Операционный усилитель это. Операционный усилитель: принцип работы, параметры и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое операционный усилитель. Как работает операционный усилитель. Какие основные параметры операционного усилителя. Где применяются операционные усилители. Какие существуют типы операционных усилителей.

Содержание

Что такое операционный усилитель и как он работает

Операционный усилитель (ОУ) — это высокоусиливающий электронный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом. Его основные особенности:

Очень высокий коэффициент усиления (до миллионов)
Высокое входное и низкое выходное сопротивление
Широкая полоса пропускания
Возможность работы с постоянным и переменным током

Принцип работы ОУ основан на усилении разности напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами. Выходной сигнал пропорционален этой разности, умноженной на коэффициент усиления.

Основные параметры операционных усилителей

Ключевые характеристики ОУ включают:

Коэффициент усиления — типично 20 000 — 2 000 000
Входное сопротивление — до сотен МОм
Выходное сопротивление — единицы Ом
Напряжение смещения нуля — от единиц мкВ до единиц мВ
Полоса пропускания — от сотен кГц до сотен МГц

Какие параметры наиболее важны для конкретного применения ОУ? Это зависит от решаемой задачи. Для прецизионных измерений критичны низкое напряжение смещения и малый дрейф. Для высокочастотных схем важна широкая полоса пропускания.

Типы операционных усилителей

Существует несколько основных типов ОУ:

Универсальные ОУ общего применения
Прецизионные ОУ с малым смещением
Быстродействующие ОУ с широкой полосой
Микромощные ОУ с малым потреблением
Railrail ОУ с выходом до напряжения питания
Инструментальные ОУ для измерительных схем

Какой тип ОУ выбрать? Это определяется требованиями конкретной схемы — по точности, быстродействию, энергопотреблению и другим параметрам.

Основные схемы включения операционных усилителей

Наиболее распространенные схемы включения ОУ:

Инвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель
Повторитель напряжения
Дифференциальный усилитель
Суммирующий усилитель
Интегратор
Дифференциатор

Как работает инвертирующая схема ОУ? Входной сигнал подается на инвертирующий вход через резистор, а выход соединен с этим входом через другой резистор. Коэффициент усиления определяется отношением сопротивлений этих резисторов.

Применение операционных усилителей

Операционные усилители широко используются в различных областях электроники:

Измерительная техника
Аудиотехника
Аналоговые вычислительные устройства
Источники питания
Фильтры
Генераторы сигналов

Преобразователи сигналов

Где конкретно применяются ОУ? Например, в прецизионных выпрямителях, компараторах, преобразователях ток-напряжение, активных фильтрах, усилителях для датчиков и многих других устройствах.

Преимущества и недостатки операционных усилителей

Основные достоинства ОУ:

Высокий коэффициент усиления
Широкая полоса пропускания
Высокое входное и низкое выходное сопротивление
Универсальность применения
Простота использования

К недостаткам можно отнести:

Необходимость двухполярного питания
Возможность самовозбуждения
Зависимость параметров от температуры

Как минимизировать недостатки ОУ? Применяют схемы температурной компенсации, однополярного питания, частотной коррекции для повышения устойчивости.

Выбор операционного усилителя

При выборе ОУ для конкретного применения следует учитывать:

Требуемый коэффициент усиления
Полосу пропускания

Входное и выходное сопротивление
Напряжение смещения нуля
Скорость нарастания выходного напряжения
Напряжение питания
Потребляемую мощность

Какие факторы наиболее важны при выборе ОУ? Это зависит от конкретной задачи. Для прецизионных измерений критичны низкое смещение и малый дрейф. Для высокочастотных схем важна широкая полоса. Для портативных устройств — низкое энергопотребление.

Современные тенденции в развитии операционных усилителей

Основные направления совершенствования ОУ:

Повышение быстродействия и расширение полосы пропускания
Снижение напряжения питания и энергопотребления
Улучшение точностных параметров
Интеграция дополнительных функций
Уменьшение размеров корпусов

Как развиваются современные ОУ? Появляются сверхбыстрые усилители с полосой до ГГц, микромощные ОУ с потреблением единицы мкА, прецизионные ОУ со смещением менее 1 мкВ. Расширяется применение ОУ с однополярным питанием и rail-to-rail входом/выходом.

принцип работы, схемы и т.д.

Операционный усилитель — это усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления, который может быть очень большим, вплоть до миллионов. Часто встречается коэффициент усиления в 200 000. Операционные усилители способны усиливать сигналы переменного тока, также как сигналы постоянного тока, они чаще используются в измерительном оборудовании для усиления сигналов постоянного тока.

Название «операционный» усилитель происходит от того, что выполняемые операционным усилителем функции представляют собой математические операции. Например, устройство для извлечение квадратного корня является контрольно-измерительным устройством, в котором используется операционный усилитель для определения квадратного корня сигналов для обеспечения контроля изменения величины потока жидкой или газообразной среды.

Операционный усилитель

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Операционные усилители не обладают бесконечными входными сопротивлениями и нулевыми выходными сопротивлениями. Хотя возможно входное сопротивление в несколько триллионов Ом, и выходные сопротивления близкие к нулю. В результате выходные сигналы от таких операционных усилителей могут очень точно регулироваться. По этой причине операционные усилители считаются точными усилителями.

Высокая степень точности, обеспечиваемая операционными усилителями, возможна благодаря применению технологии интегральных схем. Хотя в принципе возможно изготовить операционный усилитель из дискретных компонентов, соединенных вместе на монтажной плате, однако практически все операционные усилители в настоящее время выполнены в виде интегральных схем.

Кристалл интегральной схемы операционного усилителя содержит все транзисторы и другие элементы, необходимые для усиления сигнала. Стандартный кристалл выполнен из, на нем может располагаться порядка 30 транзисторов и других элементов.

Кристалл с интегральной схемой операционного усилителя

При использовании операционных усилителей в различных типах схем они могут выполнять различные операции, необходимые в контрольно-измерительном оборудовании. Например, они могут суммировать сигналы, вычитать сигналы, находить среднюю величину сигнала и выполнять даже более сложные функции.

Схемы операционного усилителя

Все операционные усилители имеют два входа. Минус на схеме обозначает один вход, плюс — другой. Условное обозначение операционного усилителя можно узнать на схеме по знакам плюс и минус на вертикальной стороне треугольника. Это отличительные черты условного обозначения операционного усилителя. Если вы встретите на схеме подобный символ, но без знаков плюс и минус, то элемент, обозначенный таким образом, может представлять собой усилитель, но это не операционный усилитель.

Схема операционного усилителя

Выход операционного усилителя представлен на вершине треугольника, противолежащей стороне, где находятся входные зажимы. Соединения с источником питания обычно обозначаются линиями на противоположных сторонах треугольника. Большинство операционных усилителей рассчитаны на работу от биполярного источника напряжения, имеющего положительное и отрицательное напряжения. В целом, операционные усилители могут работать в пределах напряжения от +-1 В до +-40 В. Наиболее распространенное напряжение питания для них 15 В.

Схема соединения операционного усилителя с источником питания

Выход биполярного источника напряжения измеряется относительно нуля вольт, не всегда относительно земли шасси. Для указания точки отсчета используется стрелка с не закрашенной треугольной головкой. Такая стрелка показывает общую точку в схеме, называемую «общей точкой сигналов». Входной и выходной сигналы операционного усилителя также измеряются относительно общей точки сигналов. Соединения общих точек сигналов не всегда отображаются на принципиальных схемах с операционными усилителями.

Схема обозначения общей точки сигналов

Корпусы операционных усилителей

Операционные усилители размещаются в контейнерах, называемых корпусами. Четыре наиболее распространенных типов корпусов это: ТО-5 (корпус транзисторного типа), DIP (плоский корпус с двухрядным расположением выводов), мини — DIP и плоский корпус с планарными выводами.

Операционный усилитель в корпусе ТО-5 (небольшой, металлический, круглой формы)Операционный усилитель в DIP- корпусе (самый большой из представленных)Операционный усилитель в мини DIP-корпусе (самый маленький из представленных)Операционный усилитель в плоском корпусе с боковыми выводами

Штырьки корпуса операционного усилителя используются в качестве выводов, с их помощью операционный усилитель соединяется с остальной схемой. Операционные усилители либо непосредственно припаиваются к монтажной плате, либо вставляются в колодку, которая припаяна к плате. Если операционный усилитель вставлен в колодку, его легко можно извлечь при помощи специального пинцета, предназначенного для этих целей.

Дифференциальный усилитель операционный усилитель, являющийся сочетанием инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Измерительный усилитель измененный дифференциальный регулятор, на входах которого установлены повторители напряжения

Инвертирующий операционный усилитель повторитель напряжения, который может получить почти любой коэффициент усиления

Неинвертирующий операционный усилитель может быть модифицирован таким образом, чтобы получить почти любой коэффициент усиления

Суммирующий усилитель выходное напряжение равно сумме его входных напряжений

Операционный усилитель — что это? это устройство

Если вы хотите узнать о нем больше операционный усилитель, или, если вы все еще не знаете, что это такое, здесь вы можете немного больше узнать об этом типе устройства.

Кроме того, эти Электронные компоненты они широко используются во множестве схем, так как они очень практичны для множества приложений.

Благодаря им можно обрабатывать аналоговые сигналы, множество операций с ними делать сравнения и т. д. Сегодня они присутствуют во многих схемах, которые вы используете каждый день, включая вашу плату. Arduino…

Индекс

1 Что такое операционный усилитель?
- 1.1 Режимы работы
  - 1.1.1 Inversor
  - 1.1.2 Не инвестор
  - 1.1.3 Сумматор напряжения
  - 1.1.4 Вычитатель напряжения
  - 1.1.5 сравнить
  - 1.1.6 Другие настройки
- 1.2 приложений
- 1.3 Наиболее часто используемые операционные усилители

El концепция операционного усилителя появится в 1947 году. Первые были построены с использованием электронных ламп для использования в первых аналоговых компьютерах. Благодаря им можно было выполнять фундаментальные математические операции, такие как сложение, вычитание, умножение, деление, вывод, интегрирование и т. Д. Отсюда их называют «операционными» усилителями …

До 1964 года благодаря знаменитому Fairchild Semiconductor, первый монолитный операционный усилитель, построенный на интегральной схеме, не появился бы в том виде, в каком они распространяются сегодня. Это была работа инженера Роберта Джона Видлара, и она имела маркировку μA702. Оттуда он эволюционировал в μA741 1968 года, биполярный чип, ставший отраслевым стандартом.

Эти операционные усилители (также известные как операционные усилители) представляют собой устройства, способные выполнять множество задач в зависимости от размещенных электронных компонентов. Эти элементы будут прикреплены к

его 5 контактов (распиновка):

— Вход: инвертирующий вход.
+ ввод: это прямой вход, то есть не инвестор.
Результат: выход.
+ Vss: это положительное кормление.
-ВСС: отрицательное кормление.

В этих устройствах некоторые очень специфические условия что вы должны знать. Например:

На инвертирующем и неинвертирующем выводах нет тока, входящего / выходящего, потому что импеданс между ними бесконечен (в идеальном операционном усилителе).
Дифференциальный коэффициент усиления в идеальном тоже будет бесконечным, хотя на практике это невозможно, поскольку при достижении насыщения выходное напряжение остается постоянным.

Разность потенциалов между инвертирующим и неинвертирующим входом должна быть равна нулю.
Очень высокий прирост. Но сбалансированный, то есть он будет одинаковым на обоих входах. Это означает, что выход равен нулю, если на оба входа подаются одинаковые сигналы и одинаковой полярности.
Очень высокое входное сопротивление и очень низкое выходное сопротивление.
Как и любой другой усилитель, они могут достигать точки насыщения. В это время выходной сигнал не будет увеличиваться, даже если разница между сигналами увеличится.
В идеальном случае пропускная способность также бесконечна, но в реальном случае это невозможно. Это указывает частотный диапазон, в котором сохраняется точная данная рабочая функция.

Как следует из названия, операционный усилитель — это устройство, которое может

усилить любой тип сигнала (напряжение или интенсивность), как переменного, так и постоянного тока. И этого достаточно для выполнения множества операций в соответствии с конфигурациями или режимами, которые мы увидим в следующем разделе …

Режимы работы

В операционном усилителе хорошо то, что он может настраиваться различными способами чтобы можно было работать по-другому:

Inversor

Операционный усилитель может работать как усилитель напряжения инверсор а не инвестор. Когда вы делаете это как инвертор, выходное напряжение противоположно по фазе входному напряжению (вместо той же фазы, что и в неинверторах).

Кроме того, вы должны знать, что они могут работать как с Corriente постоянный, а также переменный ток в этом типе конфигурации. В случае переменного тока конденсатор C1 будет включен последовательно и прямо перед R1.

В этом случае жадность можно рассчитать по формуле:

A_v = — R₂ / Р₁

Хотя вы также можете рассчитать сопротивление который подключается к входу и к земле с:

R₃ = R₁ р₂ / Р₁ + R₂

Не инвестор

Операционный усилитель не инвестор он будет питаться от неинвертирующего входа, а выходной сигнал будет синфазным с входным. В этом случае он также может работать в этой конфигурации для постоянного и переменного тока, добавляя во втором случае два конденсатора, один конденсатор C1 на прямом входе и один конденсатор C2, подключенный последовательно между R1 и землей.

В этом случае прибыль рассчитывается иначе:

A_v = R₁ + R₂ / Р₁

Хотя третье сопротивление он по-прежнему рассчитывается по той же формуле, что и в инверторе …

Сумматор напряжения

Операционный усилитель можно использовать для смешивать сигналы ввод из разных источников. Этот тип схемы использует несколько входов (максимум до 10, хотя на изображении их всего 3).

Здесь происходит то, что сила тока равна сумме парциальных токов входов (как установлено законом Кирхгофа):

I_i = Я₁ + Я₂ + Я₃

Каждая из этих интенсивностей, применяя Закон Ома, будет зависеть де:

I₁ = V₁ / Р₁

I₂ = V₂ / Р₂

I₃ = V₃ / Р₃

Поскольку сила входного тока имеет то же значение и знак противоположного значения выходной ток, можно определить, что:

I_i = — Я_o

Следовательно, можно определить, что выходное напряжение быть:

V_o = Я_o р₄= -I_i р₄

В этом случае снова добавляя конденсаторы он также может работать с AC . ..

Вычитатель напряжения

В данном случае это дифференциальный усилитель который состоит из инвестора и неинвестора. Его можно использовать для вычитания переменного и постоянного токов, достаточно будет поставить или снять конденсаторы последовательно с резисторами их входов.

В этом случае выходное напряжение быть:

V_o = V_o1 + V_o2= R₄ / Р₁ (V_o1 + V_o2)

сравнить

В конфигурации вроде компаратор, будут сравниваться две величины одного и того же типа сигнала, и выходной сигнал будет указывать, совпадают ли значения входных сигналов или нет. То есть может произойти следующее:

Если V_i1 <V_i2выход V_oэто будет положительно.

Если V_i1 > V_i2выход V_oон будет отрицательным.

Следует иметь в виду, что если схема используется в открытый цикл (без резистора обратной связи) он будет вести себя как компаратор напряжения.

Другие настройки

Май настроить другие способы Для этих операционных усилителей соедините их каскадом и даже замените резисторы потенциометрами, чтобы получить усилители с переменным усилением, такие как интегратор, производная, как преобразователи, для логарифмических и экспоненциальных функций, оконный компаратор и т. Д. Но это реже, чем те, которые я описал выше …

приложений

Лас- применения таких операционных усилителей может быть несколько. Вы, должно быть, использовали их. Фактически, они присутствуют в некоторых отладочных платах, в цифровых калькуляторах, в фильтрах звуковой системы (фильтр высоких частот, НЧ, полоса пропускания, активные фильтры, генераторы), в предусилителях и буферах аудио / видео, в регуляторах, преобразователях, адаптерах уровня (например, CMOS-TTL,…), прецизионных выпрямителях, чтобы избежать эффекта нагрузки и т. д.

Su многосторонность Это потому, что они могут функционировать как компараторы сигналов, повторители напряжения, неинвертирующие усилители, инвертирующий сумматор, как инвертирующий сумматор, как интегратор, шунт, преобразователь тока в напряжение, для логарифмических или экспоненциальных функций, как цифровой / аналоговый. преобразователи и др.

Наиболее часто используемые операционные усилители

Если вы производитель или делаете какой-то проект DIY, вам наверняка захочется узнать некоторые из самые распространенные модели операционных усилителей, Например:

мкА709М
LM741
LM1458
ЛМ358Н
LM324
LF353-Н
Товар не был найден.
Товар не был найден.
OP07
MAX4238
Товар не был найден.
LM339
CA 3130
CA 3140
TL071
TL082
IC747

OP Amps (Оперативные усилители)

TSZ182
Очень высокая точность (25 UV). Precision, 6 МГц, RR IO, 36 В BiCMOS операционный усилитель
TSV631
Rail-to-rail вход/выход 5 В CMOS Операционный усилитель, микромощность (60 мкА), GBP=880 кГц, одиночный
TS922A
Отлично качество звука / низкий уровень искажений (0,005%)
TS912A
Маломощный с входами CMOS
TSB611
Маломощный, выход rail-to-rail, операционный усилитель 36 В
TSB572
Маломощный, операционный усилитель 2,5 МГц, 5 В 0 0 0 0, 3 RR IOOS
LM158
Сдвоенные операционные усилители малой мощности с малым входным током смещения
TSV991
Широкополосный (20 МГц) вход/выход 5 В CMOS Op-Amp, одиночный
TSX9291
Широкий диапазон частот (16 МГц) 16V CMOS Op-Amp, одноканальный
LM2902W
Счетверенный маломощный операционный усилитель
TSV772
Широкая полоса (20 МГц) малое смещение (200 мкВ) 5-вольтовый операционный усилитель
TSV7721
Низкая полоса пропускания (TSV7721
) ) Операционный усилитель 5 В с низким напряжением питания
TSV994A
Широкая полоса пропускания (20 МГц), вход/выход 5 В КМОП ОУ, малое смещение, счетверенный
TSZ181
Очень высокая точность (25 мкВ), дрейф нуля 5 В КМОП Операционные усилители
TSX564A
Micropower (235uA), 16V CMOS Op-Amps, quad, low offset voltage version
TSX564
Micropower (235uA), 16V CMOS Op-Amps, quad, GBP 900kHz
TS982
High output current dual Операционный усилитель
TSV324A
Низковольтный операционный усилитель общего назначения с входом/выходом и входом/выходом
TSX9292
Широкая полоса пропускания (16 МГц), 16 В КМОП-операционные усилители с напряжением питания 16 В, сдвоенные

Широкая полоса пропускания (10 МГц), rail-to-rail Операционный усилитель CMOS 16 В, одиночный

TSU112IY
Наномощный (900 нА) высокая точность (150 мкВ) Автоматический операционный усилитель 5 В CMOS
TSV791
Широкополосный (широкополосный) ) Низкое смещение (200 мкВ) Операционный усилитель Rail-to-Rail 5 В
TSZ181H
Автомобильный класс, очень высокая точность (25 мкВ), широкая полоса пропускания (3 МГц), высокая температура (150 °C), рабочий режим с нулевым дрейфом усилители
ТШ82
Rail-to-rail видео ОУ
TS512A
Низкий уровень шума и искажений (8 нВ/кв. Гц и 0,03%)
TSV524
Высокий коэффициент качества (1,15 МГц для 45 мкА) )
TSV522
Высокий коэффициент качества (1,15 МГц для 45 мкА) КМОП-операционные усилители
TSH80
Rail-to-rail видео ОУ с режимом ожидания
rail-to-rail, TSX7192 92004-u Операционные усилители cmos 16 В, сдвоенные, 9 фунтов стерлинговMHZ
TS512
Низкий шум и искажение (8NV/SQRTHZ и 0,03%)
TS321
Single LM324, LM358 Enhanced Version в SOT23-5 Package
TS1871A
1,8 В. Операционные усилители мощности
TSZ121
Высокоточный (5 мкВ) дрейф нуля 5 В КМОП-операционный усилитель, одиночный, GBP=400 кГц
LM2904AW
Сдвоенный операционный усилитель малой мощности

TSX711
Precision (200 мкВ), rail-to-rail 16V CMOS Op-Amp, одиночный, 2,7 МГц
TSB582
Выходной ток 200 мА с температурным отключением и ограничителем выходного тока, 3,1 МГц, 36 В, двойной операционный усилитель BiCMOS
GBP 9MHz
TSX632
Micropower (60uA), rail-to-rail 16V CMOS Op-Amps, двойной, GBP 200kHz
TSX634A
Операционные усилители Micropower (60 мкА), rail-to-rail 16 В, КМОП, счетверенные, GBP 200 кГц, версия с низким напряжением смещения , сдвоенный, GBP 200 кГц, версия с малым напряжением смещения Операционные усилители CMOS, счетверенный, GBP 200 кГц
TS9222
Прецизионные операционные усилители rail-to-rail с большим выходным током
TS9224
Прецизионные операционные усилители rail-to-rail с большим выходным током
TSB622
Малая мощность, 1,7 МГц, выход rail-to-rail, 36 В операционный усилитель
TS914A
Маломощный с входами CMOS
TSV634
Вход/выход Rail-to-rail 5V CMOS Op-amps, micro-power (60uA), GBP=880kHz, счетверенный
High Precision 50

TS934A
Усилитель микрохопроводов с входами CMOS
TS912B
Низкая мощность с CMOS входами
TSV782
High Bandwidth (30 МГц) Низкий смещение (200). (50 МГц) Низкое смещение (200 мкВ) Rail-to-rail 5 В Операционный усилитель
LM2904A
Маломощный биполярный операционный усилитель
TS1874
1,8 В мин. источник питания микромощный
ТСВ632
Rail-to-rail input/output Операционные усилители CMOS 5 В, микромощность (60 мкА), GBP = 880 кГц, двойной
TS1872
1,8 В мин. питание, микромощность
TS1871
1,8 В вход/выход Rail-to-Rail маломощные операционные усилители
TSX711A
Precision, rail-to-rail 16V КМОП-операционные усилители