Bevezetés a működési erősítőkbe: 7 lépés

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:48

Ebben az utasításban bemutatom az Operatív Erősítőt, amely az egyik leghasznosabb analóg eszköz. Ez az eszköz konfigurálható nem invertáló vagy invertáló erősítő, összehasonlító, feszültség erősítő, összegző erősítő, műszer erősítő, puffer, aktív szűrő, Wien híd oszcillátor és sok más alkalmazás formájában. Az opamp különböző konfigurációkban kapható, mint például az egyetlen LM741 8 tűs DIP vagy a fent látható LM324 14 tűs quad op erősítő. Vannak olyan típusok is, amelyek felületre szerelhető változatokban kaphatók.

1. lépés: Mi az operatív erősítő?

A műveleti erősítő, amely röviden op-erősítőként is ismert, DC-csatolású nagy erősítésű feszültség-erősítő, egy IC-chipbe beépítve. Két bemenetük van (differenciális bemenet) és egy kimenet. Az 1960 -as évek végén az első eszközök megjelenése óta építőkövekként használják őket az analóg elektronikában. Ezeknek az eszközöknek az egyik szépsége, hogy szabványosításuk jellege nagymértékben leegyszerűsítette az elektronikus tervezést. A diszkrét komponensű erősítők tervezése sok módosítást igényelt az aktív eszközök közötti különbségek miatt. Ha az erősítők mindegyike ugyanabból a szilíciumszerszámból épül fel, akkor mindegyiket azonos módon lehet gyártani, és azonos jellemzőkkel rendelkeznek. A műveleti erősítőkkel történő tervezés során a készülékhez specifikus erősítés érhető el, ha két külső ellenállást telepítenek, meghatározott ellenállási aránnyal. Például, ha 100 -as feszültségnövekedésre van szükség, akkor 100 k -os ellenállást és 1 k -os ellenállást lehet az áramkörbe helyezni, hogy 100 -as arányt kapjunk. Ezzel a stratégiával a nyereség minden alkalommal azonos. Minden idők legnépszerűbb op-erősítője a 741, amely a 70-es évek eleje óta létezik, és hobbisok generációi használják az audio-erősítőktől a tápegységekig mindenben. A 741-et évek óta nem használja az ipar, mert jobb op-erősítőket fejlesztettek ki, de még mindig vannak rajongói a hobbik körében, és könnyen beszerezhetők. Az első eszközök vagy 8 tűs, kettős soros csomagolásban, vagy kör alakú fémdobozban kerültek forgalomba. Később elérhetővé váltak a felületre szerelhető eszközök. A 741-es és más op-erősítők a bipoláris tranzisztorokat használták olyan eszközökkel, amelyek mezőhatású tranzisztoros bemeneteket használnak, amelyek később jönnek ki. A terepi tranzisztoros bemeneteket a nagyobb bemeneti impedancia és az alacsonyabb áramlevezetés miatt kezdték használni.

2. lépés: A nem invertáló erősítő

A nem invertáló erősítő az első áramkör, amelyet lefedünk. A fenti diagramon az op erősítő be van kötve a bemenettel a pozitív bemenetre, a visszacsatolási ellenállás pedig a negatív bemenettel. Az Rf és Rg aránya határozza meg az erősítést. A fenti áramkör esetében a feszültségnövekedés 10. A középső ábra a 741 op erősítő "valós világ" korlátait mutatja, amikor 10 kHz -es négyzethullámot vezetnek be a bemenetbe, de háromszög alakú hullámformaként jön ki a készülék korlátozott kapcsolási sebessége. Ha a bemenetet 1 kHz -es négyzethullámra csökkentjük, a kimenet javul, és inkább egy valódi négyzethullámnak tűnik. A bemeneti jel amplitúdóváltozásait követni képes műveleti erősítő mérését "Slew Rate" -nak nevezzük, és voltban / mikroszekundumban mérjük. A 741-es nagyon szelíd, 0,5 volt / mikroszekundum. A nagysebességű operősítők teljesítménye akár 5000 volt / mikroszekundum, bár egy tipikus, például a TL081 átlagos átlagértéke 13 volt / mikroszekundum.

3. lépés: Az invertáló erősítő

Az opamp úgy konfigurálható, hogy az 1 voltos negatív hullámformát meg lehet fordítani és erősíteni, hogy 10 voltos pozitív hullámformát kapjunk. Ezt a konfigurációt bárhol lehet használni, amikor fázisváltásra van szükség, például a diszkrét tranzisztoros erősítők meghajtó szakaszában.

4. lépés: Opti erősítő használata szögletes és szinuszhullámú konverterként

A fenti áramkör 1000 Hz -es négyzethullámot 1000 Hz -es szinuszhullámra változtat. Ezt úgy teszi meg, hogy kiszűri az összes frekvenciakomponenst (felharmonikus) az alapvető és a szinuszhullám fölött és alatt. Ahelyett, hogy ellenállásokat használnánk a visszacsatoló áramkörben, frekvenciaszelektív komponenseket (kondenzátorokat) használunk, amelyek negatív visszacsatolást biztosítanak a nem kívánt frekvenciák törléséhez. A középső diagram az aktuális áramkört szimulálja és az előállított hullámformát mutatja. A harmadik diagram az áramkör frekvenciaválaszát mutatja. Az ilyen típusú áramkör műszaki neve aktív sávszűrő. Csak nagyon szűk frekvenciasávot enged át, anélkül, hogy gyengülne.

5. lépés: Opcionális erősítő használata összehasonlításként

Vannak dedikált chipek, amelyek jobb összehasonlítók, de előfordulhat, hogy nincs kéznél, ezért mindig hasznos tudni, hogyan lehet összehasonlítót készíteni egy opampból. Gyors áttekintés arról, hogy mi is az összehasonlító, alapvetően egy erősítőként beállított opamp, visszacsatolás nélkül, lehetővé téve az erősítő maximális nyereségének működését. Ha az egyik bemenet egy meghatározott feszültséghez van kötve, mint például a diagramon látható 3 volt, az áramkör olyan kimenetet ad, amely majdnem a maximális sínfeszültség, ha a két bemenet azonos feszültségű. A fenti áramkör esetében az 1 kHz -es szinuszhullám kimenetet ad, amikor 3 volt fölé emelkedik, és újra kapcsol, amikor a szinuszhullám 3 volt alá csökken. A komparátorokat általában (ADC) és relaxációs oszcillátorokban használják.

6. lépés: Összefoglaló erősítő építése Opamp -el

A fenti összegző erősítő két 1 kHz -es jelet vesz fel, az egyik 10 mV csúcsról csúcsra, másik 20 mV csúcsról csúcsra. A kapott kimenet 60 mV csúcsról csúcsra. Mivel ez egy invertáló erősítő, ellentétes fázisú jelet bocsát ki.

Az összegző erősítőket audio keverőkben használják, ahol különböző bemeneteket kell összeadni. A jelek potenciométerekbe történő betáplálásával a jelek változtathatók a kívánt kimenet elérése érdekében.

7. lépés: Három bemenetű audio keverő

Ezzel az áramkörrel két hangszert és egy vokális zeneszámot keverhettek össze, szükség szerint több bemenetet is hozzáadhattak. A potenciométerekkel minden bemeneti szint egymástól függetlenül állítható.