Работа операционного усилителя для чайников. Операционные усилители: принцип работы, виды и применение

Что такое операционный усилитель. Как работает операционный усилитель. Какие бывают виды операционных усилителей. Где применяются операционные усилители. Каковы основные характеристики операционных усилителей.

Что такое операционный усилитель и как он работает

Операционный усилитель (ОУ) — это универсальный электронный компонент, который используется для усиления и обработки электрических сигналов. ОУ представляет собой интегральную микросхему, которая имеет следующие основные особенности:

• Два входа — инвертирующий (-) и неинвертирующий (+)
• Один выход
• Очень высокий коэффициент усиления (порядка 100 000 и выше)
• Высокое входное сопротивление
• Низкое выходное сопротивление

Принцип работы ОУ заключается в усилении разности напряжений между его входами. Выходное напряжение ОУ определяется по формуле:

Uвых = K(U+ — U-)

где K — коэффициент усиления ОУ, U+ и U- — напряжения на неинвертирующем и инвертирующем входах соответственно.

За счет очень высокого коэффициента усиления даже небольшая разность входных напряжений приводит к насыщению выхода ОУ. Поэтому на практике ОУ всегда используется с цепями отрицательной обратной связи, которые задают нужный коэффициент усиления схемы.

Основные виды операционных усилителей

Существует несколько основных типов операционных усилителей, которые различаются по своим характеристикам и области применения:

1. Универсальные ОУ общего назначения

Это наиболее распространенный тип ОУ с хорошими усредненными параметрами. Примеры: LM358, LM324, TL072.

2. Прецизионные ОУ

Имеют очень низкое напряжение смещения и малый температурный дрейф. Используются в измерительной технике. Примеры: OP07, AD708.

3. Быстродействующие ОУ

Обладают высокой скоростью нарастания выходного сигнала и большой полосой пропускания. Применяются в высокочастотных схемах. Примеры: LM6172, AD8099.

4. Микромощные ОУ

Отличаются сверхнизким потреблением тока. Используются в портативных устройствах с батарейным питанием. Примеры: LM10, MAX406.

5. Мощные ОУ

Способны отдавать в нагрузку большие токи. Применяются для управления исполнительными устройствами. Примеры: LM675, OPA541.

Где применяются операционные усилители

Операционные усилители нашли широкое применение в различных областях электроники:

• Усилители звуковых сигналов
• Активные фильтры
• Генераторы сигналов
• Преобразователи сигналов
• Компараторы напряжения
• Измерительные приборы
• Источники питания
• Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

Универсальность ОУ позволяет создавать на их основе множество функциональных узлов аналоговой электроники.

Основные параметры операционных усилителей

При выборе ОУ для конкретного применения необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

• Коэффициент усиления — определяет максимальное усиление сигнала
• Входное сопротивление — влияет на нагрузку источника сигнала
• Выходное сопротивление — определяет способность работать на нагрузку
• Напряжение смещения нуля — паразитное напряжение на выходе при нулевом входном сигнале
• Входной ток смещения — ток, потребляемый входами ОУ
• Скорость нарастания выходного сигнала — определяет быстродействие
• Полоса пропускания — диапазон частот усиливаемого сигнала
• Коэффициент ослабления синфазного сигнала — способность подавлять помехи

Выбор ОУ с оптимальными параметрами позволяет создать схему с требуемыми характеристиками.

Базовые схемы включения операционных усилителей

Существует несколько основных схем включения ОУ, которые широко используются на практике:

1. Инвертирующий усилитель

В этой схеме входной сигнал подается на инвертирующий вход через резистор R1, а выход соединен с этим же входом через резистор R2. Коэффициент усиления определяется отношением R2/R1. Выходной сигнал инвертирован относительно входного.

2. Неинвертирующий усилитель

Здесь входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а цепь обратной связи соединяет выход с инвертирующим входом. Коэффициент усиления равен 1 + R2/R1. Фаза выходного сигнала совпадает с входным.

3. Повторитель напряжения

Это частный случай неинвертирующего усилителя с единичным усилением. Выход напрямую соединен с инвертирующим входом. Схема обладает высоким входным и низким выходным сопротивлением.

4. Дифференциальный усилитель

Усиливает разность напряжений, поданных на оба входа ОУ. Позволяет эффективно подавлять синфазные помехи в измерительных схемах.

5. Интегратор

Выполняет математическую операцию интегрирования входного сигнала. В цепи обратной связи вместо резистора используется конденсатор.

Эти базовые схемы позволяют реализовать большинство типовых применений операционных усилителей.

Особенности работы с операционными усилителями

При проектировании схем на ОУ необходимо учитывать следующие важные моменты:

• ОУ требуют двухполярного питания (например, ±15 В) для работы с биполярными сигналами
• Необходимо обеспечить устойчивость схемы с помощью правильной коррекции частотной характеристики
• Следует учитывать ограничения по максимальному размаху выходного напряжения
• Важно правильно выбирать элементы обвязки ОУ (резисторы, конденсаторы)
• Рекомендуется использовать развязывающие конденсаторы по цепям питания
• При работе с высокочастотными сигналами необходимо соблюдать правила монтажа ВЧ схем

Соблюдение этих рекомендаций позволит создавать надежные и эффективные схемы на операционных усилителях.

Заключение

Операционные усилители являются универсальным и мощным инструментом современной аналоговой электроники. Они позволяют создавать разнообразные функциональные узлы для обработки сигналов. Понимание принципов работы и особенностей применения ОУ открывает широкие возможности для разработки электронных устройств в различных областях техники.

Операционный усилитель для чайников

Что то часто мне стали задавать вопросы по аналоговой электронике. Никак сессия студентов за яцы взяла? В частности по работе операционных усилителей. Что это, с чем это едят и как это обсчитывать. Что это Операционный усилитель это усилок с двумя входами, невье… гхм… большим коэфициентом усиления сигнала и одним выходом. На практике, конечно, там числа поскромней.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• LM358 схема включения
• Дифференциальный усилитель
• Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение
• Операционный усилитель
• Операционный усилитель для чайников
• Операционный усилитель принцип работы для чайников
• Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение
• Компараторы, как они работают.
• Дифференциальный вход и операционный усилитель – для новичков в радиоделе

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК ТРАНЗИСТОР УСИЛИВАЕТ — РадиолюбительTV 41

LM358 схема включения

Часто вспоминаю, свое первое знакомство с операционным усилителем ОУ. Я всегда знал, что эти загадочные треугольники на схемах, мне пригодятся по жизни. Однако, долгие бессонные ночи, проведенные за изучением их принципа работы, так ни к чему и не привели. Статей на эту тему много, но, как мне кажется, самые основы не очевидны. Постараюсь подойти немного с другой стороны и развеять страшные тайны ОУ.

Задача: есть источник сигнала, например сигнал с микрофона или звукоснимателя гитары. Если микрофон подсоединить напрямую к наушникам, то скорее всего вы ничего не услышите, в лучшем случае это будет еле уловимый звук.

Представим себе вместо микрофона человека, который пытается поднять тяжелую плиту, естественно это ему не по силам, так же и микрофон не в силах раскачать динамик.

Но если этот человек будет использовать небольшое усилие, чтобы управлять подъемным краном, тогда он сможет поднять любой груз, в пределах грузоподъемности крана.

Аналогом грузоподъемности крана, является мощность усилителя. Смысл усиления должен быть понятен из картинки. Частота и форма сигнала остается такой же, изменяется только амплитуда. Теперь мы знаем, что для того чтобы слышать звук из динамиков нужен усилитель. Пока мы не знаем как он работает и что у него внутри, однако мы уже знаем, что должны быть ножки, на которые подается сигнал, который мы хотим усилить Uвх, а также ножки с которых снимается усиленный сигнал Uвых.

Вопрос до какого напряжения можно усилить сигнал? Потому что, исходный сигнал усиливается за счет внешнего источника. Внешним источником будет являться напряжение питания ОУ. Аналогично подъемный кран не может поднять груз выше своей высоты условимся что не может :.

Поэтому напряжение на выходе ОУ превысить напряжение питания не может. В реальности оно даже чуть меньше, чем напряжение питания. Например, для LM напряжение питания составляет от 3 до 32В.

Здесь же тонкий момент, если требуется усилить сигнал, который имеет отрицательные значения,. Остался главный вопрос, как задать коэффициент усиления? Очень просто — делителем напряжения. Но для начала, перейдем к более реальным обозначениям. Следовательно в зависимости от того, на какой вход подается исходный сигнал, различают два типа включения: неинвертирующий усилитель.

В этом случае форма сигнала на выходе не меняется. Сигнал на выходе будет в противофазе с входным. Перейдем от слов к делу. В качестве исходного сигнала взят меандр частотой 1кГц. Сигнал имеет как положительные значения, так и отрицательные середина экрана 0. Амплитуда сигнала 50мВ. Подключаю ОУ L по схеме неинвертирующего усилителя. Питание однополярное. На выходе ОУ сигнал той же формы, но с большей амплитудой.

Вероятно, не совсем понятно, почему сигнал именно такой амплитуды и почему он сместился вверх. Попробуем разобраться. Почему же сигнал сместился вверх? Вспоминаем недостаток однополярного питания, все что ниже 0 не может быть усилено, поэтому сигнал срезается на 0.

А теперь представьте себе, что если к ножке питания был бы подключен источник отрицательного напряжения подать, допустим -5В, то амплитуда сигнала увеличилась бы вдвое!!! Следовательно громкость бы тоже существенно увеличилась. Собственно это маленькое предисловие, перед началом изучения ОУ, все выше сказанное лишь капля в море, если понравилось — пишите, будем постепенно осваивать и другие применения ОУ, в т. А не на Другими словами говоря, общая разность потенциала между 4-м и м выводами микросхемы должна составить 10 Вольт.

Ну, по поводу двухполярного питания я просто рекомендовал, а вот ошибка именно в последней схеме, где указано, что Вы подаёте на й вывод микросхемы 5 Вольт. На самом деле, если 4-й вывод это земля общий проводник , то на й вывод нужно подавать отрицательное напрядение, т. Переворошил весь инет — и все без толку. Эта статья поражает доступностью.

Другие авторы пишут так научно, что и сами потом частично понимают свою же писанину. Ведь можно сказать, что шляпа-это вещь, имеющая геометрическую форму и т. Зачем, ведь шляпа по-простому, это просто шляпа!

Используйте его и не ошибетесь. Уважаемый автор. Не могли бы вы подробнее описать причины среза клиппинга и как сэтим бороться. Собирал предусилитель с однополярным питанием, как на схеме, появился клиппинг. Ваш e-mail не будет опубликован. Поиск по сайту. Урок 0. Техника безопасности и полезные советы. Урок 2. Резисторы Урок 3.

Конденсатор Урок 4. Урок 4. Биполярный транзистор. Урок 5. Фильтр частот. АЧХ Урок 6. Урок 7. Полевой транзистор. Знакомство с графическим дисплеем. Урок 6. Операционный усилитель. Первое знакомство. Здесь же тонкий момент, если требуется усилить сигнал, который имеет отрицательные значения, то к -Uпит нужно подключать, именно источник отрицательного напряжения, а не землю.

Максим on Roman on Виктор on Артур on Андрей on Дмитрий on Александр on Спасибо за сайт, очень понравилось прочитал уже много статей. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован.

Свежие записи. Установка и запуск NodeJs на Raspberry Последние комментарии.

Дифференциальный усилитель

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация.

В курсе электроники есть много важных тем. Сегодня мы попытаемся разобраться с операционными усилителями. Начнем сначала.

Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение

Идеальный ОУ будет смоделирован для PSpice как усилитель с высоким входным сопротивлением, нулевым выходным сопротивлением и высоким коэффициентом усиления по напряжению. Типичные значения этих параметров показаны на рис. Обратите внимание, что напряжение v 1 относится к инвертирующему входу, a v 2 — к неинвертирующему. Эта модель будет служить для анализа на постоянном токе и при низкой частоте. При необходимости мы будем изменять модель, учитывая другие свойства ОУ. Хотя в применении PSpice для анализа простых схем на ОУ нет необходимости, желательно посмотреть, какую информацию дает программа даже в этих ситуациях. Имеются также некоторые ограничения, которые заслуживают нашего внимания. На рис.

Операционный усилитель

Операционные усилители являются одними из основных компонентов в современных аналоговых электронных устройствах. Благодаря простоте расчетов и отличным параметрам, операционные усилители легки в применении. Их также называют дифференциальными усилителями, так как они способны усилить разность входных напряжений. Особенно популярно использование операционных усилителей в звуковой технике, для усиления звучания музыкальных колонок. Из корпуса усилителя обычно выходят пять выводов, из которых два вывода — входы, один — выход, остальные два — питание.

Говоря операционный усилитель, я зачастую подразумеваю LM

Операционный усилитель для чайников

Операционный усилитель LM стал одним из самых популярных типов компонентов аналоговой электроники. Этот небольшой компонент может быть использован в самых разнообразных схемах, осуществляющих усиление сигналов, в различных генераторах, АЦП и прочих полезных устройствах. Все радиоэлектронные компоненты следует разделять по мощности, диапазону рабочих частот, напряжению питания и прочим параметрам. А операционный усилитель LM относится к среднему классу устройств, которые получили самую широкую сферу применения для конструирования различных устройств: приборы контроля температуры, аналоговые преобразователи, промежуточные усилители и прочие полезные схемы. Подтверждением высокой популярности микросхемы являются ее рабочие характеристики , позволяющие создавать много различных устройств.

Операционный усилитель принцип работы для чайников

Дифференциальный усилитель — операционный усилитель, являющийся сочетанием инвертирующего и неинвертирующего усилителей. Дифференциальные усилители могут определить и усиливать разницу между входными сигналами. Поскольку многие дифференциальные усилители способны определять очень маленькую по величине разницу, они очень часто используются в контрольно-измерительных устройствах. Дифференциальный усилитель состоит из одного операционного усилителя и нескольких резисторов. Отличие дифференциального усилителя от других усилителей состоит в том, что обычно напряжение подается на оба его входа.

Операционные усилители. Виды и работа. Питание и особенности. Операционный усилитель принцип работы для чайников. Операционные.

Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение

Компаратор — это операционный усилитель без обратной связи с большим коэффициентом усиления. Поэтому, если подать на один его вход например инверсный какой то постоянный уровень опорного напряжения, а на другой вход прямой изменяющийся сигнал — выходное напряжение у него изменится скачком, от минимального до максимального в тот момент, когда уровень входного сигнала превысит уровень сигнала опорного напряжения, установленного на другом входе, и наоборот. Компараторы имеют два входа, прямой и инверсный, и в зависимости от желаемого результата, опорное и сравниваемое напряжения, могут подключаться к любому входу. Если входное напряжение на прямом входе, превысит напряжение инверсного входа, выходной транзистор компаратора открывается, если станет ниже — закрывается.

Компараторы, как они работают.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Начинающим Операционные усилители 1

Мысли Автор: dez. Операционный усилитель — универсальное оружие в мире аналоговой схемотехники. С его помощью специалист может сделать очень многое. Но пользоваться этим оружием нужно ещё уметь. Иногда кажется, что достаточно нарисовать волшебный треугольник на схеме, рассыпать вокруг резисторов с конденсаторами, и дело в шляпе.

В усилителях звука для введения обратной связи довольно часто применяют входной каскад, как на рисунке ниже. Рис Усилитель с дифференциальным входом Рассмотрим работу такой схемы.

Дифференциальный вход и операционный усилитель – для новичков в радиоделе

Операционный усилитель — электронная схема усилителя на полупроводниках, в интегральном исполнении имеющего два балансных входа — прямой и инверсный, обладающий высоким коэффициентом усиления. Интегральное исполнение подразумевает законченную конструкцию усилителя, размещённую в одном корпусе интегральной микросхемы ИМС. Применение операционных усилителей ОУ самое разнообразное — в усилителях различных сигналов, в генераторах сигналов, в частотных фильтрах звукового диапазона, в схемах контроля физических величин температуры, освещённости, влажности, ветра , и т. Работу операционного усилителя можно сравнить с аптекарскими, или технохимическими весами. Весы отклоняются в сторону той чаши, масса груза на которой больше. Если напряжение прямого входа больше, чем инверсного, тогда на его выходе появляется положительное напряжение, в противном случае, когда напряжение инверсного входа больше, чем прямого, — на выходе операционного усилителя будет отрицательное напряжение. Операционный усилитель на принципиальных схемах изображается так же, как на структурных схемах обозначается обыкновенный усилитель— большим треугольником.

Основы электроники. Это устройства, предназначенные для усиления напряжения, тока и мощности электрического сигнала. Простейший усилитель представляет собой схему на основе транзистора. Использование усилителей вызвано тем, что обычно электрические сигналы напряжения и токи , поступающие в электронные устройства малы по амплитуде и возникает необходимость увеличивать их до требуемой величины, достаточной для дальнейшего использования преобразования, передачи, подачи на нагрузку.

Работа операционного усилителя

Часто подходящими оказываются не стабилизированные источники напряжения, так как благодаря отрицательной обратной связи обеспечивается высокое значение коэффициента ослабления влияния напряжения источника питания для ОУ типа типичным является значение 90 дБ. В некоторых современных операционных усилителях во входной и выходной диапазоны входит и напряжение отрицательного источника т. Для таких ОУ возможность работы с одним источником особенно заманчива благодаря простоте. Однако имейте в виду, что наиболее распространено использование расщепленных симметричных источников питания. Для операционных усилителей общего назначения типа размах напряжения на входах и на выходе обычно меньше диапазона напряжения питания по абсолютной величине на 1,5 В.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Операционный усилитель? Это очень просто!
• Компаратор на операционном усилителе
• Операционный усилитель
• Операционный усилитель для чайников
• Primary Menu
• Принцип действия операционного усилителя

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Компараторы. Часть 1 — введение

Операционный усилитель? Это очень просто!

To browse Academia. Skip to main content. Log In Sign Up. Learning Non-inverting Amplifier. Hein Lin Htun. Он представляет собой усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления.

ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем, включая системы на кристалле SoC.

Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Применение ОУ в электронике чрезвычайно широко это наиболее часто встречающийся элемент в схематехнике. Добавление лишь нескольких внешних компонент делает из ОУ конкретную схему аналоговой обработки сигналов. Цель работы. Целью настоящей магистерской диссертационной работы является изучение свойств операционных усилителей, конструктивно выполненных в виде интегральной схемы с цель последующего компьютерного моделирования и комплексного анализа выбранной схемы в программной среде Electronics Workbench и NI Multisim Задачи исследований.

Научная новизна работы: — теоретически обоснована и экспериментально подтверждена необходимость применения в неинвертирующей усилители. Практическая значимость работы заключается: — в разработке описание основные принципы и задачи алгоритмы формирования проекта. Ниже приводятся основные параметры ОУ, характеризующие его работу.

В первой главе приведен краткий алгоритмы формирования проекта, математическое моделирование элементов ИС, проектирование ИС в среде Multisim и Проектирование элементов топологии. Операционные усилители предназначены как для усиления электрических сигналов, так и для осуществления различных операций над сигналами: сложения, вычитания, интегрирования, логарифмирования и пр. Подобные усилители имеют симметричный дифференциальный высокоомный вход, высокий коэффициент усиления, низкоомный сравнительно мощный выход и сконструированы таким образом, что к ним могут быть подключены различные корректирующие цепи н цепи обратной связи.

Заключение В процессе диссертационной работы было изучено исследование интегральной схемы операционного усилителя с функцией неинвертирующего усилителя. В работе не только изучены свойств операционных усилителей, но и использовано компьютерное моделирование комплексного анализа выбранной схемы в программной среде Electronics Workbench и NI Multisim В работе выпольняется решить следующие ряд задачи; Рассмотрено освоение теоретических основ работы операционных усилителей, выполненных по микроэлектронной технологии; Изучены основные конструктивного, схемотехнического проектирования и технологических приемов создания микроэлектронных устройств: Приведены математические моделей радиоэлектронных устройств и их элементов для компьютерного моделирования; Рассмотрена адаптация программной среды NI Multisim 11 для проектирования интегральной схемы операционного усилителя заданного функционального назначения; Исследованы характеристики спроектированной неинвертирующего усилителя.

Download file. Remember me on this computer. Need an account? Click here to sign up.

Компаратор на операционном усилителе

Частным случаем последовательно-параллельных АЦП является приведенный на рис. Для удобства поворота выпрямителя при перемещении боковые и торцевые пары колес расположены в разных плоскостях и выпрямитель в стационарном положении имеет незначительны наклон. Общие сведения. В качестве элемента усиления электрического сигнала в системе используется операционный усилитель. Усилитель имеет два входа. На каждый из входов можно подавать сигнал постоянного тока различной относительно нулевой заземленной точки полярности.

2 Операционный усилитель: схемы включения, принцип работы. Схема усилителя на операционном усилителе неинвертирующего. Схема усилителя.

Операционный усилитель

Операционный усилитель ОУ ; англ. В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов. Операционный усилитель изначально был спроектирован для выполнения математических операций отсюда его название , путём использования напряжения как аналоговой величины. Однако идеальный ОУ является многофункциональным схемотехническим решением, он имеет множество применений помимо математических операций. Реальные ОУ, основанные на транзисторах , электронных лампах или других активных компонентах , выполненные в виде дискретных или интегральных схем , являются приближением к идеальным. Первые промышленные ламповые ОУ е годы выполнялись на паре двойных триодов , в том числе в виде отдельных конструктивных сборок в корпусах с октальным цоколем. Позднее были разработаны ОУ и на другой элементной базе: на полевых транзисторах с p-n переходом конец х годов и с изолированным затвором начало х годов , что позволило существенно улучшить ряд характеристик. Многие из более современных ОУ могут быть установлены в схемы, спроектированные для без каких-либо доработок, при этом характеристики схемы только улучшатся.

Операционный усилитель для чайников

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Операционные усилители являются одними из основных компонентов в современных аналоговых электронных устройствах. Благодаря простоте расчетов и отличным параметрам, операционные усилители легки в применении. Их также называют дифференциальными усилителями, так как они способны усилить разность входных напряжений.

Рубрика: Коммуникации и связь. Скачать файл: referat.

Primary Menu

Операционный усилитель — это интегральная схема, предназначенная для усиления слабого сигнала. Операционные усилители часто используются в различных аудио-устройствах. Например, если вы решите спаять усилитель для высокоомных наушников, вам наверняка понадобится операционный усилитель. Звучит, как что-то полезное. Так давайте же разберемся, как работать с этим хозяйством, на примере конкретного чипа NE

Принцип действия операционного усилителя

Операционный усилитель — электронная схема усилителя на полупроводниках, в интегральном исполнении имеющего два балансных входа — прямой и инверсный, обладающий высоким коэффициентом усиления. Интегральное исполнение подразумевает законченную конструкцию усилителя, размещённую в одном корпусе интегральной микросхемы ИМС. Применение операционных усилителей ОУ самое разнообразное — в усилителях различных сигналов, в генераторах сигналов, в частотных фильтрах звукового диапазона, в схемах контроля физических величин температуры, освещённости, влажности, ветра , и т. Работу операционного усилителя можно сравнить с аптекарскими, или технохимическими весами. Весы отклоняются в сторону той чаши, масса груза на которой больше. Если напряжение прямого входа больше, чем инверсного, тогда на его выходе появляется положительное напряжение, в противном случае, когда напряжение инверсного входа больше, чем прямого, — на выходе операционного усилителя будет отрицательное напряжение.

Параметры Операционного усилителя. ОУ в зависимости от режима работы характеризуется либо статическими, либо динамическими параметрами.

Идеальные операционные усилители. Этот раздел использует системы подход к представлению основ идеальных операционных усилителей. Таким образом, мы рассматриваем операционный усилитель как блок с входными и выходными клеммами. В настоящее время мы не занимаемся отдельными электронными устройствами в операционном усилителе.

Операционные усилители являются одними из основных компонентов в современных аналоговых электронных устройствах. Благодаря простоте расчетов и отличным параметрам, операционные усилители легки в применении. Их также называют дифференциальными усилителями, так как они способны усилить разность входных напряжений. Особенно популярно использование операционных усилителей в звуковой технике, для усиления звучания музыкальных колонок. Из корпуса усилителя обычно выходят пять выводов, из которых два вывода — входы, один — выход, остальные два — питание.

To browse Academia.

Что то часто мне стали задавать вопросы по аналоговой электронике. Никак сессия студентов за яцы взяла? В частности по работе операционных усилителей. Что это, с чем это едят и как это обсчитывать. Что это Операционный усилитель это усилок с двумя входами, невье… гхм… большим коэфициентом усиления сигнала и одним выходом. На практике, конечно, там числа поскромней.

Операционный усилитель — это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз. Своё начало операционные усилители ведут от аналоговых компьютеров, где они применялись во многих линейных, нелинейных и частото-зависимых схемах.

Схемы операционных усилителей и анализ цепей

Схемы операционных усилителей — мощный инструмент в современных схемах. Вы можете собрать базовые схемы операционных усилителей для создания математических моделей, предсказывающих сложное поведение в реальном мире. Коммерческие операционные усилители впервые появились на рынке в виде интегральных схем в середине 1960-х, а к началу 1970-х они доминировали на рынке активных аналоговых схем.

Сам операционный усилитель состоит из сложного набора транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов, собранных вместе и построенных на крошечном кремниевом чипе, называемом интегральной схемой. Вы можете смоделировать операционный усилитель с помощью простых уравнений, не заботясь о том, что происходит внутри микросхемы. Вам просто нужны некоторые базовые знания об ограничениях на напряжения и токи на внешних клеммах устройства.

Как рисовать схемы операционных усилителей

В отличие от конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, операционным усилителям для работы требуется питание. Операционные усилители имеют следующие пять ключевых выводов, показанных здесь:

.

• Положительная клемма, называемая неинвертирующим входом v _P

• Отрицательная клемма, называемая инвертирующим входом v _N

• Выходная клемма в результате подачи напряжения между неинвертирующим и инвертирующим входами: v _O = A ( v _P – v _N 3 37)

• Положительная и отрицательная клеммы источника питания, обычно обозначенные как + В _CC и – В _CC и необходимые для правильной работы операционного усилителя

Хотя многие операционные усилители имеют более пяти выводов, эти выводы обычно не отображаются символически. Кроме того, чтобы уменьшить беспорядок при исследовании схемы операционного усилителя, источники питания обычно также не отображаются.

Когда на схеме ОУ не показаны блоки питания, не забывайте, что блоки питания задают верхний и нижний пределы выходного напряжения, ограничивая диапазон его напряжения. За исключением потусторонних сил, вы не можете получить больше выходной мощности, чем вы поставляете.

Идеальная схема операционного усилителя и ее передаточные характеристики

Вы можете смоделировать операционный усилитель с зависимым источником, если вам нужны точные результаты, но идеального операционного усилителя достаточно для большинства приложений.

OP AMP усиливает разницу между двумя входами, V _P и V _N , увеличимся A , чтобы дать вам выходной подачу V _{. 6. 6. 6. . :}

Коэффициент усиления по напряжению А для операционного усилителя очень большой — более 10 ⁵ .

Когда выходное напряжение превышает подаваемую мощность, операционный усилитель насыщается . Это означает, что выходное напряжение ограничивается или достигает максимального значения при подаваемых напряжениях и больше не может увеличиваться. Когда это происходит, поведение операционного усилителя перестает быть линейным, а работает в нелинейной области.

Вы можете увидеть эту идею здесь; на левой диаграмме показана передаточная характеристика, а на правой диаграмме показана идеальная передаточная характеристика операционного усилителя с бесконечным коэффициентом усиления. На графике показаны три режима работы операционного усилителя.

У вас есть положительные и отрицательные насыщенные области, показывающие нелинейные и линейные области. Если вы хотите усилить сигналы, вам нужно работать в линейной области. Вы можете математически описать три области следующим образом:

Для выполнения математических функций (таких как сложение и вычитание) операционный усилитель должен работать в линейном режиме. Все показанные здесь схемы операционных усилителей работают в линейной активной области.

Моделирование операционного усилителя с зависимым источником

Если вам нужны точные результаты, вы можете смоделировать операционный усилитель с зависимым источником, управляемым напряжением, как показано здесь. Эта модель состоит из большого коэффициента усиления A, большого входного сопротивления R _I и малого выходного сопротивления Р _О . В таблице показаны идеальные и типичные значения этих характеристик ОУ.

Высокое усиление (или коэффициент усиления) упрощает анализ, позволяя вам не беспокоиться о том, что происходит внутри операционного усилителя. Пока операционный усилитель имеет высокий коэффициент усиления, математические схемы операционного усилителя будут работать. Высокое входное сопротивление потребляет мало тока от цепи входного источника, увеличивая срок службы батареи для портативных приложений. Низкое выходное сопротивление или его отсутствие обеспечивает максимальное напряжение на выходной нагрузке.

Здесь также показан зависимый источник тока, управляемый напряжением. Выход ограничен между положительным и отрицательным напряжениями, когда операционный усилитель работает в линейной области.

Изучить основные уравнения для анализа идеальных схем операционных усилителей

Идеальные свойства операционного усилителя составляют два важных уравнения:

Эти уравнения упрощают анализ операционных усилителей и дают ценную информацию о поведении схемы. Почему? Поскольку обратная связь от выходных клемм к одному или обоим входам гарантирует, что v _P и v _N равны.

Чтобы получить первое ограничение, предположим, что линейная область операционного усилителя регулируется, когда выходной сигнал ограничен напряжением питания следующим образом:

Вы можете изменить уравнение, чтобы ограничить ввод до v _P – v _N :

Для идеального операционного усилителя коэффициент усиления A равен бесконечности, поэтому неравенство принимает вид

Следовательно, идеальный операционный усилитель (с бесконечным усилением) должен иметь это ограничение:

Операционный усилитель с бесконечным коэффициентом усиления всегда будет иметь одинаковое неинвертирующее и инвертирующее напряжения. Это уравнение становится полезным при анализе ряда схем операционных усилителей, таких как неинверторный операционный усилитель, инвертор, сумматор и вычитатель.

Другое важное уравнение для операционного усилителя рассматривает входное сопротивление R _I . Идеальный операционный усилитель имеет бесконечное сопротивление. Это означает, что никакие входные токи не могут поступать на операционный усилитель:

Уравнение говорит о том, что входные клеммы операционного усилителя действуют как разомкнутые цепи.

Вам необходимо соединить выходную клемму с инвертирующей клеммой, чтобы обеспечить отрицательную обратную связь, чтобы операционный усилитель работал. Если вы подключаете выход к положительной стороне, вы обеспечиваете положительную обратную связь, что не очень хорошо для линейной работы. При положительной обратной связи операционный усилитель либо насыщается, либо вызывает колебания на выходе.

Введение в операционные усилители — электроника…

Опубликовано 11 февраля 2022 г.

Операционные усилители — прекрасная вещь. Они обеспечивают относительно высокое усиление с относительно низким уровнем шума или искажений, чертовски дешевы, гибки в своих настройках и приложениях и просты в использовании. Эти характеристики делают операционные усилители чрезвычайно распространенными в дизайне и в реальной жизни.

Два правила для операционных усилителей

Несмотря на то, что операционные усилители сложны внутри и в них есть несовершенства, есть две вещи, которым вы можете следовать, и это сделает операционные усилители очень простыми для понимания.

1. Оба входа будут иметь одинаковое напряжение. Чуть менее лаконично — неинвертирующий вход, отмеченный плюсом, и инвертирующий вход, отмеченный минусом, будут на одинаковом напряжении. Это потому, что вывод будет делать все необходимое, чтобы сбалансировать их. Для этого выход должен быть каким-то образом соединен со входами.

Анализ конфигурации неинвертирующего усилителя, чтобы показать, как выходной сигнал через цепь обратной связи делает одинаковым напряжение на двух входах.

2. Ток не будет подаваться или выходить из входов. Входы, помимо того, что они имеют одинаковый уровень напряжения, имеют очень высокий импеданс, а это означает, что на них должен поступать нулевой ток.

Идеальный операционный усилитель имеет очень высокий импеданс, поэтому он не нагружает источник возбуждения.

Общие термины и проблемы, связанные с операционными усилителями

Rail-to-rail — иногда можно услышать фразу «rail-to-rail» операционный усилитель, и это относится к выходному напряжению операционного усилителя. Операционный усилитель обычно имеет положительное и отрицательное напряжение питания, и, будучи рельсовым, выход операционного усилителя может быть полностью от отрицательного напряжения питания до положительного напряжения питания. Операционные усилители, не работающие по схеме «rail-to-rail», могут работать только в пределах нескольких вольт от входного питания. Например, если у вас есть источник питания +-15 В, и вы можете качнуть только +-12 В на своем выходе, у вас есть 3 В на верхнем и нижнем концах вашего выхода, которых вы не можете достичь. Может показаться, что вы всегда хотели бы использовать операционный усилитель rail-to-rail, но, как и во всем в жизни, вы отказываетесь от других проблем с производительностью ради этого полного размаха. Но если вы имеете дело с низковольтным операционным усилителем, вам, скорее всего, понадобится полный размах.

Напряжение смещения — при этом напряжения на входах должны быть одинаковыми, в реальности их никогда не бывает. Они будут хотя бы немного отклонены, и в зависимости от операционного усилителя это может быть лучше или хуже. Эта разница в напряжении между входами называется напряжением смещения.

Входной ток смещения — входы должны иметь импеданс, равный бесконечности, что означает, что на них абсолютно не протекает ток. Однако на самом деле это тоже не так. Величина тока, протекающего через вход операционного усилителя, называется входным током смещения.

Входной ток смещения — постоянный ток, необходимый на входах усилителя для правильной работы первого каскада. достичь необходимого напряжения. При бесконечном токе каждое напряжение достигалось бы мгновенно. Однако, поскольку выходное сопротивление небольшое, но конечное, это означает, что ток конечен, а это означает, что существует ограничение скорости изменения выходного напряжения. Этот предел скорости, измеряемый в вольтах в секунду (или, чаще, в вольтах в микросекунду), называется скоростью нарастания.

Скорость нарастания — максимальная скорость, с которой может изменяться выходной сигнал усилителя в вольтах в микросекунду (В/мкс).

Полоса пропускания — В идеальном мире операционный усилитель действовал бы одинаково независимо от входного сигнала частоты. Однако, это не так. Все операционные усилители имеют ограничения по частоте, и это зависит от специализированного назначения и, как правило, от стоимости каждого операционного усилителя, от того, насколько широка его полоса пропускания или на какой частоте он основан.

Полоса пропускания — диапазон частот, в котором устройство ведет себя как нужно, без каких-либо нежелательных искажений, изменения фазы и с соответствующим усилением.

Как используются операционные усилители

В начале мы упомянули, что операционные усилители «гибки» в своих настройках и приложениях. Существует слишком много применений, и каждое из этих приложений заслуживает отдельного руководства, но мы хотим дать краткий обзор некоторых из наиболее популярных применений операционных усилителей.

Повторитель напряжения : Преобразует выход с низким импедансом в выход с высоким импедансом.

Конфигурация повторителя напряжения

Инвертирующий и неинвертирующий усилитель : Принимает слабый сигнал и усиливает его. Преимущества инвертирования и неинвертирования основаны на отрицательных и положительных отзывах и потенциальных проблемах с выходом из строя.

Конфигурация инвертирующего усилителяКонфигурация неинвертирующего усилителя

Суммирующий усилитель : суммирование различных напряжений, что также удобно при комбинировании напряжений разных частот.

Конфигурация суммирующего усилителя

Интегратор и дифференциатор : Используется в АЦП и схемах формирования сигналов или ЦАП или для обнаружения изменений напряжения.

Конфигурация интегратора Конфигурация дифференциала

Компаратор : Хотя существуют специализированные устройства, которые лучше работают в качестве компараторов, операционный усилитель, сконфигурированный как компаратор, все же может выполнять разумную работу по сравнению одного напряжения с другим.

Компаратор с гистерезисом (триггер Шмитта)

Существует множество других стандартных конфигураций операционных усилителей, но это лишь некоторые из наиболее распространенных применений операционных усилителей, и легко увидеть, как часто они могут использоваться в схеме.

Резюме

Хотя это был обзор высокого уровня, если вы действительно хотите использовать один из них, вам следует более подробно изучить различные конфигурации. Кроме того, если вы можете, проведите с ними некоторое время и получите более интуитивное представление о том, как различные конфигурации работают как математически, так и практически.

Охваченные баллы:

• Операционные усилители также известны как операционные усилители
• Они усиливают сигналы, но наиболее эффективны при наличии дополнительных схем
• На двух входах поддерживается одинаковое напряжение благодаря выходу операционного усилителя.
• Два входа не потребляют и не потребляют ток.
• Хотя эти правила очень полезны, они также не соответствуют действительности, и недостатки могут повлиять или не повлиять на вашу схему.

• Операционный усилитель (11)
• Усилитель (6)

Автор:

Джош Бишоп

Интересуясь встраиваемыми системами, туризмом, кулинарией и чтением, Джош получил степень бакалавра электротехники в Университете штата Бойсе. Проработав несколько лет офицером CEC (Seabee) в ВМС США, Джош уволился и в конце концов начал работать над CircuitBread с кучей замечательных людей. В настоящее время Джош живет на юге Айдахо с женой и четырьмя детьми.