Операционный усилитель: 7 важных параметров

Вопросы для обсуждения

• Структуры, выводы и схемы
• Типы и приложения
• Различные виды IC
• Важные параметры, правила, уравнения

Структуры, выводы и схемы

Схема операционного усилителя

На схеме операционного усилителя отмечены входы, выходы и подключения напряжения насыщения. Это система без обратной связи. На изображении ниже представлена ​​схема операционного усилителя.

Изображение от: Пользователь: Омегатрон, Символ операционного усилителя, CC BY-SA 3.0

Распиновка операционного усилителя

Обычно типичные микросхемы операционных усилителей имеют восемь контактов. Семь являются функциональными, а один вывод предназначен для вывода. Требуется четыре входа; 2 из них предназначены для инвертирующего терминала и неинвертирующего терминала, а остальные 2 — для положительного и отрицательного напряжения насыщения. Распиновка IC741 приведена выше.

Схема операционного усилителя

На изображении ниже схематично показан операционный усилитель.

Принципиальная схема: Индуктивная нагрузка, Операционный усилитель внутренний, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

Как мы видим на изображении, операционный усилитель состоит из транзисторов и резисторов. Входное сопротивление велико из-за пары Дарлингтона NPN-транзисторов. Есть два каскада дифференциального усиления, и выходной сигнал снимается с несимметричного эмиттерного повторителя. Транзисторы Т1 и Т2 идентичны, как и Т3 и Т4.

 

Типы и применение

Приложения для операционных усилителей | ОУ использует

Операционные усилители — один из важнейших элементов схемотехники в электронике. Они используются в разных местах. Некоторые из примеров —

Буфер единичного усиления, генератор фазового сдвига, повторитель тока на напряжение, повторитель напряжения на повторитель тока, суммирующий усилитель, интегратор, дифференциатор, полуволновой выпрямитель, пиковый детектор и т. Д. Есть еще много применений операционного усилителя. Почти каждое электронное устройство имеет операционный усилитель.

Операционный усилитель с фильтром высоких частот

Фильтр верхних частот можно построить, используя схему RC-фильтра и типичный операционный усилитель. Сочетание пассивного RC-фильтра с функциями операционного усилителя, такими как активный верхний проход фильтр. Для схемы требуется инвертирующий или неинвертирующий вывод операционного усилителя. На изображении ниже представлена ​​схема операционного усилителя с фильтром верхних частот.

Полосовой фильтр операционного усилителя

Полосовой фильтр пропускает сигнал только указанного диапазона частот. Этот фильтр отфильтровывает другие составляющие частот. Для изготовления таких фильтров используются операционные усилители. Схема спроектирована путем каскадного соединения фильтра верхних частот с операционным усилителем, а затем — фильтром нижних частот.

Вычитающий операционный усилитель

Операционный усилитель с вычитанием усиливает разницу между двумя входными напряжениями и выдает их на выходе. Он выполняет операцию вычитания, в отличие от суммирующего усилителя, который складывает входные напряжения. Вот почему он известен как вычитающий операционный усилитель.

Сумматор операционного усилителя

Сумматор операционного усилителя или суммирующий усилитель — это усилитель, который усиливает сумму входных напряжений и выдает их на выходе. Он выполняет операции суммирования или сложения, в отличие от дифференциального усилителя, который выполняет операции вычитания. Принципиальная схема приведена выше.

Операционный усилитель Unity Gain

Операционный усилитель с единичным усилением, повторитель напряжения или буферная схема — это специально разработанная модель неинвертирующего усилителя. Обратите внимание на схему неинвертирующего усилителя, приведенную выше. Если бы мы сделали обратную связь сопротивление нулевое, а инвертирующий терминал бесконечный сопротивление, коэффициент усиления усилителя будет равен единице. Вот почему эта схема известна как операционный усилитель с единичным усилением или буфер с единичным усилением. Этот буфер используется для согласования импеданса.

Генератор операционного усилителя

Также можно создать генератор с помощью операционного усилителя. На приведенном ниже изображении представлена ​​принципиальная схема RC-генератора с фазовым сдвигом.

Осциллятор, Автор: Джонце at Английский Википедия, Операционный усилительHystereticГенератор, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

После некоторых общих расчетов мы обнаружили, что частота колебаний равна f = 1 / (2πRC — / 6), а коэффициент усиления по напряжению Av = -29 для устойчивых колебаний.

Аудио операционный усилитель

Операционные усилители широко используются при обработке звука и микшерах звука. Операционный усилитель может усиливать слабые голосовые сигналы. На рынке доступно несколько типов операционных усилителей звука. Некоторые из них — LT1115, UA741 и др.

Сдвигатель уровня операционного усилителя

В операционном усилителе с одним источником питания операционный усилитель может сдвигать уровень сигнала, привязанного к земле. Сдвигатель уровня может переводить логические сигналы с одного уровня на другой. Иногда необходимо преобразовать положительный сигнал в отрицательный в допустимый диапазон для аналого-цифрового преобразователя с одним источником питания.

Делитель напряжения операционного усилителя

Операционные усилители также используются в качестве делителя напряжения. Операционный усилитель используется для изготовления делителей напряжения, поскольку использование операционного усилителя может увеличить коэффициент усиления системы.

Операционный усилитель с однополярным питанием

Операционный усилитель с однополярным питанием — это такой особый операционный усилитель с одной клеммой питания. Клемма питания обычно + Vcc. Таким образом, выход находится между диапазоном + Vcc и землей (GND) для входного сигнала.

Операционный усилитель высокого напряжения

Усилитель высокого напряжения обычно используется для усиления входного сигнала до выходного сигнала высокого напряжения. Он может обеспечить усиление мощности при напряжении и актуальные комбинации. Некоторые из применений высоковольтных операционных усилителей — струйные принтеры, ультразвуковые преобразователи, счетчики Гейгера, биомедицинские тесты и т. д.

Для детального анализа цепей… Нажмите здесь!

Различные виды IC

45588 операционный усилитель

Это еще одна интегральная схема, работающая на операционном усилителе. Это высокопроизводительная восьмиконтактная ИС, не нуждающаяся в каких-либо компонентах внешнего частотного компенсатора. Некоторые из других моделей — CF158MT, AN45588, LA6458 и др.

lm358 операционный усилитель

lm358 — это еще один тип ИС, состоящий из пары операционных усилителей. Это микросхема с низким энергопотреблением, первая разработанная компанией National Semiconductor.

ua741 операционный усилитель

Это еще один тип ИС, в состав которого входит операционный усилитель. Он имеет восемь контактов. Максимальное напряжение питания составляет + 18 В, а максимальное дифференциальное входное напряжение + 15 В. CMMR составляет 90 дБ. UA 741 используется в аудиоприложениях, музыкальных плеерах.

Lm324 операционный усилитель

Lm324 — это специально созданная ИС, которая может функционировать как усилитель, компаратор, выпрямитель и т. Д. Эта ИС имеет 14 контактов, что соответствует четырем операционным усилителям. Он имеет широкую полосу пропускания около 1 МГц и коэффициент усиления 100 дБ. Они применяются в различных областях робототехники, осцилляторов и т. Д.

Ne5532 операционный усилитель

Еще одна микросхема операционного усилителя — ne5532. Это высокопроизводительный усилитель с отличным напряжением постоянного и переменного тока. Он имеет низкий уровень шума, максимальную полосу качания выходного сигнала и высокую скорость нарастания напряжения. Различные вариации этого типа микросхем — NE5532A, SA55332 и др.

Важные параметры, правила, уравнения

Анализ схемы операционного усилителя

Анализ схемы операционного усилителя показывает функциональность каждой части операционного усилителя и то, как они соединены или взаимосвязаны для обеспечения выходного тракта. Анализ схемы операционного усилителя можно разделить на два типа:

1. разомкнутой анализ цепи
2. анализ замкнутой цепи.

Анализ схемы без обратной связи анализирует систему без системы обратной связи, а анализ схемы с обратной связью — это анализ схемы с системой обратной связи.

Концепция виртуального заземления, высокого входного импеданса и бесконечного усиления необходимы для анализа схемы операционного усилителя.

Золотые правила операционных усилителей

Один разработчик операционных усилителей всегда должен помнить о некоторых важных правилах. Они есть —

1. Операционный усилитель обеспечивает бесконечное усиление.
2. Входные сопротивления высокие.
3. Вначале через операционный усилитель не течет ток.
4. Напряжение смещения регулируется так, чтобы оно стало нулевым.

Формулы операционного усилителя

Для операционного усилителя нет жестких и быстрых формул. Есть несколько типов операционных усилителей, и у них есть свои конкретные уравнения и формулы. Like — формулы для вывода неинвертирующего ОУ: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin и формулы для вывода инвертирующего ОУ: V0 = — (Rf / R1) * Vin

Входное сопротивление операционного усилителя

Входное сопротивление велико из-за пары Дарлингтона NPN-транзисторов. Для идеального операционного усилителя входное сопротивление бесконечно. Из-за высокого входного импеданса можно предположить, что на начальном этапе ток протекает через обратную связь. Обычно значения находятся в диапазоне от 1 мегаом до 10 тераом.

Выходное сопротивление операционного усилителя

Выходное сопротивление опорных устройств операционного усилителя относительно импеданса, обеспечиваемого операционным усилителем на выходном каскаде. Идеал имеет выходное сопротивление 0 Ом. Схема выходного драйвера вызывает выходное сопротивление операционного усилителя.

Коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи

Коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя — это коэффициент усиления устройства, когда с ним не связана обратная связь. Для идеального операционного усилителя коэффициент усиления без обратной связи бесконечен. Типичное усиление без обратной связи типичного операционного усилителя составляет около 100 дБ.

Напряжение смещения операционного усилителя

Напряжение смещения операционного усилителя определяется как дифференциальное напряжение постоянного тока между входными клеммами. Для идеального операционного усилителя напряжение смещения равно нулю. Но для практического операционного усилителя внешнее напряжение подается на операционный усилитель.

Скорость нарастания операционного усилителя

Скорость нарастания операционного усилителя — это скорость изменения выходного сигнала при скачкообразном изменении входного сигнала. Это параметр для измерения производительности. Единица измерения скорости нарастания — В / мс. Для идеального операционного усилителя скорость нарастания напряжения равна нулю. Это означает, что изменение ввода немедленно отразится на выходе. Для типичного практического операционного усилителя значение скорости нарастания составляет 10 В / мкс.

Полоса пропускания операционного усилителя

Полоса пропускания усилителя — это диапазон частот, выше которого коэффициент усиления усилителя превышает 3 дБ. Для усилителя 741 МГц усилитель с обратной связью составляет 1 МГц.

Источник тока операционного усилителя

Внешний источник тока с операционным усилителем обеспечивает ток, не зависящий от сопротивления нагрузки. А так как мы ранее заземлили схему, нет шансов обнажить два соединения.

Передаточные функции операционного усилителя

Получить передаточные функции операционного усилителя можно, если операционные усилители представлены на классической блок-схеме с обратной связью. Используя процесс наложения, можно получить передаточную функцию. Передаточную функцию для неинвертирующего терминала можно записать как R1 / (R1 + Rf).

Насыщенность операционного усилителя

Есть две входные клеммы, которые принимают положительное и отрицательное напряжение насыщения. Теперь, когда операционный усилитель находится в режиме насыщения, это означает, что на выходе операционного усилителя присутствует любое напряжение насыщения, поступающее от источника питания.

Как работает операционный усилитель?

Операционный усилитель обычно проходит три стадии работы. Первый — дифференциальный входной каскад с более высоким входным сопротивлением, каскад усиления на втором каскаде и двухтактный выходной каскад с меньшим выходным сопротивлением.

Что делает операционный усилитель?

Операционный усилитель или операционный усилитель — это электронное устройство, которое выполняет определенные математические операции и усиливает входной сигнал.

Операционный усилитель. Принцип работы и схемы включения.

Aveal

01.11.2013

Продолжаем изучать основы электроники на нашем сайте, и героем сегодняшней статьи будет еще одно замечательное устройство — а именно операционный усилитель. Сегодня разберемся, что это вообще такое, как он работает, ну и парочку основных схем по традиции разберем.

Итак, по определению ОУ — это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления и несимметричным выходом. Теперь разберемся, что это значит…

ОУ имеет два входа и один выход. Один из этих входов называют неинвертирующим и обозначают на схемах плюсом, второй, соответственно, является инвертирующим. Так вот, напряжение на выходе ОУ определяется следующим образом:

U_{вых} = K(U_+\medspace-\medspace U_-)

K — это коэффициент усиления операционника, обычно он имеет значения порядка 100000 — 1000000.

Из формулы видим, что в случае, когда сигналы на обоих входах ОУ равны, на выходе ноль. Если, например, потенциал инвертирующего входа (-) стал более положительным, чем потенциал неинвертирующего входа (+), то выходной сигнал изменится в отрицательном направлении. В этом и заключается работа операционного усилителя.

Помимо уже упомянутых входов и выхода ОУ имеет также выводы для подачи питания, и вот как выглядит его обозначение на принципиальных схемах:

Чаще всего в схемах на операционниках используется обратная связь, поскольку коэффициент усиления ОУ без обратной связи слишком уж велик. В замечательной книге Хоровица и Хилла приведены несколько, а точнее два правила, которые определяют как работает операционник в схемах с обратной связью.

• Итак, первое правило заключается в том, что входы ОУ не потребляют ток. Конечно, в реальности потребление все-таки есть, поскольку идеального ничего не бывает, но это потребление составляет единицы нА, а то и меньше.
• Второе правило заключается в том, что выход ОУ стремится к тому, чтобы разность напряжений между его входами была равна нулю. Вот эта формулировка мне, честно говоря, не слишком нравится. А суть тут заключается в том, что часть выходного напряжения через цепь обратной связи передается на вход и в результате этого потенциал обоих входов ОУ выравнивается.

Для того, чтобы разобраться в работе операционного усилителя, давайте рассмотрим пару-тройку схем. И начнем со схемы неинвертирующего усилителя (кстати на схемах порой опускают обозначение выводов для подачи питания на ОУ, мы, пожалуй, тоже так поступим):

Для начала определим, какое же значение напряжения мы получим на выходе, подав на вход U_{вх}. Как следует из второго правила — операционник с обратной связью «добьется» того, чтобы потенциалы входов выровнялись, а это значит, что:

U_- = U_{вх}

Но в то же время R_1 и R_2 образуют делитель напряжения и тогда:

U_- = \frac{U_{вых}\medspace R_1}{R_1\medspace+\medspace R_2}

Приравниваем эти два значения и получаем, что:

U_{вых} = U_{вх}\medspace (1 + \frac{R_2}{R_1})

K_{ус} = \frac{U_{вых}}{U_{вх}} = 1\medspace+\medspace\frac{R_2}{R_1}

Получили такой вот коэффициент усиления для неинвертирующего усилителя на операционном усилителе с обратной связью.

Давайте рассмотрим конкретный пример, чтобы еще лучше понять работу данной схемы. Пусть будут такие номиналы: R_2 = 10\medspace КОм , R_1 = 1\medspace КОм. На вход подадим 1 В. В этом случае напряжение на выходе ОУ начнет расти, поскольку (U_+\medspace-\medspace U_- > 0).

И расти оно будет до тех пор, пока потенциал на инвертирующем (-) выходе не станет равен 1 В (так как на неинвертирующем входе (+) у нас как раз-таки 1 В). Остается определить, при каком выходном значении напряжения, U_- будет равно 1 В. Входы ОУ ток не потребляют, значит ток протекает по цепи выход — R_2 — R_1 — земля:

I = \frac{U_{вых}}{R_1\medspace+\medspace R_2} = \frac{U_-}{R_1}

Из этого равенства без проблем определим U_{вых}, при значении U_- равном 1 В:

U_{вых} = U_-\frac{R_1\medspace+\medspace R_2}{R_1}

Подставив наши значения, получим U_{вых} = 11\medspace В. Это подтверждает верность выведенной нами ранее формулы U_{вых} = U_{вх}\medspace(1 + \frac{R_2}{R_1}).

С неинвертирующим усилителем разобрались, давайте рассмотрим еще одну схему — инвертирующий усилитель.

В принципе работает эта схема практически так же, как предыдущая. На неинвертирующем (+) входе потенциал земли, значит на инвертирующем тоже будет такой же потенциал. То есть:

U_- = 0

Не забываем, что ток входы ОУ не потребляют, а значит ток протекает по цепи выход — R_2 — R_1 — вход и равен он:

I = \frac{U_{вых}\medspace-\medspace U_-}{R_2} = \frac{U_-\medspace-\medspace U_{вх}}{R_1}

Отсюда нам остается только выразить U_{out} и определить коэффициент усиления цепи:

U_{вых} = -U_{вх}\medspace\frac{R_2}{R_1}

K_{ус} = -\frac{R_2}{R_1}

Сразу же становится понятно, почему усилитель называется инвертирующим — сигналы на входе и на выходе разных знаков.

В завершение рассмотрим, пожалуй, еще одну небольшую схемку, а именно схему повторителя на операционном усилителе с обратной связью:

Если внимательно посмотреть на эту схему, то становится понятно, что это всего лишь неинвертирующий усилитель, у которого R_1 равно бесконечности, а R_2 равно нулю. Подставив эти значения в формулу для U_{out} получим:

U_{вых} = U_{вх}\medspace(1\medspace+\medspace\frac{R_2}{R_1}) = U_{вх}

Таким образом, напряжение на выходе повторяет сигнал на входе. Огромный плюс такого повторителя заключается в том, что его входной импеданс огромен, а выходной, напротив, мал. И, наверно, на этом сегодня закончим, а в следующей статье рассмотрим и проанализируем какие-нибудь схемы посложнее. До скорых встреч!

Множество применений операционного усилителя – FuelRocks

29 ноября 2022 г.

//

By

Эрик

//

Операционный усилитель is или

Guitar Equipment

связанный, дифференциальный вход, усилитель с высоким коэффициентом усиления, обычно с несимметричным выходом. Операционные усилители используются во многих приложениях, где требуется усиление сигнала без внесения искажений. Их можно найти в аудио предусилителях, активных фильтрах, интегрированные усилители звука , инструментальные усилители, изолирующие усилители, микрофонные предусилители, микшерные пульты, профессиональное звуковое оборудование, записывающее оборудование и системы звукоусиления. Термин «операционный усилитель» является сокращением от «операционный усилитель». Операционный усилитель — это усилитель с высоким коэффициентом усиления и дифференциальным входом с прямой связью, обычно с несимметричным выходом, который используется для усиления сигналов без внесения искажений. Операционные усилители используются в предусилителях звука, активных фильтрах, интегрированных усилителях звука, инструментальных усилителях, изолирующих усилителях, микрофонных предусилителях, микшерных пультах, профессиональном звуковом оборудовании, записывающем оборудовании и системах звукоусиления. Операционный усилитель является одним из наиболее важных и универсальных активных электронных устройств, используемых в современной электронике. Его популярность связана с тем, что один операционный усилитель может выполнять множество функций, включая усиление, фильтрацию и даже активное формирование сигнала.

Усилитель я сделал из какого-то хлама в подвале, а также два операционных усилителя выломал платы от (как вы уже догадались) SparkFun Electronics. В мире не так много сложных вещей, но в мире базовой электроники они есть. Гитару одним концом и динамик другим концом можно подключить к двум коммутационным платам операционных усилителей последовательно. Специальное предложение Music Man Silhouette доступно с гитарным усилителем. Они связаны по переменному току, но не на выходах. Единственный способ, которым я мог прикрепить к динамику электролитический колпачок на 100 мкФ, — это одиночный колпачок. В качестве предварительного усилителя я ожидаю хороших результатов от этого усилителя, который имеет некоторые недорогие функции.

Сигнал или напряжение можно усилить только с помощью усилителя, такого как BJT, FET, но операционный усилитель может также выполнять математические операции в дополнение к его усилению. Коэффициент усиления операционного усилителя выше, его входное сопротивление выше, и он более устойчив к помехам, чем транзисторы других типов. Операционные усилители используются для создания схем формирования сигнала.

Операционный усилитель (операционный усилитель) представляет собой интегральную схему, которая усиливает разность напряжений между двумя входами. Он назван потому, что может выполнять арифметические операции.

Для чего нужен операционный усилитель?

Фото: https://mantech.co.za

Что такое операционный усилитель (ОУ)? Операционный усилитель — это, по сути, интегральная схема, которая может усиливать слабые электрические сигналы. Операционный усилитель имеет два входа и один выход. Его основная функция заключается в усилении и выводе разности напряжений между входами.

Операционные усилители могут усиливать напряжение за счет использования внешних компонентов, таких как резистор и конденсаторы, между входами и выходами. Широкий спектр бытовых, промышленных и научных устройств оснащен операционными усилителями, что делает их одними из наиболее широко используемых электронных устройств сегодня. Операционные усилители доступны в различных конфигурациях. Можно использовать операционный усилитель. Операционный усилитель служит основой как для линейных, так и для нелинейных аналоговых систем. Выходной сигнал в линейный операционный усилитель равен коэффициенту усиления усилителя (A), который представляет собой коэффициент усиления, известный как коэффициент усиления усилителя (A), умноженный на значение входного сигнала. Усилитель, генератор сигналов, активный фильтр, таймер 555 и аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь — это лишь несколько примеров операционных усилителей в подключенной системе.

Операционный усилитель получит усиление 10 000 (9000 дБ), если он имеет контур обратной связи. В результате конструкция схемы намного упрощается из-за такого порядка величины. Коэффициент усиления операционного усилителя настолько высок, что было бы трудно создать усилитель с достаточно низким коэффициентом усиления, обеспечивающим безопасность без обратной связи. Контур обратной связи не только снижает коэффициент усиления операционного усилителя, но и упрощает конструкцию схемы, снижая ее уровень безопасности.

Что делают операционные усилители в аудио?

Фото: https://rapidonline.com

Операционные усилители (ОУ) являются одними из ключевых активных компонентов, используемых в аудиотехнике. Короче говоря, операционный усилитель принимает входной сигнал и усиливает его. Затем усиленный сигнал можно использовать для управления динамиками или другими аудиоустройствами. Операционные усилители используются в самых разных аудиоприложениях, включая предусилители, микшеры и эквалайзеры. Они также используются в некоторых типах активных громкоговорителей.

Увеличивает ли усиление операционного усилителя?

A необходимо уменьшить, чтобы увеличить коэффициент усиления. Для этого увеличьте отношение R2 к R1. Поскольку резистор обратной связи должен быть больше или меньше, понижение входной обратной связи до инвертирующего входа для сигнала с фиксированным усилением невозможно.

Когда я создаю операционный усилитель с более низким коэффициентом усиления, он сохранит свой коэффициент усиления для большей полосы пропускания. Это термин, который относится к коэффициенту усиления, который обеспечивает одиночный операционный усилитель , но не для каждого усилителя. Поскольку в операционных усилителях с обратной связью по напряжению требуется компенсация доминирующего полюса, это верно только для операционных усилителей с обратной связью по напряжению. Поскольку полоса пропускания требуется всегда, увеличение коэффициента усиления требует ее уменьшения. Когда присутствует операционный усилитель, он получает доминирующий полюс. В результате усиление без обратной связи остается постоянным на уровне 20 дБ/декада и частоты. При усилении 1000 у вас будет полоса пропускания 1 кГц. Усиление увеличивается с увеличением R, но полоса пропускания уменьшается с уменьшением R.

Операционный усилитель Гитарный усилитель

Операционный усилитель (операционный усилитель) — это электронный усилитель , который принимает дифференциальное входное напряжение и создает выходное напряжение, пропорциональное величине разности входных напряжений. Это ключевой компонент многих электронных схем, в том числе аудиоусилителей и гитарных усилителей.

Схемы операционных усилителей

Операционный усилитель представляет собой усилитель с высоким коэффициентом усиления с прямой связью, обычно состоящий из одного или нескольких дифференциальных усилителей, за которыми следуют регулятор уровня и выходной каскад. Операционный усилитель усиливает разницу между входными клеммами. Основная концепция обратной связи операционного усилителя была разработана Х.С. Черный в 1941.

Операционный усилитель (также известный как усилитель) — это обычный строительный блок для проектирования электронных схем. Идеальный операционный усилитель — это тот, который управляется напряжением и не имеет входного импеданса и выходного импеданса. Использование операционных усилителей в электронных системах неуклонно растет в последние годы, поскольку они просты в конструкции и являются важным компонентом большинства электронных систем. Этот тип усилителя уникален тем, что не содержит переключающего элемента. Инвертирующие усилители используют отрицательную обратную связь для подачи нулевого напряжения между входами операционного усилителя. В результате получается хороший буферный усилитель, который может иметь бесконечное входное напряжение и не иметь импеданса на входе. Он определяется делителем напряжения R1 и R2, образованным резисторами R1 и R2.

Нашему пониманию того, как работают эти схемы, может помочь идеальная модель операционного усилителя. Эти схемы могут набирать мощность в зависимости от истинных значений резистора. Эти схемы операционных усилителей используются для усиления различных аналоговых сигналов. Более подробную информацию об операционных усилителях можно найти в превосходных материалах в ссылках 3 и 4 ниже.

Различные типы операционных усилителей

На практике источники питания не идеальны; на операционном усилителе есть несколько падений напряжения. При расчете выходного напряжения операционного усилителя используется среднее значение входного напряжения, при этом максимальное падение напряжения является наиболее значительным.

Этот процесс известен как отрицательная обратная связь и способствует стабилизации напряжения. Отрицательная обратная связь позволяет току отражаться обратно на вход, в результате чего выходное напряжение отклоняется от входного напряжения и в конечном итоге останавливает цепь. Для правильной работы операционных усилителей требуется постоянное напряжение. Об этом не нужно беспокоиться, если операционный усилитель питается от источника постоянного тока; это работает просто отлично. Однако, в зависимости от ваших обстоятельств, иногда может потребоваться питание от сети переменного тока. Решением этой проблемы было бы использование источника питания для преобразования мощности переменного тока в постоянный или использование операционного усилителя с поддержкой переменного тока. Операционный усилитель состоит из интегральной схемы и может усиливать слабые электрические сигналы. В операционном усилителе есть два входа и один выход. Это основное устройство для контроля разницы напряжений между входными и выходными контактами. В зависимости от добавленных внешних компонентов операционные усилители можно использовать в различных приложениях. ОУ, вообще, усилители напряжения , которые можно разделить на два типа: неинвертирующие и инвертирующие. Операционный усилитель — это тип компонента переменного тока, потому что для его правильной работы требуется напряжение. Большую часть времени операционный усилитель отлично работает с источником переменного тока; вопрос не критичен.

Как работает компаратор операционных усилителей — Учебные пособия по электронике

Опубликовано 14 октября 2022 г.

Вы когда-нибудь задумывались, как работает схема компаратора операционных усилителей? Или как настроить схему компаратора ОУ? Операционные усилители можно использовать в качестве компараторов, если это необходимо, и их настройка проста, производительность не велика, но обычно приемлема, и обычно у людей валяются операционные усилители, но не компараторы.

Что такое компаратор и как его использовать?

Итак, что такое компаратор? Как следует из названия, это устройство или схема, которая сравнивает уровень напряжения двух входов, а затем, в зависимости от того, какой из них выше, выдает либо высокое, либо низкое напряжение. Несмотря на то, что он грубый, его можно считать очень простым аналого-цифровым преобразователем, который берет аналоговый вход и превращает его в цифровой выход. Его также можно считать очень простым средством принятия решений, не требующим абсолютно никакого кодирования. Например, если у вас есть датчик температуры с аналоговым выходом напряжения. При этом вы можете решить, что вы хотите, чтобы нагреватель включался ниже определенной температуры, и установить опорное напряжение компаратора в той точке, в которой вы хотите, чтобы он включался. В идеале вам нужен какой-то гистерезис в этой цепи, чтобы вы не включали и не выключали нагреватель быстро, но грубая концепция верна.

Давайте без лишних слов представим схему и базовую чувствительность схемы компаратора.

Концептуальный обзор работы компаратора операционных усилителей

Это все, что вам нужно, чтобы собрать схему и заставить ее работать так, как вы хотите. Однако, чтобы концептуально понять, что происходит, необходим краткий обзор базовой работы операционного усилителя.

В случае операционного усилителя выход усиливает разницу между двумя входами. Если напряжение на неинвертирующем входе выше, чем напряжение на инвертирующем входе, на выходе будет создаваться положительное напряжение, которое усиливает разницу входных напряжений. В идеале этот коэффициент усиления бесконечен, хотя реальные операционные усилители, очевидно, не бесконечны, коэффициент усиления все еще очень велик. Обычно этот выход подключается к одному из входов и уравновешивает два входных напряжения. Однако, поскольку выход не подключен к входу в качестве обратной связи, выход насыщается до такого высокого напряжения, какое способен генерировать операционный усилитель. И, конечно же, верно обратное. Если инвертирующий вход является более высоким входом, чем неинвертирующий вход, выход будет насыщаться до такого низкого напряжения, которое может генерировать операционный усилитель.

В этот момент может быть полезно заметить, что вам может не понадобиться отрицательное напряжение для питания рабочего операционного усилителя, что обычно упрощает требования к питанию. Однако ваша ситуация может отличаться как от вашей схемы, так и от того, работает ли ваш операционный усилитель от шины к шине. Как всегда, продумывайте свои собственные проекты и требования!

Практические соображения по использованию операционного усилителя в качестве компаратора:

Когда мы познакомились с компаратором операционного усилителя, я упомянул, что его производительность обычно приемлема, но не велика. В основном это связано с тем, что операционные усилители не были предназначены в первую очередь для использования в качестве компараторов, работающих в области насыщения. Они предназначены для получения чистого линейного выходного сигнала, в отличие от специальных компараторов, которые предназначены для максимально быстрого переключения с одной направляющей на другую. Это изменение фокуса дизайна приводит к следующим проблемам с производительностью:

• Компараторы на операционных усилителях не так чувствительны, как специализированные компараторы.
• Компараторы на операционных усилителях, как правило, имеют более узкую полосу пропускания, чем компараторы.
• Компараторы операционных усилителей рассеивают большую мощность в своей рабочей области насыщения.
• Операционные усилители, как правило, дороже компараторов.
• Операционные усилители могут быть не в состоянии справиться с большим расхождением напряжения между входами, обычно они имеют очень небольшую разницу между входными напряжениями.

Но это еще не все плохие новости для операционных усилителей — компараторы обычно имеют более высокое напряжение смещения и вход смещения, чем операционные усилители. Если вы подумаете об этом, вы, вероятно, сможете самостоятельно придумать несколько веских причин, почему разработчик компаратора не уделяет особого внимания этим параметрам, как это сделал бы разработчик операционного усилителя. И если вход компаратора имеет слишком низкий импеданс, вы всегда можете использовать повторитель напряжения на операционном усилителе, чтобы устранить эту проблему.

Резюме

Использование операционного усилителя в качестве компаратора является простой и общепринятой практикой. Хотя их производительность, как правило, не так хороша, как у специализированного компаратора, для большинства приложений, которые не требуют экстремального времени отклика или ограничены в своих требованиях к питанию, они работают достаточно хорошо. Если вам нужно улучшение в этих областях, вам подойдет специальный компаратор, который, с точки зрения конфигурации, достаточно похож, чтобы эти концепции все еще применялись.

• Операционный усилитель (11)
• Компаратор (6)

Автор:

Джош Бишоп

Интересуясь встраиваемыми системами, туризмом, кулинарией и чтением, Джош получил степень бакалавра электротехники в Университете штата Бойсе.