Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Операционный усилитель | Электроника для всех

Что то часто мне стали задавать вопросы по аналоговой электронике. Никак сессия студентов за яцы взяла? 😉 Ладно, давно пора двинуть небольшой ликбезик. В частности по работе операционных усилителей. Что это, с чем это едят и как это обсчитывать.

Что это
Операционный усилитель это усилок с двумя входами, невье… гхм… большим коэфициентом усиления сигнала и одним выходом. Т.е. у нас Uвых= K*Uвх а К в идеале равно бесконечности. На практике, конечно, там числа поскромней. Скажем 1000000. Но даже такие числа взрывают мозг при попытке их применить напрямую. Поэтому, как в детском саду, одна елочка, две, три, много елочек — у нас тут много усиления 😉 И баста.

А входа два. И один из них прямой, а другой инверсный.

Более того, входы высокоомные. Т.е. их входное сопротивление равно бесконечности в идеальном случае и ОЧЕНЬ много в реальном. Счет там идет на сотни МегаОм, а то и на гигаомы. Т.е. оно замеряет напряжение на входе, но на него влияет минимально. И можно считать, что ток в ОУ не течет.

Напряжение на выходе в таком случае обсчитывается как:

Uout=(U2-U1)*K

Очевидно, что если на прямом входе напряжение больше чем на инверсном, то на выходе плюс бесконечность. А в обратном случае будет минус бесконечность.

Разумеется в реальной схеме плюс и минус бесконечности не будет, а их замещать будет максимально высокое и максимально низкое напряжение питания усилителя. И у нас получится:

Компаратор
Устройство позволяющее сравнивать два аналоговых сигнала и выносить вердикт — какой из сигналов больше. Уже интересно. Применений ему можно придумать массу. Кстати, тот же компаратор встроен в большую часть микроконтроллеров и как им пользоваться я показывал на примере AVR в статьях про использование аналогового компаратора и про создание на его базе АЦП. Также компаратор замечательно используется для создания всяких ШИМ сигналов.

Но одним компаратором дело не ограничивается, ведь если ввести обратную связь, то из ОУ можно сделать очень многое.

Обратная связь
Если мы сигнал возьмем со выхода и отправим прямиком на вход, то возникнет обратная связь.

Положительная обратная связь
Возьмем и загоним в прямой вход сигнал сразу с выхода.

Что получим? А ничего интересного, процесс пойдет по следующей цепочке событий.

Uout = (0 — U1)*К = — К*U1
Uout’ = (-K*U1 — U1)*K1

В общем, выход мгновенно свалится в бесконечные минуса, а в реале ляжет на шину отрицательного питания и усе. Поэтому такое включение применяется крайне редко. Например в триггере Шмитта для обеспечения гистерезиса.

Триггер Шмитта
Представим себе компаратор включенный по такой вот схеме и запитанный от +/- 15 вольт:

  • Напряжение U1 больше нуля — на выходе -15 вольт
  • Напряжение U1 меньше нуля — на выходе +15 вольт

А что будет если напряжение будет равно нулю? По идее на выходе должен быть ноль. Но в реальности напряжение НИКОГДА не будет равно нулю. Ведь даже если на один электрон заряд правого перевесит заряд левого, то уже этого достаточно, чтобы на бесконечном усилении вкатить потенциал на выход. И на выходе начнется форменный ад — скачки сигнала то туда, то сюда со скоростью случайных возмущений, наводящихся на входы компаратора.

Для решения этой проблемы вводят гистерезис. Т.е. своего рода зазор между переключениями из одного состояния в другое. Для этого вводят положительную обратную связь, вот так:

Считаем, что на инверсном входе в этот момент +10 вольт. На выходе с ОУ минус 15 вольт. На прямом входе уже не ноль, а небольшая часть выходного напряжения с делителя. Примерно -1.4 вольта Теперь, пока напряжение на инверсном входе не снизится ниже -1.4 вольта выход ОУ не сменит своего напряжения. А как только напряжение станет ниже -1.4, то выход ОУ резко перебросится в +15 и на прямом входе будет уже смещение в +1.4 вольта.

И для того, чтобы сменить напряжение на выходе компаратора сигналу U1 надо будет увеличиться на целых 2.8 вольта, чтобы добраться до верхней планки в +1.4.

Возникает своеобразный зазор где нет чувствительности, между 1.4 и -1.4 вольтами. Ширина зазора регулируется соотношениями резисторов в R1 и R2. Пороговое напряжение высчитывается как Uout/(R1+R2) * R1 Скажем 1 к 100 даст уже +/-0.14 вольт.

Но все же ОУ чаще используют в режиме с отрицательной обратной связью.

Отрицательная обратная связь
Окей, воткнем по другому:

В случае отрицательной обратной связи у ОУ появляется интересное свойство. Он всегда будет пытаться так подогнать свое выходное напряжение, чтобы напряжения на входах были равны, в результате давая нулевую разность.
Пока я в великой книге от товарищей Хоровица и Хилла это не прочитал никак не мог вьехать в работу ОУ. А оказалось все просто.

Повторитель
И получился у нас повторитель. Т.е. на входе U1, на инверсном входе Uout = U1. Ну и получается, что Uout = U1.

Спрашивается нафига нам такое счастье? Можно же было напрямую кинуть провод и не нужен будет никакой ОУ!

Можно, но далеко не всегда. Представим себе такую ситуацию, есть датчик выполненный в виде резистивного делителя:

Нижнее сопротивление меняет свое значение, меняется расклад напряжений выхода с делителя. А нам надо снять с него показания вольтметром. Но у вольтметра есть свое внутреннее сопротивление, пусть большое, но оно будет менять показания с датчика. Более того, если мы не хотим вольтметр, а хотим чтобы лампочка меняла яркость? Лампочку то сюда никак не подключить уже! Поэтому выход буфферизируем операционным усилителем. Его то входное сопротивление огромно и влиять он будет минимально, а выход может обеспечить вполне ощутимый ток (десятки миллиампер, а то и сотни), чего вполне хватит для работы лампочки.
В общем, применений для повторителя найти можно. Особенно в прецезионных аналоговых схемах. Или там где схемотехника одного каскада может влиять на работу другого, чтобы разделить их.

Усилитель
А теперь сделаем финт ушами — возьмем нашу обратную связь и через делитель напряжения подсадим на землю:

Теперь на инверсный вход подается половина выходного напряжения. А усилителю то по прежнему надо уравнять напряжения на своих входах. Что ему придется сделать? Правильно — поднять напряжение на своем выходе вдвое выше прежнего, чтобы компенсировать возникший делитель.

Теперь будет U1 на прямом. На инверсном Uout/2 = U1 или Uout = 2*U1.

Поставим делитель с другим соотношением — ситуация изменится в том же ключе. Чтобы тебе не вертеть в уме формулу делителя напряжения я ее сразу и дам:

Uout = U1*(1+R1/R2)

Мнемонически запоминается что на что делится очень просто:

Таким образом, можно очень легко умножать аналоговые значения на числа больше 1. А как быть с числами меньше единицы?

Инвертирующий усилитель
Тут поможет только инверсный усилитель. Разница лишь в том, что мы берем и прямой вход коротим на землю.

При этом получается, что входной сигнал идет по цепи резисторов R

2, R1 в Uout. При этом прямой вход усилителя засажен на нуль. Вспоминаем повадки ОУ — он постарается любыми правдами и неправдами сделать так, чтобы на его инверсном входе образовалось напряжение равное прямому входу. Т.е. нуль. Единственный вариант это сделать — опустить выходное напряжение ниже нуля настолько, чтобы в точке 1 возник нуль.

Итак. Представим, что Uout=0. Пока равно нулю. А напряжение на входе, например, 10 вольт относительно Uout. Делитель из R1 и R2 поделит его пополам. Таким образом, в точке 1 пять вольт.

Пять вольт не равно нулю и ОУ опускает свой выход до тех пор, пока в точке 1 не будет нуля. Для этого на выходе должно стать (-10) вольт. При этом относительно входа разность будет 20 вольт, а делитель обеспечит нам ровно 0 в точке 1. Получили инвертор.

Но можно же и другие резисторы подобрать, чтобы наш делитель выдавал другие коэффициенты!
В общем, формула коэффициента усиления для такого усилка будет следующей:

Uout = — Uin * R1/R2

Ну и мнемоническая картинка для быстрого запоминания ху из ху.

Вычитающая схема
Однако никто же не мешает подать на прямой вход не ноль, а любое другое напряжение. И тогда усилитель будет пытаться приравнять свой инверсный вход уже к нему. Получается вычитающая схема:

Допустим U2 и U1 будет по 10 вольт. Тогда на 2й точке будет 5 вольт. А выход должен будет стать таким, чтобы на 1й точке стало тоже 5 вольт. То есть нулем. Вот и получается, что 10 вольт минус 10 вольт равняется нуль. Все верно 🙂

Если U1 станет 20 вольт, то выход должен будет опуститься до -10 вольт.
Сами посчитайте — разница между U1 и Uout станет 30 вольт. Ток через резистор R4 будет при этом (U1-Uout)/(R3+R4) = 30/20000 = 0.0015А, а падение напряжения на резисторе R4 составит R4*I4 = 10000*0.0015 = 15 вольт. Вычтем падение в 15 вольт из входных 20 и получим 5 вольт.

Таким образом, наш ОУ прорешал арифметическую задачку из 10 вычел 20, получив -10 вольт.

Более того, в задачке есть коэффициенты, определяемые резисторами. Просто у меня, для простоты, резисторы выбраны одинакового номинала и поэтому все коэффициенты равны единице. А на самом деле, если взять произвольные резисторы, то зависимость выхода от входа будет такой:

Uout = U2*K2 — U1*K1

K2 = ((R3+R4) * R6 ) / (R6+R5)*R4
K1 = R3/R4

Мнемотехника для запоминания формулы расчета коэффициентов такова:
Прям по схеме. Числитель у дроби вверху поэтому складываем верхние резисторы в цепи протекания тока и множим на нижний. Знаменатель внизу, поэтому складываем нижние резисторы и множим на верхний.

Если же вводные резисторы (R4 и R5) равны друг другу. И резистор обратной связи и резистор на землю (R3 и R6) тоже равны друг другу. То формула упрощается до

Uout = R3/R4 (U2 — U1).

Таким образом, на одном усилке можно два сигнала сначала вычесть, а потом умножить на константу. Этим, кстати, я воспользовался в схеме реобаса, чтобы привести милливольтный сигнал с датчика температуры к вменяемому виду.

Раз можно вычитать, то можно и суммировать

Сумматор инвертирующий

Тут все просто. Т.к. точка 1 у нас постоянно приводится к 0, то можно считать, что втекающие в нее токи всегда равны U/R, а входящие в узел номер 1 токи суммируются. Соотношение входного резистора и резистора в обратной связи определяет вес входящего тока.

Ветвей может быть сколько угодно, я же нарисовал всего две.

Uout = -1(R3*U1/R1 + R3*U2/R2)

Резисторы на входе (R1, R2) определяют величину тока, а значит общий вес входящего сигнала. Если сделать все резисторы равными, как у меня, то вес будет одинаковым, а коэффициент умножения каждого слагаемого будет равен 1. И U

out = -1(U1+U2)

Сумматор неинвертирующий
Тут все чуток посложней, но похоже.

Uout = U1*K1 + U2*K2

K1 = R5/R1
K2 = R5/R2

Причем резисторы в обратной связи должны быть такими, чтобы соблюдалось уравнение R3/R4 = K1+K2

В общем, на операционных усилителях можно творить любую математку, складывать, умножать, делить, считать производные и интегралы. Причем практически мгновенно. На ОУ делают аналоговые вычислительные машины. Одну такую я даже видел на пятом этаже ЮУрГУ — дура размером в пол комнаты. Несколько металлических шкафов. Программа набирается соединением разных блоков проводочками 🙂

Продолжение следует, когда-нибудь 🙂

Операционный усилитель, принцип работы для чайников!

Приветствую вас дорогие друзья! Вот наконец добрался я  до своего компьютера,  приготовил себе чайку с печеньками  и понеслась…

Для тех кто впервые на моем блоге и не совсем понимает что здесь происходит спешу напомнить, меня зовут Владимир Васильев и на этих страницах я делюсь со своими читателями сакральными знаниями из области электроники и не только электроники. Так что может быть и вы здесь найдете  для себя что-то полезное, по крайней мере я на это надеюсь.  Обязательно подпишитесь, тогда вы ничего не пропустите.

А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель.  Эти усилители   применяются повсеместно, везде где требуется усилить сигнал по мощности найдется работенка для операционника.

Особенно распространено применение  операционных усилителей в аудиотехнике. Каждый аудиофилл стремится усилить звучание своих музыкальных колонок и поэтому старается прикрутить усилитель по мощнее. Вот здесь мы и сталкиваемся с операционными усилителями,  ведь многие аудиосистемы просто нашпигованы ими.  Благодаря  свойству операционного усилителя усиливать сигнал по мощности мы ощущаем более мощное давление на свои барабанные перепонки когда слушаем композиции на своих аудио колонках. Вот так вот в быту мы оцениваем  качество работы операционного усилителя  на слух.

В  этой статье на слух мы оценивать ничего не будем но постараемся рассмотреть все детально и  разложим все по полочкам чтобы стало понятно даже самому самоварному чайнику .


[contents]


Что такое операционный усилитель ?

Операционные усилители представляют собой микросхемы которые могут выглядеть по-разному.

Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Слева операционный усилитель К544УД2АР в  пластмассовом DIP корпусе а справа изображен операционник в металлическом  корпусе.

По началу, до знакомства с операционниками,     микросхемы в таких металлических корпусах я постоянно путал с транзисторами.  Думал что это такие хитромудрые  многоэмиттерные транзисторы 🙂

Условное графическое обозначение (УГО)

Условное обозначение операционного усилителя выглядит следующим образом.

Итак  операционный усилитель (ОУ) имеет два входа и один выход. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают.

Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:

 

  1. Выход операционника стремится к тому, чтобы разность напряжений на его входах была равна нулю
  2. Входы операционного усилителя ток не потребляют

Вход 1  обозначается знаком «+»  и называется неинвертирующим а вход 2 обозначается как «-» и является инвертирующим.

Входы операционника обладают высоким входным сопротивлением или иначе говорят высоким импедансом.

Это говорит о том, что  входы операционного усилителя ток почти не потребляют (буквально какие-то наноамперы). Усилитель просто оценивает величину напряжений на входах и в зависимости от этого выдает сигнал на выходе усиливая его.

Коэффициент усиления операционного усилителя имеет просто огромное значение,  может достигать миллиона, а это очень большое значение!  Значит это то, что если мы ко входу приложим небольшое напряжение, хотябы 1 мВ, то на выходе  получим сразу максимум,  напряжение почти равное напряжению источника питания ОУ. Из-за этого свойства операционники практически никогда не используют без обратной связи (ОС). Действительно какой смысл во входном сигнале если на выходе мы всегда получим максимальное напряжение, но об этом поговорим чуть позже.

Входы ОУ работают так, что если величина на неинвертирующем входе окажется больше чем на инвертирующем, то на выходе будет  максимальное положительное значение +15В. Если на инвертирующем входе величина напряжения  окажется более положительной то  на выходе будем наблюдать максимум отрицательной величины, где-то -15В.

Действительно операционный усилитель может выдавать значения напряжений как положительной так и отрицательной полярности. У новичка может возникнуть вопрос о том как же такое возможно? Но такое действительно возможно и это связано с применением источника питания с расщепленным  напряжением, так называемым двуполярным питанием. Давайте рассмотрим питание операционника чуток подробнее.

Правильное питание ОУ

Наверное не будет секретом, что для того, чтобы операционник работал, его нужно запитать, т.е. подключить его к источнику питания. Но есть интересный момент, как мы убедились чуток ранее операционный усилитель может выдавать на выход напряжения как положительной так и отрицательной полярности. Как такое может быть?

А такое быть может! Это связано с применением двуполярного источника питания, конечно возможно использование и однополярного источника но в этом случае возможности операционного усилителя будут ограничены.

Вообще в работе с источниками питания многое зависит от того что мы взяли за точку отсчета т.е. за 0 (ноль). Давайте с этим разберемся.

Пример на батарейках

 Обычно примеры проще всего приводить на пальцах но  в электронике думаю подойдут и пальчиковые батарейки 🙂

Допустим у нас есть обычная пальчиковая батарейка (батарейка типа АА). У нее есть два полюса плюсовой и минусовой. Когда минусовой полюс мы принимаем за ноль, считаем нулевой точкой отсчета то соответственно плюсовой полюс батарейки будет у нас показывать + 5В (значение с плюсом).

Это мы можем увидеть с помощью мультиметра (кстати статья про мультиметры в помощь), достаточно подключить   минусовой черный щуп к минусу батарейки а красный щуп к плюсу и вуаля. Здесь все просто и логично.

Теперь немножко усложним задачу и возьмем точно такую же вторую батарейку. Подключим батарейки последовательно и  рассмотрим как меняются показания измерительных приборов (мультиметров или вольтметров) в зависимости от различных точек приложения щупов.

Если мы за ноль приняли минусовой полюс крайней батарейки  а измеряющий щуп подключим к плюсу батарейки то  мультиметр нам покажет значение в +10 В.

Если за точку отсчета будет принят положительный полюс батарейки а измеряющий щуп был подключен к минусу то любой вольтметр нам покажет -10 В.

Но если за точку отсчета будет принята точка между двумя батарейками то в результате мы сможем плучить простой источник двуполярного питания. И вы можете в этом убедиться, мультиметр нам подтвердит что так оно и есть. У нас в наличии   будет напряжение как положительной полярности +5В так и  напряжение отрицательной полярности -5В.

Схемы источников двуполярного питания

Примеры на батарейках я привел для примера, чтобы было более понятно. Теперь давайте рассмотрим несколько примеров  простых схем источников расщепленного питания которые можно применять в своих радиолюбительских конструкциях.

Схема с трансформатором,  с отводом от «средней» точки

И первая схема источника питания для ОУ перед вами. Она достаточно простая но я немножко поясню принцип ее работы.

Схема питается от привычной нам домашней  сети  поэтому нет ничего удивительного что на первичную обмотку трансформатора приходит переменный ток в 220В. Затем трансформатор преобразует переменный ток 220В в такой же переменный но уже в 30В. Вот такую  вот нам захотелось произвести трансформацию.

Да на вторичной обмотке будет переменное напряжение в 30В но обратите внимание на отвод от средней точки вторичной обмотки. На вторичной обмотке сделано ответвление, причем количество витков до этого ответвления равно числу витков после ответвления.

Благодаря этому ответвлению мы можем получить на выходе вторичной обмотки переменное напряжение как в 30 В так и переменку в 15В. Это знание мы берем на вооружение.

Далее нам нужно переменку выпрямить и превратить в постоянку поэтому диодный мост нам в помощь. Диодный мост с этой задачей справился и на выходе мы получили не очень стабильную постоянку в 30В. Это напряжение будет нам показывать мультиметр если  мы подключим шупы к выходу диодного моста, но нам нужно помнить про ответвление на вторичной обмотке.

Это ответвление мы ведем далее и подключаем между электролитическими конденсаторами и затем между следующией парой высокочастотных кондерчиков. Чего мы этим добились?

Мы добились нулевой точки отсчета между полюсами потенциалов положительной и отрицательной полярности. В результате на выходе мы имеем достаточно стабильное  напряжение как +15В так и -15В. Эту схему конечно можно еще более улучшить если добавить стабилитроны или интегральные стабилизаторы но тем не менее приведенная схема уже вполне может справиться с задачей питания операционных усилителей.

Схема с двумя диодными мостами

Эта схема на мой взгляд проще, проще в том ключе, что нет необходимости искать трансформатор с ответвлением от середины или формировать вторичную обмотку самостоятельно. Но здесь придется раскошелиться на второй диодный мост.

Диодные мосты включены так, что положительный потенциал формируется с катодов диодиков первого моста, а отрицательный потенциал выходит с анодов диодов второго моста.  Здесь нулевая точка отсчета выводится между  двумя мостами. Упомяну также, что здесь используются разделительные конденсаторы, они оберегают один диодный мост от воздействий со стороны второго.

Эта схема также легко подвергается различным улучшениям, но самое главное она решает основную задачу — с помощью нее можно запитать операционный усилитель.

Обратная связь ОУ

Как я уже упоминал операционные усилители почти всегда используют с обратной связью (ОС). Но что представляет собой обратная связь и для чего она нужна? Попробуем с этим разобраться.

С обратной связью мы сталкиваемся постоянно: когда хотим налить в кружку чая или даже сходить в туалет по малой нужде 🙂 Когда человек управляет автомобилем или велосипедом то здесь также работает обратная связь. Ведь для того, чтобы ехать легко и непринужденно  мы вынуждены постоянно контролировать управление в зависимости от различных факторов: ситуации на дороге, технического состояния средства передвижения и так далее.

Если на дороге стало скользко ? Ага мы среагировали, сделали коррекцию и дальше двигаемся более осторожно.

В операционном усилителе все происходит подобным образом.

Без обратной связи при подаче на вход определенного сигнала на выходе мы всегда получим одно и тоже значение напряжения. Оно будет близко напряжению питания (так как коэффициент усиления очень большой). Мы не контролируем выходной сигнал. Но если часть сигнала с выхода мы отправим обратно на вход то что это даст?

Мы сможем контролировать выходное напряжение. Это управление будет на столько эффективным, что можно просто забыть про коэффициент усиления, операционник  станет послушным и предсказуемым потому что его поведение будет зависеть лишь от обратной связи. Далее я расскажу как можно эффективно управлять выходным сигналом  и как его контролировать, но для этого нам нужно знать некоторые детали.

Положительная обратная связь,  отрицательная обратная связь

Да, в  операционных усилителях применяют обратную связь и очень широко. Но обратная связь   может быть как положительной так и отрицательной. Надо бы разобраться в чем суть.

Положительная обратная связь это когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход причем она (часть выходного) суммируется с входным.

Положительная обратная связь в операционниках применяется не так широко как отрицательная. Более того положительная обратная связь чаще бывает нежелательным побочным явлением некоторых схем и положительной связи стараются избегать.  Она является нежелательной потому, что эта связь может усиливать искажения в схеме и в итоге привести к нестабильности.

С другой стороны положительная обратная связь не уменьшает коэффициент усиления операционного усилителя что бывает полезно. А нестабильность также находит свое применение в компараторах, которые  используют в АЦП (Аналого-цифровых преобразователях).

Отрицательная обратная связь это такая связь когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход но при этом она вычитается из входного

А вот отрицательная обратная связь просто создана для операционных усилителей. Несмотря на то, что она способствует некоторому ослаблению коэффициента усиления, она приносит в схему стабильность и управляемость.  В результате схема становится независимой от коэффициента усиления, ее свойства полностью управляются отрицательной обратной связью.

При использовании отрицательной обратной связи операционный усилитель приобретает одно очень полезное свойство. Операционник контролирует состояния своих входов и стремится к тому, потенциалы на его входах были равны. ОУ подстраивает свое выходное напряжение так, чтобы результирующий входной потенциал (разность Вх.1 и Вх.2) был нулевым.

Подавляющая часть схем на операционниках строится с применением отрицательной обратной связи! Так что для того чтобы разобраться как работает отрицательная связь нам нужно рассмотреть схемы включения ОУ.

Схемы включения операционных усилителей

Схемы включения операционных усилителей могут быть весьма разнообразны поэтому мне врятля удастся  рассказать о каждой но  я постараюсь рассмотреть основные.

Компаратор на ОУ

Формулы для  компараторной схемы будут следующие:

Т.е. в результате будет напряжение соответствующее логической единице.

Т.е. в результате будет напряжение соответствующее логическому нулю.

Схема компаратора обладает высоким входным сопротивлением (импедансом) и низким выходным.

Рассмотрим для начала вот такую схему включения  операционника  в режиме компаратора.  Эта схема включения лишена обратной связи.  Такие схемы применяются в цифровой схемотехнике когда нужно оценить сигналы на входе, выяснить какой больше  и выдать результат в цифровой форме. В итоге на выходе будет логическая 1 или логический ноль (к примеру 5В это 1 а 0В это ноль).

Допустим  напряжение стабилизации стабилитрона  5В,  на вход один мы приложили 3В а к входу 2 мы приложили 1В. Далее в компараторе происходит следующее, напряжение на прямом входе 1  используется как есть (просто потому что это неинвертирующий вход) а напряжение на инверсном входе 2 инвертируется. В результате где было 3В так и остается 3В а где был 1В будет -1В.

В результате 3В-1В =2В, но благодаря коэффициенту усиления операционника на выход пойдет напряжение равное напряжению источника питания, т.е. порядка 15В. Но стабилитрон отработает и на выход пойдет 5В что соответствует логической единице.

Теперь представили, что на вход 2 мы кинули 3В а на вход 1 приложили 1В. Операционник все это прожует, прямой вход оставит без изменений, а инверсный (инвертирующий)  изменит на противоположный  из 3В сделает -3В.

В результате 1В-3В=-2В, но согласно логике работы на выход пойдет минус источника питания т.е. -15В. Но у нас стоит стабилитрон и он это не пропустит и на выходе у нас будет величина близкая нулю. Это и будет логический ноль для цифровой схемы.

Триггер Шмитта на ОУ

Чуть ранее мы рассматривали такую схему включения ОУ как компаратор. В компараторе сравниваются два напряжения на входе и выдается результат на выходе. Но чтобы сравнивать входное напряжение с нулем нужно воспользоваться схемой представленной чуть выше.

Здесь сигнал подается на инвертирующий вход а прямой вход посажен на землю, на ноль.

Если на входе у нас напряжение больше нуля то на выходе будем иметь  -15В. Если напряжение меньше нуля то на выходе будет+15В.

Но что случится если мы захотим подать напряжение равное нулю? Такое напряжение никогда не получится сделать, ведь идеального нуля не бывает и сигнал на входе хоть на доли микровольт но обязательно будет меняться в ту или другую сторону.  В результате на выходе будут полный хаос, выходное напряжение будет многократно скакать  максимума до минимума что на практике совершенно не удобно.

Для избавления от подобного хаоса вводит гистерезист — это некий зазор в пределах которого сигнал на выходе не будет меняться.

Этот зазор позволяет реализовать данная схема посредством положительной обратной связи.

Представим, что на вход мы подали 5В , на выходе в первое мгновение получится сигнал напряжением в -15В. Далее начинает отрабатывать положительная обратная связь.  Обратная связь образует делитель напряжения в результате чего на прямом входе операционника появится напряжение -1,36В.

На инверсном входе у нас сигнал более положительный поэтому  операционный усилитель отработает следующим образом.  Внутри него сигнал в 5В инвертируется и становится -5В, далее два сигнала складываются и получается отрицательное значение. Отрицательное значение благодаря коэффициенту усиления станет -15В. Сигнал на выходе не изменится пока сигнал на входе не опустится менее -1,36В.

Пусть сигнал на входе изменился и стал -2В. В нутрях это -2В инвертируется и станет +2В, а -1,36В как был так и останется. Далее все это складывается и получается положительное значение которое на выходе превратится в +15В.  На прямом входе значение -1,36В благодаря обратной связи превратится в +1,36В. Теперь чтобы изменить значение на выходе на противоположное нужно подать сигнал более 1,36В.

Таким образом у нас появилась зона с нулевой чувствительностью с диапазоном от -1,36В до +1,36В. Такая зона нечувствительности носит название гистерезис.

Повторитель

Наиболее простой обладатель отрицательной обратной связи это повторитель.

Повторитель выдает на выходе то напряжение, которое было подано на его вход. Казалось бы для чего  это нужно ведь от этого ничего не меняется. Но в этом есть смысл, ведь вспомним свойство операционника, он обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным. В схемах повторители выступают в роли буфера, который оберегает от перегрузок хилые выходы.

Чтобы понять как он работает отмотаете чуток назад, там где мы обсуждали отрицательную обратную связь. Там я упоминал, что в случае с отрицательной обратной связью операционник всеми возможными способами стремится к равному потенциалу по своим входам.  Для этого он подстраивает напряжение на своем выходе так, чтобы разность потенциалов на его входах равнялась нулю.

Так допустим на входе у нас 1В. Чтобы потенциалы на входах были раны на инвертирующем входе должен быть также 1В. На то  он и повторитель.

Неинвертирующий усилитель

Схема неинвертирующего усилителя очень похожа на схему повторителя, только здесь обратная связь представлена делителем напряжения и посажена на землю.

Посмотрим как все это работает. Допустим на вход подано 5В, резистор R1 = 10Ом, резистор R2 = 10Ом. Чтобы напряжение на входах были равны, операционник вынужден поднять напряжение на выходе так, чтобы потенциал на инверсном входе сравнялся с прямым. В данном случае делитель напряжения делит пополам, получается, что напряжение на выходе должно быть  в два раза больше напряжения на входе.

Вообще чтобы применять эту схему включения даже не нужно  ничего ворошить в голове, достаточно воспользоваться формулой, где достаточно узнать коэффициент К.

Инвертирующий усилитель

И сейчас мы рассмотрим работу такой схемы включения как инвертирующий усилитель.  Для инвертирующего усилителя  есть такие формулы:

Инвертирующий усилитель позволяет усиливать сигнал одновременно инвертируя (меняя знак ) его . Причем коэффициент усиления мы можем задать любой. Этот коэффициент усиления мы формируем посредством отрицательной обратной связи, которая представляет собой делитель напряжения.

Теперь попробуем его в работе, допустим на входе у нас сигнал в 1В, резистор R2 = 100Ом, резистор R1 = 10Ом. Сигнал со входа идет через R1, затем R2  и на выход.  Допустим сигнал на выходе невероятным образом стал 0В. Рассчитаем делитель напряжения.

1В/110=Х/100, отсюда Х = 0,91В

Получается что в точке А потенциал равен 0,91В,  но это противоречит правилу операционного усилителя. Ведь операционник стремится уравнять потенциалы на своих входах. Поэтому потенциал в точке А будет равен нулю и равен потенциалу в точке B.

Как сделать так чтобы на входе был 1В а в точке А  был 0В?

Для этого нужно уменьшать напряжение на выходе.  И в результате мы получаем

 

К сожалению инвертирующий усилитель обладает одним явным недостатком — низким входным сопротивлением, которое равняется резистору R1.

Сумматор инвертирующий

 

А эта схема включения позволяет складывать множество входных напряжений. Причем напряжения могут быть как положительными так и отрицательными. По истине на операционниках можно строить аналоговые компьютеры. Так чтож давайте разбираться.

Основой сумматора служит все тот же инвертирующий усилитель только с одним отличием, вместо одного входа он может иметь этих входов сколько угодно. Вспомним формулку и инвертирующего усилка.Потенциал точки Х будет равен нулю поэтому сумма токов входящих с каждого входа будет выглядеть вот так:Если нашей целью является чистое сложение входных напряжений то все резисторы в этой схеме выбираются одного номинала.  Это приводит также что коэффициент усиления для каждого входа будет равен 1. Тогда формула для инвертирующего усилителя принимает вид: 

Ну чтож, я думаю что с работой сумматора и других схем включения на операционниках разобраться не трудно. Достаточно немножко попрактиковаться и попробовать собрать эти схемы и посмотреть что происходит с входными и выходными сигналами.

А я на этом пожалуй остановлюсь ведь в работе с операционными усилителями применяются очень много различных схем включения, это различные преобразователи ток-напряжение,  сумматоры, интеграторы и логарифмирующие усилители и все их рассматривать можно очень долго.

Если вас заинтересовали другие схемы включения и хотите с ними разобраться то советую полистать книжку П.Хоровица и У.Хилла,  все обязательно встанет на свои места.

А на этом я буду завершать, тем более статья получилась достаточно объемной и  после написания ее нужно чутка подшлифовать и навести марафет.

Друзья, не забывайте подписываться на обновления блога, ведь чем больше читателей подписано на обновления тем больше я понимаю что  делаю что-то важное и полезное и это чертовски мотивирует на новые статьи и материалы.

Кстати друзья, у меня возникла одна классная идея и мне очень важно слышать ваше мнение. Я подумываю выпустить обучающий материал   по операционным усилителям, этот материал будет в виде обычной pdf книжки или видеокурса, еще не решил. Мне кажется что несмотря на большое обилие информации в интернете и в литературе все=таки не хватает наглядной практической информации, такой, которую сможет понять каждый.

Так вот, напишите пожалуйста в комментариях какую информацию вы хотели бы видеть в этом обучающем материале чтобы я мог выдавать не просто полезную информацию а информацию которая действительно востребована.

А на этом у меня все, поэтому я желаю вам удачи, успехов и прекрасного настроения, даже не смотря на то что за окном зима!

С н/п Владимир Васильев.

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

Операционные усилители (на основе простейших примеров): часть 1 / Хабр
В курсе электроники есть много важных тем. Сегодня мы попытаемся разобраться с операционными усилителями.
Начнем сначала. Операционный усилитель — это такая «штука», которая позволяет всячески оперировать аналоговыми сигналами. Самые простейшие и основные — это усиление, ослабление, сложение, вычитание и много других (например, дифференцирование или логарифмирование). Абсолютное большинство операций на операционных усилителях (далее ОУ) выполняются с помощью положительных и отрицательных обратных связей.
В данной статье будем рассматривать некий «идеал» ОУ, т.к. переходить на конкретную модель не имеет смысла. Под идеалом подразумевается, что входное сопротивление будет стремиться к бесконечности (следовательно, входной ток будет стремиться к нулю), а выходное сопротивление — наоборот, будет стремиться к нулю (это означает, что нагрузка не должна влиять на выходное напряжение). Также, любой идеальный ОУ должен усиливать сигналы любых частот. Ну, и самое важное, коэффициент усиления при отсутствующей обратной связи должен также стремиться к бесконечности.

Ближе к делу

Операционный усилитель на схемах очень часто обозначается равносторонним треугольничком. Слева расположены входы, которые обозначены "-" и "+", справа — выход. Напряжение можно подавать на любой из входов, один из которых меняет полярность напряжения (поэтому его назвали инвертирующим), другой — не меняет (логично предположить, что он называется неинвертирующий). Питание ОУ, чаще всего, двуполярное. Обычно, положительное и отрицательное напряжение питания имеет одинаковое значение (но разный знак!).
В простейшем случае можно подключить источники напряжения прямо ко входам ОУ. И тогда напряжение на выходе будет расчитываться по формуле:
, где — напряжение на неинвертирующем входе, — напряжение на инвертирующем входе, — напряжение на выходе и — коэффициент усиления без обратной связи.
Посмотрим на идеальный ОУ с точки зрения Proteus.

Предлагаю «поиграть» с ним. На неинвертирующий вход подали напряжение в 1В. На инвертирующий 3В. Используем «идеальный» ОУ. Итак, получаем: . Но тут у нас есть ограничитель, т.к. мы не сможем усилить сигнал выше нашего напряжения питания. Таким образом, на выходе все равно получим -15В. Итог:

Изменим коэффициент усиления (чтобы Вы мне поверили). Пусть параметр Voltage Gain станет равным двум. Та же задача наглядно решается.
Реальное применение ОУ на примере инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Есть два таких основных правила:
I. Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы дифференциальное напряжение (разность между напряжением на инвертирующем и неинвертирующем входах) было равно нулю.
II. Входы ОУ не потребляют тока.
Первое правило реализуется за счет обратной связи. Т.е. напряжение передается с выхода на вход таким образом, что разность потенциалов становится равной нулю.
Это, так сказать, «священные каноны» в теме ОУ.
А теперь, конкретнее. Инвертирующий усилитель выглядит именно так (обращаем внимание на то, как расположены входы):

Исходя из первого «канона» получаем пропорцию:
, и немного «поколдовав» с формулой выводим значение для коэффициента усиления инвертирующего ОУ:

Приведенный выше скрин в комментариях не нуждается. Просто сами все подставьте и проверьте.

Следующий этап — неинвертирующий усилитель.
Тут все также просто. Напряжение подается непосредственно на неинвертирующий вход. На инвертирующий вход подводится обратная связь. Напряжение на инвертирующем входе будет:
, но применяя первое правило, можно утверждать, что

И снова «грандиозные» познания в области высшей математики позволяют перейти к формуле:
Приведу исчерпывающий скрин, который можете перепроверить, если хотите:

Пара интересных схем

Напоследок, приведу парочку интересных схем, чтобы у Вас не сложилось впечатления, что операционные усилители могут только усиливать напряжение.

Повторитель напряжения (буферный усилитель). Принцип действия такой же, как и у транзисторного повторителя. Используется в цепях с большой нагрузкой. Также, с его помощью можно решить задачку с согласованием импедансов, если в схеме есть нежелательные делители напряжения. Схема проста до гениальности:

Суммирующий усилитель. Его можно использовать, если требуется сложить (отнять) несколько сигналов. Для наглядности — схема (снова обращаем внимание на расположение входов):

Также, обращаем внимание на то, что R1 = R2 = R3 = R4, а R5 = R6. Формула расчета в данном случае будет: (знакомо, не так ли?)
Таким образом, видим, что значения напряжений, которые подаются на неинвертирующий вход «обретают» знак плюс. На инвертирующий — минус.

Заключение

Схемы на операционных усилителях чрезвычайно разнообразны. В более сложных случаях Вы можете встретить схемы активных фильтров, АЦП и устройств выборки хранения, усилители мощности, преобразователи тока в напряжение и многие многие другие схемы.
Список источников

Краткий список источников, который поможет Вам быстрее освоится как в ОУ, так и в электронике в целом:
Википедия
П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники»
Б. Бейкер. «Что нужно знать цифровому разработчику об аналоговой электронике»
Конспект лекций по электронике (желательно, собственный)
UPD.: Спасибо НЛО за приглашение
Операционный усилитель | Описание и принцип работы.

Что такое операционный усилитель

Операционный усилитель (ОУ) англ. Operational Amplifier (OpAmp), в народе – операционник, является усилителем постоянного тока (УПТ) с очень большим коэффициентом усиления. Словосочетание «усилитель постоянного тока» не означает, что операционный усилитель может усиливать только постоянный ток. Имеется ввиду, начиная с частоты в ноль Герц, а это и есть постоянный ток.

Термин «операционный» укрепился давно, так как первые образцы ОУ использовались для различных математических операций типа интегрирования, дифференцирования, суммирования и тд. Коэффициент усиления ОУ зависит от его типа, назначения, структуры и может превышать 1 млн!

Обозначение на схеме операционного усилителя

На схемах операционный усилитель обозначается вот так:

операционный усилитель обозначение на схеме

или так

операционный усилитель обозначение на старых схемах

Чаще всего ОУ на схемах обозначаются без выводов питания

операционный усилитель обозначение на схеме

Итак, далее по классике, слева два входа, а справа – выход.

ОУ

Вход со знаком «плюс» называют НЕинвертирующий, а вход со знаком «минус» инвертирующий. Не путайте эти два знака с полярностью питания! Они НЕ говорят о том, что надо  в обязательном порядке подавать на инвертирующий вход сигнал с отрицательной полярностью, а на НЕинвертирующий сигнал с положительной полярностью, и далее вы поймете почему.

Питание операционных усилителей

Если выводы питания не указаны, то считается, что на ОУ идет двухполярное питание +E и -E Вольт. Его также помечают как  +U и -U, VCC и VEE, Vc и VE. Чаще всего это +15 и -15 Вольт. Двухполярное питание также называют биполярным питанием. Как это понять – двухполярное питание?

Давайте представим себе батарейку

Операционный усилитель

Думаю, все вы в курсе, что у батарейки есть “плюс” и есть “минус”.  В этом случае “минус” батарейки принимают за ноль,  и уже относительно нуля считают напряжение батарейки. В нашем случае напряжение батарейки равняется 1,5 Вольт.

А давайте возьмем еще одну такую батарейку и соединим их последовательно:

операционный усилитель двухполярное питание

Итак, общее напряжение у нас будет 3 Вольта, если брать за ноль минус первой батарейки.

А что если взять на ноль минус второй батарейки и относительно него уже замерять все напряжения?

операционный усилитель питание

Вот здесь мы как раз и получили двухполярное питание.

Идеальная и реальная модель операционного усилителя

Для того, чтобы понять суть работы ОУ, рассмотрим его идеальную и реальную модели.

1) Входное сопротивление идеального ОУ бесконечно большое.

входное сопротивление операционный усилитель

В реальных ОУ значение входного сопротивления зависит от назначения ОУ (универсальный, видео, прецизионный и т.п.) типа используемых транзисторов и схемотехники входного каскада и может составлять от сотен Ом и до десятков МОм. Типовое значение для ОУ общего применения – несколько МОм.

2) Второе правило вытекает из первого правила. Так как входное сопротивление идеального ОУ бесконечно большое, то  входной ток будет равняться нулю.

Операционный усилитель

На самом же деле это допущение вполне справедливо для ОУ с полевыми транзисторами на входе, у которых входные токи могут быть меньше пикоампер. Но есть также ОУ с биполярными транзисторами на входе. Здесь уже входной ток может быть десятки микроампер.

3) Выходное сопротивление идеального ОУ равняется нулю.

Операционный усилитель

Это значит, что напряжение на выходе ОУ не будет изменяться при изменении тока нагрузки. В реальных ОУ общего применения выходное сопротивление составляет десятки Ом (обычно 50 Ом).
Кроме того, выходное сопротивление зависит от частоты сигнала.

4) Коэффициент усиления в идеальном ОУ бесконечно большой. В реальности он ограничен внутренней схемотехникой ОУ, а выходное напряжение ограничено напряжением питания.

5) Так как коэффициент усиления  бесконечно большой, следовательно,  разность напряжений между входами идеального ОУ равняется нулю. Иначе если даже потенциал одного входа будет больше или меньше хотя бы на заряд одного электрона, то на выходе будет бесконечно большой потенциал.

6) Коэффициент усиления в идеальном ОУ не зависит от частоты сигнала и постоянен на всех частотах. В реальных ОУ это условие выполняется только для низких частот до какой-либо частоты среза, которая у каждого ОУ индивидуальна. Обычно за частоту среза принимают падение усиления на 3 дБ или до уровня 0,7 от усиления на нулевой частоте (постоянный ток).

Схема простейшего ОУ на транзисторах выглядит примерно вот так:

операционный усилитель внутреннее строение

Принцип работы операционного усилителя

Давайте рассмотрим, как работает ОУ

Операционный усилитель

Принцип работы ОУ очень прост. Он сравнивает два напряжения и на выходе уже выдает отрицательный, либо положительный потенциал питания. Все зависит от того, на каком входе потенциал больше. Если потенциал на НЕинвертирующем входе U1 больше, чем на инвертирующем U2, то на выходе будет +Uпит, если же на инвертирующем входе U2 потенциал будет больше, чем на НЕинвертирующем U1, то на выходе будет -Uпит. Вот и весь принцип ;-).

Давайте рассмотрим этот принцип в симуляторе Proteus. Для этого выберем самый простой и распространенный операционный усилитель LM358 (аналоги 1040УД1, 1053УД2, 1401УД5) и соберем примитивную схему, показывающую принцип работы

Операционный усилитель

Подадим на НЕинвертирующий вход 2 Вольта, а на инвертирующий вход 1 Вольт. Так как на НЕинвертирующем входе потенциал больше, то следовательно, на выходе мы должны получить +Uпит. Мы получили 13,5 Вольт, что близко к этому значению

Операционный усилитель

Но почему не 15 Вольт? Виновата во всем сама внутренняя схемотехника ОУ. Максимальное значение ОУ не всегда может равняться положительному либо отрицательному напряжению питания. Оно может отклоняться от 0,5 и до 1,5 Вольт в зависимости от типа ОУ.

Но, как говорится, в семье не без уродов, и поэтому на рынке уже давно появились ОУ, которые могут выдавать на выходе допустимое напряжение питания, то есть в  нашем случае это значения, близкие к +15 и -15 Вольтам. Такая фишка называется Rail-to-Rail, что в дословном переводе с англ. “от рельса до рельса”, а на языке электроники “от одной шины питания и до другой”.

Давайте теперь на инвертирующий вход подадим потенциал больше, чем на НЕинвертирущий. На инвертирующий подаем 2 Вольта, а на НЕинвертирующий подаем 1 Вольт:

операционный усилитель работа

Как вы видите, в данный момент выход “лег” на -Uпит, так как на инвертирующем входе потенциал был больше, чем на НЕинвертирующем.

Чтобы не качать лишний раз программный комплекс Proteus, можно в онлайне с помощью программы Falstad сэмулировать работу идеального ОУ. Для этого выбираем вкладку Circuits—Op-Amps—>OpAmp. В результате на вашем экране появится вот такая схемка:

Операционный усилитель

На правой панели управления увидите бегунки для добавления напряжения на входы ОУ и уже можете визуально увидеть, что получится на выходе ОУ при изменении напряжения на входах.

Операционный усилитель

Что будет на выходе ОУ, если на обоих входах будет ноль вольт?

Итак, мы рассмотрели случай, когда напряжение на входах может различаться. Но что будет, если они будут равны? Что нам покажет Proteus в этом случае? Хм, показал +Uпит.

операционный усилитель принцип работы

А что покажет Falstad? Ноль Вольт.

Операционный усилитель

Кому верить? Никому! В реале, такое сделать невозможно, чтобы на два входа загнать абсолютно равные напряжения. Поэтому такое состояние ОУ будет неустойчивым и значения на выходе могут принимать  значения или -E Вольт, или +E Вольт.

Давайте подадим синусоидальный сигнал амплитудой в 1 Вольт и частотой в 1 килоГерц на НЕинвертирующий вход, а инвертирующий посадим на землю, то есть на ноль.

операционный усилитель схема Proteus

Смотрим, что имеем на виртуальном осциллографе:

Операционный усилитель

Что можно сказать в этом случае? Когда синусоидальный сигнал находится в отрицательной области, на выходе ОУ у нас -Uпит, а когда синусоидальный сигнал находится в положительной области, то и на выходе имеем +Uпит.

Скорость нарастания выходного напряжения

Также обратите внимание на то, что напряжение на выходе ОУ не может резко менять свое значение. Поэтому, в ОУ есть такой параметр, как скорость нарастания выходного напряжения VUвых.

Этот параметр показывает насколько быстро может измениться выходное напряжение ОУ при работе в импульсных схемах. Измеряется в Вольт/сек. Ну и как вы поняли, чем больше значение этого параметра, тем лучше ведет себя ОУ в импульсных схемах. Для LM358 этот параметр равен 0,6 В/мкс.

При участии Jeer

Схемы включения операционных усилителей | HomeElectronics

Прошлая статья открыла цикл статей про строительные кирпичики современной аналоговой электроники – операционные усилители. Было дано определение ОУ и некоторые параметры, также приведена классификация операционных усилителей. Данная статья раскроет такое понятие как идеальный операционный усилитель, и будут приведены основные схемы включения операционного усилителя.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Идеальный операционный усилитель и его свойства

Так как наш мир не является идеальным, так и идеальных операционных усилителей не существует. Однако параметры современных ОУ находятся на достаточно высоком уровне, поэтому анализ схем с идеальными ОУ даёт результаты, очень близкие к реальным усилителям.

Для понимания работы схем с операционными усилителями вводится ряд допущений, которые приводят реальные операционные усилители к идеальным усилителям. Таких допущений всего пять:

  1. Ток, протекающий через входы ОУ, принимается равным нулю.
  2. Коэффициент усиления ОУ принимается бесконечно большим, то есть выходное напряжение усилителя может достичь любых значений, однако в реальность ограничено напряжением питания.
  3. Разность напряжений между входами идеального ОУ равна нулю, то есть если один из выводов соединён с землёй, то и второй вывод имеет такой же потенциал. Отсюда также следует, что входное сопротивление идеального усилителя бесконечно.
  4. Выходное сопротивление идеального ОУ равно нулю.
  5. Амплитудно-частотная характеристика идеального ОУ является плоской, то есть коэффициент усиления не зависит от частоты входного сигнала.

Близость параметров реального операционного усилителя к идеальным определяет точность, с которой может работать данный ОУ, а также выяснить ценность конкретного операционного усилителя, быстро и правильно сделать выбор подходящего ОУ.

Исходя из вышеописанных допущений, появляется возможность проанализировать и вывести соотношения для основных схем включения операционного усилителя.

Основные схемы включения операционного усилителя

Как указывалось в предыдущей статье, операционные усилители работают только с обратными связями, от вида которой зависит, работает ли операционный усилитель в линейном режиме или в режиме насыщения. Обратная связь с выхода ОУ на его инвертирующий вход обычно приводит к работе ОУ в линейном режиме, а обратная связь с выхода ОУ на его неинвертирующий вход или работа без обратной связи приводит к насыщению усилителя.

Неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель характеризуется тем, что входной сигнал поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя. Данная схема включения изображена ниже


Схема включения неинвертирующего усилителя.Схема включения неинвертирующего усилителя.
Схема включения неинвертирующего усилителя.

Работа данной схемы объясняется следующим образом, с учётом характеристик идеального ОУ. Сигнала поступает на усилитель с бесконечным входным сопротивлением, а напряжение на неинвертирующем входе имеет такое же значение, как и на инвертирующем входе. Ток на выходе операционного усилителя создает на резисторе R2 напряжение, равное входному напряжению.

Таким образом, основные параметры данной схемы описываются следующим соотношением


2016010120160101

Отсюда выводится соотношение для коэффициента усиления неинвертирующего усилителя


2016010220160102

Таким образом, можно сделать вывод, что на коэффициент усиления влияют только номиналы пассивных компонентов.

Необходимо отметить особый случай, когда сопротивление резистора R2 намного больше R1 (R2 >> R1), тогда коэффициент усиления будет стремиться к единице. В этом случае схема неинвертирующего усилителя превращается в аналоговый буфер или операционный повторитель с единичным коэффициентом передачи, очень большим входным сопротивлением и практически нулевым выходным сопротивлением. Что обеспечивает эффективную развязку входа и выхода.

Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель характеризуется тем, что неинвертирующий вход операционного усилителя заземлён (то есть подключен к общему выводу питания). В идеальном ОУ разность напряжений между входами усилителя равна нулю. Поэтому цепь обратной связи должна обеспечивать напряжение на инвертирующем входе также равное нулю. Схема инвертирующего усилителя изображена ниже


Схема инвертирующего усилителяСхема инвертирующего усилителя
Схема инвертирующего усилителя.

Работа схемы объясняется следующим образом. Ток протекающий через инвертирующий вывод в идеальном ОУ равен нулю, поэтому токи протекающие через резисторы R1 и R2 равны между собой и противоположны по направлению, тогда основное соотношение будет иметь вид


2016020120160201


2016020220160202
2016020320160203


2016020420160204

Тогда коэффициент усиление данной схемы будет равен


2016020520160205

Знак минус в данной формуле указывает на то, что сигнал на выходе схемы инвертирован по отношению к входному сигналу.

Интегратор

Интегратор позволяет реализовать схему, в которой изменение выходного напряжения пропорционально входному сигналу. Схема простейшего интегратора на ОУ показана ниже


интеграторинтегратор
Интегратор на операционном усилителе.

Данная схема реализует операцию интегрирования над входным сигналом. Я уже рассматривал схемы интегрирования различных сигналов при помощи интегрирующих RC и RL цепочек. Интегратор реализует аналогичное изменение входного сигнала, однако он имеет ряд преимуществ по сравнению с интегрирующими цепочками. Во-первых, RC и RL цепочки значительно ослабляют входной сигнал, а во-вторых, имеют высокое выходное сопротивление.

Таким образом, основные расчётные соотношения интегратора аналогичны интегрирующим RC и RL цепочкам, а выходное напряжение составит


2016030120160301

Интеграторы нашли широкое применение во многих аналоговых устройствах, таких как активные фильтры и системы автоматического регулирования

Дифференциатор

Дифференциатор по своему действию противоположен работе интегратора, то есть выходной сигнал пропорционален скорости изменения входного сигнала. Схема простейшего дифференциатора показана ниже


Дифференциатор на операционном усилителеДифференциатор на операционном усилителе
Дифференциатор на операционном усилителе.

Дифференциатор реализует операцию дифференцирование над входным сигналом и аналогичен действию дифференцирующих RC и RL цепочек, кроме того имеет лучшие параметры по сравнению с RC и RL цепочками: практически не ослабляет входной сигнал и обладает значительно меньшим выходным сопротивлением. Основные расчётные соотношения и реакция на различные импульсы аналогична дифференцирующим цепочкам.

Выходное напряжение составит


2016030220160302

Логарифмирующий преобразователь

Одной из схем на операционном усилителе, которые нашли применение, является логарифмирующий преобразователь. В данном схеме используется свойство диода или биполярного транзистора. Схема простейшего логарифмического преобразователя представлена ниже


Логарифмирующий преобразовательЛогарифмирующий преобразователь
Логарифмирующий преобразователь.

Данная схема находит применение, прежде всего в качестве компрессора сигналов для увеличения динамического диапазона, а так же для выполнения математических функций.

Рассмотрим принцип работы логарифмического преобразователя. Как известно ток, протекающий через диод, описывается следующим выражением


2016040120160401

где IO – обратный ток диода,
е – число е, основание натурального логарифма, e ≈ 2,72,
q – заряд электрона,
U – напряжение на диоде,
k – постоянная Больцмана,
T – температура в градусах Кельвина.

При расчётах можно принимать IO ≈ 10-9 А, kT/q = 25 мВ. Таким образом, входной ток данной схемы составит


2016040220160402

тогда выходное напряжение


2016040320160403

Простейший логарифмический преобразователь практически не используется, так как имеет ряд серьёзных недостатков:

  1. Высокая чувствительность к температуре.
  2. Диод не обеспечивает достаточной точности преобразования, так как зависимость между падением напряжения и током диода не совсем логарифмическая.

Вследствие этого вместо диодов применяют транзисторы в диодном включении или с заземлённой базой.

Экспоненциальный преобразователь

Схема экспоненциального преобразователь получается из логарифмического преобразователя путём перемены места диода и резистора в схеме. А работа такой схемы так же как и логарифмического преобразователя основана на логарифмической зависимости между падение напряжения на диоде и током протекающим через диод. Схема экспоненциального преобразователя показана ниже


Экспоненциальный преобразовательЭкспоненциальный преобразователь
Экспоненциальный преобразователь.

Работа схемы описывается известными выражениями


2016040120160401


2016050120160501

Таким образом, выходное напряжение составит


2016050220160502

Также как и логарифмический преобразователь, простейший экспоненциальный преобразователь с диодом на входе применяют редко, вследствие вышеописанных причин, поэтому вместо диодов на входе используют биполярные транзисторы в диодном включении или с общей базой.

Схемы включения операционных усилителей, описанные выше, не являются исчерпывающими, а лишь только призваны дать основные понятия. Более подробно схемы включения операционных усилителей я рассмотрю в следующих статьях. Всем удачи.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Практическое применение операционных усилителей.Часть первая.
РадиоКот >Статьи >

Практическое применение операционных усилителей.Часть первая.

Всем привет.
В этой статье мы обсудим некоторые аспекты практического применения операционных усилителей в повседневной жизни радиолюбителя.
Не растекаясь мыслею по древу и не вдаваясь в дремучие теоретические основы работы вышеозначенного усилителя, давайте все же обозначим некоторые основные термины и понятия, с которыми нам предстоит столкнуться в дальнейшем.
Итак - операционный усилитель. Далее будем называть его ОУ, а то очень лень писать каждый раз полностью.
На принципиальных схемах, чаще всего, он обозначается следующим образом:

На рисунке обозначены три самых главных вывода ОУ - два входа и выход. Разумеется, есть еще выводы питания и иногда выводы частотной коррекции, хотя последнее встречается все реже - у большинства современных ОУ она встроенная. Два входа ОУ - Инвертирующий и Неинвертирующий названы так по присущим им свойствам. Если подать сигнал на Инвертирующий вход, то на выходе мы получим инвертированный сигнал, то бишь сдвинутый по фазе на 180 градусов - зеркальный; если же подать сигнал на Неинвертирующий вход, то на выходе мы получим фазово не измененный сигнал.

Так же как и основных выводов, основных свойств ОУ тоже три - можно назвать их ТриО (или ООО - кому как нравится): Очень высокое сопротивление входа, Очень высокий коэффициент усиления (10000 и более), Очень низкое сопротивление выхода. Еще один очень важный параметр ОУ называется скорость нарастания напряжения на выходе (slew rate на буржуинском). Обозначает он фактически быстродействие данного ОУ - как быстро он сможет изменить напряжение на выходе при изменение оного на входе.
Измеряется этот параметр в вольтах в секунду (В/сек).
Этот параметр важен прежде всего для товарищей, конструирующих УЗЧ, поскольку, если ОУ недостаточно быстрый, то он не будет успевать за входным напряжением на высоких частотах и возникнут изрядные нелинейные искажения. У большинства современных ОУ общего назначения скорость нарастания сигнала от 10В/мксек и выше. У быстродействующих ОУ этот параметр может достигать значения 1000В/мксек.
Оценить - подходит ли тот или иной ОУ для ваших целей по скорости нарастания сигнала можно по формуле:

где, fmax - частота синусоидального сигнала, Vmax - скорость нарастания сигнала, Uвых - максимальное выходное напряжение.
Ну да не будем больше тянуть кота за хвост - приступим к главной задаче этого опуса - куда, собственно, эти клевые штуки можно воткнуть и что из этого можно получить.

Первая схема включения ОУ - инвертирующий усилитель.

Наиболее популярная и часто встречающаяся схема усилителя на ОУ. Входной сигнал подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход подключается к общему проводу.
Коэффициент усиления определяется соотношением резисторов R1 и R2 и считается по формуле:

Почему "минус"? Потому что, как мы помним, в инвертирующем усилителе фаза выходного сигнала "зеркальна" фазе входного.
Входное сопротивление определяется резистором R1. Ежели его сопротивление, например 100кОм, то и входное сопротивление усилителя будет 100кОм.

Следующая схема - инвертирующий усилитель с повышенным входным сопротивлением.
Предыдущая схема всем хороша, за исключением одного нюанса - соотношение входного сопротивления и коэффициента усиления может не подойти для реализации какого-либо специфического проекта. Ведь что получается - допустим, нам нужен усилитель с К=100. Тогда, исходя из того, что значения резисторов должны быть в разумных пределах берем R2=1Мом, а R1=10кОм. То есть, входное сопротивление усилителя будет равным 10 кОм, что в некоторых случаях недостаточно.
В этих самых случая можно применить следующую схему:

В данном случае, коэффициент усиления считается по следующей формуле:

То есть, при том же коэффициенте усиление сопротивление R1 можно увеличить, а значит и повысить входное сопротивление усилителя.

Едем дальше - неинвертирующий усилитель.
Выглядит он следующим образом:

Коэффициент усиления определяется так:

В данном случае, как видите, никаких минусов нет - фаза сигнала на входе и на выходе совпадает.
Основное отличие от инвертирующего усилителя заключается в повышенном входном сопротивлении, которое может достигать 10Мом и выше.
Если при реализации данной схемы в практических конструкциях, необходимо предусмотреть развязку с предыдущими каскадами по постоянному току - установить разделительный конденсатор, то нужно между входом ОУ и общим проводом включить резистор сопротивлением около 100кОм, как показано на рисунке.

Если этого не сделать, то ОУ перевозбудится и ничего дельного вы от него не получите. Ну кроме половины питания на выходе.

Усилитель с изменяемым коэффициентом усиления.

Примем R1=R2=R3=R. И введем некую переменную А, которая может принимать значения от 1 до 0 в зависимости от поворота движка переменного резистора R3.
Тогда коэффициент усиления можно определить так:
K=2A-1
Входное сопротивление практически не зависит от положения движка переменного резистора.
Так, с усилителями разобрались - дальше у нас по плану - фильтры.

Вопросы, как обычно, складываем тут.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

схемы включения, принцип работы. Схема усилителя на операционном усилителе неинвертирующего. Схема усилителя напряжения постоянного тока на операционном усилителе

В статье будет рассмотрена стандартная схема усилителя на операционном усилителе, а также приведены примеры различных режимов работы этого прибора. На сегодняшний день ни одно устройство управления не обходится без использования операционных усилителей. Это поистине универсальные приборы, которые позволяют выполнять различные функции с сигналом. О том, как работает и что конкретно позволяет сделать этот прибор, вы и узнаете далее.

Инвертирующие усилители

схема усилителя на операционном усилителе

Схема инвертирующего усилителя на ОУ достаточно проста, вы ее можете увидеть на изображении. В ее основе находится операционный усилитель (схемы включения его рассмотрены в данной статье). Кроме этого, здесь:

  1. На резисторе R1 падение напряжения присутствует, по своему значению оно такое же, как входное.
  2. На резисторе R2 также имеется падение напряжения - оно такое же, как выходное.

При этом отношение выходного напряжения к сопротивлению R2 равно по значению отношению входного к R1, но обратно ему по знаку. Зная значения сопротивления и напряжения, можно вычислить коэффициент усиления. Для этого необходимо разделить выходное напряжение на входное. При этом операционный усилитель (схемы включения у него могут быть любыми) может иметь одинаковый коэффициент усиления независимо от типа.

Работа обратной связи

операционный усилитель схемы включения

Теперь нужно более детально разобрать один ключевой момент – работу обратной связи. Допустим, на входе имеется некоторое напряжение. Для простоты расчетов примем его значение равным 1 В. Допустим также, что R1=10 кОм, R2=100 кОм.

А теперь предположим, что возникла какая-то непредвиденная ситуация, из-за которой на выходе каскада напряжение установилось на значении 0 В. Далее наблюдается интересная картина – два сопротивления начинают работать в паре, совместно они создают из себя делитель напряжения. На выходе инвертирующего каскада оно поддерживается на уровне 0,91 В. При этом ОУ позволяет фиксировать рассогласование по входам, а на выходе происходит уменьшение напряжения. Поэтому очень просто спроектировать схему на операционных усилителях, реализующую функцию усилителя сигнала от датчика, например.

И продолжаться это изменение будет до той самой поры, покуда не установится на выходе значение стабильное в 10 В. Именно в этот миг на входах операционного усилителя потенциалы окажутся равными. И они будут такими же, как потенциал земли. С другой стороны, если на выходе устройства продолжит уменьшаться напряжение, и оно будет меньше, чем -10 В, на входе потенциал станет ниже, нежели у земли. Следствие этого – на выходе начинает увеличиваться напряжение.

У такой схемы имеется большой недостаток – входной импеданс очень маленький, в особенности у усилителей с большим значением коэффициента усиления по напряжению, в том случае, если цепь обратной связи замкнута. А конструкция, рассмотренная дальше, лишена всех этих недостатков.

Неинвертирующий усилитель

схема неинвертирующего усилителя на операционном усилителе

На рисунке приведена схема неинвертирующего усилителя на операционном усилителе. Проанализировав ее, можно сделать несколько выводов:

  1. Значение напряжения UA равно входному.
  2. С делителя снимается напряжение UA, которое равно отношению произведения выходного напряжения и R1 к сумме сопротивлений R1 и R2.
  3. В случае, когда UA по значению равен входному напряжению, коэффициент усиления равен отношению выходного напряжения к входному (или же можно к отношению сопротивлений R2 и R1 прибавить единицу).

Называется данная конструкция неинвертирующим усилителем, у него практически бесконечный входной импеданс. Например, для операционных усилителей 411 серии его значение - 1012 Ом, минимум. А для операционных усилителей на биполярных полупроводниковых транзисторах, как правило, свыше 108 Ом. А вот выходной импеданс каскада, равно как и в ранее рассмотренной схеме, очень мал – доли ома. И это нужно учитывать, когда производится расчет схем на операционных усилителях.

Схема усилителя переменного тока

спроектировать схему на операционных усилителях реализующую функцию

Обе схемы, рассмотренные в статье ранее, работают на постоянном токе. Но вот если в качестве связи источника входного сигнала и усилителя выступает переменный ток, то придется предусматривать заземление для тока на входе устройства. Причем нужно обратить внимание на то, что значение тока крайне мало по величине.

В том случае, когда происходит усиление сигналов переменного тока, необходимо уменьшать коэффициент усиления сигнала постоянного до единицы. В особенности это актуально для случаев, когда коэффициент усиления по напряжению очень большой. Благодаря этому имеется возможность значительно снизить влияние напряжения сдвига, которое приводится к входу устройства.

Второй пример схемы для работы с переменным напряжением

расчет схем на операционных усилителях

В данной схеме на уровне -3 дБ можно видеть соответствие частоте 17 Гц. На ней у конденсатора импеданс оказывается на уровне двух килоом. Поэтому конденсатор должен быть достаточно большим.

Чтобы построить усилитель переменного тока, необходимо использовать неинвертирующий тип схемы на операционных усилителях. И у него должен быть достаточно большой коэффициент усиления по напряжению. Но вот конденсатор может быть чересчур большим, поэтому лучше всего отказаться от его использования. Правда, придется правильно подобрать напряжение сдвига, приравняв его по значению к нулю. А можно применить Т-образный делитель и увеличить значения сопротивлений обоих резисторов в схеме.

Какую схему предпочтительнее использовать

схемы на операционных усилителях

Большинство разработчиков отдают свое предпочтение неинвертирующим усилителям, так как у них очень высокий импеданс на входе. И пренебрегают схемам инвертирующего типа. Зато у последнего имеется огромное преимущество – он не требователен к самому операционному усилителю, который является его «сердцем».

Кроме того, характеристики, на поверку, у него значительно лучше. И с помощью мнимого заземления можно без особого труда все сигналы комбинировать, причем они не будут оказывать друг на друга какое-то влияние. Может использоваться в конструкциях и схема усилителя постоянного тока на операционном усилителе. Все зависит от потребностей.

И самое последнее – случай, если вся схема, рассмотренная здесь, подключается к стабильному выходу другого операционного усилителя. В этом случае значение импеданса на входе не играет существенной роли – хоть 1 кОм, хоть 10, хоть бесконечность. В этом случае первый каскад всегда выполняет свою функцию по отношению к следующему.

Схема повторителя

схема усилителя постоянного тока на операционном усилителе

Работает повторитель на операционном усилителе аналогично эмиттерному, построенному на биполярном транзисторе. И выполняет аналогичные функции. По сути, это неинвертирующий усилитель, в котором у первого резистора сопротивление бесконечно большое, а у второго равно нулю. При этом коэффициент усиления равен единице.

Имеются специальные типы операционных усилителей, которые используются в технике лишь для схем повторителей. У них значительно лучшие характеристики – как правило, это высокое быстродействие. В качестве примера можно привести такие операционные усилители как OPA633, LM310, TL068. Последний имеет корпус, как у транзистора, а также три вывода. Очень часто такие усилители называют просто буферами. Дело в том, что они обладают свойствами изолятора (очень большой входной импеданс и крайне низкий выходной). Примерно по такому принципу строится и схема усилителя тока на операционном усилителе.

Активный режим работы

схема усилителя тока на операционном усилителе

По сути, это такой режим работы, при котором выходы и входы операционного усилителя не перегружаются. Если на вход схемы подать очень большой сигнал, то на выходе его просто начнет резать по уровню напряжения коллектора или эмиттера. А вот когда на выходе напряжение фиксируется на уровне среза - на входах ОУ напряжение не меняется. При этом размах не может оказаться большим, нежели напряжение питания усилительного каскада.

Большая часть схем на операционных усилителях рассчитывается таким образом, что этот размах меньше питающего напряжения на 2 В. Но все зависит от того, какая используется конкретно схема усилителя на операционном усилителе. Такое же имеется ограничение на устойчивость источника тока на базе операционного усилителя.

Допустим, есть в источнике с плавающей нагрузкой некое падение по напряжению. В случае если ток имеет нормальное направление движения, можно встретить странную на первый взгляд нагрузку. Например, несколько переполюсованных батарей питания. Такая конструкция может применяться для того, чтобы получить прямой ток заряда.

Некоторые предосторожности

усилитель напряжения на операционном усилителе схема

Простой усилитель напряжения на операционном усилителе (схема может быть выбрана любая) можно изготовить буквально "на коленке". Но потребуется учитывать некоторые особенности. Обязательно нужно удостовериться, что обратная связь в схеме отрицательная. Это также говорит о том, что недопустимо путать неинвертирующий и инвертирующий входы усилителя. Кроме того, должна присутствовать цепочка обратной связи для постоянного тока. Иначе операционный усилитель начнет быстро переходить в режим насыщения.

У большинства операционных усилителей входное дифференциальное напряжение очень маленькое по значению. При этом максимальная разность неинвертирующего и инвертирующего входов может ограничиваться значением 5 В при любом подключении источника питания. Если пренебречь данным условием, появятся на входе довольно большие значения токов, которые приведут к тому, что все характеристики схемы ухудшатся.

Самое страшное в этом – физическое разрушение самого операционного усилителя. В результате перестает работать схема усилителя на операционном усилителе полностью.

Следует учитывать

операционный усилитель схема принцип работы

И, конечно же, нужно рассказать о правилах, которые стоит соблюдать, чтобы обеспечить стабильную и долговечную работу операционного усилителя.

Самое главное – ОУ обладает очень высоким коэффициентом усиления по напряжению. И если между входами напряжения изменятся на долю милливольт, на выходе его значение может измениться существенно. Поэтому важно знать: у операционного усилителя выход старается стремиться к тому, чтоб между входами разница напряжений оказалась близка (в идеале равна) к нулю.

Второе правило – потребление тока операционным усилителем крайне малое, буквально наноамперы. Если же на входах установлены полевые транзисторы, то оно исчисляется пикоамперами. Отсюда можно сделать вывод, что входы не потребляют ток, независимо от того, какой используется операционный усилитель, схема - принцип работы остается тем же.

Но не стоит думать, что ОУ действительно постоянно меняет на входах напряжение. Физически это осуществить почти нереально, так как не было бы соответствия со вторым правилом. Благодаря операционному усилителю происходит оценка состояния всех входов. При помощи схемы обратной внешней связи передается напряжение на вход с выхода. Результат – между входами операционного усилителя разница напряжений находится на уровне нуля.

Понятие обратной связи

Это распространенное понятие, и оно уже применяется в широких смыслах во всех областях техники. В любой системе управления имеется обратная связь, которая сравнивает выходной сигнал и заданное значение (эталонное). В зависимости от того, какое значение текущее - происходит корректировка в нужную сторону. Причем системой управления может быть что угодно, даже автомобиль, которые едет по дороге.

Водитель жмет на тормоза, и обратная связь здесь – начало замедления. Проведя аналогию с таким простым примером, можно лучше разобраться с обратной связью в электронных схемах. А отрицательная обратная связь – это если бы при нажимании педали тормоза автомобиль ускорялся.

операционные усилители практические схемы

В электронике обратной связью называют процесс, во время которого происходит передача сигнала с выхода на вход. При этом происходит также погашение сигнала на входе. С одной стороны, это не очень разумная идея, ведь может показаться со стороны, что значительно уменьшится коэффициент усиления. Такие отзывы, кстати, получали основоположники разработки обратной связи в электронике. Но стоит разобраться детальнее в ее влиянии на операционные усилители - практические схемы рассмотреть. И станет ясно, что она и правда немного уменьшает коэффициент усиления, но зато позволяет несколько улучшить остальные параметры:

  1. Сгладить частотные характеристики (приводит их к необходимой).
  2. Позволяет предсказывать поведение усилителя.
  3. Способна устранить нелинейность и искажения сигнала.

Чем глубже обратная связь (речь идет про отрицательную), тем меньшее влияние оказывают на усилитель характеристики с разомкнутой ОС. Результат – все его параметры зависят только от того, какие свойства имеет схема.

Стоит обратить внимание на то, что все операционные усилители работают в режиме с очень глубокой обратной связью. А коэффициент усиления по напряжению (с ее разомкнутой петлей) может достигать даже нескольких миллионов. Поэтому схема усилителя на операционном усилителе крайне требовательна к соблюдению всех параметров по питанию и уровню входного сигнала.

Операционные усилители

Основы, характеристики, типы и применение

Что такое операционные усилители?

Операционные усилители являются основными строительными блоками аналоговых электронных схем. Это линейные устройства со всеми свойствами усилителя постоянного тока. Мы можем использовать внешние резисторы или конденсаторы, чтобы в операционном усилителе было много разных способов сделать их разными формами усиления, такими как инвертирующий усилитель, неинвертирующий усилитель, повторитель напряжения, компаратор, дифференциальный усилитель, суммирующий усилитель, интегратор и т. Д.OPAMP могут быть одиночными, двойными, четверными и т. Д. OPAMP, такие как CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 и т. Д., Имеют отличные характеристики при очень низком входном токе и напряжении. Идеальный операционный усилитель имеет три важных терминала в дополнение к другим терминалам. Входными клеммами являются Инвертирующий вход и Неинвертирующий вход. Третий вывод является выходом, который может потреблять и источник тока и напряжения. Выходной сигнал - это усиление усилителя, умноженное на значение входного сигнала.

5 Идеальные персонажи операционного усилителя:

1.Коэффициент усиления разомкнутого контура

Коэффициент усиления разомкнутого контура - это коэффициент усиления операционного усилителя без положительной или отрицательной обратной связи. Идеальный операционный усилитель должен иметь бесконечное усиление в разомкнутом контуре, но обычно он находится в диапазоне от 20000 до 2.000000.

2. Входной импеданс

Это отношение входного напряжения к входному току. Оно должно быть бесконечным без какой-либо утечки тока из источника питания на входы. Но в большинстве операционных усилителей будет несколько утечек тока Пико-Ампер.

3.Выходной импеданс

PCBWay PCBWay

Идеальный операционный усилитель должен иметь нулевой выходной импеданс без какого-либо внутреннего сопротивления. Так что он может подавать полный ток на нагрузку, подключенную к выходу.

4. Ширина полосы

Идеальный операционный усилитель должен иметь бесконечную частотную характеристику, чтобы он мог усиливать любую частоту от сигналов постоянного тока до самых высоких частот переменного тока. Но большинство операционных усилителей имеют ограниченную пропускную способность.

5. Смещение

Выход операционного усилителя должен быть нулевым, если разность напряжений между входами равна нулю.Но в большинстве операционных усилителей выходной сигнал не будет равен нулю, когда он выключен, но от него будет небольшое напряжение.

OPAMP Конфигурация контактов:

OP-AMP-PINS OP-AMP-PINS

В обычном операционном усилителе будет 8 контактов. Это

, контакт 1 - нулевое смещение

,

, контакт 2 - инвертирующий вход INV

, контакт 3 - неинвертирующий вход, не INV

, контакт 4 - заземление - отрицательное напряжение

контакт 5 - смещение, нулевое значение

контакт 6 - выход

контакт 7 - положительный источник питания

Pin8 - стробоскоп

4 типа усиления в OPAMP:

Усиление напряжения - Вход и выход напряжения

Усиление тока - Вход и выход тока

Transconductance - Входы и выходы

Транс сопротивление - Ток на входе и на выходе

Работа операционного усилителя:

Здесь мы использовали операционный усилитель LM358.Обычно неинвертирующий вход должен быть задан смещением, а инвертирующий вход является реальным усилителем; подключил это к обратной связи 60 к резистор от выхода на вход. И резистор 10 кОм соединен последовательно с конденсатором, и в цепь подается питание синусоидальной формы 1 В, теперь мы увидим, как будет регулироваться коэффициент усиления R2 / R1 = 60 кОм / 10 к = 6, тогда выходной сигнал равен 6 В. , Если мы изменим усиление на 40, тогда выходной сигнал равен 4 В синусоидальной волны.

Видео о работе операционного усилителя

Обычно это усилитель с двумя источниками питания, его легко настроить на один источник питания с помощью сети резисторов.При этом резисторы R3 и R4 помещают напряжение половины напряжения питания на неинвертирующий вход, что приводит к тому, что выходное напряжение также составляет половину напряжения питания, образуя своего рода резисторы напряжения смещения R3 и R4, которые могут иметь любое значение из 1k до 100k, но во всех случаях они должны быть равны. Дополнительный конденсатор емкостью 1 F был добавлен к неинвертирующему входу для уменьшения шума, вызванного конфигурацией. Использование конденсаторов связи для входа и выхода требуется для этой конфигурации.

3 Приложения OPAMP:

1. Усиление

Усиленный выходной сигнал от операционного усилителя - это разность между двумя входными сигналами.

AMPLIFICATION AMPLIFICATION

На рисунке выше показано простое подключение операционного усилителя. Если на оба входа подается одинаковое напряжение, то операционный усилитель примет разницу между двумя напряжениями, и она будет равна 0. Операционный усилитель умножит это на свое усиление 1 000 000, поэтому выходное напряжение будет равно 0.Когда на один вход подается 2 вольт, а на другой 1 вольт, то операционный усилитель получает свою разницу и умножается на коэффициент усиления. Это 1 вольт х 1 000 000. Но это усиление очень велико, поэтому для уменьшения усиления обратная связь с выхода на вход обычно осуществляется через резистор.

Инвертирующий усилитель:

INVERTING-AMPLIFIER INVERTING-AMPLIFIER

Схема, показанная выше, представляет собой инвертирующий усилитель с неинвертирующим входом, подключенным к земле. Два резистора R1 и R2 соединены в цепи таким образом, что R1 подает входной сигнал, а R2 возвращает выходной сигнал на инвертирующий вход.Здесь, когда входной сигнал положительный, выходной будет отрицательным, и наоборот. Изменение напряжения на выходе относительно входа зависит от соотношения резисторов R1 и R2. R1 выбран как 1K и R2 как 10K. Если на вход поступает 1 вольт, то через R1 будет проходить ток 1 мА, а на выходе должно быть - 10 вольт, чтобы подавать ток 1 мА через R2 и поддерживать нулевое напряжение на инвертирующем входе. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению равен R2 / R1. То есть 10K / 1K = 10

Неинвертирующий усилитель:

NON-INVERTING-AMPLIFIER NON-INVERTING-AMPLIFIER

Схема, показанная выше, является неинвертирующим усилителем.Здесь неинвертирующий вход получает сигнал, а инвертирующий вход подключен между R2 и R1. Когда входной сигнал перемещается в положительную или отрицательную сторону, выход будет синфазным и сохраняет напряжение на инвертирующем входе таким же, как и на неинвертирующем входе. Усиление напряжения в этом случае всегда будет выше 1, поэтому (1 + R2 / R1).

2. Повторитель напряжения

VOLTAGE-FOLLOWER VOLTAGE-FOLLOWER

Приведенная выше цепь является повторителем напряжения. Здесь это обеспечивает высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс.При изменении входного напряжения выходной сигнал и инвертирующий вход будут меняться одинаково.

3. Comparator

Операционный усилитель сравнивает напряжение, подаваемое на один вход, с напряжением, подаваемым на другой вход. Любая разница между напряжениями, если она мала, приводит к насыщению операционного усилителя. Когда напряжения, подаваемые на оба входа, имеют одинаковую величину и одинаковую полярность, выходной сигнал операционного усилителя составляет 0 Вольт.

Компаратор вырабатывает ограниченные выходные напряжения, которые могут легко взаимодействовать с цифровой логикой, даже если необходимо проверить совместимость.

Видео об операционном усилителе в качестве схемы компаратора

Здесь мы имеем операционный усилитель, используемый в качестве компаратора с инвертирующими и неинвертирующими клеммами и подключенный к ним делитель и измеритель потенциала, а также вольтметр на выходе и Светодиод на выходе. Основная формула для компаратора состоит в том, что когда «+» больше, чем «-», тогда выходной сигнал высокий (один), в противном случае выходной сигнал равен нулю. Когда напряжение на входе является отрицательным ниже опорного напряжения, выход высок, и, когда вход отрицательного поднимается выше напряжения на положительной, то выход переходит в низкий уровень.

3 Требования к OPAMP:

1. Offset Nulling

Большая часть OPAMP имеет напряжение смещения на выходе, даже если входные напряжения одинаковы. Для вывода нулевого напряжения используется метод смещения нуля. В большинстве операционных усилителей имеется небольшое смещение из-за присущего им свойства и является результатом несовпадений в расположении входного смещения. Таким образом, небольшое выходное напряжение доступно на выходе некоторых операционных усилителей, даже если входной сигнал равен нулю.Этот недостаток можно устранить, подав небольшое напряжение смещения на входы. Это известно как напряжение смещения входа. Чтобы удалить или обнулить смещение, большинство операционных усилителей имеют два контакта для включения обнуления смещения. Для этого между контактами 1 и 5 должен быть подключен горшок или пресет с типичным значением 100K, а его стеклоочиститель - к земле. Регулируя предустановку, выход можно установить на нулевое напряжение.

OFFSET-NULLING OFFSET-NULLING 2. Стробирование или фазовая компенсация

Операционные усилители могут иногда работать нестабильно и для обеспечения их стабильности для всех частотных диапазонов Cap обычно подключается между своим стробирующим выводом 8 и выводом 1.Обычно для компенсации фазы добавляется дисковый конденсатор 47 пФ, чтобы операционный усилитель оставался стабильным. Это наиболее важно, если в качестве чувствительного усилителя используется операционный усилитель.

STROBBING STROBBING 3. Обратная связь

Как вы знаете, операционный усилитель имеет очень высокий уровень усиления, обычно около 1000,00 раз. Предположим, что операционный усилитель имеет коэффициент усиления 10000, тогда операционный усилитель усилит разность напряжений на своем неинвертирующем входе (V +) и инвертирующем входе (V-). Таким образом, выходное напряжение V out составляет
10 000 x (V + - V-)

1 1

На схеме сигнал подается на неинвертирующий вход, а на инвертирующем входе подключается к выходу.Так V + = V в и V- = Vout. Следовательно, Вут = 10000 х (Вин - Вут). Следовательно, выходное напряжение практически равно входному напряжению.

Теперь давайте посмотрим, как работает обратная связь. Простое добавление резистора между инвертирующим входом и выходом значительно уменьшит усиление. Принимая часть выходного напряжения на инвертирующий вход можно значительно уменьшить усиление.

2 2

Согласно предыдущему уравнению V out = 10000 x (V + - V-). Но здесь добавлен резистор обратной связи.Здесь V + Vin, а V- R1.R1 + R2 x V out. Следовательно, V out равно 10000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Итак, V out = R1 + R2.R1x Vin

Отрицательная обратная связь:

Здесь выход операционного усилителя подключен к его инвертирующему (-) входу, таким образом, выход подается обратно на вход, чтобы достичь равновесия , Таким образом, входной сигнал на неинвертирующем (+) входе будет отражен на выходе. Операционный усилитель с отрицательной обратной связью выводит свой выходной сигнал на необходимый уровень, и, следовательно, разность напряжений между его инвертирующим и неинвертирующим входами будет почти равна нулю.

Положительная обратная связь:

Здесь выходное напряжение подается обратно на неинвертирующий (+) вход. Входной сигнал подается на инвертирующий вход. В конструкции с положительной обратной связью, если инвертирующий вход подключен к земле, выходное напряжение от операционного усилителя будет зависеть от величины и полярности напряжения на неинвертирующем входе. Когда входное напряжение положительное, выход операционного усилителя будет положительным, и это положительное напряжение будет подано на неинвертирующий вход, что приведет к полному положительному выходу.Если входное напряжение отрицательно, то условие будет полностью изменено.

Применение операционных усилителей - предусилитель звука

Фильтры и предварительные усилители:

Усилители мощности будут идти после предварительных усилителей и перед динамиками. Современные CD и DVD плееры не нуждаются в предварительных усилителях. Им нужны регулятор громкости и селекторы источника. Используя переключатели и пассивную громкость, мы можем избежать предварительных усилителей.

Audio pre-amplifier circuit using op-amp Audio pre-amplifier circuit using op-amp

Давайте кратко расскажем об усилителях мощности звука

Усилитель мощности - это компонент, который может управлять громкоговорителями путем преобразования сигнала низкого уровня в большой сигнал.Работа усилителей мощности производит относительно высокое напряжение и высокий ток. Обычно диапазон усиления по напряжению находится в диапазоне от 20 до 30. Усилители мощности имеют очень низкое выходное сопротивление.

Технические характеристики усилителя мощности звука

Выходное напряжение не зависит от нагрузки как для малых, так и для больших сигналов. Заданное напряжение, приложенное к нагрузке, вызывает удвоенную величину тока. Следовательно, вдвое больше энергии будет доставлено. Номинальная мощность представляет собой непрерывную среднюю мощность синусоидальной волны, так что мощность может быть измерена с использованием синусоидальной волны, среднеквадратичное напряжение которой измеряется на долгосрочной основе.

Частотная характеристика должна расширять полную звуковую полосу от 20 Гц до 20 КГц. Допуск на частотную характеристику составляет ± 3 дБ. Традиционный способ задания полосы пропускания - это усиление усилителя на 3 дБ от номинального 0 дБ.

Усилители мощности должны создавать низкий уровень шума, когда усилители мощности используются на высоких частотах. Параметр шума может быть взвешенным или невзвешенным. Невзвешенный шум будет определяться в полосе шириной 20 кГц. На основании чувствительности уха будет принята взвешенная характеристика шума.Измерение взвешенного шума имеет тенденцию ослаблять шум на более высоких частотах, следовательно, измерение взвешенного шума гораздо лучше, чем измерение невзвешенного шума.

Общее гармоническое искажение - это общее искажение, обычно заданное на разных частотах. Это будет указано для уровня мощности, который задается с помощью импеданса нагрузки усилителя мощности.

приложений операционных усилителей

Ранние операционные усилители (операционные усилители) использовались главным образом для выполнения математических операций, таких как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование - таким образом, термин был операционным. Эти ранние устройства были сконструированы с вакуумными трубками и работали с высоким напряжением. Современные операционные усилители представляют собой линейные интегральные схемы (IC с ), которые используют относительно низкое напряжение питания постоянного тока, являются надежными и недорогими.

Стандартный операционный усилитель (операционный усилитель), символ , показан на рисунке.Он имеет две входные клеммы: инвертирующий (-) вход и неинвертирующий (+) вход и одну выходную клемму. Большинство операционных усилителей работают с двумя напряжениями питания постоянного тока, одно положительное, а другое отрицательное, хотя некоторые имеют один источник постоянного тока. Обычно эти клеммы напряжения постоянного тока не показаны на схематическом обозначении для простоты, но подразумевается, что они есть. Некоторые типичные пакеты операционных усилителей. Символы и комплекты операционного усилителя показаны на рисунках выше:
op-amp symbols and packages

Идеальный операционный усилитель:

Чтобы проиллюстрировать, что такое операционный усилитель, давайте рассмотрим его идеальные характеристики.Практический операционный усилитель, конечно, не соответствует этим идеальным стандартам, но гораздо проще понять и проанализировать устройство с идеальной точки зрения.

Во-первых, идеальный операционный усилитель имеет бесконечное усиление напряжения и неограниченную полосу пропускания. Кроме того, он имеет бесконечного входного сопротивления (разомкнут), поэтому он не загружает источник возбуждения. Наконец, он имеет нулевое выходное сопротивление. Входное напряжение, V в , появляется между двумя входными клеммами, а выходное напряжение составляет A v V в , как указано символом внутреннего источника напряжения.Концепция бесконечного входного сопротивления является особенно ценным инструментом анализа для различных конфигураций операционного усилителя.

Базовое представление операционных усилителей показано на рисунке выше:

basic op-amp representations

Практический операционный усилитель:

Хотя операционные усилители интегральной микросхемы (IC) подходят к значениям параметров, которые во многих случаях могут рассматриваться как идеальные идеальное устройство никогда не может быть сделано. Любое устройство имеет ограничения, и IC операционный усилитель не является исключением. Операционные усилители имеют ограничения по напряжению и току.Например, пиковое выходное напряжение обычно ограничивается чуть меньшим, чем два напряжения питания. Выходной ток также ограничен внутренними ограничениями, такими как рассеиваемая мощность и номинальные характеристики компонентов.
Характеристики практического операционного усилителя - очень высокое усиление напряжения, очень высокий входной импеданс, и очень низкий выходной импеданс . Они обозначены на рисунке. Другое практическое соображение заключается в том, что внутри операционного усилителя всегда возникает шум. Шум - это нежелательный сигнал, который влияет на качество желаемого сигнала.Сегодня разработчики схем используют меньшие напряжения, которые требуют высокой точности, поэтому компоненты с низким уровнем шума пользуются большим спросом. Все схемы генерируют шум; операционные усилители не являются исключением, но количество может быть сведено к минимуму.

Внутренняя блок-схема операционного усилителя:

Типичный операционный усилитель состоит из трех типов схем усилителя: дифференциального усилителя, усилителя напряжения и двухтактного усилителя. Дифференциальный усилитель является входным каскадом для операционного усилителя. Это обеспечивает усиление разности напряжений между двумя входами.Вторая ступень обычно представляет собой усилитель класса А, который обеспечивает дополнительное усиление. Некоторые операционные усилители могут иметь более одного каскада усилителя напряжения. Двухтактный усилитель класса B обычно используется для выходного каскада. Базовое внутреннее расположение операционного усилителя показано на рисунке:

Basic internal arrangement of an op-amp.

Термин дифференциал происходит от способности усилителя усиливать разность двух применяемых входных сигналов. на его входы. Усиливается только разница в двух сигналах; если нет разницы, выход равен нулю.Дифференциальный усилитель имеет два режима работы в зависимости от типа входных сигналов. Эти режимы являются дифференциальными и общими, которые описаны в следующем разделе. Поскольку дифференциальный усилитель является входным каскадом операционного усилителя, операционный усилитель демонстрирует те же режимы.

Режимы ввода и параметры операционного усилителя:

В этом разделе определяются важные режимы ввода операционного усилителя и несколько параметров. Также несколько общих операционных усилителей сравниваются по этим параметрам.

Режимы входного сигнала:

Напомним, что режимы входного сигнала определяются входным каскадом дифференциального усилителя операционного усилителя.

Дифференциальный режим

:

В дифференциальном режиме либо один сигнал подается на вход с другим заземленным входом, либо на вход поступают два сигнала противоположной полярности. Когда операционный усилитель работает в одностороннем дифференциальном режиме, один вход заземляется, а напряжение сигнала подается на другой вход, как показано на рисунке. В случае, когда напряжение сигнала подается на инвертирующий вход, как в части (а), инвертированное усиленное напряжение сигнала появляется на выходе.В случае, когда сигнал подается на неинвертирующий вход с заземленным инвертирующим входом, как на рисунке, на выходе появляется неинвертированное усиленное напряжение сигнала. Односторонний дифференциальный режим показан на рисунке:

Single-ended differential mode.

В двустороннем дифференциальном режиме на входы подаются два сигнала противоположной полярности (противофазные), как показано на рисунке. Усиленная разница между двумя входами появляется на выходе. Эквивалентно, двусторонний дифференциальный режим может быть представлен одним источником, подключенным между двумя входами, как показано на рисунке:

Double-ended differential mode.

Общий режим:

В общем режиме два напряжения сигнала одной и той же фазы , частота и амплитуда применяются к двум входам, как показано на рисунке.Когда равные входные сигналы подаются на оба входа, они имеют тенденцию к отмене, что приводит к нулевому выходному напряжению. Работа в синфазном режиме показана на рисунке выше:

Common-mode operation

Это действие называется синфазным отклонением. Его важность заключается в ситуации, когда нежелательный сигнал обычно появляется на обоих входах операционного усилителя. Отклонение синфазного режима означает, что этот нежелательный сигнал не будет появляться на выходе и искажать требуемый сигнал. Синфазные сигналы (шум), как правило, являются результатом приема излучаемой энергии на входных линиях, от соседних линий, линии электропередачи 60 Гц или других источников.

Параметры операционного усилителя:

Коэффициент подавления синфазного сигнала:

Желаемые сигналы могут появляться только на одном входе или с противоположной полярностью на обеих входных линиях. Эти желательные сигналы усиливаются и появляются на выходе, как обсуждалось ранее. Нежелательные сигналы (шум), появляющиеся с одинаковой полярностью на обеих входных линиях, по существу, отменяются операционным усилителем и не появляются на выходе. Мера способности усилителя отклонять синфазные сигналы - это параметр, называемый CMRR (коэффициент подавления синфазного сигнала).

В идеале операционный усилитель обеспечивает очень высокое усиление для сигналов дифференциального режима и нулевое усиление для сигналов общего режима. Практические операционные усилители, однако, демонстрируют очень небольшое усиление синфазного сигнала (обычно намного меньше 1), обеспечивая при этом высокий коэффициент дифференциального усиления без обратной связи (обычно несколько тысяч). Чем выше коэффициент усиления в разомкнутом контуре по сравнению с усилением синфазного режима, тем выше производительность операционного усилителя в отношении подавления синфазных сигналов. Это говорит о том, что хорошим показателем эффективности операционного усилителя при подавлении нежелательных синфазных сигналов является отношение усиления дифференциального напряжения разомкнутого контура, A или , к усилению синфазного сигнала, A см .Это соотношение - коэффициент отклонения синфазного сигнала, CMRR.

equation of op-amp parameters

Чем выше CMRR, тем лучше. Очень высокое значение CMRR означает, что усиление в разомкнутом контуре, A или , является высоким, а усиление синфазного сигнала, A см , является низким.

CMRR часто выражается в децибелах (дБ) как:

equation 2 of op-amp parameters

Коэффициент усиления без обратной связи , или операционного усилителя является внутренним коэффициентом усиления напряжения устройства и представляет собой отношение выходного напряжения к входному напряжению при отсутствии внешних компонентов.Коэффициент усиления по напряжению в разомкнутом контуре полностью определяется внутренней конструкцией. Коэффициент усиления по напряжению в разомкнутом контуре может варьироваться до 200 000 (106 дБ) и не является хорошо контролируемым параметром. В спецификациях часто упоминается усиление напряжения разомкнутого контура как усиление напряжения с большим сигналом .

CMRR 100000, например, означает, что желаемый входной сигнал (дифференциальный) усиливается в 100000 раз больше, чем нежелательный шум (синфазный режим). Если амплитуды дифференциального входного сигнала и синфазного шума равны, требуемый сигнал появится на выходе в 100 000 раз больше по амплитуде, чем шум.Таким образом, шум или помехи были по существу устранены.

Максимальное колебание выходного напряжения (В O (стр. ):

При отсутствии входного сигнала выход операционного усилителя в идеале равен 0 В. Это называется выходным напряжением покоя. Когда применяется входной сигнал, идеальные пределы выходного сигнала от пика к пику составляют ± V CC . Однако на практике этот идеал может быть достигнут, но никогда не достигнут. V O (pp) изменяется в зависимости от нагрузки, подключенной к операционному усилителю и увеличивается непосредственно с сопротивлением нагрузки.Например, таблица данных Fairchild KA741 показывает типичное значение V O (p-p) ± 13 В для V CC = ± 15 В , когда R L = 2 кОм. V O (p-p) увеличивается до ± 14 В, когда R L = 10 кОм.

Некоторые операционные усилители не используют как положительное, так и отрицательное напряжение питания. Одним примером является случай, когда один источник постоянного напряжения используется для питания операционного усилителя, который управляет аналого-цифровым преобразователем. В этом случае выход операционного усилителя предназначен для работы между заземлением и выходом полной шкалы, который находится вблизи (или в) положительное напряжение питания.Операционные усилители, работающие от одного источника, используют терминологию V OH и V OL для определения максимального и минимального выходного напряжения. (Обратите внимание, что они не совпадают с цифровыми определениями V OL и V OH. ).

Напряжение смещения на входе:

Идеальный операционный усилитель выдает нулевое напряжение при нулевом напряжении. Однако в практическом операционном усилителе на выходе появляется небольшое постоянное напряжение, V OUT (ошибка) , когда нет. подается дифференциальное входное напряжение.Его основная причина - небольшое несоответствие напряжений базового эмиттера входного каскада дифференциального усилителя операционного усилителя.

Как указано в техническом описании операционного усилителя, входное напряжение смещения, V OS , представляет собой дифференциальное напряжение постоянного тока, требуемое между входами, чтобы принудительно установить выходной сигнал на ноль вольт. Типичные значения входного напряжения смещения находятся в диапазоне 2 мВ или менее. В идеальном случае это 0 В.

Смещение входного напряжения смещения является параметром, относящимся к V OS , который указывает, насколько сильно изменяется входное напряжение смещения для каждого изменения температуры в градусах.Типичные значения находятся в диапазоне от примерно 5 мкВ на градус Цельсия до примерно 50 мкВ на градус Цельсия. Обычно операционный усилитель с более высоким номинальным значением входного напряжения смещения демонстрирует более высокий дрейф.

Ток смещения входа:

Вы видели, что входные клеммы биполярного дифференциального усилителя являются базами транзисторов и, следовательно, входные токи являются токами базы.

Входной ток смещения - это постоянный ток, который требуется входам усилителя для правильной работы первой ступени.По определению, входной ток смещения является средним значением обоих входных токов и рассчитывается следующим образом:

equation of input bias current

Концепция входного тока смещения показана на рисунке:

input bias current

Входное сопротивление:

Два основных способа Определяя входной импеданс операционного усилителя являются дифференциальный и общий режим. Дифференциальный входной импеданс - это полное сопротивление между инвертирующим и неинвертирующим входами, как показано на рисунке.Дифференциальный импеданс измеряется путем определения изменения тока смещения для данного изменения дифференциального входного напряжения. Входной импеданс синфазного режима - это изменение сопротивления дифференциального входного напряжения. Входной импеданс синфазного режима - это сопротивление для данного изменения синфазного входного напряжения. Это изображено на рисунке:

op-amp input impedence

Ток смещения входа:

В идеале два входных тока смещения равны, и поэтому их разность равна нулю. Однако в практическом операционном усилителе токи смещения не совсем равны.

Входной ток смещения, I OS , представляет собой разность входных токов смещения, выраженную в виде абсолютного значения.

I ОС | I 1 I 2 |

Фактические величины тока смещения обычно, как минимум, на порядок (в десять раз) меньше тока смещения. Во многих приложениях током смещения можно пренебречь. Однако усилители с высоким коэффициентом усиления и высоким входным импедансом должны иметь как можно меньше I OS , поскольку разность токов через большие входные сопротивления развивает существенное напряжение смещения, как показано на рисунке:

Effect of input offset current

Сформированное напряжение смещения по входному току смещения:

equation of effect of input offset current

Ошибка, создаваемая I OS , усиливается коэффициентом усиления A v операционного усилителя и отображается на выходе как:

equation 2 of effect of input offset current

Изменение смещения Ток с температурой влияет на погрешность напряжения.Значения температурного коэффициента для тока смещения в диапазоне 0,5 нА на градус Цельсия являются общими.

Выходное сопротивление:

Выходное сопротивление - это сопротивление, наблюдаемое с выходного терминала операционного усилителя, как показано на рисунке:

op-amp output impedence

Скорость нарастания:

Максимальная скорость изменения выходного напряжения в ответ к ступенчатому входному напряжению относится скорость нарастания операционного усилителя. Скорость нарастания зависит от высокочастотного отклика каскадов усилителя в операционном усилителе.

Скорость нарастания измеряется с помощью подключенного операционного усилителя, как показано на рисунке. Это конкретное соединение операционного усилителя представляет собой неинвертирующую конфигурацию с единичным усилением. Это дает наихудший (самый медленный) показатель нарастания. Напомним, что высокочастотные составляющие ступеньки напряжения содержатся в переднем фронте и что верхняя критическая частота усилителя ограничивает его реакцию на ступенчатый вход. Для пошагового ввода наклон на выходе обратно пропорционален верхней критической частоте. Наклон увеличивается при уменьшении верхней критической частоты.

slew rate measurement

Импульс подается на вход, и результирующее идеальное выходное напряжение показано на рисунке. Ширина входного импульса должна быть достаточной для того, чтобы выход «отклонился» от своего нижнего предела до верхнего предела. Определенный временной интервал, Δt, необходим для того, чтобы выходное напряжение перешло от своего нижнего предела -V макс. до его верхнего предела + V макс. , после применения шага ввода. Скорость нарастания выражается как:

equation of slew rate

, где ΔV вне = + V макс. - (-V макс. ).Единицей скорости нарастания является вольт в микросекунду (В / мкс).

Частотная характеристика:

Внутренние каскады усилителя, составляющие операционный усилитель, имеют коэффициенты усиления по напряжению, ограниченные емкостными контактами. Хотя дифференциальные усилители, используемые в операционных усилителях, несколько отличаются от основных усилителей, которые обсуждались ранее, применяются те же принципы. Однако операционный усилитель не имеет внутренних конденсаторов связи; следовательно, низкочастотный отклик простирается до постоянного тока (0 Гц).

Шум Спецификация:

Шум стал более важной проблемой в новых схемах конструкции из-за требования работать при более низких напряжениях и с большей точностью, чем в прошлом.Всего два или три микровольт могут создать ошибки в аналого-цифровом преобразовании. Многие датчики создают только крошечные напряжения, которые могут быть замаскированы шумом. В результате нежелательные шумы от операционных усилителей и компонентов могут ухудшить характеристики цепей.
Шум определяется как нежелательный сигнал, который влияет на качество полезного сигнала. В то время как помехи от внешнего источника (например, от ближайшей линии электропередачи) квалифицируются как шум, для целей спецификации операционного усилителя помехи не включены.Только шум, генерируемый в операционном усилителе, рассматривается в спецификации шума. Когда операционный усилитель добавляется в цепь, дополнительные вклады шума добавляются от других элементов схемы, таких как резисторы обратной связи или любые датчики. Например, все резисторы генерируют тепловой шум - даже один, сидящий в мусорном баке. Разработчик схемы должен учитывать все источники в схеме, но здесь важна спецификация операционного усилителя для шума, которая учитывает только операционный усилитель.
Существуют две основные формы шума.На низких частотах шум обратно пропорционален частоте; это называется 1/ f шум или «розовый шум». Выше критической частоты шума шум становится ровным и равномерно распределяется по частотному спектру; это называется «белый шум». Распределение мощности шума измеряется в ваттах на герц (Вт / Гц). Мощность пропорциональна квадрату напряжения, поэтому напряжение (плотность) шума определяется путем взятия квадратного корня из плотности мощности шума, в результате чего получаются единицы измерения в вольтах на квадратный корень герц (В / 1√Гц).Для операционных усилителей уровень шума обычно отображается в единицах n V / √¯Hz и указывается относительно входа на определенной частоте выше критической частоты шума. Например, график уровня шума для операционного усилителя с очень низким уровнем шума показан на рисунке; спецификация для этого операционного усилителя будет указывать, что плотность шума входного напряжения на частоте 1 кГц составляет 1,1 нВ / √Гц. На низких частотах уровень шума выше этого из-за вклада шума 1 / f, как вы можете видеть на графике:
Noise as a function of frequency for a typical op-amp

Сравнение параметров операционного усилителя:

сравнение значений, показывающих выбранные параметры для некоторых репрезентативных ОУ.Как видно из таблицы, в некоторых спецификациях существует большая разница. Все проекты предполагают определенные компромиссы, поэтому для того, чтобы дизайнеры оптимизировали один параметр, они часто должны жертвовать другим параметром. Выбор операционного усилителя для конкретного приложения зависит от того, какие параметры важно оптимизировать. Параметры зависят от условий, для которых они измеряются. Для получения подробной информации о любой из этих спецификаций, обратитесь к таблице.
Большинство доступных операционных усилителей имеют три важных свойства: защита от короткого замыкания, отсутствие фиксации и обнуление входного смещения.Защита от короткого замыкания предохраняет цепь от повреждения, если выходной сигнал закорочен, а функция отсутствия замыкания предотвращает зависание операционного усилителя в одном состоянии выхода (высокий или низкий уровень напряжения) при определенных входных условиях. Обнуление входного смещения достигается с помощью внешнего потенциометра, который устанавливает выходное напряжение точно на ноль с нулевым входом.
table of Comparison of Op-Amp Parameters

Отрицательная обратная связь: Illustration of negative feedback

Отрицательная обратная связь - одна из наиболее полезных концепций в электронике, особенно в области применения операционных усилителей. Отрицательная Обратная связь - это процесс, посредством которого часть выходного напряжения усилителя возвращается на вход с фазовым углом, который противоположен (или вычитается) из входного сигнала.
Отрицательный отзыв показан на рисунке. Инвертирующий (-) вход эффективно делает сигнал обратной связи на 180 ° не в фазе с входным сигналом.

Зачем использовать отрицательную обратную связь?

Как видно из таблицы, коэффициент усиления по напряжению в разомкнутом контуре типичного операционного усилителя очень высок (обычно более 100 000).Следовательно, чрезвычайно малое входное напряжение приводит операционный усилитель в состояние насыщенного выхода. Фактически, даже напряжение смещения входного сигнала операционного усилителя может привести к насыщению. Например, предположим, что V В 1 мВ и A или = 100000. Затем
equation of negative feedback
Поскольку выходной уровень операционного усилителя никогда не может достигать 100 В, он приводится в глубокое насыщение, и выходной сигнал ограничивается максимальными выходными уровнями, как показано на рисунке для положительного и отрицательного входного напряжения. 1 мВ.
Полезность операционного усилителя, работающего без отрицательной обратной связи, обычно ограничена применениями компаратора. При отрицательной обратной связи усиление по напряжению в замкнутом контуре (A cl ) можно уменьшить и контролировать таким образом, чтобы операционный усилитель мог функционировать как линейный усилитель
figure of without negative feedback
. Помимо обеспечения управляемого стабильного усиления по напряжению, отрицательная обратная связь также обеспечивает управление входным и выходным импедансами и полосой пропускания усилителя. В таблице приведены общие последствия отрицательной обратной связи на производительность операционного усилителя.
table of negative feedback

Операционные усилители с отрицательной обратной связью:

Операционный усилитель можно подключить с использованием отрицательной обратной связи для стабилизации усиления и увеличения

Смотрите также видео об операционном усилителе:


.

Что такое операционный усилитель?


Внедрение операционных усилителей ABLIC

1. Что такое операционный усилитель (операционный усилитель)?

op-amp

Операционный усилитель - это интегральная схема, которая может усиливать слабые электрические сигналы.
Операционный усилитель имеет два входа и один выход. Его основная роль заключается в усилении и выводе разности напряжений между двумя входными контактами.

2. Что может сделать операционный усилитель

Операционный усилитель используется не один, а предназначен для подключения к другим цепям для выполнения самых разнообразных операций. В этой статье приведены типичные примеры использования схем с операционными усилителями.

● Обеспечивает существенное усиление входного сигнала
.

Когда операционный усилитель объединен со схемой усиления, он может усиливать слабые сигналы до сильных сигналов.Он ведет себя как мегафон, где входной сигнал - это голос человека, а мегафон - схема операционного усилителя. Например, такая схема может использоваться для усиления мельчайших сигналов датчиков.
op-amp,image of amplifier Обработка сигналов датчиков может быть дополнительно улучшена путем ввода усиленного сигнала в микроконтроллер * блок (MCU).
* Микроконтроллер… Компактный компьютер для управления электронными устройствами. Как мозг электронных устройств, микроконтроллеры работают в соответствии с входными сигналами.

● Позволяет устранить шум от входного сигнала

Работая в качестве фильтра входных сигналов, схема операционного усилителя способна извлекать сигнал с целевой частотой.Например, когда схема операционного усилителя используется для распознавания голоса или в диктофоне, она может извлекать частоты, близкие к целевому звуку, при этом все другие частоты отключаются как шум. op-amp.image of filering Схема операционного усилителя может быть настроена для выполнения широкого спектра функций, таких как арифметические операции или синтез сигнала.

3. Применение операционного усилителя

Как отмечено выше, операционный усилитель почти никогда не используется один.Подключив резисторы или конденсаторы, вы можете настроить схему, способную к усилению сигнала, фильтрации или арифметической операции, описанной в «2. Что может сделать операционный усилитель ».

(1) Операции с внутренним операционным усилителем

Далее описываются операции, выполняемые операционным усилителем в схеме. Давайте посмотрим, как ведет себя операционный усилитель в схеме усилителя, на примере схемы неинвертирующего усилителя.Operational amplifier operation in a non-inverting amplifier circuit В дополнение к этому простому вычислению, производительность операционного усилителя также должна учитываться при настройке схемы. Этот момент описан ниже в этом разделе в разделе «4. Выбор операционного усилителя и объяснение терминов ».

(2) Примеры схем

Мы опишем здесь некоторые типичные приложения операционного усилителя.

[Неинвертирующая схема усилителя]

non-inverting amplifier circuit

Как объяснено в (1), это также схема для усиления и вывода входных сигналов.

[Инвертирующая схема усилителя]

Inverting amplifier circuit

Цепь инвертирующего усилителя обозначена знаком минус. Если напряжение V IN увеличивается, напряжение V OUT уменьшается.

[схема контроля напряжения]

Voltage follower circuit

Это неинвертирующая схема усилителя, где R2 замкнут накоротко (R2 = 0Ω), а R1 разомкнут (R1 = бесконечность). Поскольку V OUT = (1 + R2 / R1) × V IN = (1 + 0Ω / ∞) × V IN = V IN , выходное напряжение соответствует напряжению входного сигнала.Повторитель напряжения используется в качестве буферной схемы для преобразования импеданса или для разделения цепей.

[Дифференциальный усилитель]

Differential amplifier circuit

Это схема для усиления и вывода разности между двумя входными сигналами.

4. Выбор операционного усилителя и объяснение терминов

Здесь мы будем использовать операционный усилитель ABLIC S-89630A в качестве примера того, какие элементы проверять при выборе операционного усилителя и объяснении атрибутов операционного усилителя.

(1) Проверьте рабочее напряжение.

[Диапазон рабочего напряжения источника питания]
Это диапазон рабочего напряжения источника питания на выводе VDD. Убедитесь, что напряжение источника питания находится в пределах диапазона рабочего напряжения операционного усилителя. operating power supply  voltage range

[Диапазон синфазного входного напряжения]
Диапазон напряжения сигнала, который может подаваться на входные контакты. Операционный усилитель будет работать, пока входной сигнал находится в этом диапазоне.Операционный усилитель, чей диапазон синфазного входного напряжения покрывает V SS - V DD , называется «операционный усилитель между рельсами»; операционный усилитель с превосходным диапазоном напряжения входного сигнала. common-mode  input voltage range

(2) Проверьте частоту входного сигнала.

[Продукт полосы пропускания усиления]
Указывает максимальную частоту, на которую операционный усилитель может усиливать сигнал. Максимальная частота зависит от коэффициента (усиления), который вы используете для усиления сигнала.При усилении в один (= 0 дБ) сигнал может быть усилен до максимальной частоты, так называемое произведение полосы пропускания усиления. Gain bandwidth product

График справа показывает, что при усилении, равном единице (= 0 дБ), максимальная частота, которую позволяет использовать усиление S-89630A, составляет 1,2 МГц, а при усилении 10 (= 20 дБ) максимальная частота составляет 120 кГц. Убедитесь, что максимальная частота, на которую вы хотите усилить, находится в пределах диапазона коэффициента, на который вы хотите усилить.

S-89630,voltage gain - frequency

(3) Проверьте потребление тока.

[Потребление тока]
Указывает текущее значение, полученное с вывода VDD. Чем ниже это значение, тем больше вы можете уменьшить мощность системы. Обычно операционный усилитель с низким потреблением тока также имеет низкую частоту полосы пропускания усиления. S-89630,voltage gain - frequency

(4) Проверьте точность усиления сигнала.

[Входное напряжение смещения]
Входное напряжение смещения является преобразованием напряжения ошибки, сгенерированного на выходе, во входное значение, когда входное напряжение равно 0 В.Это существенный атрибут, влияющий на точность усиления операционных усилителей. Как правило, когда амплитуда напряжения входного сигнала составляет порядка мВ, требуется напряжение смещения на входе порядка мкВ. Это делает необходимым выбор «операционного усилителя с нулевым дрейфом » для обработки таких крошечных смещенных напряжений. Input offset voltage considering input offset voltage

5. Что такое усилитель с нулевым дрейфом?

Усилитель с нулевым дрейфом - это операционный усилитель, который минимизирует входное смещение напряжения и смещение входного напряжения смещения (≒ 0).Выбор операционного усилителя с нулевым дрейфом является высокоэффективным решением для приложений, требующих высокоточного усиления сигнала.

Усилитель нулевого дрейфа ABLIC

ABLIC имеет операционные усилители с нулевым дрейфом S-89630A и серии S-89713 для общего использования, а также усилители с нулевым дрейфом S-19630A и S-19611A для автомобильного использования.

ABLIC

Операционный усилитель

S-89630A (для общего пользования) и S-19630A (для автомобильного использования) обеспечивает работу без дрейфа, широкий диапазон напряжения (4.0 - 36 В) характеристики работы и низкого напряжения смещения.

серии S-89713 (для общего использования) и S-19611A (для автомобильного использования) обеспечивают работу с автоматическим нулевым дрейфом при работе на низком напряжении от 2,65 В и атрибутах низкого смещения напряжения. Мы также предлагаем серию S-89713 (для общего пользования) в ультрамалой упаковке (SNT-8A: размер 1,97 x 2,46 мм).

Если вы ищете операционный усилитель с нулевым дрейфом, вам настоятельно рекомендуется использовать операционные усилители ABLIC.

Таблица выбора операционного усилителя

Внедрение операционного усилителя ABLIC

,
Схема проектирования, конфигурации, усиления и практические примеры

Операционный усилитель

, сокращение от , операционный усилитель является основой аналоговой электроники. Операционный усилитель представляет собой электронный компонент, подключенный к постоянному току, который усиливает напряжение с дифференциального входа с помощью резисторной обратной связи. Операционные усилители популярны своей универсальностью, так как их можно настраивать разными способами и использовать в разных аспектах. Схема операционного усилителя состоит из нескольких переменных, таких как полоса пропускания, входное и выходное сопротивление, запас усиления и т. Д.Различные классы операционных усилителей имеют разные характеристики в зависимости от этих переменных. В различных корпусах интегральных микросхем (IC) имеется множество операционных усилителей, некоторые операционные усилители имеют два или более операционных усилителя в одном корпусе. LM358, LM741, LM386 - это некоторые часто используемые ИС операционных усилителей. Вы можете узнать больше об операционных усилителях, следуя нашему разделу схем операционных усилителей.

Операционный усилитель имеет два дифференциальных входа и выходной контакт вместе с выводами питания. Эти два дифференциальных входа - это инвертирующего контакта или отрицательный и неинвертирующего контакта или положительный.Операционный усилитель усиливает разницу в напряжении между этими двумя входными контактами и обеспечивает усиленный выход через его Vout или выходной контакт.

В зависимости от типа входа операционный усилитель может быть классифицирован как инвертирующий или неинвертирующий. В предыдущем уроке неинвертирующего операционного усилителя мы видели, как использовать усилитель в неинвертирующей конфигурации. В этом уроке мы узнаем , как использовать операционный усилитель в инвертирующей конфигурации .

Инвертирование конфигурации операционного усилителя

Это называется Inverting , потому что операционный усилитель изменяет фазовый угол выходного сигнала точно на 180 градусов не в фазе относительно входного сигнала.Как и прежде, мы используем два внешних резистора для создания цепи обратной связи и замкнутого контура на усилителе.

В неинвертирующей конфигурации мы предоставили положительную обратную связь через усилитель, но для инвертирующей конфигурации мы создали отрицательную обратную связь через цепь операционного усилителя.

Давайте посмотрим схему подключения для инвертирования конфигурации операционного усилителя

Inverting Operational Amplifier

На изображении выше мы видим, что R1 и R2 обеспечивают необходимую обратную связь по схеме операционного усилителя.Резистор R2 является входным резистором сигнала, а резистор R1 является резистором обратной связи. Эта цепь обратной связи заставляет дифференциальное входное напряжение почти нуля .

Обратная связь подключена через отрицательный вывод операционного усилителя, а положительный вывод подключен к земле. Потенциал напряжения на инвертирующем входе такой же, как потенциал напряжения на неинвертирующем входе. Таким образом, через неинвертирующий вход создается точка суммирования Виртуальной Земли, которая находится в том же потенциале, что и земля или Земля.Операционный усилитель будет действовать как дифференциальный усилитель .

Итак, в случае инвертирования операционного усилителя ток не поступает на входную клемму, а также входное напряжение равно напряжению обратной связи на двух резисторах, так как они оба используют один общий виртуальный источник заземления. Из-за виртуального заземления входное сопротивление операционного усилителя равно входному резистору операционного усилителя, который является R2. Этот R2 имеет отношение с усилением в замкнутом контуре, и усиление может быть установлено отношением внешних резисторов, используемых в качестве обратной связи.

Поскольку на входной клемме нет тока, а дифференциальное входное напряжение равно нулю, мы можем рассчитать коэффициент усиления замкнутого контура инвертора.

Gain of Inverting Op-amp

Voltage Divider Circuit

На изображении выше показаны два резистора R2 и R1, которые представляют собой резисторы обратной связи с делителем напряжения, используемые вместе с инвертирующим операционным усилителем. R1 - резистор обратной связи (Rf), а R2 - входной резистор (Rin).Если рассчитать ток, протекающий через резистор, то -

  i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))  

Так как Dout является средней точкой делителя, мы можем заключить

Calculating Gain of Inverting Operational Amplifier

Как мы описали ранее, из-за виртуальной земли или той же точки суммирования узлов напряжение обратной связи равно 0, Dout = 0. Итак,

Gain formula Derivation

Таким образом, усиление в замкнутом контуре инвертирующего операционного усилителя будет

  Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)  

Итак, из этой формулы мы получаем любую из четырех переменных, когда доступны три другие переменные.

Как мы можем видеть в формуле отрицательный знак, выходной сигнал будет отклоняться от фазы на на 180 градусов, в отличие от фазы входного сигнала.

Практический пример инвертирующего усилителя

Practical Example of Inverting Amplifier

На изображении выше показана конфигурация операционного усилителя, где два резистора обратной связи обеспечивают необходимую обратную связь в операционном усилителе. Резистор R2, который является входным резистором, и R1, является резистором обратной связи.Входной резистор R2 имеет значение сопротивления 1 кОм, а резистор обратной связи R1 имеет значение сопротивления 10 кОм. Мы рассчитаем усиление инвертирования операционного усилителя. Обратная связь обеспечивается в отрицательной клемме, а положительная клемма соединена с землей.

Формула для инвертирования усиления схемы операционного усилителя -

  Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)  

В приведенной выше схеме Rf = R1 = 10k и Rin = R2 = 1k

  Итак, Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) 
  Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)  

Таким образом, коэффициент усиления будет в 10 раз больше, а выходной сигнал будет сдвинут по фазе на 180 градусов.

Теперь, если мы увеличим коэффициент усиления операционного усилителя до -20 раз, каким будет значение резистора обратной связи, если входной резистор будет таким же? Итак,

  Gain = -20 и Rin = R2 = 1k. 
  -20 = - (R1 / 1k) 
  R1 = 20k  

Итак, если мы увеличим значение 10k до 20k, усиление операционного усилителя будет -20 раз.

Мы можем увеличить коэффициент усиления операционного усилителя, изменив соотношение резисторов , однако не рекомендуется использовать меньшее сопротивление, как Rin или R2.По мере того как меньшее значение сопротивления понижает входной импеданс и создает нагрузку для входного сигнала. В типичных случаях для входного резистора используется значение от 4,7 кОм до 10 кОм.

Когда требуется высокое усиление, и мы должны обеспечить высокое сопротивление на входе, мы должны увеличить значение резисторов обратной связи. Но также не рекомендуется использовать очень высокое значение резистора через Rf. Более высокий резистор обратной связи обеспечивает нестабильный запас усиления и не может быть приемлемым выбором для операций, связанных с ограниченной полосой пропускания. Типичное значение 100 кОм или чуть больше того, которое используется в резисторе обратной связи .

Нам также необходимо проверить полосу пропускания цепи операционного усилителя для надежной работы с высоким усилением.

Суммирующий усилитель или схема сумматора операционного усилителя

Инвертирующий операционный усилитель можно использовать в разных местах. Одним из важных применений инвертирующего операционного усилителя является суммирующий усилитель или виртуальный заземлитель.

Summing Amplifier or Op Amp Adder Circuit

На изображении выше показан виртуальный микшер заземления или суммирующий усилитель, в котором инвертированный операционный усилитель микширует несколько различных сигналов на своем инвертирующем терминале.Вход инвертирующих усилителей фактически находится под потенциалом земли, что обеспечивает превосходное применение микшера в работе, связанной с микшированием звука.

Как мы видим, разные сигналы складываются вместе через отрицательный вывод, используя разные входные резисторы. Количество добавляемых сигналов не ограничено. Коэффициент усиления каждого отдельного сигнального порта определяется соотношением резистора R2 обратной связи и входного резистора конкретного канала.

Трансимпедансный усилитель Circui т

Другое использование инвертирующего усилителя - использование усилителя в качестве трансимпедансного усилителя.

В такой схеме операционный усилитель преобразует очень низкий входной ток в соответствующее выходное напряжение. Таким образом, трансимпедансный усилитель преобразует ток в напряжение .

Он может преобразовывать ток от фотодиодов, акселерометров или других датчиков, которые вырабатывают малый ток, и с помощью трансимпедансного усилителя ток может быть преобразован в напряжение.

Trans-Impedance Amplifier Circuit

На приведенном выше изображении инвертированный операционный усилитель, используемый для создания трансимпедансного усилителя , который преобразует ток, полученный из фотодиода, в напряжение.Усилитель обеспечивает низкий импеданс через фотодиод и создает изоляцию от выходного напряжения операционного усилителя.

В приведенной выше схеме используется только один резистор обратной связи. R1 - это высокоомный резистор обратной связи. Мы можем изменить усиление, изменив значение этого резистора R1. Высокое усиление операционного усилителя использует стабильное состояние, когда ток фотодиода равен току обратной связи через резистор R1.

Поскольку мы не обеспечиваем никакого внешнего смещения через фотодиод, входное напряжение смещения фотодиода очень низкое, что приводит к большому усилению напряжения без какого-либо выходного напряжения смещения.Ток фотодиода будет преобразован в высокое выходное напряжение.

Другие применения инверторного операционного усилителя: -

  1. Фазовращатель
  2. Интегратор
  3. В балансировки сигналов связанных работ
  4. Линейный радиочастотный смеситель
  5. Различные датчики используют инвертирующий операционный усилитель для выхода.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о