Не

Op-Amp, скорочення від операційного підсилювача, є основою аналогової електроніки. Операційний підсилювач - це електронний компонент, з'єднаний постійним струмом, який підсилює напругу від диференціального входу за допомогою резисторного зворотного зв'язку. Операційні підсилювачі популярні своєю універсальністю, оскільки їх можна налаштувати різними способами та використовувати в різних аспектах. Схема операційного підсилювача складається з кількох змінних, таких як пропускна здатність, вхідний та вихідний імпеданс, запас коефіцієнта посилення тощо. Різні класи операційних підсилювачів мають різні технічні характеристики в залежності від цих змінних. Існує безліч операційних підсилювачів, доступних в різних пакетах інтегральних схем (ІС), деякі операційні підсилювачі мають два або більше операційних підсилювачів в одному корпусі. LM358, LM741, LM386 - це деякі часто використовувані мікросхеми Op-amp. Ви можете дізнатись більше про Op-підсилювачі, дотримуючись нашого розділу схем Op-amp.

Операційний підсилювач має два диференціальні вхідні штирі та вихідний штифт разом із штифтами живлення. Цими двома диференціальними вхідними штифтами є обертальний штифт або негативний та неінвертуючий штифт або позитивний. Операційний підсилювач підсилює різницю в напрузі між цими двома вхідними виводами і забезпечує посилений вихід через його Vout або вихідний висновок.

Залежно від типу вхідного сигналу, підсилювач може бути класифікований як Інвертуючий або Неінвертуючий. У цьому підручнику ми дізнаємося, як використовувати операційний підсилювач у неінвертуючій конфігурації.

У неінвертуючій конфігурації вхідний сигнал подається через неінвертуючий вхідний термінал (позитивний термінал) операційного підсилювача. Завдяки цьому посилений вихід стає " фазовим " із вхідним сигналом.

Як ми вже обговорювали раніше, Op-amp потребує зворотного зв'язку для посилення вхідного сигналу. Як правило, це досягається шляхом подачі невеликої частини вихідної напруги назад на інвертуючий штифт (у разі неінвертуючої конфігурації) або в неінвертуючий штифт (у випадку інвертуючого штифта), використовуючи мережу дільника напруги.

Неінвертуюча конфігурація операційного підсилювача

На верхньому зображенні показано операційний підсилювач з неінвертуючою конфігурацією. Сигнал, який потрібно посилити за допомогою операційного підсилювача, подається в позитивний або неінвертуючий штифт схеми операційного підсилювача, тоді як дільник напруги, що використовує два резистори R1 і R2, забезпечує малу частину виходу на інвертуючий висновок схеми операційного підсилювача. Ці два резистори забезпечують необхідний зворотний зв'язок для операційного підсилювача. В ідеальному стані вхідний штифт операційного підсилювача забезпечить високий вхідний опір, а вихідний штифт буде мати низький вихідний опір.

Посилення залежить від цих двох резисторів зворотного зв'язку (R1 і R2), підключених як конфігурація дільника напруги. R2 позначається як Rf (резистор зворотного зв'язку)

Вихід дільника напруги, який подається на неінвертуючий штифт підсилювача, дорівнює Vin, оскільки Vin і точки з'єднання дільника напруги розташовані через один і той же вузол заземлення.

Завдяки цьому, і оскільки Vout залежить від мережі зворотного зв'язку, ми можемо розрахувати коефіцієнт посилення напруги замкнутого циклу, як показано нижче.

Підсилення неінвертуючого ОУ

Оскільки вихідна напруга дільника напруги така ж, як і вхідна напруга , дільник Vout = Vin

Отже, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Або, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Сумарний коефіцієнт підсилення напруги підсилювача (Av) дорівнює Vout / Vin

Отже, Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Використовуючи цю формулу, ми можемо зробити висновок, що коефіцієнт посилення напруги замкненого контуру неінвертуючого операційного підсилювача становить,

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

Отже, за цим коефіцієнтом коефіцієнт підсилення операційного підсилювача не може бути нижчим, ніж коефіцієнт посилення одиниці або 1. Крім того, виграш буде позитивним, і він не може бути в негативній формі. Посилення безпосередньо залежить від співвідношення Rf і R1.

Зараз, що цікаво, якщо ми покладемо значення резистора зворотного зв'язку або Rf як 0, коефіцієнт підсилення буде 1 або одиниця. І якщо R1 стає 0, то коефіцієнт посилення буде нескінченним. Але це можливо лише теоретично. Насправді це широко залежить від поведінки операційного підсилювача та коефіцієнта підсилення в розімкнутому циклі.

Операційний підсилювач також може використовуватися як два додають напруги вхідної напруги як підсумовуючий підсилювач.

Практичний приклад неінвертуючого підсилювача

Ми розробимо неінвертуючу схему підсилювача, яка буде виробляти 3x посилення напруги на виході, порівнюючи вхідну напругу.

Ми зробимо 2В вхід в операційний підсилювач. Ми налаштуємо операційний підсилювач у неінвертуючу конфігурацію з 3-кратним посиленням. Ми вибрали значення резистора R1 як 1,2k, ми з’ясуємо значення резистора Rf або R2 і обчислимо вихідну напругу після посилення.

Оскільки коефіцієнт підсилення залежить від резисторів, і формула Av = 1 + (Rf / R1)

У нашому випадку коефіцієнт підсилення - 3, а значення R1 - 1. 2 тис. Отже, значення Rf становить, 3 = 1 + (Rf / 1.2k) 3 = 1 + (1.2k + Rf / 1.2k) 3.6k = 1.2k + Rf 3.6k - 1.2k = Rf Rf = 2.4k

Після посилення вихідна напруга буде

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

Приклад схеми показано на зображенні вище. R2 - резистор зворотного зв'язку, а посилений вихід буде в 3 рази більше вхідного.

Послідовник напруги або підсилювач посилення Unity

Як обговорювалося раніше, якщо ми зробимо Rf або R2 як 0, це означає, що в R2 немає опору, а резистор R1 дорівнює нескінченності, тоді коефіцієнт підсилення підсилювача буде 1 або він досягне коефіцієнта посилення одиниці. Оскільки в R2 відсутній опір, вихід замикається на негативний або перевернутий вхід операційного підсилювача. Оскільки коефіцієнт підсилення 1 або одиниця, ця конфігурація називається конфігурацією підсилювача одиниці підсилення або послідовником напруги або буфером.

Оскільки ми розміщуємо вхідний сигнал через позитивний вхід операційного підсилювача, а вихідний сигнал знаходиться у фазі з вхідним сигналом з посиленням 1х, ми отримуємо той самий сигнал на виході підсилювача. Таким чином, вихідна напруга така ж, як і вхідна. Вихід напруги = Напруга в.

Отже, він буде слідувати за вхідною напругою і виробляти той самий сигнал репліки на своєму виході. Ось чому його називають ланцюгом послідовника напруги.

Вхідний імпеданс на ОУ є дуже високою, коли напруга повторювач або одиничним коефіцієнтом посилення конфігурації використовується. Іноді вхідний опір набагато перевищує 1 МОм. Отже, через високий вхідний опір ми можемо подавати слабкі сигнали на вхід, і струм не буде протікати у вхідному штифті від джерела сигналу до підсилювача. З іншого боку, вихідний опір дуже низький, і він буде виробляти однаковий вхідний сигнал на виході.

На наведеному вище зображенні показана конфігурація послідовника напруги. Вихід безпосередньо підключений через негативну клему операційного підсилювача. Підсилення цієї конфігурації дорівнює 1х.

Як ми знаємо, Підсилення (Av) = Vout / Vin Отже, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

Через високий вхідний опір вхідний струм дорівнює 0, тому вхідна потужність також дорівнює 0. Індикатор напруги забезпечує великий приріст потужності на всьому виході. Завдяки такій поведінці перетворювач напруги використовується як буферна схема.

Крім того, конфігурація буфера забезпечує хороший коефіцієнт ізоляції сигналу. Завдяки цій особливості, схема послідовника напруги використовується в активних фільтрах типу Sallen-key, де ступені фільтрів ізольовані один від одного за допомогою конфігурації підсилювача послідовника напруги.

Є також цифрові буферні схеми, такі як 74LS125, 74LS244 тощо.

Оскільки ми можемо контролювати коефіцієнт підсилення неінвертуючого підсилювача, ми можемо вибрати кілька значень резисторів і можемо створити неінвертуючий підсилювач із змінним діапазоном посилення.

Неінвертуючі підсилювачі використовуються в секторах аудіоелектроніки, а також в області дії, змішувачах та різних місцях, де необхідна цифрова логіка, використовуючи аналогову електроніку.