Nem

Az Op-Amp, az operációs erősítő rövidítése az analóg elektronika gerince. A működési erősítő egy DC-vel kapcsolt elektronikus alkatrész, amely az ellenállás visszacsatolásával erősíti a feszültséget egy differenciál bemenetből. Az Op-Amps népszerű a sokoldalúsága miatt, mivel sokféleképpen konfigurálható és különböző szempontokból használható. Az op-amp áramkör néhány változóból áll, mint például a sávszélesség, a bemenet és a kimenet impedanciája, az erősítés margója stb. Az op-erősítők különböző osztályainak eltérő specifikációi vannak a változóktól függően. Rengeteg op-erősítő érhető el különböző integrált áramkörű (IC) csomagokban, egyes op-amperek két vagy több op-ampert tartalmaznak egyetlen csomagban. Az LM358, LM741, LM386 néhány általánosan használt Op-amp IC. Az Op-erősítőkről többet tudhat meg, ha követi az Op-amp áramkörök részt.

Az op-amp-nak két differenciális bemeneti tüskéje és egy kimeneti csapja van a tápcsapokkal együtt. Ez a két differenciális bemeneti tüske invertáló csap vagy negatív és nem invertáló csap vagy pozitív. Az op-amp erősíti a két bemeneti érintkező közötti feszültségkülönbséget, és biztosítja az erősített kimenetet a Vout vagy a kimeneti tűn keresztül.

A bemenet típusától függően az op-amp besorolható invertáló vagy nem invertáló kategóriába. Ebben az oktatóanyagban megtanuljuk, hogyan kell használni az op-amp-ot a nem invertáló konfigurációban.

A nem invertáló konfigurációban a bemeneti jel az op-amp nem invertáló bemeneti terminálján (pozitív terminálon) keresztül kerül bevezetésre. Emiatt az erősített kimenet a bemeneti jellel „ fázisban ” lesz.

Amint korábban megbeszéltük, az Op-amp-nak visszacsatolásra van szüksége a bemeneti jel erősítéséhez. Ezt általában úgy érik el, hogy a kimeneti feszültség egy kis részét visszafuttatják az invertáló csapra (nem invertáló konfiguráció esetén) vagy a nem invertáló csapban (invertáló csap esetén), feszültségosztó hálózattal.

Nem invertáló műveleti erősítő konfigurációja

A felső képen egy nem invertáló konfigurációjú op-amp látható. A jelet, amelyet az op-amp segítségével erősíteni kell, az op-amp áramkör pozitív vagy nem inverz csapjába táplálják, míg a két R1 és R2 ellenállást használó feszültségosztó biztosítja a kimenet kis részét az inverter számára az op-amp áramkör csapja. Ez a két ellenállás biztosítja a szükséges visszacsatolást az op-erősítőhöz. Ideális körülmények között az op-amp bemeneti csapja nagy bemeneti impedanciát biztosít, és a kimeneti tű alacsony kimeneti impedanciával rendelkezik.

Az erősítés attól a két visszacsatolási ellenállástól (R1 és R2) függ, amelyek feszültségosztó konfigurációként vannak csatlakoztatva. Az R2- t Rf-nek (visszacsatolási ellenállás) nevezik

Az erősítő nem invertáló tűjébe táplált feszültségosztó kimenete megegyezik a Vin értékkel, mivel a Vin és a feszültségosztó csatlakozási pontjai ugyanazon a földcsomóponton helyezkednek el.

Emiatt, és mivel a Vout a visszacsatoló hálózattól függ, a zárt hurkú feszültségerősítést az alábbiak szerint számíthatjuk ki.

A nem invertáló Op-amp erősítése

Mivel a feszültségosztó kimenete A feszültség megegyezik a bemeneti feszültséggel , osztó Vout = Vin

Tehát, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Vagy, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Az erősítő (Av) teljes feszültségerősítése Vout / Vin

Tehát Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Ezzel a képlettel arra a következtetésre juthatunk, hogy a nem inverz műveleti erősítő zárt hurkú feszültségerősítése

Av = Vout / Vin = 1 + (Rf / R1)

Tehát ennél a tényezőnél az op-amp erősítés nem lehet alacsonyabb, mint az egység nyeresége vagy 1. Ezenkívül a nyereség pozitív lesz, és nem lehet negatív formában. A nyereség közvetlenül függ az Rf és R1 arányától.

Most, Érdekes dolog, ha teszünk az értéke visszajelzést ellenállás vagy Rf mint 0, az erősítés lesz 1 vagy egységét. És ha az R1 értéke 0, akkor az erősítés végtelen lesz. De ez csak elméletileg lehetséges. A valóságban széles körben függ az op-amp viselkedéstől és a nyílt hurok erősítésétől.

Az Op-amp is használható két hozzáadott feszültség bemeneti feszültségként összegző erősítőként.

Gyakorlati példa a nem invertáló erősítőre

Megtervezünk egy nem invertáló op-amp áramkört, amely háromszoros feszültségerősítést eredményez a kimeneten, összehasonlítva a bemeneti feszültséget.

2 V-os bemenetet fogunk készíteni az op-amp-ban. Az op-amp-ot nem invertáló konfigurációban konfiguráljuk 3x erősítési képességekkel. Az R1 ellenállás értékét 1,2 k-nak választottuk, megtudjuk az Rf vagy R2 ellenállás értékét és kiszámoljuk a kimeneti feszültséget az erősítés után.

Mivel az erősítés az ellenállásoktól függ, és a képlet Av = 1 + (Rf / R1)

Esetünkben az erősítés 3, az R1 értéke 1. 2k. Tehát az Rf értéke:

3 = 1 + (Rf / 1,2k) 3 = 1 + ( 1,2k + Rf / 1,2k) 3,6k = 1,2k + Rf 3,6k - 1,2k = Rf Rf = 2,4k

Erősítés után a kimeneti feszültség az lesz

Av = Vout / Vin 3 = Vout / 2V Vout = 6V

A példa áramkört a fenti kép mutatja. R2 a visszacsatolási ellenállás, és az erősített kimenet háromszorosa lesz, mint a bemenet.

Feszültségkövető vagy egységerősítő erősítő

Amint azt korábban megbeszéltük, ha Rf-t vagy R2- t 0- ként állítunk elő, ez azt jelenti, hogy R2- ben nincs ellenállás, és az R1 ellenállás egyenlő a végtelennel, akkor az erősítő erősítése 1 lesz, vagy el fogja érni az egység nyereségét. Mivel az R2- ben nincs ellenállás, a kimenet rövidzárlatos az op-amp negatív vagy fordított bemenetével. Mivel az erősítés 1 vagy egység, ezt a konfigurációt egységerősítés erősítő konfigurációnak vagy feszültségkövetőnek vagy puffernek hívják.

Amint a bemeneti jelet az op-amp pozitív bemenetére helyezzük, és a kimeneti jel fázisban van a bemenő jellel 1x erősítéssel, ugyanazt a jelet kapjuk az erősítő kimenetén. Így a kimeneti feszültség megegyezik a bemeneti feszültséggel. Voltage out = Feszültség be.

Tehát követni fogja a bemeneti feszültséget, és ugyanazt a replika jelet produkálja a kimenetén. Ezért hívják feszültségkövető áramkörnek.

A bemeneti impedancia a op-erősítő nagyon nagy, amikor a feszültség követőelem vagy egység erősítés konfigurációt használja. Néha a bemeneti impedancia sokkal magasabb, mint 1 Megohm. Tehát a magas bemeneti impedancia miatt gyenge jeleket alkalmazhatunk a bemeneten, és a bemeneti tűben nem áramlik áram a jelforrásból az erősítőbe. Másrészt a kimeneti impedancia nagyon alacsony, és ugyanazt a jelbemenetet fogja létrehozni a kimenetben.

A fenti képen a feszültségkövető konfigurációja látható. A kimenet közvetlenül az op-amp negatív kapcsain keresztül csatlakozik. Ennek a konfigurációnak az erősítése 1x.

Mint tudjuk, Gain (Av) = Vout / Vin Tehát, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

A nagy bemeneti impedancia miatt a bemeneti áram 0, tehát a bemeneti teljesítmény is 0. A feszültségkövető nagy teljesítménynövekedést biztosít a kimeneten. Ennek a viselkedésnek köszönhető, hogy a feszültségkövető puffer áramkörként használható.

A pufferkonfiguráció jó jelszigetelési tényezőt is biztosít. Ennek a tulajdonságnak köszönhető, hogy a feszültségkövető áramkört Sallen-key típusú aktív szűrőkben használják, ahol a szűrőfokozatokat egymástól izolálják a feszültségkövető op-amp konfigurációval.

Vannak digitális puffer áramkörök is, például 74LS125, 74LS244 stb.

Mivel szabályozhatjuk a nem invertáló erősítő erősítését, több ellenállási értéket is kiválaszthatunk, és egy nem invertáló erősítőt állíthatunk elő változó erősítési tartományban.

A nem invertáló erősítőket használják az audioelektronikai szektorokban, valamint a hatókörben, a keverőkben és az analóg elektronika segítségével különböző helyeken, ahol digitális logikára van szükség.