Λειτουργικοί ενισχυτές

Τι είναι οι λειτουργικοί ενισχυτές;

Οι λειτουργικοί ενισχυτές είναι τα βασικά δομικά στοιχεία του Αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα . Είναι γραμμικές συσκευές με όλες τις ιδιότητες ενός ενισχυτή DC. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε εξωτερικές αντιστάσεις ή πυκνωτές για το Op Amp είναι πολλοί διαφορετικοί τρόποι για να τους κάνουμε διαφορετικές μορφές ενίσχυσης, όπως Ενισχυτής αντιστροφής, Ενισχυτής αντιστροφής, Ακόλουθος τάσης, Συγκριτής, Ενισχυτής διαφορικού, Ενισχυτής Summing, Ολοκληρωτής κ.λπ. Τα OPAMP μπορεί να είναι ενιαία, dual, quad κ.λπ. Τα OPAMP όπως CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 κ.λπ. έχουν εξαιρετική απόδοση με πολύ χαμηλό ρεύμα εισόδου και τάση. Το ιδανικό Op Amp διαθέτει τρία σημαντικά τερματικά εκτός από άλλα τερματικά. Τα τερματικά εισόδου είναι είσοδος αντιστροφής και είσοδος αντιστροφής. Το τρίτο τερματικό είναι η έξοδος που μπορεί να βυθιστεί και να δημιουργήσει ρεύμα και τάση. Το σήμα εξόδου είναι το κέρδος ενισχυτών πολλαπλασιασμένο επί την τιμή του σήματος εισόδου.

5 ιδανικοί χαρακτήρες ενός Op Amp:

1. Ανοίξτε το κέρδος Loop

Το κέρδος ανοικτού βρόχου είναι το κέρδος του Op Amp χωρίς θετικά ή αρνητικά σχόλια. Ένα ιδανικό OP Amp θα πρέπει να έχει άπειρο κέρδος ανοικτού βρόχου, αλλά συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 20.000 και 2.00000.

2. Αντίσταση εισόδου

Είναι ο λόγος της τάσης εισόδου προς το ρεύμα εισόδου. Θα πρέπει να είναι άπειρο χωρίς διαρροή ρεύματος από την τροφοδοσία στις εισόδους. Αλλά θα υπάρξουν μερικές διαρροές ρεύματος Pico ampere στα περισσότερα Op Amps.

3. Αντίσταση εξόδου

Το ιδανικό Op Amp πρέπει να έχει μηδενική σύνθετη αντίσταση χωρίς εσωτερική αντίσταση. Για να μπορεί να παρέχει πλήρες ρεύμα στο φορτίο που είναι συνδεδεμένο στην έξοδο.

4. Πλάτος ζώνης

Το ιδανικό Op Amp πρέπει να έχει άπειρη απόκριση συχνότητας, ώστε να μπορεί να ενισχύσει οποιαδήποτε συχνότητα από σήματα DC έως τις υψηλότερες συχνότητες AC. Αλλά τα περισσότερα Op Amps έχουν περιορισμένο εύρος ζώνης.

5. Μετατόπιση

Η έξοδος του Op Amp πρέπει να είναι μηδέν όταν η διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων είναι μηδέν. Αλλά στα περισσότερα Op Amps, η έξοδος δεν θα είναι μηδενική όταν είναι απενεργοποιημένη, αλλά θα υπάρχει μια μικρή τάση από αυτήν.

Διαμόρφωση Pin OPAMP:

Σε ένα τυπικό Op Amp θα υπάρχουν 8 ακίδες. Αυτά είναι

Pin1 - Offset Null

Pin2 - Αντιστροφή εισόδου INV

Pin3 - Μη αναστρέψιμη είσοδος Non-INV

Pin4 - Γείωση - Αρνητική προσφορά

Pin5 - Μηδενικό όφσετ

Pin6 - Έξοδος

Pin7 - Θετική προσφορά

Pin8 - Strobe

4 τύποι κέρδους σε OPAMP:

Αύξηση τάσης - Τάση εισόδου και έξοδος τάσης

Τρέχον κέρδος - Τρέχον εισερχόμενο και Τρέχον έξοδο

Αγωγιμότητα - Τάση και έξοδος ρεύματος

Trans αντίσταση - Ρεύμα εισόδου και έξοδος τάσης

Εργασία ενός λειτουργικού ενισχυτή:

Εδώ χρησιμοποιήσαμε έναν λειτουργικό ενισχυτή του LM358. Συνήθως μια μη αναστρέψιμη είσοδος πρέπει να δοθεί σε πόλωση και η αντίστροφη είσοδος είναι ο πραγματικός ενισχυτής που το συνδέει με μια ανατροφοδότηση 60k resister από την έξοδο στην είσοδο. Και ένα Resister 10k συνδέεται εν σειρά με έναν πυκνωτή και μια τροφοδοσία 1V ημιτονοειδούς κύματος δίνεται στο κύκλωμα, τώρα θα δούμε πώς το κέρδος θα διέπεται από R2 / R1 = 60k / 10k = 6 gain, τότε η έξοδος είναι 6V . Εάν αλλάξουμε το κέρδος κατά 40, τότε η έξοδος είναι 4V του ημιτονοειδούς κύματος.

Βίντεο σχετικά με τη λειτουργία του λειτουργικού ενισχυτή

Κανονικά, είναι ένας ενισχυτής διπλής τροφοδοσίας, που διαμορφώνεται εύκολα σε ένα μόνο τροφοδοτικό με τη χρήση ενός δικτύου resister. Σε αυτό, το Resister R3 και R4 τοποθετεί μια τάση του μισού της τάσης τροφοδοσίας κατά μήκος της μη αναστρέψιμης εισόδου που προκαλεί επίσης την τάση εξόδου να είναι το ήμισυ της τάσης τροφοδοσίας σχηματίζοντας ένα είδος πόλωσης τάσης R3 και R4 μπορεί να έχει οποιαδήποτε τιμή από 1k έως 100k αλλά σε όλες τις περιπτώσεις πρέπει να είναι ίσοι. Ένας πρόσθετος πυκνωτής 1 F έχει προστεθεί στη μη αναστρέψιμη είσοδο για τη μείωση του θορύβου που προκαλείται από τη διαμόρφωση. Η χρήση πυκνωτών ζεύξης για είσοδο και έξοδο απαιτείται για αυτήν τη διαμόρφωση.

3 εφαρμογές OPAMP:

1. Ενίσχυση

Το ενισχυμένο σήμα εξόδου από το Op Amp είναι η διαφορά μεταξύ των δύο σημάτων εισόδου.

Το διάγραμμα που φαίνεται παραπάνω είναι η απλή σύνδεση Op Amp. Εάν και οι δύο είσοδοι παρέχονται με την ίδια τάση, τότε το Op Amp θα πάρει τη διαφορά μεταξύ των δύο τάσεων και θα είναι 0. Το Op Amp θα το πολλαπλασιάσει με το κέρδος του 1.000.000, οπότε η τάση εξόδου είναι 0. Όταν τα 2 βολτ είναι δίνεται σε μία είσοδο και 1 βολτ στην άλλη, τότε το Op Amp θα πάρει τη διαφορά του και πολλαπλασιάζεται με το κέρδος. Δηλαδή 1 volt x 1.000.000. Αλλά αυτό το κέρδος είναι πολύ υψηλό, έτσι ώστε να μειωθεί το κέρδος, η ανατροφοδότηση από την έξοδο στην είσοδο γίνεται συνήθως μέσω μιας αντίστασης.

Ενισχυτής αντιστροφής:

Το κύκλωμα που φαίνεται παραπάνω είναι ένας ενισχυτής αντιστροφής με την είσοδο μη αναστροφής συνδεδεμένη στη γείωση. Δύο αντιστάσεις R1 και R2 συνδέονται στο κύκλωμα με τέτοιο τρόπο ώστε το R1 τροφοδοτεί το σήμα εισόδου ενώ το R2 επιστρέφει την έξοδο στην είσοδο αντιστροφής. Εδώ όταν το σήμα εισόδου είναι θετικό, η έξοδος θα είναι αρνητική και το αντίστροφο. Η αλλαγή τάσης στην έξοδο σε σχέση με την είσοδο εξαρτάται από την αναλογία των αντιστάσεων R1 και R2. Το R1 επιλέγεται ως 1K και το R2 ως 10K. Εάν η είσοδος λαμβάνει 1 βολτ, τότε θα υπάρχει ρεύμα 1 mA έως το R1 και η έξοδος θα πρέπει να γίνει - 10 βολτ για να τροφοδοτήσει ρεύμα 1 mA μέσω R2 και να διατηρήσει μηδενική τάση στην είσοδο αντιστροφής. Επομένως, το κέρδος τάσης είναι R2 / R1. Δηλαδή 10K / 1K = 10

Ενισχυτής χωρίς αντιστροφή:

Το κύκλωμα που φαίνεται παραπάνω είναι ένας ενισχυτής μη αναστροφής. Εδώ η είσοδος μη αντιστροφής λαμβάνει το σήμα ενώ η είσοδος αντιστροφής συνδέεται μεταξύ R2 και R1. Όταν το σήμα εισόδου κινείται είτε θετικό είτε αρνητικό, η έξοδος θα είναι σε φάση και διατηρεί την τάση στην είσοδο αντιστροφής ίδια με εκείνη της εισόδου μη αντιστροφής. Το κέρδος τάσης σε αυτήν την περίπτωση θα είναι πάντα υψηλότερο από 1 έτσι (1 + R2 / R1).

δύο. Ακόλουθο τάσης

Το παραπάνω κύκλωμα είναι ένας ακόλουθος τάσης. Εδώ παρέχει υψηλή αντίσταση εισόδου, χαμηλή αντίσταση εξόδου. Όταν αλλάζει η τάση εισόδου, η έξοδος και η αντίστροφη είσοδος θα αλλάξουν εξίσου.

3. Συγκριτής

Ο λειτουργικός ενισχυτής συγκρίνει την τάση που εφαρμόζεται σε μία είσοδο με την τάση που εφαρμόζεται στην άλλη είσοδο. Οποιαδήποτε διαφορά μεταξύ των τάσεων, αν είναι μικρή, οδηγεί τον κορεσμό του op-amp. Όταν οι τάσεις που παρέχονται και στις δύο εισόδους έχουν το ίδιο μέγεθος και την ίδια πολικότητα, τότε η έξοδος op-amp είναι 0Volts.

Ένας συγκριτής παράγει περιορισμένες τάσεις εξόδου που μπορούν εύκολα να διασυνδεθούν με ψηφιακή λογική, παρόλο που η συμβατότητα πρέπει να επαληθευτεί.

Βίντεο σχετικά με τον λειτουργικό ενισχυτή ως διάγραμμα κυκλώματος σύγκρισης

Εδώ έχουμε ένα op-amp που χρησιμοποιείται ως συγκριτικό με τους ακροδέκτες αντιστροφής και μη αναστροφής και συνδέσαμε κάποιο πιθανό διαχωριστικό και μετρητή σε αυτά και ένα βολτόμετρο στην έξοδο και Οδήγησε σε η έξοδος. Ο βασικός τύπος του συγκριτή είναι ότι όταν το «+» είναι περισσότερο από το «–» τότε η έξοδος είναι υψηλή (μία), διαφορετικά η έξοδος είναι μηδέν. Όταν η τάση στην αρνητική είσοδο είναι η κάτω από την τάση αναφοράς, η έξοδος είναι υψηλή και όταν η αρνητική είσοδος υπερβαίνει την τάση στο θετικό, η έξοδος πηγαίνει σε χαμηλή.

3 Απαιτήσεις για OPAMP:

1. Offset Nulling

Το μεγαλύτερο μέρος του OPAMP έχει τάση όφσετ στην έξοδο ακόμα και αν οι τάσεις εισόδου είναι ίδιες. Για να γίνει η έξοδος σε μηδενική τάση, χρησιμοποιείται η μέθοδος μηδενικής μετατόπισης. Στα περισσότερα Op-Amps υπάρχει μια μικρή αντιστάθμιση λόγω της έμφυτης ιδιότητάς τους και προκύπτει από αναντιστοιχίες στη διάταξη προκατάληψης εισόδου. Έτσι, μια μικρή τάση εξόδου είναι διαθέσιμη στην έξοδο ορισμένων Op-amp ακόμη και αν το σήμα εισόδου είναι μηδέν. Αυτό το μειονέκτημα μπορεί να διορθωθεί παρέχοντας μια μικρή τάση μετατόπισης στις εισόδους. Αυτό είναι γνωστό ως τάση μετατόπισης εισόδου. Για να αφαιρέσετε ή να ακυρώσετε το όφσετ, τα περισσότερα Op-Amps έχουν δύο ακίδες για να επιτρέψουν το μηδέν. Για αυτό, ένα δοχείο ή προεπιλογή με τυπική τιμή 100K πρέπει να συνδέεται μεταξύ των ακίδων 1 και 5 με το υαλοκαθαριστήρα του στο έδαφος. Ρυθμίζοντας την προεπιλογή, η έξοδος μπορεί να ρυθμιστεί σε μηδενική τάση.

δύο. Αντιστάθμιση Strobing ή Phase

Το Op-Amps μπορεί να γίνει ασταθές μερικές φορές και να τις κάνει σταθερές για ολόκληρες τις ζώνες συχνοτήτων, ένα Cap συνήθως συνδέεται μεταξύ του Strobe pin 8 και pin1. Συνήθως ένας πυκνωτής δίσκου 47pF προστίθεται για αντιστάθμιση φάσης έτσι ώστε το OpAmp να παραμείνει σταθερό. Αυτό είναι πιο σημαντικό εάν το OpAmp χρησιμοποιείται ως ευαίσθητος ενισχυτής.

3. Ανατροφοδότηση

Όπως γνωρίζετε, το Op-Amp έχει πολύ υψηλό επίπεδο ενίσχυσης συνήθως περίπου 1.000,00 φορές. Ας υποθέσουμε ότι το Op-Amp έχει 10.000 κέρδος, τότε το Op-Amp θα ενισχύσει τη διαφορά τάσης στην είσοδο Μη αναστροφής (V +) και στην είσοδο Αντιστροφής (V-). Έτσι, η τάση εξόδου V είναι
10.000 x (V + - V-)

Στο διάγραμμα, το σήμα εφαρμόζεται στην είσοδο μη αναστροφής και στην είσοδο αντιστροφής συνδέεται με την έξοδο. Έτσι V + = V in και V- = Vout. Επομένως Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Εξ ου και η τάση εξόδου είναι σχεδόν ίση με την τάση εισόδου.

Τώρα ας δούμε πώς λειτουργεί το Feedback. Η απλή προσθήκη μιας αντίστασης μεταξύ της εισόδου αναστροφής και της εξόδου θα μειώσει σημαντικά το κέρδος. Λαμβάνοντας ένα κλάσμα της τάσης εξόδου στην είσοδο αντιστροφής μπορεί να μειώσει σημαντικά την ενίσχυση.

Σύμφωνα με την προηγούμενη εξίσωση, V out = 10.000 x (V + - V-). Αλλά εδώ προστίθεται μια αντίσταση ανάδρασης. Εδώ εδώ το V + είναι Vin και το V- είναι R1.R1 + R2 x V έξω. Επομένως, το V out είναι 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Έτσι V out = R1 + R2.R1x Vin

Αρνητικά σχόλια:

Εδώ η έξοδος του Op-Amp συνδέεται με την είσοδο Inverting (-), έτσι η έξοδος τροφοδοτείται πίσω στην είσοδο έτσι ώστε να φτάσει σε ισορροπία. Έτσι το σήμα εισόδου στην είσοδο Non Inverting (+) θα αντανακλάται στην έξοδο. Το Op-amp με την αρνητική ανάδραση θα οδηγήσει την έξοδο του στο επίπεδο που απαιτείται και, συνεπώς, η διαφορά τάσης μεταξύ των εισερχόμενων και μη αντιστρεπτικών εισόδων θα είναι σχεδόν μηδενική.

Θετική ανταπόκριση:

Εδώ η τάση εξόδου επιστρέφεται στην είσοδο Non inverting (+). Το σήμα εισόδου τροφοδοτείται στην είσοδο αντιστροφής. Στη σχεδίαση θετικών ανατροφοδοτήσεων, εάν η είσοδος αντιστροφής είναι συνδεδεμένη στη γείωση, τότε η τάση εξόδου από το Op-amp εξαρτάται από το μέγεθος και την πολικότητα της τάσης στην είσοδο μη αντιστροφής. Όταν η τάση εισόδου είναι θετική, τότε η έξοδος του Op-Amp θα είναι θετική και αυτή η θετική τάση θα τροφοδοτηθεί στην είσοδο Non inverting με αποτέλεσμα μια πλήρη θετική έξοδο. Εάν η τάση εισόδου είναι αρνητική, τότε η κατάσταση θα αντιστραφεί.

Εφαρμογή λειτουργικών ενισχυτών - ενισχυτής ήχου

Φίλτρα και προενισχυτές:

Οι ενισχυτές ισχύος θα ακολουθήσουν τους προενισχυτές και πριν από τα ηχεία. Οι σύγχρονες συσκευές αναπαραγωγής CD και DVD δεν χρειάζονται προενισχυτές. Χρειάζονται έλεγχο έντασης και επιλογείς πηγής. Χρησιμοποιώντας χειριστήρια εναλλαγής και παθητική ένταση μπορούμε να αποφύγουμε τους προενισχυτές.

Ας έχουμε μια σύντομη ενημέρωση για τους ενισχυτές ισχύος ήχου

Ο ενισχυτής ισχύος είναι ένα στοιχείο που μπορεί να οδηγήσει τα δυνατά ηχεία μετατρέποντας το σήμα χαμηλού επιπέδου σε μεγάλο σήμα. Η δουλειά των ενισχυτών ισχύος παράγει σχετικά υψηλή τάση και υψηλό ρεύμα. Συνήθως το εύρος της αύξησης τάσης κυμαίνεται μεταξύ 20 και 30. Οι ενισχυτές ισχύος έχουν πολύ χαμηλή αντίσταση εξόδου.

Προδιαγραφές του ενισχυτή ισχύος ήχου

• Μέγιστη ισχύ εξόδου:

Η τάση εξόδου είναι ανεξάρτητη από το φορτίο, τόσο για μικρά όσο και για μεγάλα σήματα. Η δεδομένη τάση που εφαρμόζεται στο φορτίο προκαλεί διπλάσια ποσότητα ρεύματος. Ως εκ τούτου, θα παραδοθεί δύο φορές το ποσό ισχύος. Η βαθμολογία ισχύος είναι η συνεχής μέση ισχύς ημιτονοειδούς κύματος έτσι ώστε η ισχύς να μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας ένα ημιτονοειδές κύμα του οποίου η τάση RMS μετράται σε μακροπρόθεσμη βάση.

• Απόκριση συχνότητας:

Η απόκριση συχνότητας πρέπει να επεκτείνει την πλήρη ζώνη ήχου 20 Hz έως 20 KHz. Η ανοχή στην απόκριση συχνότητας είναι ± 3db. Ο συμβατικός τρόπος καθορισμού του εύρους ζώνης είναι ένας ενισχυτής είναι μειωμένος κατά 3db από το ονομαστικό 0db.

• Θόρυβος:

Οι ενισχυτές ισχύος πρέπει να παράγουν χαμηλό θόρυβο όταν οι ενισχυτές ισχύος χρησιμοποιούν με υψηλές συχνότητες. Η παράμετρος θορύβου μπορεί να είναι σταθμισμένη ή μη σταθμισμένη. Ο μη σταθμισμένος θόρυβος θα καθοριστεί σε εύρος ζώνης 20 KHz. Με βάση την ευαισθησία του αυτιού, η σταθμισμένη προδιαγραφή θορύβου θα ληφθεί υπόψη. Η μέτρηση του σταθμισμένου θορύβου τείνει να εξασθενεί τον θόρυβο σε υψηλότερες συχνότητες, επομένως η μέτρηση του σταθμισμένου θορύβου είναι αρκετά καλύτερη από τη μέτρηση του μη σταθμισμένου θορύβου.

• Παραμόρφωση:

Η ολική αρμονική παραμόρφωση είναι η κοινή παραμόρφωση που συνήθως καθορίζεται σε διαφορετικές συχνότητες. Αυτό θα καθοριστεί σε επίπεδο ισχύος που παρέχεται με την αντίσταση φορτίου οδήγησης ενισχυτή ισχύος.