van bipoláris táplálással (azaz U + \u003d 1,5 ... 15 V, U - \u003d -15 ... -1,5 V, jelentős torzítás megengedett).

Az op-amp legegyszerűbb beépítése

Tekintsük az op-amp működését külön differenciálerősítőnek, azaz anélkül, hogy bármilyen külső komponenst figyelembe vennénk. Ebben az esetben az op amp úgy viselkedik, mint egy hagyományos erősítő differenciális bemenettel, vagyis az op amp viselkedését a következőképpen írjuk le:

V_{\mathrm {out} }=(V_{+}-V_{-})\cdot G_{\mathrm {openloop} },

(egy)

ahol

V out - kimeneti feszültség;
V + - feszültség a nem invertáló bemeneten;
V - feszültség az invertáló bemeneten;
G openloop – nyílt hurkú erősítés, vagyis az op-amp saját erősítése, visszacsatolás nélkül.

Minden feszültséget az áramkör közös pontjához viszonyítva tekintünk. Az operációs rendszer bekapcsolásának (visszacsatolás nélkül) megfontolt módszerét gyakorlatilag nem használják [3] a benne rejlő súlyos hátrányok miatt:

a belső erősítés nagyon széles tartományban normalizálódik, és több ezerszer is változhat (leginkább a jel frekvenciától és hőmérsékletétől függ);
saját nyereség nagyon magas (tipikus érték 10 6 DC -nél ), és nem állítható;
a bemeneti és kimeneti feszültség referenciapontja nem állítható.

Az ideális műveleti erősítő

Az op-amp visszacsatolásos üzemmódban való működésének mérlegeléséhez először be kell vezetni az ideális műveleti erősítő fogalmát . Az ideális op-amp egy fizikai absztrakció , vagyis nem igazán létezhet, azonban egyszerű matematikai modellek segítségével jelentősen leegyszerűsítheti az op-erősítő áramkörök működésének figyelembevételét.

Egy ideális műveleti erősítőt az (1) képlet ír le, és a következő jellemzőkkel rendelkezik:

végtelenül nagy belső erősítés [4] ;
a V - és V + bemenetek végtelenül nagy bemeneti ellenállása , vagyis ezeken a bemeneteken átfolyó áram nulla;
az op-amp kimenetének nulla kimeneti impedanciája ;
a kimenet bármilyen feszültségértékre történő beállításának képessége;
végtelenül nagy sebességű feszültségemelkedés az op-amp kimenetén;
sávszélesség DC-től végtelenig.

Az 5. és 6. pont valójában az (1) képletből következik, mivel nem tartalmazza az időkésleltetéseket és a fáziseltolásokat. Az (1) képletből az következik, hogy a kívánt feszültség fenntartásához a kimeneten a következő bemeneti feszültségkülönbséget kell fenntartani:

$V_{+}-V_{-}={\frac {V_{\mathrm {out} }}{G_{\mathrm {openloop} }}}$

Mivel egy ideális műveleti erősítő belső erősítése végtelenül nagy, a bemeneti feszültségkülönbség nullára hajlamos. Ez magában foglalja az ideális műveleti erősítő legfontosabb tulajdonságát, amely leegyszerűsíti az azt használó áramkörök figyelembevételét:

A negatív visszacsatolással lefedett ideális op-amp ugyanazt a feszültséget tartja a bemenetein [5] [6]

Más szavakkal, ezen feltételek mellett az egyenlőség mindig fennáll:

V_{+}-V_{-}=0

(2)

Nem szabad azt gondolni, hogy az op-amp kiegyenlíti a feszültségeket a bemenetein úgy, hogy "belülről" ad feszültséget a bemenetekre. Valójában a műveleti erősítő a kimenetet olyan feszültségre állítja be, amely visszacsatoláson keresztül úgy hat a bemenetekre, hogy a bemeneti feszültségkülönbség nullára csökken.

Az egyenlőség (2) érvényességét könnyű ellenőrizni. Tegyük fel, hogy a (2) megsérült - kis feszültségkülönbség van. Ekkor az op-amp-ban felerősített bemeneti differenciálfeszültség (a végtelen erősítés miatt) végtelenül nagy kimeneti feszültséget okozna, ami az FOS definíciójának megfelelően tovább csökkentené a bemeneti feszültségek különbségét. És így tovább, amíg a (2) egyenlőség teljesül. Vegye figyelembe, hogy a kimeneti feszültség bármi lehet - a visszacsatolás típusa és a bemeneti feszültség határozza meg.

A legegyszerűbb visszacsatoló áramkörök

Az ideális op-erősítő működési elvét figyelembe véve az áramkörök tervezésének nagyon egyszerű technikája következik:

Legyen szükséges egy áramkört építeni egy műveleti erősítőre a szükséges tulajdonságokkal. A szükséges tulajdonságok elsősorban a kimenet meghatározott állapotában (kimeneti feszültség, kimeneti áram stb.) rejlenek, ami bizonyos bemeneti műveletektől függhet. Áramkör létrehozásához ilyen visszacsatolót kell csatlakoztatni az op-amp-hoz, hogy a kívánt kimeneti állapot mellett az op-amp bemenetein a feszültségek egyenlőek legyenek (invertáló és nem invertáló), és a visszacsatolás negatív legyen.

Így a rendszer szükséges állapota egy stabil egyensúlyi állapot lesz, és a rendszer korlátlan ideig ebben lesz [7] . Ezzel az egyszerűsített megközelítéssel nem nehéz előállítani a legegyszerűbb nem invertáló erősítő áramkört.

Az erősítőnek olyan kimeneti feszültséggel kell rendelkeznie, amely egyszer eltér a bemeneti feszültségtől , azaz . A fenti módszertannak megfelelően magát a bemeneti jelet az op-erősítő nem invertáló bemenetére, a kimeneti jel egy részét pedig az ellenállásosztóból az invertáló bemenetre visszük . $K$ $U_{out}=U_{in}\cdot K$

Egy ideális (vagy valós, de bizonyos feltevések mellett ideálisnak tekinthető) erősítő valós erősítésének kiszámítása nagyon egyszerű. Vegye figyelembe, hogy abban az esetben, ha az erősítő egyensúlyi állapotban van, a bemeneti feszültségek azonosnak tekinthetők. Ebből az következik, hogy az ellenálláson a feszültségesés , a teljes ellenállású osztón pedig leesik . Figyeljük meg, hogy mivel az op-amp bemeneti impedanciája nagyon nagy, ezért az erősítő invertáló (-) bemenetére befolyó áram elhanyagolható, és az osztóellenállásokon átfolyó áramot is azonosnak tételezhetjük fel. Az átmenő áram egyenlő , és az egész osztón áthalad . $R_{1}$ $V_{in}$ $R_{1}+R_{2}$ $V_{out}$ $R_{1}$ $I_{R_{1}}={\frac {V_{in}}{R_{1}}}$ $I_{R_{1}+R_{2}}={\frac {V_{out}}{R_{1}+R_{2}}}$

Ilyen módon:

$I_{R_{1}}=I_{R_{1}+R_{2}}$

Ahol:

${\frac {V_{in}}{R_{1}}}={\frac {V_{out}}{R_{1}+R_{2}}}$

$V_{out}=V_{in}\cdot {\frac {R_{1}+R_{2}}{R_{1}}}=V_{in}\cdot \left(1+{\frac {R_{ 2}}{R_{1}}}}\jobbra)$

Kicsit könnyebben tudsz vitatkozni, és ezt azonnal észreveszed . ${\frac {V_{out}}{V_{in}}}={\frac {R_{1}+R_{2}}{R_{1}}}$

Meg kell jegyezni, hogy egy nem invertáló kapcsolóáramkörben a feszültségerősítés mindig nagyobb vagy egyenlő, mint 1, függetlenül a használt ellenállások értékétől. Ha az ellenállás nulla, akkor egy nem invertáló feszültségkövetőt kapunk , amelynek feszültségerősítése 1. $R_{2}$

És azóta:

$\forall n\in \mathbb {R} ^{+}\lim _{n\to \infty }{\frac {0}{n}}=0$ ,

akkor az ellenállás egyszerűen eltávolítható, és egyenlőnek vesszük a végtelennel. $R_{1}$

Így egy kellően nagy erősítésű op-erősítőre épített erősítő átviteli együtthatója gyakorlatilag csak a visszacsatolási paraméterektől függ. Ez a hasznos funkció lehetővé teszi nagyon stabil erősítéssel rendelkező rendszerek tervezését, például a méréseknél és a jelfeldolgozásnál.

Az invertáló áramkör szerint csatlakoztatott műveleti erősítő esetében a számítás a feltételezések alapján szintén nem nehéz. Ehhez meg kell jegyezni, hogy az osztó felezőpontjában, vagyis az erősítő invertáló bemenetén (-) a feszültség 0 (az úgynevezett virtuális föld). Ezért az ellenállásokon a feszültségesések megegyeznek a bemeneti és a kimeneti feszültségekkel. Az ellenállásokon átmenő áram szintén azonosnak tekinthető, mivel az invertáló bemeneten (-) gyakorlatilag nincs áram, mint fentebb jeleztük.

Innen:

${\frac {V_{in}}{R_{in}}}=-{\frac {V_{out}}{R_{f}}}$

$V_{out}=-V_{in}\cdot {\frac {R_{f}}{R_{in}}}$

Meg kell jegyezni, hogy az invertáló kapcsolóáramkörben az erősítés lehet nagyobb vagy kisebb, mint egység, és az osztóellenállások értékétől függ. Vagyis az erősítő a bemeneti feszültség aktív csillapítójaként (csillapítójaként) használható. Ennek a megoldásnak az az előnye a passzív csillapítóval szemben, hogy a csillapító a jelforrás szempontjából úgy néz ki, mint egy normál terhelési ellenállás, amely a jel és a föld közé van kapcsolva (jelen esetben az ún. „virtuális”). Ez egy normál rezisztív terhelés (természetesen a parazita kapacitások és induktivitások figyelembevétele nélkül). Ez nagymértékben leegyszerűsíti a terhelés jelforrásra gyakorolt hatásának kiszámítását és azok kölcsönös illeszkedését.

A valódi és az ideális op erősítők közötti különbségek

Az op-amp paraméterek, amelyek a tökéletlenségét jellemzik, csoportokra oszthatók:

DC paraméterek

Korlátozott erősítés : A G nyílt hurkú tényező nem végtelen (általában 10 5 ÷ 10 6 DC). Ez a hatás csak olyan esetekben észrevehető, amikor a műveleti erősítő kaszkád erősítése kis számú alkalommal eltér a G openloop paramétertől (a kaszkád erősítése 1-2 nagyságrenddel vagy még ennél is kisebb mértékben tér el a G openlooptól ) .
Nem nulla bemeneti áram (vagy közel azonos, korlátozott bemeneti ellenállás ): a tipikus bemeneti áramértékek 10 -9 ÷ 10 -12 A. Ez korlátozza az ellenállás maximális értékét a visszacsatoló áramkörben, valamint a jelforrással való feszültségillesztés lehetőségéről. Egyes műveleti erősítőkben további áramkörök vannak a bemeneten, hogy megvédjék a bemenetet a túlzott feszültségtől – ezek az áramkörök jelentősen ronthatják a bemeneti impedanciát. Ezért egyes op-erősítők védett és védelem nélküli változatban készülnek.
Nem nulla kimeneti impedancia . Ennek a korlátozásnak nincs nagy jelentősége alacsony frekvenciákon vagy kis terhelési kapacitás mellett, mivel a visszacsatolás jelenléte hatékonyan csökkenti a fokozat kimeneti impedanciáját az op-amp-nál (majdnem tetszőlegesen kicsi értékekre).
Nem nulla előfeszítési feszültség : az aktív állapotban lévő bemeneti feszültségek egyenlőségének követelménye a valódi műveleti erősítők esetében nem teljesen pontos - az op-erősítő nem pontosan nulla voltot igyekszik tartani a bemenetei között, hanem valami kis feszültséget ( előfeszítő feszültség ) . Más szóval, egy igazi op-amp úgy viselkedik, mint egy ideális op-amp, amelynek EMF U cm feszültséggenerátora van sorba kötve az egyik bemenettel . Az előfeszítési feszültség nagyon fontos paraméter, ez korlátozza az op-amp pontosságát, például két feszültség összehasonlításakor. Az U cm tipikus értéke 10 -3 ÷ 10 -6 V. Az áramkör működése során a külső körülményektől, például hőmérséklettől, tápfeszültségtől, üzemidőtől függően az előfeszítő feszültség előre nem látható eltolódást tapasztal (a megadott határokon belül). a dokumentációban), beleértve a jelcserét is. Mi miatt ezt a torzítást nem lehet hangolással vagy kalibrálással kompenzálni, vagy bármilyen más módon javítani, amellett, hogy pontosabb műveleti erősítőt kell választani.
Nem nulla közös módú nyereség . Az ideális op-amp csak a bemeneti feszültségek különbségét erősíti fel, míg maguk a feszültségek nem számítanak. Valódi műveleti erősítőkben a bemeneti közös módú feszültség értéke némileg befolyásolja a kimeneti feszültséget. Ezt a hatást a közös módú elutasítási arány ( CMRR ) paraméter határozza meg , amely megmutatja, hogy a kimeneti feszültségnövekmény hányszor kisebb, mint az azt okozó műveleti erősítő bemenetén a közös módú feszültségnövekmény. Jellemző értékek: 10 4 ÷ 10 6 .

AC paraméterek

Korlátozott sávszélesség . Bármelyik erősítőnek véges sávszélessége van, de a sávszélesség-tényező nem különösebben jelentős a műveleti erősítőknél, mivel belsőleg kiegyenlítették a fázishatár növelése érdekében .
Nem nulla bemeneti kapacitás . Parazita felüláteresztő szűrőt képez .
Nem nulla jelkésleltetés . Ez a paraméter, amely közvetve összefügg a sávszélesség korlátozásával, ronthatja az OOS teljesítményét a növekvő működési frekvenciákkal.
Nem nulla helyreállítási idő telítés után .

Nemlineáris effektusok

Telítettség - a lehetséges kimeneti feszültség értékek tartományának korlátozása. Normális esetben a kimeneti feszültség nem haladhatja meg a tápfeszültséget. A telítettség akkor következik be, ha a kimeneti feszültségnek nagyobbnak kell lennie, mint a maximális vagy kisebb, mint a minimális kimeneti feszültség. A műveleti erősítő nem léphet túl a határokon, és a kimeneti jel kiálló részei "levágódnak" (vagyis le vannak vágva).

Telítési pillanatokban az erősítő nem az (1) képletnek megfelelően működik, ami az OOS működésének meghibásodását és feszültségkülönbség megjelenését okozza a bemenetein, ami általában az áramkör meghibásodásának a jele (és ez könnyen észlelhető jele a problémáknak a telepítő számára). Kivételt képez az opamp működése komparátor módban .

Korlátozott fordulatszám . A műveleti erősítő kimeneti feszültsége nem változhat azonnal. A kimeneti feszültség változási sebességét volt/mikromásodpercben mérik, jellemző értékek 1÷100 V/µs. A paramétert a belső tartályok feltöltéséhez szükséges idő határozza meg. A kimeneti feszültség korlátozott fordulatszáma egy speciális dinamikus jeltorzítás megjelenéséhez vezet az op-erősítőkben. Megjelenésük oka, hogy az első pillanatban, miután feszültségugrást alkalmaznak a bemeneten, az op-amp negatív visszacsatolása nyitottnak bizonyul, és az op-amp első fokozata telítési módba lép, gazdagítva a műveleti erősítőt. jel harmonikus és intermodulációs torzításokkal.

Áram- és feszültséghatárok

Korlátozott kimeneti feszültség . Egyetlen műveleti erősítő esetében sem lehet nagyobb a kimeneti potenciál, mint a pozitív teljesítménysín potenciálja, és nem lehet alacsonyabb a negatív teljesítménysín potenciáljánál (ha nincs terhelés, vagy rezisztív és nem tartalmaz áramforrást ). Más szóval, a kimeneti feszültség nem haladhatja meg a tápfeszültséget. Például egy opa277 műveleti erősítőnél [1] , 2007. július 10-én archiválva a Wayback Machine -n, a kimeneti feszültség V S− +0,5 V és V S+ −2 V között mozog 10 kΩ terhelési ellenállás mellett . A kimeneti feszültség ezen „holt zónáinak” szélessége, amelyet az op-amp kimenete nem érhet el, számos körülménytől függ (terhelési ellenállás, a kimeneti áram iránya stb.). Vannak olyan műveleti erősítők, amelyeknek minimális holtzónája van, például 50 mV a tápsínekhez Wayback Machine: 2007. január 26., aArchivált 2][opa340 esetébenazmellett10 kΩ
Korlátozott kimeneti áram . A legtöbb általános célú műveleti erősítő beépített túláramvédelemmel rendelkezik, jellemzően 25 mA maximális áramerősség . A védelem megakadályozza a műveleti erősítő túlmelegedését és meghibásodását.

Korlátozott teljesítmény . A legtöbb műveleti erősítőt olyan alkalmazásokhoz tervezték, amelyek nem igényelnek teljesítményt: a terhelési ellenállás nem lehet kevesebb, mint 2 kOhm .

Az OU osztályozása

Elembázis típusa szerint [8]

Hatókör szerint

Az ipar által gyártott műveleti erősítők folyamatosan fejlesztenek, az op-amp paraméterei közelítenek az ideálishoz. Mindazonáltal technikailag lehetetlen vagy nem praktikus az összes paraméter egyidejű javítása a keletkező chip magas költsége miatt. Az opampok körének bővítése érdekében különféle típusokat gyártanak belőlük, amelyek mindegyikében egy vagy több paraméter kiemelkedő, a többi a szokásos (vagy kicsit rosszabb) szinten van. Ez indokolt, mivel az alkalmazási körtől függően az operációs rendszer egy vagy másik paraméter magas értékét igényli, de nem egyszerre. Ebből következik az OU alkalmazási területek szerinti osztályozása.

Ipari szabvány . Ez a széles körben használt, nagyon olcsó általános célú, átlagos karakterisztikával rendelkező op-erősítők neve. Példa a "klasszikus" műveleti erősítőkre: bipoláris bemenettel - LM324 Archív másolat 2006. november 24-én a Wayback Machine -nél, terepi bemenettel - TL084 Archív másolat 2009. február 13-án a Wayback Machine -nél .
A precíziós műveleti erősítők nagyon alacsony előfeszítő feszültséggel rendelkeznek, és precíz mérőáramkörökben használják. Általában a bipoláris tranzisztorok op-erősítői valamivel jobbak ebben a mutatóban, mint a terepieken. Ezenkívül a precíziós műveleti erősítők a paraméterek hosszú távú stabilitását igénylik. A kivételesen kis eltolásoknak megszakítás-stabilizált műveleti erősítők vannak . Példák: AD707, AD708, 30 µV előfeszítéssel, és a legújabb AD8551 Archivált 2010. október 11-én a Wayback Machine -nél tipikus 1 µV előfeszítéssel.
Kis bemeneti árammal ( elektrometrikus ) OU. Minden olyan műveleti erősítőnek, amelynek a bemenetén térhatású tranzisztor van, alacsony a bemeneti árama. De köztük vannak speciális op erősítők rendkívül alacsony bemeneti árammal. Előnyeik maradéktalan kihasználása érdekében az ezeket használó eszközök tervezésénél még a nyomtatott áramköri lap mentén előforduló áramszivárgást is figyelembe kell venni. Példa: AD549 archiválva 2007. január 28-án a Wayback Machine -nél, 6⋅10 −14 A bemeneti árammal.
A mikroteljesítmény és a programozható opampok alacsony áramot fogyasztanak saját tápegységükhöz. Az ilyen műveleti erősítők nem lehetnek gyorsak, mivel az alacsony áramfelvétel és a nagy sebesség kölcsönösen kizárják egymást. Az op-erősítőket programozhatónak nevezzük, amelyekhez az összes belső nyugalmi áramot be lehet állítani az op-amp speciális kimenetére táplált külső áram segítségével.
Az erős ( nagyáramú ) műveleti erősítők nagy áramot tudnak leadni a terhelésre, vagyis a megengedett terhelési ellenállás kisebb, mint a szabványos 2 kOhm , és akár 50 Ohm is lehet .
Az alacsony feszültségű op-erősítők 3 V -os vagy még alacsonyabb tápfeszültségen is működnek. Általában van egy sín-sín kivezetésük.
nagyfeszültségű műveleti erősítők. Az összes feszültség (tápellátás, közös módú bemenet, maximális kimenet) sokkal magasabb, mint az általános célú op-erősítőknél.
A gyors műveleti erősítők nagy fordulatszámmal és egységes erősítési frekvenciával rendelkeznek. Az ilyen műveleti erősítők nem lehetnek mikroteljesítményűek, és általában bipoláris tranzisztorokon készülnek.
Alacsony zajszintű op erősítők.
Hang OS. A lehető legalacsonyabb harmonikus tartalommal ( THD ) rendelkeznek. Példák: LM4562 (THD 0,00003%), OPA2132 (THD 0,00008%), LME49600 (THD 0,00003%), AD797 (THD 0,0001%) stb.
Egyszeri ellátáshoz . A CMOS műveleti erősítők olyan kimeneti feszültséget biztosítanak, amely majdnem megegyezik a tápfeszültséggel (rail-to-rail, R2R), a bipoláris műveleti erősítők kb. 1,2 V-tal kevesebbet adnak, ami alacsony Ucc értékeknél jelentős.
Különbség műveleti erősítők (angolul Difference Amplifier , nem tévesztendő össze a differenciálerősítővel ). Kiemelkedő közös módú feszültségelnyomási arányuk ( CMRR ) van. Alacsony feszültségeket mérnek erős interferencia hátterében, ami jellemző például az áramsönteknél. Példák: INA214, INA333.
Op-amp (pontosabban kész erősítő fokozatok) változó erősítéssel.
Kifejezetten komparátorként vagy hasonló nemlineáris üzemmódban történő működésre tervezett műveleti erősítők. Legyen módjuk a telítettség hatásainak csökkentésére. Az univerzális műveleti erősítőkhöz képest a munka sebessége és pontossága nagyobb lesz.
Speciális operációs rendszer. Általában meghatározott feladatokra tervezték: például fényérzékelő vagy mágneses fej csatlakoztatása egy bemenethez; hangszóró kimenet. Tartalmazhatnak kész OOS áramköröket vagy különálló, ehhez szükséges precíziós ellenállásokat.

Ezen kategóriák kombinációi is lehetségesek, például egy precíziós, nagy sebességű műveleti erősítő.

Egyéb besorolások

Bemeneti jelekhez:

Hagyományos két bemenetes op-amp;
Három bemenetes op-amp [9] : a harmadik bemenet, amelynek erősítése +1 (amelyhez belső visszacsatolást használnak), az op-amp képességeinek bővítésére szolgál, például a kimeneti jelek feszültségeltolása. a bemeneti jelekhez képest, vagy egy nagy kimeneti közös módú impedanciájú kaszkád felépítése, amely két tekercses transzformátorra hasonlít, de az AD8132-n lévő kaszkád egyenáramot is továbbít, amit a transzformátor nem tud.

Kimeneti jelekhez:

Hagyományos op-amp egy kimenettel;
Op-amp differenciális kimenettel [10]

Az op-erősítők használata az áramkörökben

A műveleti erősítő áramköri elemként való használata sokkal egyszerűbb és áttekinthetőbb, mint az azt alkotó egyes elemekkel (tranzisztorok, ellenállások stb.) történő működtetés. Az eszközök tervezése során az első (hozzávetőleges) szakaszban a műveleti erősítők tekinthetők ideálisnak. Továbbá minden egyes műveleti erősítőhöz meghatározzák az áramkör által rájuk támasztott követelményeket, és kiválasztják az ezeknek a követelményeknek megfelelő műveleti erősítőt. Ha kiderül, hogy a műveleti erősítőre vonatkozó követelmények túl szigorúak, akkor részben újratervezheti az áramkört, hogy megkerülje ezt a problémát.

Egy műveleti erősítő sematikus diagramja

Műveleti erősítő áramkörök

Alkalmazások

A műveleti erősítőket a következő eszközökben használják:

Előerősítők és puffererősítők audio- és videofrekvencia-tartományhoz;
feszültség komparátorok ;
differenciálerősítők ;
megkülönböztetők és integrálók ;
szűrők ;
nagy pontosságú egyenirányítók ;
feszültség- és áramstabilizátorok;
Analóg számológépek;
analóg-digitális átalakítók ;
digitális-analóg átalakítók ;
jelgenerátorok ;
áram-feszültség és feszültség-áram átalakítók.
adatátvitel és kommunikációs vonalak vezérlése.

Lásd még

Jegyzetek

↑ Műveleti erősítő? Ez nagyon egyszerű! Archiválva : 2012. május 22., a Wayback Machine // cxem.net .
↑ Az általános célú műveleti erősítőknél a minimális tápfeszültség valamivel magasabb, mint ±1,5 V. Az alacsony tápfeszültség melletti hatékony működés érdekében az alacsony feszültségű műveleti erősítők egy speciális osztálya létezik.
↑ Az egyetlen kivétel a legegyszerűbb analóg komparátor .
↑ Ez értelmetlen feltételezésnek tűnik, mivel ennek mindig végtelen feszültsége lenne a kimeneten, kivéve azt a ritka esetet, amikor a V - és V + bemenetek feszültségei egyenlőek. A valóságban a kimeneti feszültség még elméleti modellben is mindig korlátozott a negatív visszacsatolás alkalmazása miatt.
↑ A kimeneti feszültség változtatásával
↑ Ha a rendszer (OS és OS ) stabil
↑ Ez egy nagyon leegyszerűsített megközelítés, valójában más lehetséges egyensúlyokat is figyelembe kell venni, valamint számos más tényezőt is.
↑ A bemeneti áramkörök építéséhez használt elemalap típusa szerint (híd)
↑ Az AD8132 egy műveleti erősítő, amelynek van egy harmadik bemenete +1 erősítéssel . Letöltve: 2009. május 2 .. Archiválva az eredetiből: 2009. május 9.. (határozatlan)
↑ AD8132 - Op-erősítő differenciál kimenettel . Letöltve: 2009. május 2 .. Archiválva az eredetiből: 2009. május 9.. (határozatlan)

Linkek

Műveleti erősítő? Ez nagyon egyszerű! Archiválva : 2012. május 22., a Wayback Machine // cxem.net .
Operational Amplifiers in Audio Archiválva : 2012. szeptember 19., a Wayback Machine // cxem.net .
Magyarázat az "ujjakon" lévő műveleti erősítő működéséről A Wayback Machine 2009. szeptember 23-i archív példánya // easyelectronics.ru.
Műveleti erősítő archiválva : 2013. január 1. a Wayback Machine -nél // easyelectronics.ru .
A műveleti erősítő sebességszabályozó áramkörének munkájának és "analóg matematikájának" részletes elemzése Archiválva : 2009. április 9. a Wayback Machinen // easyelectronics.ru .
Horowitz P., Hill W. Az áramkör művészete : 3 kötetben: T. 1. Per. angol nyelvből – 4. kiadás, átdolgozva. és add. - M .: Mir, 1993. - 413 p., ill. ISBN 5-03-002337-2 .
Előadások 2006. április 14-i archív példánya a Wayback Machine -nél // gaw.ru.
Wikikönyv a műveleti erősítőkről .
Néhány gyakori op amp alkalmazás leírása Archiválva : 2009. szeptember 6. a Wayback Machine -nél .
Op-amp áramkörök nagy gyűjteménye unipoláris tápegységgel (eng.) .
Tipikus áramkörök gyűjteménye National Instruments műveleti erősítőkkel (angol) .
A műveleti erősítő alapjai – Harry Lythall. (eng.) Az OU alkalmazásának alapjai.
Op-Amp Application Handbook archiválva 2011. június 16-án a Wayback Machine -nél . Nagy könyv az OU használatáról.
Logaritmikus és egyéb op-amp konverterek (eng.) .
Műveleti erősítők . Tájékoztató cikk az OU-ról.
Legnépszerűbb op-Amps archiválva 2012. október 27-én a Wayback Machine -nál . Referencia információ.

Irodalom

Polonnikov D. E. Műveleti erősítők. Felépítési alapelvek, elmélet, áramkörök. - M., Energoatomizdat, 1983. - 216 p.