Виды операционных усилителей: типы операционных усилителей — полная лажа

Лекция 9 Основные виды схем на основе операционных усилителей

Операционные усилители (ОУ) в настоящее время используются в самых различных электронных устройствах. Их широко применяют как в аналоговых, так и в импульсных устройствах электроники. В то же время существуют и часто используются типовые линейные схемы на основе операционных усилителей.

При создании схем с операционными усилителями используется ряд допущений, принимаемых в предположении, что используемые операционные усилители достаточно близки к идеальным.

Примем следующие допущения:

1. Входное сопротивление ОУ равно бесконечности, токи входных электродов равны нулю .

2. Выходное сопротивление ОУ равно нулю, т. е. ОУ со стороны выхода является идеальным источником напряжения (R_вых=0).

3. Коэффициент усиления по напряжению (коэффициент усиления дифференциального сигнала) равен бесконечности, а дифференциальный сигнал в режиме усиления равен нулю (при этом не допускается закорачивания выводов ОУ).

4. В режиме насыщения напряжение на выходе равно по модулю напряжения питания, а знак определяется полярностью входного напряжения.

5. Синфазный сигнал не действует на ОУ.

6. Напряжение смещения нуля равно нулю.

Инвертирующий усилитель на основе оу

Рассмотрим схему инвертирующего усилителя (рис. 9.1), из которого видно, что в ней действует параллельная обратная связь по напряжению.

Рис. 9.1. Инвертирующий усилитель с параллельной обратной связью

по напряжению

Так как i = 0, то в соответствии с первым законом Кирхгофаi₁ =i₂.

Если ОУ работает в режиме усиления, то u_диф= 0. В соответствии с этим на основании второго закона Кирхгофа получим

,.

Учитывая, что

i₁ =i₂, получаем

.

Например, если R₁=1кОм,R₂=10кОм, тогдаu_вых = –10 ·u_вх.

Для уменьшения влияния входных токов ОУ на выходное напряжение в цепь неинвертирующего входа включают резистор R3 (рис. 9.2), которое определяется из выражения

.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах значительно ниже собственного входного сопротивления ОУ. Это подтверждает вывод о том, что параллельная отрицательная обратная связь уменьшает входное сопротивление.

Рис. 9.2. Операционный усилитель с обратной связью

Учитывая, что , входное сопротивление усилителя на низких частотах приблизительно равно

R₁.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах R_вых.оссущественно меньше выходного сопротивления на низких частотахR_выхсобственно операционного усилителя. Это является следствием действия отрицательной обратной связи по напряжению.

Можно показать, что

,

где К– коэффициент усиления по напряжению ОУ.

Неинвертирующий усилитель на основе оу

Рассмотрим схему неинвертирующего усилителя (рис. 9.3), где имеет место последовательная связь по напряжению.

В соответствии с ранее принятыми допущениями входные токи ОУ равны нулю, т. е. i_– =i₊ = 0 и, следовательно,i₁ =i₂. Если ОУ работает в режиме усиления, тогда

u_диф= 0.

Рис. 9.3. Неинвертирующий усилитель на основе ОУ с обратной связью

На основании второго закона Кирхгофа получаем

,.

Неинвертирующий усилитель характеризуется коэффициентом усиления по напряжению

.

Коэффициент усиления усилителя, охваченный обратной связью, определяется выражением

.

При

.

Коэффициент βопределяется выражением

.

Таким образом, при

.

Пусть, например, R₁=2кОм,R₂=4кОмиu_вх=2В.

Тогда

.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя на ОУ с обратной связью

,

причем при К→R_вх.ос→.

На входах операционного усилителя, использующегося в неинвертирующем усилителе, имеется синфазный сигнал, равный напряжению u_вх. Это недостаток такого усилителя. В инвертирующем усилителе синфазный сигнал отсутствует.

Операционные усилители — виды, обозначения, корпуса усилителей

Немного истории

Сначала несколько слов о том, что такое операционные усилители (ОУ). Само название говорит о том, что с их помощью выполняются какие-то операции. Может быть это хирургический инструмент? Вовсе нет. Этот инструмент предназначен для выполнения различных математических операций.

Первоначально операционные усилители использовались в аналоговых вычислительных машинах (АВМ), в которых информация представлялась непрерывными сигналами в виде токов и напряжений.

Хотя в настоящее время АВМ ушли в прошлое, аналоговые сигналы, получаемые с различных датчиков (например, давление жидкости или угол поворота педали газа), используются до сих пор очень широко. И от этого просто некуда деться.

Чаще всего аналоговые сигналы преобразовываются в цифровые с помощью, например, АЦП, а дальнейшая их обработка производится в цифровом виде с помощью микропроцессров или микроконтроллеров.

Операционные усилители на электронных лампах

В первых, еще ламповых АВМ, математические операции над аналоговыми данными выполнялись с помощью специальных схем, которые и получили название операционные усилители. Естественно, что первые операционные усилители были ламповыми. Их внешний вид и схема показаны на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Конструкция операционного усилителя понятна из рисунка: вся схема была собрана в одном корпусе и просто вставлялась в панельку с помощью октального цоколя как одна лампа. Элементной базой, как следует из рисунка 2, является пара ламп – двойных триодов. Как будто всего 4 транзистора.

Транзисторные операционные усилители

После появления на свет транзисторов операционные усилители стали выполняться в виде плат с разъемами, и такое положение дел продолжалось до тех пор, пока не были изобретены интегральные микросхемы. Это несколько улучшило общее положение дел, лишило схему всех «ламповых» недостатков: большая потребляемая мощность и низкая надежность ввиду ограниченного срока службы ламп. Но и транзисторные операционные усилители имели свои недостатки. В первую очередь их габариты были достаточно велики, хотелось бы поменьше.

Операционные усилители в интегральном исполнении

Первый интегральный операционный усилитель µA702 разработал в 1963 году сотрудник компании Fairchild Semiconductor Роберт Видлар. Прибор содержал всего лишь 9 транзисторов, но стоил целых 300 долларов, что позволяло применять его только в разработках для военной промышленности. Но в целом это был огромный шаг вперед, одно из величайших открытий в электронике.

Уже в 1965 году Роберт Видлар сконструировал операционный усилитель µA709, который стоил в производстве намного дешевле, всего 10 долларов. И даже такая цена не позволяла применять его для бытовой техники, но была вполне приемлема для промышленной автоматики и т.п. задач.

В 1967 году Видлар перешел на работу в National Semiconductor, где под его руководством разработали LM101, имевшую лучшие характеристики. В 1968 году компания Fairchild выпустила µA741, имевший внутреннюю частотную коррекцию, что сделало его работу еще более стабильной – операционный усилитель с внутренней коррекцией не склонны к самовозбуждению.

Как уже было сказано основное назначение операционного усилителя – выполнение математических операций над аналоговыми переменными, представленными напряжениями (суммирование, интегрирование, умножение и т.д.). Но впоследствии выяснилось, что ОУ очень универсальный элемент, и его применение просто безгранично: усиление сигналов, активные частотные фильтры, генераторы, компараторы и многое другое.

Сейчас операционные усилители выпускаются в таких количествах, что без их применения обойтись просто невозможно. К тому же цена этих электронных изделий в некоторых случаях очень низкая, а возможности весьма высоки. В одном корпусе размещается уже сразу несколько операционных усилителей, микропотребление энергии и очень низкий уровень собственных шумов приближают реальные усилители к идеальным. Все это позволяет применять операционные усилители даже в профессиональной звуковой аппаратуре (многоканальные микшеры), делает их просто незаменимыми.

Конечно, история появления и развития операционных усилителей намного длиннее и, наверно, интересней, но пока ограничимся этими сведениями.

Условные графические обозначения операционных усилителей

Или рассказ о треугольниках и прямоугольниках

Первые шаги в радиолюбительство начинаются, как правило, с использования дискретных транзисторов, которые, часто с некоторой долей иронии или, наоборот, уважения, бывалые специалисты называют просто «рассыпухой». На таких транзисторах можно сделать практически что угодно, но зачастую это занятие требует достаточно высокой квалификации исполнителя.

Простой пример: настройка высококачественного УМЗЧ может стоить жизни нескольким комплектам мощных дорогостоящих транзисторов. Чтобы этого не случилось, надо иметь достаточный опыт постройки подобных устройств, пользоваться различными защитными устройствами в цепях питания и нагрузки. В простейшем случае лампами накаливания соответствующего напряжения и мощности.

Гораздо быстрее конечных результатов на почве «усилителестроения» можно достичь, если использовать УНЧ в интегральном исполнении. Просто добавили несколько резисторов, конденсаторов, блок питания, темброблок, и, пожалуйста, перед вами готовый усилитель. Но здесь речь пойдет об усилителях операционных, их применении в радиолюбительских конструкциях.

Наверно, никто не будет в домашних условиях собирать АВМ и всякие сумматоры – диффиренциаторы. А очень широкое применение ОУ в усилителях, микшерах, да и просто при ремонте разной электронной техники потребует хотя бы начальных знаний об операционных усилителях. О чем и будет написано в этой статье.

Как обозначаются операционные усилители на электрических схемах

Как и все радиодетали операционных усилителей обозначаются на схемах при помощи УГО – условных графических обозначений. Обозначения могут быть весьма разнообразны, хотя, в общем, обозначают одно и то же. При первом знакомстве со схемами на операционных усилителях возникают сомнения, вдруг что-то сделаю не так, вдруг все просто сгорит.

Если не брать во внимание внутреннее устройство операционных усилителей, кстати, достаточно сложное на первый взгляд (уж таковы традиции интегральной электроники), внешне операционники выглядят просто и логично. Дальнейшее описание коснется как раз внешних выводов и их использования в различных схемах.

Современный операционный усилитель имеет, как правило, два входа, один выход и два вывода для подключения питания. Это минимальный «джентльменский» набор. Кроме упомянутых выводов могут присутствовать выводы для подключения элементов частотной коррекции, выводы для балансировки (подстройки нуля на выходе). Различные УГО для операционных усилителей показаны на рисунке 1. Рассмотрим их насколько возможно подробно.

Рисунок 3.

На рисунке 1а и 1б корпуса операционного усилителя показаны в виде равнобедренного треугольника. Да, это не более, чем корпус микросхмы. С левой стороны располагаются 2 входа: инвертирующий (обозначается знаком «минус» или маленьким кружочком) и неинвертирующий (обозначается знаком «плюс» или рисуется просто без кружочка). Замечание: если схема нарисована по «правилам хорошего тона», то все входы находятся слева, а выходы справа рассматриваемого элемента. Вспомогательные выводы, например, коррекции, питания, могут располагаться как угодно.

Вот, как раз в правом углу треугольника находится вывод с надписью «Выход», а сверху и снизу показаны выводы для присоединения питания, чаще всего двух полярного. Чтобы не перегружать, не затуманивать схему выводы, питания чаще всего, не показываются. Их присоединение указывается просто в примечаниях к схеме.

Корпус операционного усилителя может изображаться в виде прямоугольника, как показано на рисунке 1в. Все остальные части этого рисунка те же, что и случае треугольного корпуса.

Корпуса операционных усилителей

Современная полупроводниковая технология достигла таких совершенств, что число полупроводниковых структур в одном корпусе просто не поддается учету. Достаточно вспомнить современные микропроцессоры, количество транзисторов в которых исчисляется миллиардами штук. Поэтому разместить в одном корпусе несколько операционных усилителей, содержащих всего-то несколько десятков транзисторов дело даже очень простое.

Рисунок 4.

Расположение выводов операционных усилителей различного типа в одних и тех же корпусах одинаково, что позволяет очень просто их заменять, особенно в случаях, когда операционные усилители установлены в разъемах — панельках. Но, в то же время, операционные усилители одного типа может быть изготовлен в совершенно разных корпусах. Это разнообразие требуется в условиях массового и крупносерийного производства в основном для удобства разработки печатных плат и всей конструкции электронного устройства.

На рисунке 3 показаны операционные усилители, выполненные в корпусах DIP8, DIP14.

 

Рисунок 5.

На рисунке 4 показан операционный усилитель типа 4558 в корпусе типа SIP-8 — однорядный восьмивыводный корпус.

Рисунок 6.

В настоящее время все большую популярность завоевывают операционные усилители в корпусах для поверхностного монтажа – SMD.

Рисунок 7.

В следующей статье будет рассмотрен идеальный операционный усилитель, его входы и выходы и некоторые основные свойства, которые пригодятся в процессе самостоятельной разработки и изготовления (читай просто пайки на досуге) различных схем «для души». И уж совсем хорошо, если процесс пайки будет заменен беспаечными макетными платами, о которых уже статья уже была.

Продолжение статьи: Идеальный операционный усилитель

Борис Аладышкин

Источник Понравилась статья, поделитесь с другими!!! ➤

Основы, типы, применение, преимущества и ограничения

Содержание

Что такое операционный усилитель?

Операционный усилитель также известен как краткие формы операционного усилителя, а операционный усилитель представляет собой усилитель с электронным напряжением с высоким коэффициентом усиления, связанным по постоянному току. Он имеет дифференциальный вход и известен тем, что дает несимметричный выход.

Известно, что операционный усилитель создает в этой конфигурации выходной потенциал относительно земли цепи. Было обнаружено, что этот выходной потенциал в 100 000 раз больше, чем разность потенциалов, которая, как известно, существует между входными клеммами.

Операционный усилитель произошел от аналоговых компьютеров, которые использовались для выполнения различных математических операций в частотно-зависимых, линейных и нелинейных схемах. Что делает этот усилитель популярным в качестве строительного блока аналоговых схем, так это его универсальность.

Характеристики схемы операционного усилителя , полоса пропускания, вход, выход и т. д. определяются внешними компонентами с использованием полученной отрицательной обратной связи. Они мало зависят от температуры коэффициентов или допусков техники.

Они в основном используются в электронных устройствах, которые включают в себя различные промышленные, научные и бытовые устройства. Большинство стандартных операционных усилителей на интегральных схемах стоят несколько центов, в то время как интегрированные операционные усилители, в спецификациях которых упоминаются специальные характеристики, стоят дороже.

Могут быть упакованы в виде компонентов или использованы как элементы различных сложных гибридных схем. Операционный усилитель — это тип дифференциального усилителя. Обычно он состоит из трех клемм, включая выход с низким импедансом и два входных порта с высоким импедансом.

Здесь инвертирующий вход обозначается знаком минус, тогда как неинвертирующий вход обозначается положительным знаком. В то время как инвертирующий вход обозначается знаком минус, положительный знак обозначает неинвертирующий вход.

Известно, что эти усилители работают для усиления перепада напряжения между входами. Это в основном полезно для различных аналоговых функций, которые состоят из питания, приложений управления и сигнальной цепи.

Операционные усилители выступают в качестве основных строительных блоков аналоговой электронной схемы. Их можно рассматривать как линейные устройства, обладающие всеми свойствами усилителя постоянного тока. Конденсаторы или внешние резисторы могут использоваться для них различными способами, чтобы использовать их в качестве различных усилителей, таких как неинвертирующий усилитель, компаратор, суммирующий усилитель, дифференциальный усилитель, интегратор и т. д.

Типы операционных усилителей

Существуют различные типов операционных усилителей , читаем дальше. Классификация операционных усилителей по коэффициентам усиления выглядит следующим образом. Это усилители с низким коэффициентом усиления, усилители со средним коэффициентом усиления и усилители с высоким коэффициентом усиления.

1. Усилители с низким коэффициентом усиления

Усилители с малым коэффициентом усиления – это усилители с малым коэффициентом усиления, которые используются для согласования импеданса и в качестве буферов.

2. Усилители со средним коэффициентом усиления

Усилители со средним значением интенсивности определяются как усилители со средним коэффициентом усиления. Это наиболее часто используемые усилители в области медицины. Кроме того, они используются для записи кривых ЭКГ и нуждаются в значении мышечных потенциалов.

3. Усилители с высоким коэффициентом усиления

Усилители с высоким коэффициентом усиления называются усилителями с высоким коэффициентом усиления. Эти усилители используются для записи конфиденциальных данных, таких как запись информации о сигналах мозга.

Операционные усилители: основные характеристики и параметры

Операционный усилитель имеет множество характеристик и параметров, которые перечислены ниже.

Коэффициент усиления без обратной связи: Коэффициент усиления без обратной связи в 9Операционный усилитель 0005 может быть определен как мера усиления, которое достигается, когда в схеме не реализована обратная связь. Это относится к тому факту, что петля или путь обратной связи разомкнуты.

Чтобы коэффициент усиления без обратной связи был полезным, необходимо, чтобы он был очень большим, за исключением компараторов напряжения. Эти компараторы известны тем, что сравнивают напряжения на входных клеммах.

Компараторы напряжения способны подавать выходной сигнал на отрицательную или положительную шину с небольшими перепадами напряжения. В конфигурациях с обратной связью высокие коэффициенты усиления без обратной связи очень полезны, поскольку они способны стабилизировать поведение схемы при изменении процесса, температуры и сигнала.

Входное сопротивление: Одной из важных характеристик операционного усилителя является то, что он обычно имеет высокое входное сопротивление. Входной импеданс измеряется между положительной и отрицательной входными клеммами, при этом идеальным значением является бесконечность, которая известна тем, что минимизирует нагрузку источника.

Схема организована вокруг операционного усилителя таким образом, что это может привести к значительному изменению влияния входного импеданса на источник. Вот почему контур обратной связи и внешние компоненты должны быть тщательно сконфигурированы.

Важно знать, что входное сопротивление определяется не только входным сопротивлением постоянному току. Известно, что входная емкость влияет на поведение схемы, поэтому это необходимо учитывать.

Вы также можете прочитать:  Что такое усилитель и как он работает?

Выходное сопротивление: Операционный усилитель известен тем, что имеет нулевое выходное сопротивление. Это обычно имеет небольшое значение, которое определяет величину тока, которую он может управлять, а также то, насколько плавно он может управлять буфером напряжения.

Частотная характеристика и полоса пропускания: Известно, что идеальный операционный усилитель имеет бесконечную полосу пропускания или BW и способен поддерживать высокий коэффициент усиления, не зависящий от частоты сигнала. Все операционные усилители имеют конечную полосу пропускания, которая обычно называется точкой 3 дБ.

В этом случае усиление начинает меняться по мере увеличения частоты, а усиление усилителя уменьшается со скоростью 20 дБ/декада. Операционный усилитель с более широкой полосой пропускания обеспечивает лучшую производительность, поскольку он известен тем, что поддерживает высокий коэффициент усиления на высоких частотах. Этот высокий коэффициент усиления требует огромного энергопотребления и повышенной стоимости.

Произведение усиления на полосу пропускания (GBP): GBP или произведение усиления на полосу пропускания — это произведение усиления и полосы пропускания усилителя. Он может быть определен как постоянное значение, присутствующее на кривой, и измеряется в частотной точке, где коэффициент усиления операционного усилителя достигает единицы.

Считается полезным, так как облегчает пользователю расчет коэффициента усиления без обратной связи устройства на различных частотах. Это мера производительности и полезности; Операционный усилитель с высоким GBP полезен для достижения качественных характеристик на высоких частотах.

Это основные параметры, которые необходимо учитывать при выборе операционного усилителя в проекте. Тем не менее, существует множество соображений, которые, как известно, влияют на дизайн в зависимости от производительности и потребностей приложений.

Некоторые другие важные параметры включают входное напряжение смещения, напряжения питания, шум и ток покоя.

Отрицательная обратная связь и усиление с обратной связью: В операционном усилителе реализована отрицательная обратная связь. Это делается путем подачи части выходного сигнала через внешний резистор обратной связи и получения его обратно на инвертирующий вход.

Для стабилизации усиления используется отрицательная обратная связь. Коэффициент усиления с обратной связью определяется с помощью внешних компонентов обратной связи, которые имеют более высокую точность по сравнению с внутренними компонентами операционного усилителя.

Это связано с тем, что внутренние компоненты операционного усилителя, как известно, имеют значительные отклонения в результате изменений температуры, технологических сдвигов, изменений напряжения и различных других факторов.

Преимущества операционного усилителя

Различные преимущества операционных усилителей заключаются в следующем. Обычно они представлены в виде ИС и легко доступны с различными уровнями производительности, которые можно выбрать. Их можно использовать для удовлетворения различных потребностей приложения.

Он имеет множество применений и выступает в качестве важного строительного блока в аналоговых приложениях, которые включают в себя буферы напряжения, схемы компараторов, конструкции фильтров и другие. Кроме того, есть много компаний, которые известны своей поддержкой моделирования.

Ограничения операционных усилителей

Операционные усилители также имеют многочисленные ограничения. Это аналоговые схемы, которые нуждаются в проектировщике, который имеет правильное понимание аналоговых основ. Эти основы включают частотную характеристику, стабильность и нагрузку. Очень часто проектируют простую схему операционного усилителя, который колеблется при включении.

Как обсуждалось ранее, в соответствии с ключевыми параметрами разработчик должен понимать, как эти параметры влияют на дизайн. Это означает, что разработчик должен иметь опыт аналогового проектирования от среднего до высокого. Это были ограничения операционных усилителей.

Топологии конфигурации операционных усилителей

На рынке доступны различные операционные усилители, отличающиеся выполняемыми функциями. Давайте прочитаем об общих топологиях конфигурации операционных усилителей , которые доступны.

Повторитель напряжения: Повторитель напряжения является наиболее часто используемой базовой схемой операционного усилителя. Эта схема в основном не требует внешних компонентов и обеспечивает как высокое входное сопротивление, так и низкое выходное сопротивление. Это то, что делает его наиболее полезным буфером, поскольку входное и выходное напряжение равны, а изменения на входе равны выходному напряжению.

Наиболее часто используемый операционный усилитель в электронных устройствах представляет собой усилитель напряжения, который увеличивает величину выходного напряжения. Как инвертирующие, так и неинвертирующие конфигурации являются наиболее часто используемыми конфигурациями усилителей.

Эти топологии являются замкнутыми, что означает, что обратная связь поступает с выхода обратно на входные клеммы. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению задается соотношением двух резисторов.

Инвертирующий операционный усилитель: Было замечено, что операционный усилитель заставляет отрицательную клемму равняться положительной клемме, которая является общей землей, когда речь идет об инвертирующем операционном усилителе . Операционные усилители размечены с помощью инвертирующей схемы.

Неинвертирующий операционный усилитель: Входной сигнал в схеме неинвертирующего усилителя из схемы соединяется с неинвертирующей положительной клеммой. Было замечено, что операционный усилитель заставляет отрицательное инвертирующее напряжение на клеммах равняться входному напряжению. Это, в свою очередь, создает ток через резисторы обратной связи.

Здесь выходное напряжение всегда находится в фазе с входным напряжением, поэтому топология называется неинвертирующей. Следует отметить, что коэффициент усиления по напряжению всегда больше 1, если речь идет о неинвертирующем усилителе.

Компаратор напряжения: Операционный усилитель . Компаратор напряжения известен тем, что сравнивает входное напряжение и передает выход на шину питания того, у которого вход выше. При этом конфигурация представляет собой операцию без обратной связи, так как отсутствует какая-либо обратная связь. Здесь компараторы напряжения обладают преимуществом работы с гораздо более высокой скоростью по сравнению с топологиями с обратной связью.

Применение операционных усилителей

В частности, операционные усилители представляют собой универсальные схемные блоки. Эти блоки находят применение во множестве различных схем с высоким коэффициентом усиления, низким выходным импедансом, высоким входным импедансом и различными входными параметрами. Это позволяет им обеспечивать высокий уровень производительности при использовании минимального количества компонентов.

Операционные усилители могут использоваться в различных схемах и приложениях, используя как положительную, так и отрицательную обратную связь вокруг своей микросхемы. Они известны тем, что выполняют различные функции в качестве фильтров, интеграторов, генераторов, усилителей и т. д.

Существует множество схем операционных усилителей, способных выполнять почти все необходимые аналоговые функции. В результате операционный усилитель стал мастерской конструктора аналоговой электроники.

Вы также можете прочитать: Что такое микроконтроллер и как он работает?

Применений операционных усилителей много, поскольку они могут использоваться в различных приложениях и схемах. Он считается почти идеальным усилителем из-за его необходимости во многих приложениях; его высокий коэффициент усиления, дифференциальный вход и высокое входное сопротивление делают его идеальным.

Как выбрать лучший операционный усилитель?

При выборе лучшего операционного усилителя необходимо выполнить следующие важные шаги. Они заключаются в следующем. Во-первых, выберите операционный усилитель , который поддерживает ожидаемый диапазон вашего рабочего напряжения. Эту информацию можно легко получить, взглянув на напряжения питания усилителя.

Усилитель может поддерживать как отрицательное, так и положительное питание. Отрицательный источник питания полезен в случае, если выход необходим для поддержки отрицательного напряжения. Теперь второй шаг — рассмотреть стоимость усилителя в фунтах стерлингов.

В случае, если приложение, которое вы используете, требует высокой производительности, уменьшенного искажения или имеет потребность в поддержке высоких частот, тогда можно рассмотреть операционный усилитель с более высокими GBP.

При выборе операционного усилителя необходимо также проверить его энергопотребление. Существуют определенные приложения, способные работать с низким энергопотреблением. Требования к мощности можно легко получить из технического описания детали.

Эти требования, как правило, перечислены как потребляемая мощность и ток питания. Другой способ оценки потребляемой мощности – это вычисление напряжения питания и тока питания. Обычно 9Операционные усилители 0005 , которые имеют более низкие токи питания, имеют низкий GBP и известны тем, что соответствуют более низким характеристикам схемы.

Разработчик должен обратить особое внимание на входное напряжение смещения усилителя, если используемые приложения требуют высокой точности. Это необходимо, так как это напряжение отвечает за смещение выходного напряжения усилителя.

Типы схем операционных усилителей Пример Обзор

Введение

Операционный усилитель представляет собой интегральную схему с двумя входными контактами и одним выходным контактом. Он используется для усиления и вывода разницы напряжений между двумя входными контактами. Основываясь на своих характеристиках, операционный усилитель выполняет разные функции в разных схемах. Здесь представлены общие и основные примеры схем операционных усилителей с описаниями.

Введение в схемы операционных усилителей

Каталог

Введение

Схема операционного усилителя и анализ схемы 1.1 Что такое инвертирующий и неинвертирующий усилитель? 1.2 Дифференциальный усилитель 1.3 Суммирование усилителя 1.4 Практический дифференциатор 1,5 Интегратор OP-AMP 1.6 Преобразование, детектор, ток смещения, компенсация напряжения 1.7. Отрегулирующая напряжение 10002 1,8 Sine Wave Wave Wave Wave Wave Wave Wave Wave Wave 100013 9000 2 1000113 1000113 1000113 1000113 1000113 1000113 1000113 1000113 1000113 10001.7003. Эталонное напряжение операционного усилителя 1.10 Усиление инструментов 1.11. Участок тока тока и источник 1. 12 ПРОЕКТИЧЕСКИЙ ДИОД И КЛАМП 1,13 Усилитель фильтра Notch 1,14. Анализ схемы Как собрать схему на операционном усилителе? В этой части представлены самые основные схемы операционных усилителей. Поймите роль операционного усилителя в различных схемах и создайте эталонный проект для своей собственной схемы усилителя с помощью описания уравнений операционного усилителя. Более того, с помощью этих схем вы можете работать с наиболее распространенными операционными усилителями. 1.1 Что такое инвертирующий и неинвертирующий усилитель? Рисунок 1 . Инвертирующий усилитель В схеме инвертирующего усилителя инвертирующий вход операционного усилителя получает обратную связь с выхода усилителя. Предполагая, что операционный усилитель является идеальным и применяя концепцию виртуального короткого замыкания на входных клеммах операционного усилителя, напряжение на инвертирующей клемме равно напряжению на неинвертирующей клемме.   Рисунок 2 . Инвертирующий усилитель с высоким входным сопротивлением В электронике высокое сопротивление означает, что точка в цепи (узел) пропускает относительно небольшое количество тока. Для инвертирующего усилителя входное сопротивление примерно равно входному сопротивлению. Это связано с тем, что входной резистор подключен к «виртуальной земле» в инвертирующей конфигурации. Другой пример: Рисунок 3 . Быстродействующий инвертирующий усилитель с высоким входным сопротивлением   Рисунок 4 . Неинвертирующий усилитель Неинвертирующий усилитель представляет собой схему схемы операционного усилителя, которая выдает усиленный выходной сигнал. Этот выходной сигнал неинвертирующего операционного усилителя находится в фазе с приложенным входным сигналом. Другими словами, неинвертирующий усилитель ведет себя как схема повторителя напряжения. Другой пример: Рисунок 5 . Неинвертирующий усилитель переменного тока Рекомендуемые показания: Инвертирующий и неинвертирующий усилители и их основные сведения…..(1) Операционный усилитель с высоким входным и низким выходным сопротивлением…..(2) 1.2 Дифференциальный усилитель Рисунок 6 . Схема дифференциального усилителя является очень полезной схемой операционного усилителя, которая достигается за счет добавления дополнительных резисторов параллельно входным резисторам. Обычно он имеет два выхода и два входа и представляет собой усилитель специального назначения, предназначенный для измерения дифференциальных сигналов, иначе известный как вычитатель.   1.3 Суммирующий усилитель Суммирующий усилитель — это еще один тип конфигурации схемы операционного усилителя, который используется для объединения напряжений, присутствующих на двух или более входах, в одно выходное напряжение. Объяснение примера: Рисунок 7 . Быстродействующий суммирующий усилитель с малым входным током   Рисунок 8 . Инвертирующий суммирующий усилитель Инвертирующий суммирующий усилитель — это еще один тип конфигурации схемы операционного усилителя, который используется для объединения напряжений, присутствующих на двух или более входах, в одно выходное напряжение. Когда точка суммирования подключена к инвертирующему входу операционного усилителя, схема будет давать отрицательную сумму любого количества входных напряжений.   Рисунок 9 . Неинвертирующий суммирующий усилитель Неинвертирующий суммирующий усилитель имеет конфигурацию, аналогичную инвертирующему суммирующему усилителю. Другими словами, он основан на конфигурации схемы неинвертирующего операционного усилителя, в которой вход (либо переменного, либо постоянного тока) подается на неинвертирующий (+) вывод, в то время как требуемая отрицательная обратная связь и усиление достигаются за счет скармливание некоторой порции.   1.4 Практический дифференциатор Рисунок 11 . Практичный усилитель-дифференциатор в основном представляет собой фильтр верхних частот и используется в схемах формирования волны, частотных модуляторах и т. д. Поскольку дифференциаторы имеют ограничения по частоте при работе с синусоидальными входами; схема ослабляет все низкочастотные компоненты сигнала и пропускает на выходе только высокочастотные компоненты. Другими словами, схема ведет себя как фильтр верхних частот.   1.5 Интегратор операционного усилителя Интегратор операционного усилителя — это электронная интегрирующая схема, которая выполняет математическую операцию интегрирования, т. Интегратор усилителя выдает выходное напряжение, пропорциональное интегралу. Рисунок 12 . Fast Integrator   Рисунок 13 . Быстрый интегратор с низким входным током   Рисунок 14 . Интергатор с малым дрейфом В схеме интегратора с малым дрейфом выход операционного усилителя всегда содержит сигналы, которые нельзя было предсказать даже при знании входных данных и точности.   1.6 Преобразователь, детектор, компенсация тока смещения, компаратор напряжения Рисунок 15 . Преобразователь тока в напряжение Преобразователь тока в напряжение создает напряжение, пропорциональное приложенному входному току. Эта схема необходима, если ваш измерительный прибор способен измерять только напряжения и вам необходимо измерить выходной ток.   Рисунок 16 . Прецизионный преобразователь переменного тока в постоянный Простой двухполупериодный прецизионный выпрямитель, использующий операционный усилитель с одним источником питания в режиме насыщения, который обеспечивает точное полуволновое выпрямление и однонаправленный ток.   Рисунок 17 . Логарифмический преобразователь с температурной компенсацией Представлен логарифмический усилитель с температурной компенсацией для индикатора уровня сигнала или приложений с автоматической регулировкой усиления.   Рисунок 18 . Двухсторонний детектор предельных значений Схема в виде дифференциального входа на несимметричный выходной усилитель будет преобразовывать дифференциальный (двусторонний) сигнал.   Рисунок 19 . Детектор быстрого перехода через нуль Детектор перехода через нуль, входной сигнал которого представляет собой сигнал знака, был преобразован в последовательность положительных импульсов с интервалом T путем добавления RC-цепи и ограничения. Его можно использовать для обнаружения фазовых аномалий или даже в качестве детектора потери переменного тока в целях синхронизации, быстрой и точной частоты.   Рисунок 20 . Пиковый детектор с малым дрейфом Схема пикового детектора на основе операционного усилителя является модификацией базовой схемы пикового детектора, используемой для устранения падения напряжения на диоде. Он сохраняет пиковое значение входного напряжения в течение неограниченного времени, пока не придет в состояние сброса.   Рисунок 21 . Интегратор операционного усилителя с компенсацией тока смещения Интегратор операционного усилителя представляет собой электронную интегрирующую схему, в которой резистор, создающий компенсирующий ток, протекает через последовательный конденсатор для поддержания виртуального заземления.   Рисунок 22 . Компаратор напряжения для управления интегральной схемой DTL или TTL Высокочастотные характеристики при любом коэффициенте усиления, поскольку выход компаратора может управляться интегральной схемой DTL или TTL.   Рисунок 23 . Пороговый детектор для фотодиодов Используйте операционные усилители или операционные усилители для преобразования тока фотодиода в измеримое напряжение.   1. 7 Регулировка напряжения смещения Входное напряжение смещения определяется как напряжение, которое необходимо приложить между двумя входными клеммами операционного усилителя, чтобы получить на выходе нулевое напряжение. В идеале выход операционного усилителя должен быть нулевым, когда входы заземлены. Наличие смещения можно инкапсулировать, предположив, что реальная входная/выходная передаточная характеристика операционного усилителя равна y = A (V + — V — + e ), где e — ошибка дифференциального входа идеального операционного усилителя. Рисунок 24 . Регулировка напряжения смещения для инвертирующих усилителей, использующих элементы обратной связи любого типа   Рисунок 25 . Регулировка напряжения смещения для неинвертирующих усилителей с любым типом элемента обратной связи   Рисунок 26 . Регулировка напряжения смещения для повторителей напряжения   Рисунок 27 . Регулировка напряжения смещения для дифференциальных усилителей   Рисунок 28 . Регулировка напряжения смещения для инвертирующих усилителей с сопротивлением источника 10 кОм или менее   1.8 Генератор синусоидальных колебаний Генератор синусоидальных колебаний с использованием операционного усилителя Генератор синусоидальных колебаний представляет собой тип электронного оборудования, генерирующего колебательную частоту по синусоидальной схеме. Одним из популярных методов генерации синусоидального сигнала с помощью операционного усилителя является использование конфигурации моста Вина. Рисунок 29 . Генератор синусоидальных колебаний низкой частоты с квадратурным выходом   Рис. 30 . Генератор высокочастотного синусоидального сигнала с квадратурным выходом   1.9 Опорное напряжение на операционном усилителе Опорное напряжение, или VREF, представляет собой прецизионное устройство, предназначенное для поддержания точного постоянного выходного напряжения с низким уровнем шума. В идеале выходной сигнал должен оставаться постоянным даже при изменении таких параметров, как температура окружающей среды, напряжение питания или ток нагрузки. Рисунок 31 . Положительное опорное напряжение В положительное опорное напряжение часто включается неинвертирующий буфер операционного усилителя для масштабирования выходного напряжения и подачи любого необходимого тока.   Рисунок 32 . Отрицательное опорное напряжение Распространенным способом создания отрицательного напряжения является использование операционного усилителя (операционного усилителя) для инвертирования выходного положительного прецизионного опорного напряжения. Этот подход обычно требует положительного опорного напряжения, операционного усилителя и двух шин питания для формирования отрицательного выходного сигнала.   1.10 Инструментальный усилитель Инструментальный усилитель представляет собой разновидность дифференциального усилителя с дополнительными входными буферными каскадами. Это схема дифференциального операционного усилителя, обеспечивающая высокое входное сопротивление и простоту регулировки усиления. По сути, типичная конфигурация инструментального усилителя состоит из трех операционных усилителей и нескольких резисторов. Рисунок 33 . Инструментальный усилитель с дифференциальным входом   Рисунок 34 . Инструментальный усилитель с переменным усилением и дифференциальным входом   Рисунок 35 . Инструментальный усилитель с синфазным диапазоном ±100 В   Рисунок 36 . Инструментальный усилитель с синфазным диапазоном ±10 В   Рис. 37 . Инструментальный усилитель с высоким входным импедансом   1.11 Прецизионный приемник и источник тока Операционный усилитель может быть источником или потребителем тока. Источник тока означает, что ток протекает от операционного усилителя к нагрузке. Втекающий ток означает, что ток поступает в операционный усилитель. Рисунок 38 . Precision Current Sink Для схемы стока тока операционные усилители предназначены для использования как при положительном, так и при отрицательном напряжении. Изменено подключение операционного усилителя, то есть отрицательный вход подключен к шунтирующему резистору.   Рисунок 39 . Прецизионный источник тока Прецизионные источники тока традиционно строились с использованием операционных усилителей, резисторов и других дискретных компонентов — с ограничениями, связанными с размером и точностью.   Рисунок 40 . Двусторонний источник тока   1.12 Прецизионный диод и зажим Рисунок 41 . Прецизионный диод В этой схеме схема операционного усилителя должна работать как идеальный диод. То есть идеальный операционный усилитель хочет сделать два своих входа равными по напряжению через цепь отрицательной обратной связи.   Рисунок 42 . Прецизионный зажим Прецизионный зажим для операционного усилителя представляет собой ту же схему, что и классический простой прецизионный выпрямитель (настроен на прохождение отрицательной полусинусоиды), но с неинвертирующим входом операционного усилителя.   1.13 Усилитель режекторного фильтра Режекторный фильтр — полезная схема для подавления средне- и высокочастотного резонанса для повышения точности управления. Он работает только в узкой полосе частот. Чтобы быть полезным, режекторный фильтр должен быть настроен на частоту резонанса или генерации шума. Рисунок 43 . Регулируемый режекторный фильтр Q   Рисунок 44 . Легко настраиваемый режекторный фильтр   1,14 Умножитель емкости Умножитель емкости использует операционный усилитель и небольшой конденсатор для имитации гораздо большего конденсатора вместо транзистора. Объяснение примера: Рисунок 45 . Множитель отрицательной емкости   Рис. 46 . Множитель переменной емкости   Рисунок 47 . Аналоговый умножитель В электронике аналоговый умножитель — это устройство, которое принимает два аналоговых сигнала и производит выходной сигнал, являющийся их произведением. Аналоговые умножители принимают два или более аналоговых сигнала и производят выходной сигнал, который является их произведением или суммой нескольких произведений.   2 Другие схемы операционных усилителей Рисунок 48 . Автономный мультивибратор Мультивибратор на операционном усилителе представляет собой нестабильную схему генератора, которая генерирует выходной сигнал прямоугольной формы с использованием цепи синхронизации RC, подключенной к инвертирующему концу. Нестабильный мультивибратор использует операционный усилитель. Он генерирует собственные прямоугольные волны, то есть без какого-либо внешнего возбуждения.   Рисунок 49 . Генератор функций операционного усилителя Систему генератора функций можно легко синтезировать с использованием операционных усилителей в подходе, который полностью используется при необходимости для особых нужд.   Рисунок 50 . Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) Широтно-импульсный модулятор — это способ управления аналоговыми устройствами с цифровым выходом. Он использует цифровые сигналы для управления силовыми приложениями, а также его довольно легко преобразовать обратно в аналоговый с минимальным сигналом. Высокочастотные операционные усилители могут использоваться для высокочастотного ШИМ, поскольку операционные усилители используются для модулятора.   Мостовой усилитель Мостовой усилитель должен генерировать как инвертированный, так и неинвертированный выходной сигнал. При переключении усилителя в мостовой режим сигнал на выходе первого каскада усиления канала А ослабляется. Кроме того, мостовое соединение усилителя относится к процессу объединения двух из четырех каналов в один или два канала с половинным сопротивлением. Рисунок 51 . Мостовой усилитель с малошумящей компенсацией   Рисунок 52 . Генератор синусоидального моста Вина Генератор моста Вина представляет собой простую схему, которую можно настроить на непрерывную генерацию, выдающую синусоидальную волну. Он действует как полезный генератор опорной частоты для аналоговых схем, а выходным сигналом можно затем манипулировать с другими аналоговыми цепями. Это отличная схема для генерации синусоидального сигнала на звуковых частотах.   Рисунок 53 . Маломощный источник питания для тестирования интегральных схем Схема тестирования интегральных схем на операционных усилителях в основном имеет внутри компаратор напряжения, который имеет два входа: один инвертирующий вход, а второй — неинвертирующий вход. В обычном случае, поставив в схему хороший операционный усилитель, они будут генерировать низкую частоту прямоугольной волны.   Рисунок 54 . Быстродействующий полуволновой выпрямитель Прецизионные полуволновые выпрямители обычно используются с другими схемами операционных усилителей, такими как пиковый детектор или неинвертирующий усилитель с ограниченной полосой пропускания, для получения выходного напряжения постоянного тока. Для положительного полупериода синусоидального входа выход операционного усилителя будет отрицательным.   Рисунок 55 . Усилитель абсолютного значения с детектором полярности Усилитель абсолютного значения с детектором полярности Схема разбивает сигнал входного напряжения на его компоненты. Он будет работать как с постоянным входным напряжением, так и с переменным напряжением до нескольких кГц.   Рисунок 56 . Схема выборки и хранения с использованием операционного усилителя В электронике схема выборки и хранения (также известная как выборка и отслеживание) представляет собой аналоговое устройство, которое производит выборку (захват, измерение) напряжения непрерывно изменяющегося аналогового сигнала и удерживает (блокирует, фиксирует) его значение на постоянном уровне в течение заданного минимального периода времени. Он состоит из коммутационных устройств, конденсатора и операционного усилителя.   Рисунок 57 . Настроенная схема Настроенная схема имеет очень высокий импеданс на своей резонансной частоте (в идеале = бесконечность). На других частотах его импеданс ниже. Настроенные схемы используются для выбора или настройки радиостанций на определенной частоте и подавления всех остальных. Когда в схеме усилителя нагрузка заменена настроенной схемой, такой усилитель можно назвать настроенной схемой усилителя. Обычно их называют активными фильтрами. Другой пример: Рисунок 58 . Двухступенчатая настроенная схема   Рисунок 59 . Смоделированная катушка индуктивности Смоделированная катушка индуктивности — это активная схема для создания эквивалентного индуктивного сопротивления, реализованная с активными и пассивными компонентами. Он используется в конструкции фильтров, усилителей, генераторов и настроенных усилителей.   Рисунок 60 . Активный фильтр верхних частот Фильтр верхних частот (ФВЧ) — это электронный фильтр, который пропускает сигналы с частотой выше определенной частоты среза и ослабляет сигналы с низкими частотами. Активный фильтр высоких частот использует инвертирующий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления по напряжению.   Рисунок 61 . Активный фильтр нижних частот Простой активный фильтр нижних частот формируется с использованием операционного усилителя. Операционный усилитель принимает сигнал с высоким импедансом на вход и выдает сигнал с низким импедансом на выходе. В схеме используется операционный усилитель для усиления и регулировки усиления.   Рисунок 62 . Нелинейный ОУ с температурной компенсацией точек излома Пока коэффициент усиления операционного усилителя достаточно велик, усиление схемы определяется сопротивлением внешней цепи обратной связи.   Рисунок 63 . Монитор тока Усилитель монитора тока представляет собой дифференциальный усилитель на интегральной схеме специального назначения, предназначенный для измерения напряжения, возникающего на токовом шунте, и вывода напряжения, пропорционального измеренному току.   Рисунок 64 . Усилитель мощности Усилитель мощности обычно представляет собой гибридную схему с толстопленочными резисторами и керамическими конденсаторами. Новый усилитель мощности основан на модифицированной полумостовой топологии с использованием отдельных ключей и конденсатора с плавающим мостом.   Рисунок 65 . Таймер с длинным интервалом С помощью операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления и высоким импедансом мы можем построить длительную задержку с помощью схемы резистор-конденсатор (RC).   Рисунок 66 . Усилитель для пьезоэлектрического преобразователя Зарядочувствительные усилители, используемые для пьезоэлектрических датчиков, охватывают довольно широкий диапазон. Пьезоэлектрические преобразователи, используемые в качестве датчиков, как правило, из-за высокого импеданса датчика требуют усилителя.   Рисунок 67 . Датчик температуры Инвертирующий операционный усилитель работает с шумовым усилением, равным двум, что дает в два раза большее выходное напряжение смещения, чем буфер с единичным усилением. Это фантастическое решение для контроля температуры.   Рисунок 68 . Усилитель фотодиода Схема усилителя фотодиода Усилитель мощности для усиления светозависимого тока фотодиода. Высокий коэффициент усиления операционного усилителя удерживает ток фотодиода равным току обратной связи. Некоторые из них идеально подходят для сверхмалошумящего усиления очень малых токов фотодиодов.   Рисунок 69 . Повторитель переменного тока с высоким входным импедансом Операционные усилители имеют очень высокий входной импеданс, что означает, что они не поглощают большой ток (в идеале, никакой) на входах, обычно выше 1 МОм, поскольку он равен входному сопротивлению операционных усилителей. . Низкий выходной импеданс и очень высокий входной импеданс делают его простым и эффективным решением проблем с импедансом.   Рисунок 70 . Root Extractor Предлагаемый экстрактор основан на использовании двух операционных усилителей (ОУ) в качестве только активных элементов.   Рисунок 71 . Базовый логарифмический усилитель Логарифмический усилитель или логарифмический усилитель — это электронная схема, которая выдает выходной сигнал, пропорциональный логарифму приложенного входного сигнала. В простом логарифмическом усилителе в качестве нелинейного элемента используется переходной диод. Кроме того, базовый логарифмический усилитель можно построить, заменив диод транзистором. Выход пропорционален логарифму входных данных.   Рисунок 72 . Схема для работы LM101 без отрицательного источника питания   Рисунок 73 . Схема формирования второго положительного напряжения   Рисунок 74 . Многоапертурный оконный дискриминатор   Рисунок 75 . Нейтрализация входной емкости для оптимизации времени отклика   Рисунок 76 . Предусилитель с насыщением и обратной связью по скорости Часто задаваемые вопросы о схемах операционных усилителей 1. Что такое схема операционного усилителя? Операционный усилитель — это интегральная схема, которая может усиливать слабые электрические сигналы. Операционный усилитель имеет два входа и один выход. Его основная роль заключается в усилении и выводе разности напряжений между двумя входными контактами.   2. Зачем использовать операционный усилитель в цепи? Для преобразования тока в напряжение простая схема с операционным усилителем, петлей обратной связи через резистор на неинвертирующем и диодом, подключенным между двумя входными контактами, позволяет получить выходное напряжение, пропорциональное току, генерируемому фотодиод, что видно по свету.   3. Как работают схемы операционных усилителей? Операционный усилитель, или операционный усилитель, обычно состоит из дифференциального входного каскада с высоким входным сопротивлением, промежуточного каскада усиления и двухтактного выходного каскада с низким выходным сопротивлением. … То есть выход возвращается на инвертирующий вход через некоторое сопротивление.   4. Каковы преимущества схемы на операционных усилителях? Схема операционного усилителя буферизирует датчик и позволяет разрабатывать схемы усиления или ослабления. Выход датчика нелинейный. Схема инвертирующего операционного усилителя дает более линейный выходной сигнал, чем схема неинвертирующего операционного усилителя.   5. Каковы идеальные характеристики операционного усилителя? Так называемый идеальный операционный усилитель должен идеализировать различные технические показатели операционных усилителей и должен обладать следующими характеристиками. 1) Бесконечное входное сопротивление 2) Нулевой выходной импеданс 3) Бесконечное усиление без обратной связи 4) Бесконечный коэффициент подавления синфазного сигнала 5) Бесконечная полоса пропускания Лучшие продажи диода Фото Деталь Компания Описание Цены (долл. США) Альтернативные модели Часть Сравнить Производители Категория Описание Заказ и качество Изображение Произв. Похожие записи 04.09.2023 0 Масштабирующий усилитель: Масштабирование сигнала с помощью операционного усилителя 22.08.2023 0 Ba5406 усилитель: Схема стерео усилителя на BA5406 15.08.2023 0 Собрать усилитель из китайских плат: Подборка проверенных плат с хорошим звуком для сборки своего усилителя мощности / Подборки товаров с Aliexpress и не только / iXBT Live Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт