Hva er operasjonelle forsterkere?
Operasjonsforsterkere er de grunnleggende byggesteinene i Analoge elektroniske kretser . De er lineære enheter med alle egenskapene til en DC-forsterker. Vi kan bruke eksterne motstander eller kondensatorer til Op Amp er mange forskjellige måter å gjøre dem til forskjellige former for forsterkere, slik som inverterende forsterker, ikke inverterende forsterker, spenningsfølger, komparator, differensialforsterker, summingsforsterker, integrator etc. OPAMP kan være enkelt, dual, quad etc. OPAMP som CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 etc har utmerket ytelse med veldig lav inngangsstrøm og spenning. Den ideelle Op Amp har tre viktige terminaler i tillegg til andre terminaler. Inngangsterminalene er Inverterende inngang og Ikke inverterende inngang. Den tredje terminalen er utgangen som kan synke og kilde strøm og spenning. Utgangssignalet er forsterkere forsterket multiplisert med verdien av inngangssignalet.
5 ideelle karakterer av en Op Amp:
1. Åpne Loop gain
Open loop gain er gevinsten til Op Amp uten positiv eller negativ tilbakemelding. En ideell OP-forsterkere skal ha en uendelig forsterkning med åpen sløyfe, men vanligvis varierer den mellom 20 000 og 2 00 000.
2. Inngangsimpedans
Det er forholdet mellom inngangsspenningen og inngangsstrømmen. Den skal være uendelig uten strømlekkasje fra tilførselen til inngangene. Men det vil være noen Pico-strømstrømlekkasjer i de fleste Op-forsterkere.
3. Utgangsimpedans
Den ideelle Op Amp skal ha null utgangsimpedans uten intern motstand. Slik at den kan levere full strøm til belastningen som er koblet til utgangen.
4. Båndbredde
Den ideelle Op Amp bør ha en uendelig frekvensrespons slik at den kan forsterke hvilken som helst frekvens fra DC-signaler til de høyeste AC-frekvensene. Men de fleste Op Amps har begrenset båndbredde.
5. Offset
Utgangen til Op Amp bør være null når spenningsforskjellen mellom inngangene er null. Men i de fleste op-forsterkere vil ikke utgangen være null når den er av, men det vil være et minutts spenning fra den.
OPAMP Pin-konfigurasjon:
I en typisk Op Amp vil det være 8 pins. Disse er
Pin1 - Offset Null
Pin2 - Inverterende inngang INV
Pin3 - Ikke inverterende inngang Ikke-INV
Pin4 - Bakken - Negativ tilførsel
Pin5 - Offset Null
Pin6 - utgang
Pin7 - Positiv tilførsel
Pin8 - Strobe
Fire typer gevinst i OPAMP:
Spenningsforsterkning - Spenning inn og spenning ut
Nåværende gevinst - Strøm inn og Strøm ut
Transconductance - Spenning inn og strøm ut
Transmotstand - Strøm inn og spenning ut
Arbeid med en operasjonsforsterker:
Her brukte vi en operasjonsforsterker av LM358. Vanligvis må en ikke-inverterende inngang gis til en forspenning, og den inverterende inngangen er den virkelige forsterkeren som er koblet til en tilbakemelding på 60k motstand fra utgang til inngang. Og en motstander 10k er koblet i serie med en kondensator og en forsyning med 1V sinusbølge blir gitt til kretsen, nå vil vi se hvordan forsterkningen vil bli styrt av R2 / R1 = 60k / 10k = 6 forsterkning, så er utgangen 6V . Hvis vi endrer forsterkningen med 40, er utgangen 4V av sinusbølgen.
Video om arbeid av operasjonsforsterker
Normalt er det en dobbel strømforsyningsforsterker, den konfigureres enkelt til en enkelt strømforsyning ved bruk av et motstandsnettverk. I dette plasserer resister R3 og R4 en spenning på halvparten av forsyningsspenningen over den ikke-inverterende inngangen som får utgangsspenningen til å være halvparten av forsyningsspenningen og danner en slags forspenningsresistorer R3 og R4 kan være hvilken som helst verdi fra 1k til 100k, men i alle tilfeller bør de være like. En ekstra 1 F kondensator er lagt til den ikke-inverterende inngangen for å redusere støy forårsaket av konfigurasjonen. Bruk av koblingskondensatorer for inngang og utgang er nødvendig for denne konfigurasjonen.
3 OPAMP-applikasjoner:
1. Forsterkning
Det forsterkede utgangssignalet fra Op Amp er forskjellen mellom de to inngangssignalene.
Diagrammet vist ovenfor er den enkle forbindelsen Op Amp. Hvis begge inngangene leveres med samme spenning, vil Op Amp da ta forskjellen mellom de to spenningene og den vil være 0. Op Amp vil multiplisere dette med sin forsterkning 1.000.000 så utgangsspenningen er 0. Når 2 volt er gitt til en inngang og 1 volt i den andre, så vil Op Amp ta sin forskjell og multiplisere med forsterkningen. Det vil si 1 volt x 1.000.000. Men denne forsterkningen er veldig høy, så for å redusere forsterkningen gjøres tilbakemelding fra utgangen til inngangen vanligvis gjennom en motstand.
Inverterende forsterker:
Kretsen vist ovenfor er en inverterende forsterker med den ikke inverterende inngangen koblet til bakken. To motstander R1 og R2 er koblet i kretsen på en slik måte at R1 mater inngangssignalet mens R2 returnerer utgangen til den inverterende inngangen. Når inngangssignalet er positivt, vil utgangen være negativ og omvendt. Spenningsendringen ved utgangen i forhold til inngangen avhenger av forholdet mellom motstandene R1 og R2. R1 er valgt som 1K og R2 som 10K. Hvis inngangen mottar 1 volt, vil det være 1 mA strøm gjennom R1, og utgangen må bli 10 volt for å forsyne 1 mA strøm gjennom R2 og for å opprettholde null spenning ved den inverterende inngangen. Derfor er spenningsforsterkningen R2 / R1. Det vil si 10K / 1K = 10
Ikke-inverterende forsterker:
Kretsen vist ovenfor er en ikke-inverterende forsterker. Her mottar den ikke inverterende inngangen signalet mens den inverterende inngangen er koblet mellom R2 og R1. Når inngangssignalet beveger seg enten positivt eller negativt, vil utgangen være i fase og holder spenningen på den inverterende inngangen den samme som den for ikke-inverterende inngang. Spenningsforsterkningen i dette tilfellet vil alltid være høyere enn 1 så (1 + R2 / R1).
to. Spenningsfølger
Kretsen over er en spenningsfølger. Her gir den høy inngangsimpedans, lav utgangsimpedans. Når inngangsspenningen endres, vil utgangen og den inverterende inngangen endres likt.
3. Komparator
Operasjonsforsterker sammenligner spenningen som påføres på en inngang med spenningen på den andre inngangen. Enhver forskjell mellom spenningene, hvis den er liten, driver op-amp til metning. Når spenningene som leveres til begge inngangene er av samme størrelse og samme polaritet, er op-amp-utgangen 0 volt.
En komparator produserer begrensede utgangsspenninger som lett kan grensesnitt med digital logikk, selv om kompatibilitet må verifiseres.
Video om operasjonsforsterker som et sammenligningsdiagram
Her har vi en op-amp brukt som en komparator med de inverterende og ikke-inverterende terminalene og koblet noen potensiell skillelinje og meter til dem og et voltmeter ved utgangen og Førte til utgangen. Den grunnleggende formelen for komparatoren er at når '+' er mer enn '-' da er utgangen høy (en), ellers er utgangen null. Når spenningen på den negative inngangen er under referansespenningen, er utgangen høy, og når den negative inngangen går over spenningen på den positive, går utgangen til lav.
3 Krav til OPAMP:
1. Offset Nulling
Det meste av OPAMP har en offset-spenning ved utgangen, selv om inngangsspenningene er de samme. For å gjøre utgangen til nullspenning brukes offset nulling-metoden. I de fleste Op-forsterkere er det en liten forskyvning på grunn av deres iboende egenskap og skyldes misforholdene i inngangsforstyrrelsesordningen. Så en liten utgangsspenning er tilgjengelig ved utgangen på noen Op-forsterkere selv om inngangssignalet er null. Denne ulempen kan utbedres ved å gi en liten forskyvningsspenning til inngangene. Dette er kjent som inngangsforskyvningsspenningen. For å fjerne eller nullstille forskyvningen, har de fleste Op-forsterkere to pinner for å aktivere forskyvningen. For dette bør en gryte eller forhåndsinnstilling med en typisk verdi på 100K kobles mellom pinnene 1 og 5 med viskeren til bakken. Ved å justere forhåndsinnstillingen kan utgangen stilles inn på null spenning.
to. Strobing eller fasekompensasjon
Op-Amps kan bli ustabile noen ganger, og for å gjøre dem stabile for hele frekvensbåndene, er en hette vanligvis koblet mellom Strobe pin 8 og pin1. Vanligvis legges det til en 47pF skivekondensator for fasekompensasjon slik at OpAmp vil forbli stabil. Dette er viktigst hvis OpAmp brukes som en sensitiv forsterker.
3. Tilbakemelding
Som du vet har Op-Amp veldig høyt nivå av forsterkning, vanligvis rundt 1.000,00 ganger. Anta at Op-Amp har 10.000 forsterkning, så vil Op-Amp forsterke spenningsforskjellen i sin ikke-inverterende inngang (V +) og inverterende inngang (V-). Så utgangsspenningen V ut er
10.000 x (V + - V-)
I diagrammet påføres signalet til ikke-inverterende inngang og i inverterende inngang er koblet til utgangen. Så V + = V inn og V- = Vout. Derfor Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Derfor er utgangsspenningen nesten lik inngangsspenningen.
La oss nå se hvordan tilbakemeldingen fungerer. Bare å legge til en motstand mellom den inverterende inngangen og utgangen vil redusere forsterkningen betydelig. Ved å ta en brøkdel av utgangsspenningen til den inverterende inngangen kan det redusere forsterkningen betydelig.
I henhold til den tidligere ligningen er V ut = 10.000 x (V + - V-). Men her legges det til en tilbakemeldingsmotstand. Så her er V + Vin og V- er R1.R1 + R2 x V ute. Derfor er V ut 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Så V ut = R1 + R2.R1x Vin
Negativ tilbakemelding:
Her er utgangen fra Op-Amp koblet til sin Inverterende (-) inngang, og dermed blir utgangen matet tilbake til inngangen for å nå en likevekt. Dermed vil inngangssignalet på ikke-inverterende (+) inngang reflekteres ved utgangen. Op-amp med negativ tilbakemelding vil føre utgangen til det nødvendige nivået, og spenningsforskjellen mellom dens inverterende og ikke-inverterende innganger vil derfor være nesten null.
Positive tilbakemeldinger:
Her blir utgangsspenningen matet tilbake til ikke-inverterende (+) inngang. Inngangssignalet mates til den inverterende inngangen. I positiv tilbakemeldingsdesign, hvis den inverterende inngangen er koblet til jord, vil utgangsspenningen fra Op-amp avhenge av størrelsen og polariteten til spenningen ved den ikke inverterende inngangen. Når inngangsspenningen er positiv, vil utgangen til Op-Amp være positiv, og denne positive spenningen vil bli matet til den ikke-inverterende inngangen, noe som resulterer i en full positiv utgang. Hvis inngangsspenningen er negativ, vil tilstanden bli reversert.
En applikasjon av operasjonelle forsterkere - Audio forforsterker
Filtre og forforsterkere:
Effektforsterkere kommer etter forforsterkerne og før høyttalerne. Moderne CD- og DVD-spillere trenger ikke forforsterkere. De trenger volumkontroll og kildevalg. Ved å bruke bryterkontroller og passivt volum kan vi unngå forforsterkere.
La oss ha en kort om lydforsterkerne
Effektforsterkeren er en komponent som kan drive høyttalerne ved å konvertere lavnivåsignalet til stort signal. Jobben til effektforsterkere produserer relativt høy spenning og høy strøm. Vanligvis ligger spenningsforsterkningsområdet mellom 20 og 30. Effektforsterkerne har svært lav utgangsmotstand.
Spesifikasjoner for lydforsterker
- Maksimal utgangseffekt:
Utgangsspenningen er uavhengig av belastning for både små og store signaler. Den gitte spenningen som påføres belastning forårsaker dobbelt så mye strøm. Derfor vil to ganger så mye strøm bli levert. Effektverdien er den kontinuerlige gjennomsnittlige sinusbølgekraften slik at effekten kan måles ved å benytte en sinusbølge hvis RMS-spenning måles på lang sikt.
- Frekvensrespons:
Frekvensresponsen må utvide hele lydbåndet 20 Hz til 20 KHz. Toleransen mot frekvensresponsen er ± 3db. Den konvensjonelle måten å spesifisere båndbredden på er en forsterker er nede med 3db fra den nominelle 0db.
- Bråk:
Effektforsterkerne skal produsere lite støy når effektforsterkerne bruker med høye frekvenser. Støyparameteren kan være vektet eller ikke-vektet. Uvektet støy vil bli spesifisert over 20 KHz-båndbredde. Basert på ørens sensitivitetsvektede støy spesifikasjon vil bli tatt i betraktning. Den vektede støymålingen har en tendens til å dempe støyen ved høyere frekvenser, og derfor er vektet støymåling ganske bedre enn ikke-vektet støymåling.
- Forvrengning:
Total harmonisk forvrengning er den vanlige forvrengningen som vanligvis spesifiseres ved forskjellige frekvenser. Dette vil bli spesifisert på et effektnivå som er gitt med effektforsterkerens kjørebelastningsimpedans.
