Operationsverstärker: Schaltkreise, Funktionsprinzip. Verstärkerschaltung am Operationsverstärker eines nichtinvertierenden Verstärkers. Das Schema des Verstärkers der Spannung des Gleichstromes auf dem Operationsverstärker

Der Artikel wird das Standardschema berücksichtigen.Verstärker am Operationsverstärker, sowie Beispiele für verschiedene Betriebsmodi dieses Gerätes. Bis heute ist kein Steuergerät ohne den Einsatz von Operationsverstärkern vollständig. Dies sind wirklich vielseitige Geräte, mit denen Sie verschiedene Funktionen mit einem Signal ausführen können. Wie dieses Gerät funktioniert und was genau Sie tun können, erfahren Sie weiter.

Invertierende Verstärker

Eine invertierende Verstärkerschaltung am Operationsverstärker ist ausreichendEinfach, Sie können es in dem Bild sehen. Es basiert auf einem Operationsverstärker (seine Inklusionsschemata werden in diesem Artikel diskutiert). Außerdem hier:

1. Am Widerstand R1 liegt der Spannungsabfall an, in seiner Bedeutung ist er der gleiche wie der Eingang.
2. Widerstand R2 hat auch einen Spannungsabfall - es ist der gleiche wie der Ausgang.

Das Verhältnis der Ausgangsspannung zuder Widerstand R2 ist gleich dem Verhältnis des Eingangs zu R1, aber zurück zum Vorzeichen. Wenn Sie die Werte von Widerstand und Spannung kennen, können Sie die Verstärkung berechnen. Dazu müssen Sie die Ausgangsspannung auf den Eingang aufteilen. In diesem Fall kann ein Operationsverstärker (er kann irgendeine Art von Schaltkreis aufweisen) unabhängig vom Typ die gleiche Verstärkung aufweisen.

Job-Feedback

Jetzt müssen Sie eines genauer disassemblieren.Der entscheidende Punkt ist die Feedback-Arbeit. Angenommen, am Eingang liegt Spannung an. Zur Vereinfachung der Berechnungen nehmen wir seinen Wert auf 1 V an. Es sei auch angenommen, dass R1 = 10 kΩ, R2 = 100 kΩ ist.

Nun nehmen wir an, es gibt eine Art voneine unvorhergesehene Situation, bei der die Spannung am Ausgang der Kaskade auf 0 V eingestellt wurde. Als nächstes wird ein interessantes Bild beobachtet - zwei Widerstände beginnen paarweise zu arbeiten, zusammen erzeugen sie einen Spannungsteiler. Am Ausgang der invertierenden Stufe wird dieser auf 0,91 V gehalten. Gleichzeitig ermöglicht der Shelter, die Fehlanpassung der Eingänge zu korrigieren, und der Ausgang verringert die Spannung. Daher ist es sehr einfach, eine Schaltung auf Operationsverstärkern zu entwerfen, die beispielsweise die Funktion eines Signalverstärkers von einem Sensor implementiert.

Und diese Veränderung wird bis zum Ende andauernPoren, bis der Ausgangswert bei 10 V stabil ist. In diesem Augenblick sind die Potentiale an den Eingängen des Operationsverstärkers gleich. Und sie werden dasselbe sein wie das Potential der Erde. Wenn andererseits die Spannung am Ausgang des Geräts weiter abnimmt und weniger als -10 V beträgt, ist das Potential am Eingang niedriger als das der Masse. Die Folge davon ist, dass die Ausgangsspannung beginnt, an Spannung zuzunehmen.

Dieses Schema hat einen großen Nachteil -Die Eingangsimpedanz ist sehr klein, insbesondere für Verstärker mit einer hohen Spannungsverstärkung, wenn der Rückkopplungskreis geschlossen ist. Und die Konstruktion, die weiter betrachtet wird, hat all diese Mängel nicht.

Nicht invertierender Verstärker

Die Figur zeigt ein Diagramm eines nichtinvertierenden Verstärkers an einem Operationsverstärker. Nach der Analyse können wir mehrere Schlussfolgerungen ziehen:

1. Der Spannungswert UA ist gleich dem Eingang.
2. Eine Spannung UA wird von dem Teiler entfernt, die gleich dem Verhältnis des Produkts der Ausgangsspannung und R1 zu der Summe der Widerstände R1 und R2 ist.
3. In dem Fall, in dem UA gleich der Eingangsspannung ist, ist die Verstärkung gleich dem Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung (oder Sie können eins zu dem Verhältnis der Widerstände R2 und R1 hinzufügen).

Diese Konstruktion wird als nicht invertierend bezeichnet.Verstärker, es hat fast unendliche Eingangsimpedanz. Zum Beispiel ist der Wert für Operationsverstärker der 411-Serie 1012 Ohm, das Minimum. Und für Operationsverstärker auf bipolaren Halbleitertransistoren in der Regel über 108 Ohm. Aber die Ausgangsimpedanz der Kaskade, wie auch im vorher betrachteten Schema, ist sehr klein - Ohmsche Brüche. Dies muss bei der Berechnung von Schaltungen an Operationsverstärkern berücksichtigt werden.

AC-Verstärkerschaltung

Beide Schemata, die im vorherigen Artikel besprochen wurden, funktionierenauf Gleichstrom. Wenn der Wechselstrom jedoch als Verbindung zwischen der Eingangsquelle und dem Verstärker fungiert, müssen Sie eine Erdung für den Strom am Eingang des Geräts bereitstellen. Und Sie müssen auf die Tatsache achten, dass der Wert des Stroms in der Größenordnung extrem gering ist.

Für den Fall, dass eine Verstärkung auftrittAC, müssen Sie die Verstärkung des Signals konstant auf eins reduzieren. Dies gilt insbesondere für Fälle, in denen die Spannungsverstärkung sehr groß ist. Dies ermöglicht es, den Effekt der Schubspannung, die auf den Eingang der Vorrichtung gebracht wird, deutlich zu reduzieren.

Das zweite Beispiel einer Schaltung für das Arbeiten mit Wechselspannung

In diesem Schema sehen Sie bei -3 dB die Übereinstimmung mit der Frequenz von 17 Hz. Auf ihm liegt die Kondensatorimpedanz bei zwei Kilo. Daher sollte der Kondensator groß genug sein.

Um einen Wechselstromverstärker zu bauen,Es ist notwendig, einen nicht-invertierenden Schaltungstyp bei Operationsverstärkern zu verwenden. Und es sollte eine ausreichend hohe Spannungsverstärkung haben. Aber der Kondensator ist vielleicht zu groß, also ist es am besten, ihn zu benutzen. Es ist richtig, die richtige Scherspannung zu wählen, indem man sie als Wert null gleichsetzt. Und Sie können einen T-förmigen Teiler verwenden und die Widerstandswerte beider Widerstände in der Schaltung erhöhen.

Welches Schema ist vorzuziehen

Die meisten Entwickler geben ihrePräferenz für nicht-invertierende Verstärker, da sie eine sehr hohe Eingangsimpedanz haben. Und vernachlässige die invertierenden Schemen. Aber letzteres hat einen großen Vorteil - es ist nicht wählerisch über den Operationsverstärker selbst, der sein "Herz" ist.

Darüber hinaus sind die Eigenschaften in der Tat erviel besser. Und mit Hilfe der imaginären Erdung ist es möglich, alle Signale ohne große Schwierigkeiten zu kombinieren, und sie werden sich gegenseitig nicht beeinflussen. Kann in den Designs und Schaltungen des DC-Verstärkers am Operationsverstärker verwendet werden. Alles hängt von den Bedürfnissen ab.

Und das letzte ist der Fall, wenn die ganze Schaltung,betrachtet hier, ist mit dem stabilen Ausgang eines anderen Operationsverstärkers verbunden. In diesem Fall spielt der Impedanzwert am Eingang keine wesentliche Rolle - mindestens 1 kΩ, mindestens 10, mindestens unendlich. In diesem Fall erfüllt die erste Kaskade immer ihre Funktion in Bezug auf die nächste.

Repeaterschaltung

Der Repeater arbeitet am Operationsverstärkerähnlich wie der Emitter, auf einem Bipolartransistor aufgebaut. Und führt ähnliche Funktionen aus. Tatsächlich ist dies ein nichtinvertierender Verstärker, bei dem der Widerstand des ersten Widerstandes unendlich groß ist und der des zweiten Widerstandes Null ist. In diesem Fall ist die Verstärkung gleich eins.

Es gibt spezielle Arten von Operationsverstärkern,die in der Technologie nur für Repeater-Schaltungen verwendet werden. Sie haben eine deutlich bessere Leistung - in der Regel ist es eine hohe Geschwindigkeit. Zum Beispiel solche Operationsverstärker wie OPA633, LM310, TL068. Letzteres hat einen Körper wie ein Transistor, sowie drei Ausgänge. Sehr oft werden solche Verstärker einfach Puffer genannt. Tatsache ist, dass sie die Eigenschaften eines Isolators haben (eine sehr große Eingangsimpedanz und eine extrem niedrige Ausgangsleistung). Ungefähr durch ein solches Prinzip ist die Schaltung des Stromverstärkers auf dem Operationsverstärker ebenfalls aufgebaut.

Aktiver Modus

Im Wesentlichen ist dies eine Betriebsart, in derDie Ausgänge und Eingänge des Operationsverstärkers sind nicht überlastet. Wenn ein sehr großes Signal an den Eingang der Schaltung angelegt wird, dann beginnt es einfach am Ausgang in Bezug auf das Spannungsniveau des Kollektors oder Emitters zu schneiden. Aber wenn die Ausgangsspannung auf der Höhe der Grenze fest ist - an den Eingängen der OS ändert sich die Spannung nicht. In diesem Fall darf der Bereich nicht größer sein als die Versorgungsspannung der Verstärkerkaskade.

Die meisten Schaltungen auf Operationsverstärkernes ist so berechnet, dass dieser Bereich um 2 V kleiner als die Versorgungsspannung ist. Aber es hängt alles davon ab, welche Verstärkerschaltung am Operationsverstärker verwendet wird. Dasselbe hat eine Begrenzung der Stabilität der Stromquelle auf der Basis des Operationsverstärkers.

Angenommen, es gibt eine schwebende Lastquelleeine Art Spannungsabfall. Wenn der Strom eine normale Bewegungsrichtung hat, kann man auf den ersten Blick eine seltsame Last finden. Zum Beispiel mehrere polarisierte Batterien. Dieser Entwurf kann verwendet werden, um einen direkten Ladestrom zu erhalten.

Einige Vorsichtsmaßnahmen

Einfacher Spannungsverstärker im OPder Verstärker (jedes Schema kann gewählt werden) kann buchstäblich "auf dem Knie" gemacht werden. Aber Sie müssen einige Funktionen berücksichtigen. Stellen Sie sicher, dass die Rückmeldung in der Schaltung negativ ist. Es schlägt auch vor, dass es nicht akzeptabel ist, die nicht-invertierenden und invertierenden Eingänge des Verstärkers zu verwechseln. Zusätzlich sollte eine Rückkopplungsschleife für DC vorhanden sein. Andernfalls wird der Operationsverstärker schnell in den Sättigungsmodus wechseln.

Die meisten Operationsverstärker haben einen EingangDifferenzspannung ist sehr klein im Wert. In diesem Fall kann die maximale Differenz zwischen den nichtinvertierenden und invertierenden Eingängen für jede Verbindung der Stromversorgung auf 5 V begrenzt werden. Wenn wir diese Bedingung vernachlässigen, werden ziemlich große Werte von Strömen am Eingang erscheinen, was dazu führen wird, dass sich alle Charakteristiken der Schaltung verschlechtern.

Das Schlimmste daran ist die physische Zerstörung des Operationsverstärkers. Infolgedessen hört die Verstärkerschaltung am Operationsverstärker auf, vollständig zu arbeiten.

Sollte in Betracht gezogen werden

Und natürlich müssen Sie über die Regeln sprechen, die befolgt werden müssen, um einen stabilen und dauerhaften Betrieb des Operationsverstärkers zu gewährleisten.

Das Wichtigste - Shelter ist sehr hochSpannungsverstärkung. Und wenn sich die Spannung zwischen den Spannungen um den Bruchteil Millivolt ändert, kann sich ihre Ausgabe signifikant ändern. Daher ist es wichtig zu wissen: In einem Operationsverstärker versucht der Ausgang zu versuchen, sicherzustellen, dass zwischen den Eingängen die Spannungsdifferenz nahe (im Idealfall gleich Null) ist.

Die zweite Regel ist der Stromverbrauch.Der Verstärker ist extrem klein, buchstäblich Nanoampers. Wenn die feldmontierten Transistoren an den Eingängen installiert sind, werden sie mit Piko-Ampere berechnet. Daraus können wir schließen, dass die Eingänge keinen Strom verbrauchen, egal welcher Operationsverstärker verwendet wird, die Schaltung - das Funktionsprinzip bleibt gleich.

Aber glaube nicht, dass das OS wirklich istsich ständig ändernde Eingangsspannung. Physikalisch ist dies fast unmöglich zu erreichen, da es keine Übereinstimmung mit der zweiten Regel geben würde. Dank eines Operationsverstärkers wird der Status aller Eingänge ausgewertet. Unter Verwendung der externen Rückkopplungsschaltung wird die Spannung von dem Ausgang an den Eingang übertragen. Das Ergebnis ist, dass zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers die Spannungsdifferenz auf dem Niveau von Null ist.

Feedback-Konzept

Dies ist ein gängiges Konzept, und es ist bereitsin allen Technologiebereichen breit angewendet. In jedem Steuersystem gibt es eine Rückkopplung, die das Ausgangssignal und den spezifizierten Wert (Referenz) vergleicht. Je nachdem, welchen Wert der Strom hat, erfolgt eine Anpassung in die richtige Richtung. Außerdem kann das Kontrollsystem alles sein, sogar ein Auto, das die Straße entlang fährt.

Der Fahrer betätigt hier die Bremsen und Feedback.- Der Beginn der Verlangsamung. Indem man eine Analogie mit solch einem einfachen Beispiel zieht, ist es möglich, die Rückkopplung in elektronischen Schaltungen besser zu verstehen. Negative Rückmeldung ist, wenn das Auto beim Drücken des Bremspedals beschleunigt hat.

In der Elektronik ist Feedback ein Prozesswährend dem das Signal vom Ausgang zum Eingang übertragen wird. In diesem Fall wird das Signal auch am Eingang abgerechnet. Auf der einen Seite ist dies keine sehr vernünftige Idee, da es von außen scheinen mag, dass der Gewinn signifikant abnehmen wird. Solche Überprüfungen wurden nebenbei von den Gründern der Entwicklung der Rückkopplung in der Elektronik bekommen. Aber es lohnt sich, seine Auswirkungen auf Operationsverstärker genauer zu verstehen - praktische Schemata, die zu berücksichtigen sind. Und es wird klar, dass es die Verstärkung ein wenig reduziert, aber es erlaubt ein paar andere Parameter zu verbessern:

1. Gleichmäßiger Frequenzgang (führt zum Notwendigen).
2. Ermöglicht Ihnen, das Verhalten des Verstärkers vorherzusagen.
3. Kann Nichtlinearität und Verzerrung des Signals beseitigen.

Je tiefer das Feedback (es geht umNegativ), desto geringer ist der Einfluss auf die Verstärkercharakteristik mit dem Open-Source-Betriebssystem. Das Ergebnis ist, dass alle seine Parameter nur davon abhängen, welche Eigenschaften die Schaltung hat.

Es lohnt sich, darauf zu achten, dass alleOperationsverstärker arbeiten in einem sehr tiefen Rückkopplungsmodus. Und die Spannungsverstärkung (mit seiner offenen Schleife) kann sogar mehrere Millionen erreichen. Daher ist die Verstärkerschaltung am Operationsverstärker extrem anspruchsvoll, um alle Parameter der Stromversorgung und den Pegel des Eingangssignals zu erfüllen.