Inleiding tot operasionele versterkers: 7 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

In hierdie instruksies gee ek 'n inleiding tot die operasionele versterker, een van die nuttigste analoog toestelle. Hierdie toestel kan gekonfigureer word as 'n nie-omkerende of omkerende versterker, 'n vergelyker, spanningsversterker, somversterker, instrumentasie-versterker, buffer, aktiewe filter, Wienbrug-ossillator plus vele ander toepassings. Die opamp kom in verskillende konfigurasies voor, soos die enkele LM741 8 -pins DIP of die LM324 14 -pins quad op -amp wat hierbo getoon word. Daar is ook tipes wat in oppervlakte -bergvariante beskikbaar is.

Stap 1: Wat is 'n operasionele versterker?

Die operasionele versterker, ook bekend as 'n op-amp, is 'n DC-gekoppelde hoogversterkingsversterker wat in 'n IC-chip opgeneem is. Hulle het twee insette (differensiële insette) en een uitset. Dit word sedert die eerste toestelle in die laat 1960's as boustene in analoog elektronika gebruik. Een van die mooiste van hierdie toestelle is dat dit elektroniese ontwerp baie vereenvoudig het deur hul standaardisering. Die ontwerp van versterkers met diskrete komponente het baie aanpassings behels weens die verskille tussen aktiewe toestelle. As versterkers almal uit dieselfde silikonvorm gemaak is, kan hulle almal dieselfde gemaak word en dieselfde eienskappe hê. By die ontwerp met operasionele versterkers kan 'n spesifieke wins vir die toestel verkry word deur twee eksterne weerstande met 'n spesifieke weerstandsverhouding te installeer. As 'n spanningsversterking van 100 byvoorbeeld verlang word, kan 'n 100k -weerstand en 'n 1k -weerstand in die stroombaan geplaas word om 'n verhouding van 100 te verkry. Deur hierdie strategie te gebruik, is die wins elke keer dieselfde. Die gewildste op-amp van alle tye is die 741 wat al sedert die vroeë 70's bestaan en deur generasies stokperdjies gebruik is in alles, van klankversterkers tot kragbronne. Die 741 word al jare lank nie deur die industrie gebruik nie, omdat beter versterkers ontwikkel is, maar hulle het steeds 'n aanhang onder stokperdjies en is maklik verkrygbaar. Die eerste toestelle kom in 'n 8 -pins dubbele inline -pakketstyl of in 'n sirkelvormige metaalblik. Later het toestelle vir oppervlakmontering beskikbaar geword. Die 741 en ander op-versterkers van sy vintage gebruikte bipolêre transistors met toestelle wat veld-effek transistor insette gebruik wat later uitkom. Veld -effek -transistor -insette is begin gebruik vanweë die behoefte aan groter insetimpedansie en laer stroomafvoer.

Stap 2: Die nie-omkeerversterker

Die nie-omkeerversterker is die eerste stroombaan wat ons sal dek. In die diagram hierbo is die op -versterker bedraad met die ingang na die positiewe inset, terwyl die terugvoerweerstand na die negatiewe inset gaan. Die verhouding van Rf tot Rg bepaal die wins. In die geval van die bogenoemde stroombaan, is die spanningsversterking 10. Die diagram in die middel van die "werklike wêreld" -beperkings van die 741 versterker wanneer 'n 10 kHz vierkante golf in die ingang gevoer word, maar as 'n driehoekige golfvorm uitkom a.g.v. die beperkte skakelsnelheid van die toestel. As die inset verlaag word tot 'n 1 kHz vierkante golf, verbeter die uitset en lyk dit meer na 'n regte vierkantgolf. Die meting van die vermoë van die op amp om die amplitudeveranderinge van die insetsignaal te volg, word die "slewsnelheid" genoem en word gemeet in volt per mikrosekonde. Die 741 het 'n baie maklike telling op.5 volt per mikrosekonde. Hoëspoed-versterkers het 'n maksimum van 5000 volt per mikrosekonde, hoewel 'n tipiese een soos die TL081 'n gemiddelde telling van 13 volt per mikrosekonde sal hê.

Stap 3: Die omkeerversterker

Die opamp kan so gekonfigureer word dat 'n negatiewe golfvorm van 1 volt omgekeerd en versterk kan word om 'n positiewe golfvorm van 10 volt te gee. Gebruike vir hierdie opset kan oral wees waar 'n faseverandering nodig is, soos in die bestuurderfases van diskrete transistorversterkers.

Stap 4: Gebruik 'n Op Amp as 'n Square Wave to Sine Wave -omskakelaar

Bogenoemde stroombaan verander 'n 1000 Hz vierkante golf na 'n 1000 Hz sinusgolf. Dit word gedoen deur alle frekwensiekomponente (harmonieke) bo en onder die fundamentele, wat 'n sinusgolf is, uit te filter. In plaas daarvan om weerstande in die terugvoerkring te gebruik, gebruik ons frekwensieselektiewe komponente (kapasitors) wat negatiewe terugvoer gee om die ongewenste frekwensies uit te skakel. Die middelste diagram toon die werklike gesimuleerde stroombaan en die golfvorm wat geproduseer word. Die derde diagram toon die frekwensierespons van die stroombaan. Die tegniese naam van hierdie tipe stroombaan is 'n aktiewe banddeurlaatfilter. Dit laat slegs 'n baie smal band frekwensies deur sonder om te verswak.

Stap 5: Gebruik 'n op -versterker as 'n vergelyker

Daar is spesiale skyfies wat beter vergelykers is, maar soms het u miskien nie een byderhand nie, dus is dit altyd handig om te weet hoe u 'n vergelyking uit 'n opamp kan maak. 'N Vinnige oorsig van wat 'n vergelyker is, dit is eintlik 'n opamp wat as 'n versterker opgestel is sonder terugvoer, sodat die versterker met sy maksimum wins kan werk. As een ingang gekoppel is aan 'n spesifieke spanning, soos die 3 volt wat op die diagram getoon word, sal die stroombaan 'n uitset lewer wat byna die maksimum spoorspanning is wanneer die twee insette op dieselfde spanning is. In die geval van die bogenoemde stroombaan, gee 'n sinusgolf van 1 kHz 'n uitset wanneer dit bo 3 volt styg en skakel weer as die sinusgolf onder 3 volt daal. Vergelykers word algemeen gebruik in (ADC's) en ontspannings ossillators.

Stap 6: Bou 'n opsommingsversterker met 'n Opamp

Die somversterker hierbo neem twee seine van 1 kHz in, een van 10 mV piek tot piek en 'n ander van 20 mV piek tot piek. Die gevolglike uitset is 60 mV piek tot piek. Aangesien dit 'n omkerende versterker is, gee dit 'n sein van die teenoorgestelde fase uit.

Somversterkers word gebruik in klankmengers waar verskillende insette bymekaar gevoeg moet word. Deur seine in potensiometers in te voer, kan die seine gevarieer word om die gewenste uitset te lewer.

Stap 7: Klankmenger met drie invoer

Hierdie kring kan gebruik word om twee instrumente en 'n vokale snit saam te meng; meer insette kan bygevoeg word indien nodig. Elke insetvlak kan onafhanklik aangepas word met die potensiometers.