Μη

Το Op-Amp, συντομογραφία για τον ενισχυτή λειτουργίας είναι η ραχοκοκαλιά της Analog electronics. Ένας λειτουργικός ενισχυτής είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα συνδεδεμένο με DC που ενισχύει την τάση από μια διαφορική είσοδο χρησιμοποιώντας ανατροφοδότηση αντίστασης. Τα Op-Amps είναι δημοφιλή για την ευελιξία τους, καθώς μπορούν να διαμορφωθούν με πολλούς τρόπους και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διαφορετικές πτυχές. Ένα κύκλωμα op-amp αποτελείται από λίγες μεταβλητές όπως εύρος ζώνης, αντίσταση εισόδου και εξόδου, περιθώριο κέρδους κ.λπ. Διαφορετική κατηγορία op-amp έχει διαφορετικές προδιαγραφές ανάλογα με αυτές τις μεταβλητές. Υπάρχουν πολλά op-amp που διατίθενται σε διαφορετικά πακέτα ολοκληρωμένου κυκλώματος (IC), ορισμένα op-amp έχουν δύο ή περισσότερα op-amp σε ένα μόνο πακέτο. Τα LM358, LM741, LM386 είναι μερικά κοινά χρησιμοποιούμενα Op-amp IC. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τα Op-amp ακολουθώντας την ενότητα κυκλωμάτων Op-amp.

Ένα op-amp έχει δύο διαφορικούς πείρους εισόδου και έναν πείρο εξόδου μαζί με πείρους τροφοδοσίας. Αυτοί οι δύο ακροδέκτες εισόδου είναι ακροδέκτης αντιστροφής ή αρνητικός και μη αντιστρεπτικός ακροδέκτης ή θετικός. Ένα op-amp ενισχύει τη διαφορά τάσης μεταξύ αυτών των δύο ακίδων εισόδου και παρέχει την ενισχυμένη έξοδο σε ολόκληρο τον Vout ή τον πείρο εξόδου.

Ανάλογα με τον τύπο εισαγωγής, το op-amp μπορεί να ταξινομηθεί ως Αντιστροφή ή Μη αντιστροφή. Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθουμε πώς να χρησιμοποιούμε το op-amp σε μη μετατροπή διαμόρφωσης.

Στην μη αναστρέψιμη διαμόρφωση, το σήμα εισόδου εφαρμόζεται σε όλο το μη αναστρέψιμο τερματικό εισόδου (θετικό τερματικό) του op-amp. Λόγω αυτού, η ενισχυμένη έξοδος γίνεται «σε φάση » με το σήμα εισόδου.

Όπως συζητήσαμε προηγουμένως, το Op-amp χρειάζεται ανατροφοδότηση για να ενισχύσει το σήμα εισόδου. Αυτό επιτυγχάνεται γενικά με την εφαρμογή ενός μικρού μέρους της τάσης εξόδου πίσω στον ακροδέκτη αντιστροφής (Σε περίπτωση διαμόρφωσης μη αναστροφής) ή στον ακροδέκτη μη αντιστροφής (Σε περίπτωση ακίδας αντιστροφής), χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο διαχωριστή τάσης.

Μη αναστρέψιμη διαμόρφωση λειτουργικού ενισχυτή

Στην επάνω εικόνα, εμφανίζεται ένα op-amp με διαμόρφωση μη αναστροφής. Το σήμα που πρέπει να ενισχυθεί χρησιμοποιώντας το op-amp τροφοδοτείται στον θετικό ή μη αναστρέψιμο πείρο του κυκλώματος op-amp, ενώ ένας διαχωριστής τάσης που χρησιμοποιεί δύο αντιστάσεις R1 και R2 παρέχει το μικρό μέρος της εξόδου στην αντιστροφή πείρο του κυκλώματος op-amp. Αυτές οι δύο αντιστάσεις παρέχουν την απαιτούμενη ανατροφοδότηση στο op-amp. Σε ιδανική κατάσταση, ο πείρος εισόδου του op-amp θα παρέχει υψηλή αντίσταση εισόδου και ο πείρος εξόδου θα βρίσκεται σε χαμηλή αντίσταση εξόδου.

Η ενίσχυση εξαρτάται από αυτές τις δύο αντιστάσεις ανάδρασης (R1 και R2) συνδεδεμένες ως διαμόρφωση διαιρέτη τάσης. R2 αναφέρεται ως Rf (Feedback αντιστάτη)

Η έξοδος διαιρέτη τάσης που τροφοδοτείται στον ακροδέκτη του ενισχυτή είναι ίση με το Vin, καθώς τα σημεία σύνδεσης Vin και διαχωριστή τάσης βρίσκονται στον ίδιο κόμβο γείωσης.

Λόγω αυτού, και καθώς ο Vout εξαρτάται από το δίκτυο ανατροφοδότησης, μπορούμε να υπολογίσουμε την αύξηση τάσης κλειστού βρόχου όπως παρακάτω.

Κέρδος μη αντιστρεπτικού Op-amp

Καθώς η τάση εξόδου διαιρέτη τάσης είναι ίδια με την τάση εισόδου , διαχωριστικό Vout = Vin

Έτσι, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Ή, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Το συνολικό κέρδος τάσης του ενισχυτή (Av) είναι Vout / Vin

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

Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το κέρδος τάσης κλειστού βρόχου ενός μη λειτουργικού ενισχυτή

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

Έτσι, από αυτόν τον παράγοντα, το κέρδος op-amp δεν μπορεί να είναι χαμηλότερο από το κέρδος ενότητας ή το 1. Επίσης, το κέρδος θα είναι θετικό και δεν μπορεί να είναι σε αρνητική μορφή. Το κέρδος εξαρτάται άμεσα από την αναλογία Rf και R1.

Τώρα, το ενδιαφέρον είναι ότι, αν βάλουμε την τιμή της αντίστασης ανάδρασης ή του Rf ως 0, το κέρδος θα είναι 1 ή ενότητα. Και αν το R1 γίνει 0, τότε το κέρδος θα είναι άπειρο. Αλλά είναι μόνο δυνατό θεωρητικά. Στην πραγματικότητα, εξαρτάται ευρέως από τη συμπεριφορά op-amp και το κέρδος ανοιχτού βρόχου.

Το Op-amp μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως τάση εισόδου τάσης προσθήκης δύο ως άθροισμα ενισχυτή.

Πρακτικό παράδειγμα μη ενισχυτή ενισχυτή

Θα σχεδιάσουμε ένα κύκλωμα op-amp που δεν αναστρέφει το οποίο θα παράγει αύξηση τάσης 3x στην έξοδο συγκρίνοντας την τάση εισόδου.

Θα κάνουμε είσοδο 2V στο op-amp. Θα διαμορφώσουμε το op-amp σε μη αναστρέψιμη διαμόρφωση με δυνατότητες κέρδους 3x. Επιλέξαμε την τιμή της αντίστασης R1 ως 1,2k. Θα μάθουμε την τιμή της αντίστασης Rf ή R2 και θα υπολογίσουμε την τάση εξόδου μετά την ενίσχυση.

Καθώς το κέρδος εξαρτάται από τις αντιστάσεις και ο τύπος είναι Av = 1 + (Rf / R1)

Στην περίπτωσή μας, το κέρδος είναι 3 και η τιμή του R1 είναι 1. 2k. Έτσι, η τιμή του Rf είναι, 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

Μετά την ενίσχυση, η τάση εξόδου θα είναι

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

Το παράδειγμα κυκλώματος φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Το R2 είναι η αντίσταση ανάδρασης και η ενισχυμένη έξοδος θα είναι 3 φορές από την είσοδο.

Ενισχυτής τάσης ή ενισχυτής Unity Gain

Όπως συζητήθηκε προηγουμένως, αν κάνουμε το Rf ή το R2 ως 0, αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει αντίσταση στο R2 και το Resistor R1 είναι ίσο με το άπειρο, τότε το κέρδος του ενισχυτή θα είναι 1 ή θα επιτύχει το κέρδος ενότητας. Καθώς δεν υπάρχει αντίσταση στο R2, η έξοδος μειώνεται με την αρνητική ή ανεστραμμένη είσοδο του op-amp. Καθώς το κέρδος είναι 1 ή ενότητα, αυτή η διαμόρφωση ονομάζεται διαμόρφωση ενισχυτή ενότητας ή ακόλουθος τάσης ή buffer.

Καθώς τοποθετούμε το σήμα εισόδου στη θετική είσοδο του op-amp και το σήμα εξόδου βρίσκεται σε φάση με το σήμα εισόδου με κέρδος 1x, λαμβάνουμε το ίδιο σήμα σε όλη την έξοδο του ενισχυτή. Έτσι, η τάση εξόδου είναι η ίδια με την τάση εισόδου. Έξοδος τάσης = Τάση σε.

Έτσι, θα ακολουθήσει την τάση εισόδου και θα παράγει το ίδιο σήμα αντιγραφής σε όλη την έξοδο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ονομάζεται κύκλωμα παρακολούθησης τάσης.

Η σύνθετη αντίσταση εισόδου του op-amp είναι πολύ υψηλή όταν χρησιμοποιείται ένας ρυθμιστής τάσης ή διαμόρφωση κέρδους ενότητας. Μερικές φορές η αντίσταση εισόδου είναι πολύ υψηλότερη από 1 Megohm. Έτσι, λόγω της υψηλής αντίστασης εισόδου, μπορούμε να εφαρμόσουμε αδύναμα σήματα σε όλη την είσοδο και δεν θα ρέει ρεύμα στον πείρο εισόδου από την πηγή σήματος στον ενισχυτή. Από την άλλη πλευρά, η αντίσταση εξόδου είναι πολύ χαμηλή και θα παράγει την ίδια είσοδο σήματος στην έξοδο.

Στην παραπάνω εικόνα εμφανίζεται η διαμόρφωση του ακόλουθου. Η έξοδος συνδέεται απευθείας μέσω του αρνητικού τερματικού του op-amp. Το κέρδος αυτής της διαμόρφωσης είναι 1x.

Οπως γνωρίζουμε, Κέρδος (Av) = Vout / Vin Έτσι, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

Λόγω της υψηλής αντίστασης εισόδου, το ρεύμα εισόδου είναι 0, οπότε η ισχύς εισόδου είναι επίσης 0. Ο ακόλουθος τάσης παρέχει μεγάλο κέρδος ισχύος στην έξοδο του. Λόγω αυτής της συμπεριφοράς, ο ακόλουθος τάσης χρησιμοποιείται ως κύκλωμα buffer.

Επίσης, η διαμόρφωση buffer παρέχει καλό παράγοντα απομόνωσης σήματος. Λόγω αυτής της δυνατότητας, το κύκλωμα ακόλουθου τάσης χρησιμοποιείται σε ενεργά φίλτρα τύπου Sallen-key όπου τα στάδια φίλτρου είναι απομονωμένα το ένα από το άλλο χρησιμοποιώντας διαμόρφωση op-amp follower τάσης.

Υπάρχουν επίσης διαθέσιμα ψηφιακά κυκλώματα buffer, όπως 74LS125, 74LS244 κ.λπ.

Καθώς μπορούμε να ελέγξουμε το κέρδος του μη αναστρέψιμου ενισχυτή, μπορούμε να επιλέξουμε πολλαπλές τιμές αντιστάσεων και να παράγουμε έναν μη αναστρέψιμο ενισχυτή με μεταβλητό εύρος κέρδους.

Οι μη αναστρέψιμοι ενισχυτές χρησιμοποιούνται σε τομείς ηλεκτρονικών ήχου, καθώς και σε εύρος, μίκτες και διάφορα μέρη όπου απαιτείται ψηφιακή λογική χρησιμοποιώντας αναλογικά ηλεκτρονικά.