operasjonsforsterkere

• Spenning forsterkere ta spenning i og produsere en spenning på resultatet.
• Gjeldende forsterkere motta en strøm input og produserer en strøm utgang.,
• Transconductance forsterkere konvertere en spenning inn til dagens produksjon.
• Transresistance forsterkere konvertere en strøm input og produserer en utgangsspenning.

Fordi de fleste op-amps er brukt for spenning forsterkning, denne artikkelen vil fokusere på spenning forsterkere.

operasjonsforsterkere: Viktige Egenskaper og Parametere

Det er mange forskjellige viktige egenskaper og parametere knyttet til op-amps (se Figur 1). Disse egenskapene er beskrevet i større detalj nedenfor.,

Figur 1: Operasjonell Forsterker Skjematisk

Open-loop gain

Open-loop gain: open-loop gain («A» i Figur 1) av operasjonell forsterker er tiltaket av gevinsten som oppnås når det ikke er noen tilbakemeldinger implementert i kretsen. Dette betyr tilbakemeldinger banen, eller loop, er åpne. En open-loop gain ofte må bli meget store (10,000+) for å være nyttig i seg selv, bortsett fra med spenning comparators.

Spenning comparators sammenligne inngang spenning., Selv med lite spenning differensialer, spenning comparators kan drive med utgang til enten positive eller negative skinner. Høy open-loop gevinster er gunstig i lukket-sløyfe-konfigurasjoner, som de lar stabil krets atferd på tvers av temperatur -, prosess -, og signal-varianter.

inngangsimpedans

en Annen viktig karakteristikk av op-amps er at de generelt har høy inngangsimpedans («ZIN» i Figur 1). Inngangsimpedans er målt mellom de negative og positive inngangskontakter, og utmerket verdi er uendelig, noe som minimaliserer lasting av kilden., (I realiteten er det en liten gjeldende lekkasje.) Arrangere kretser rundt en operasjonell forsterker kan i betydelig grad endre den effektive inngangsimpedans for kilden, slik at eksterne komponenter og feedback-looper må være nøye konfigurert. Det er viktig å merke seg at inngangsimpedans er ikke utelukkende bestemmes av input DC motstand. Inngang kapasitans kan også påvirke krets atferd, så det må bli tatt hensyn til så vel.

utgangsimpedans

En operasjonell forsterker ideell har null utgangsimpedans («ZOUT» i Figur 1)., Men utgangsimpedans vanligvis har liten verdi, som bestemmer hvor mye strøm det kan kjøre, og hvor godt det kan fungere som en spenning buffer.

frekvensrespons og båndbredde (BW)

En ideell op-amp ville ha en uendelig båndbredde (BW), og ville være i stand til å opprettholde en høy gevinst uavhengig av signalfrekvens. Imidlertid, alle operasjonsforsterkere har en begrenset båndbredde, generelt kalt «-3 db punkt,» hvor få begynner å rulle som frekvensen øker. Forsterkningen av forsterker deretter synker til en pris av -20dB/tiåret, mens frekvensen øker., Op-amps med en høyere BW har forbedret ytelse fordi de har høyere gevinster ved høyere frekvenser, men dette høyere oppnå resultater i større strømforbruk eller økte kostnader.

Figur 2: Operasjonell Forsterker Open-Loop-Frekvens Respons Kurve

Få båndbredde produkt (GBP)

Som navnet antyder, GBP er et produkt av forsterker er få og båndbredde., GBP er en konstant verdi på tvers av kurven, og kan være beregnet med Ligning (1):

$$GBP = Gevinst x Båndbredde = A x BW$$

GBP er målt i frekvens punktet som operasjonell forsterker få når enhet. Dette er nyttig fordi den tillater brukeren å beregne enheten ‘ s open-loop gain på ulike frekvenser. En operasjonell forsterker GBP er generelt et mål på nytten og ytelse, som op-amps med en høyere GBP kan brukes for å oppnå bedre ytelse ved høyere frekvenser.,

Dette er de viktigste parametere for å vurdere når du velger en operasjonell forsterker i design, men det er mange andre faktorer som kan påvirke din design, avhengig av programmet og ytelsesbehov. Andre vanlige parametrene omfatter input offset voltage, støy, hvilestrøm gjeldende, og nettspenninger.

Negative Tilbakemeldinger og Closed-Loop Gain

I en operasjonell forsterker negative tilbakemeldinger er implementert ved å fôre en del av den utgående signal via en ekstern tilbakemelding motstand og tilbake til den inverterende inngangen (se Figur 3).,

Figur 3: Negative Tilbakemeldinger med å Snu Operasjonell Forsterker

Negative tilbakemeldinger brukes for å stabilisere få. Ved hjelp av en negativ tilbakemelding, closed-loop gain kan fastslås via eksterne tilbakemeldinger komponenter som kan ha høyere nøyaktighet i forhold til operasjonell forsterker interne komponenter. Dette er fordi det interne op-amp komponentene kan variere betydelig på grunn av prosessen skift, temperatur endringer, spenning endringer, og andre faktorer., Closed-loop gain kan bli beregnet med Ligning (2):

$$ \frac {V_{OUT}}{V_{IN}} = \frac 1 f $$

operasjonsforsterkere: Fordeler og Begrensninger

Det er mange fordeler med å bruke en operasjonell forsterker. Operasjonsforsterkere kommer ofte i form av en IC, og er allment tilgjengelig, med utallige valgbar ytelse nivåer for å møte alle programmets behov. Op-amps har et bredt spekter av bruksområder, og som sådan er en viktig byggestein i mange analoge programmer, inkludert filter design, spenning buffere, comparator kretser, og mange andre., I tillegg har de fleste selskaper gir simulering støtte, for eksempel PSPICE-modeller, for designere å validere sine operative forsterker design før bygningen ekte design.

begrensningene til å bruke operasjonsforsterkere inkluderer det faktum at de er analoge kretser, og krever en designer som forstår analog grunnleggende for eksempel lasting, frekvensrespons og stabilitet. Det er ikke uvanlig å utforme en tilsynelatende enkle op-amp-krets, bare for å slå det på, og finner at det er oscillerende., På grunn av noen av de viktigste parameterne som er diskutert tidligere, designeren må forstå hvordan disse parametrene til å spille i sin utforming, noe som vanligvis betyr at designeren må ha en moderat til høy grad av analog design erfaring.

Operasjonell Forsterker Konfigurasjon Topologier

Det er flere forskjellige op-amp kretser, hver ulik funksjon. Den vanligste topologier er beskrevet nedenfor.

Spenning tilhenger

Den mest grunnleggende operasjonell forsterker er en spenning som følger (se Figur 4)., Denne kretsen generelt ikke krever eksterne komponenter, og gir høy inngangsimpedans og lav utgangsimpedans, noe som gjør det til et nyttig buffer. Fordi spenning inngang og utgang er like, endringer i input produsere tilsvarende endringer til utgangsspenning.

$$ V_{OUT} = V_{IN} $$

Figur 4: Spenning Tilhenger

Den mest vanlige op-amp brukes i elektroniske enheter er spenning forsterkere, noe som øker utgangsspenning dimensjoner., Inverterende og ikke-inverterende konfigurasjoner er de to mest vanlige forsterker konfigurasjoner. Begge disse topologier er lukket-sløyfe (noe som betyr at det er tilbakemeldinger fra utgangssignalet tilbake til inngangen terminaler), og dermed spenning forsterkning er satt av et forhold mellom to motstander.

Inverterende operasjonell forsterker

I inverterende operasjonsforsterkere, op amp styrker den negative polen til lik den positive terminalen, som er vanlig bakken. Derfor, inngangsstrømmen er bestemt av VIN / R1 forhold (se Figur 5).,

Figur 5: Snu Operasjonell Forsterker

I denne konfigurasjonen, den samme strømmen flyter gjennom R2 til utgang. Ideelt sett, gjeldende ikke flyter inn i den operative forsterker den negative terminalen på grunn av sin høye ZIN. Gjeldende strømmer fra den negative polen gjennom R2 skaper en omvendt spenning polaritet med hensyn til VIN. Dette er grunnen til at disse op-amps er merket med en inverterende konfigurasjon., Vær oppmerksom på at op-amp utgang kan bare svinge mellom sine positive og negative forsyninger, så å skape en negativ utgangsspenning krever en op-amp med en negativ forsyning jernbane. VOUT kan bli beregnet med Ligning (3):

$$ V_{OUT} = – \left({R_2} \over {R_1}\right) x V_{IN}$$

Ikke-inverterende operasjonell forsterker

I en ikke-inverterende forsterker, input-signalet fra kilden er koblet til den ikke-inverterende (+) terminal (se Figur 6).,

Figur 6: Ikke-Inverterende Operasjonell Forsterker

Den operative forsterker styrker den inverterende (-) terminal spenning til lik inngangsspenning, noe som skaper en strømgjennomgang gjennom tilbakemeldinger motstander. Output-spenningen er alltid i fase med input spenning, noe som er grunnen til dette topologi er kjent som ikke-inverterende. Vær oppmerksom på at med en ikke-inverterende forsterker spenningen få er alltid større enn 1, noe som ikke alltid er tilfelle med den inverterende konfigurasjoner., VOUT kan bli beregnet med Ligning (4):

$$ V_{OUT} = \left(1 + \frac {{R_2}} {R_1}\right) x V_{IN} $$

Spenning comparator

En operasjonell forsterker spenningen comparator sammenligner spenning innganger, og driver utgang til forsyning jernbane av hvilken input som er høyere. Denne konfigurasjonen er ansett som » open-loop-drift fordi det er ingen tilbakemelding. Spenning comparators ha nytte av å operere mye raskere enn closed-loop topologier som er omtalt ovenfor (se Figur 7).,

Figur 7: Spenning Comparator

Hvordan å Velge en Operasjonell Forsterker for Din Søknad

avsnittet nedenfor beskriver visse hensyn når du velger riktig operasjonell forsterker for din søknad.

for det Første, bør du velge en op-amp som kan støtte din forventede drifts-spenning. Denne informasjon kan fås ved å se på forsterkerens strømforsyning spenning. De spenninger vil trolig være enten VDD – ( + ) og bakken (single supply), eller forsterker kan være i stand til å støtte både en positiv og negativ forsyning., En negativ forsyning er nyttig hvis den ekstra behov for å støtte negative spenninger.

for det Andre, bør du vurdere en forsterker i GBP. Hvis programmet ditt behov for å støtte høyere frekvenser, eller krever et høyere ytelse og redusert forvrengning, vurdere op-amps med høyere GBPs.

En bør også vurdere strømforbruket, da enkelte programmer kan kreve at lav-effekt operasjon. De anbefalte krav til strøm kan vanligvis bli funnet i den delen som er dataark, og er vanligvis oppgitt som leverer strøm og strømforbruk., Strømforbruk kan også beregnes fra produktet av de forsyne strøm og spenning. Generelt, op-amps med lavere tilførsel strømmer har lavere GBP, og samsvarer med lavere krets ytelse.

For programmer som krever høyere nøyaktighet, designer bør vie spesiell oppmerksomhet til forsterkerens inngang offset-spenning, denne spenningen fører til en forskyvning i forsterkerens utgang spenning.

Oppsummering

operasjonsforsterkere er mye brukt i mange analoge og makt programmer., Fordelene ved å bruke en op-amp er at de er generelt mye forstått, godt dokumentert og støttes, og er ganske lett å bruke og implementere. Op-amps er nyttig for mange programmer, for eksempel spenning buffere, lage analoge filtre, og terskelen detektorer. Med en større forståelse av sentrale parametre og felles topologier i slekt å operasjonsforsterkere, kan du begynne å implementere dem i dine kretser.

_________________________