Operációs erősítő vagy Operációs amplitron

Electrical4u

Mező: Alapvető Elektrotechnika

China

Operációs erősítő vagy op amp egy DC csatolt feszültségerősítő nagyon magas feszültségnyereséggel.

Az op amp alapján több szintű erősítő, amelyben számos erősítőszakasz összekapcsolódik egymással nagyon összetett módon. A belső áramkör sok tranzisztorból, FET-ből és ellenállásból áll. Mindezt nagyon kis tér foglalja el. Ezért kis csomagban szolgáltatják, és integrált áramkör (IC) formában érhető el. Az Op Amp kifejezést használjuk olyan erősítőre, amelyet konfigurálhatunk különböző műveletek végrehajtására, mint például erősítés, kivonás, differenciálás, összeadás, integrálás stb. Egy példa a nagyon népszerű IC 741.

A szimbólum és tényleges megjelenése az IC formában látványosan látható. A szimbólum nyílfejnek tűnik, ami azt jelzi, hogy a jel a kimenetről a bemenetre halad. op-amp symbol of op-amp

Operációs erősítő bemeneti és kimeneti terminálai

Egy op-amp két bemeneti terminálja és egy kimeneti terminálja van. Az op-ampnak két feszültségellátási terminálja is van, ahogy fent látható. A két bemeneti terminál a differenciális bemenetet képezi. A negatív (-) jelű terminált inverz terminálnak, a pozitív (+) jelű terminált pedig inverznélküli terminálnak nevezzük az operációs erősítő esetében. Ha bemeneti jelet adunk a inverz terminálhoz (-), akkor a kimeneti jel 180o-kal ellentétes fázissal lesz a bemeneti jelhez képest. Ha bemeneti jelet adunk az inverznélküli terminálhoz (+), akkor a kimeneti jel a bemeneti jelhez képest ugyanabban a fázisban lesz, azaz nincs fáziselmozdulás.

Operációs erősítő energiátovábbítása

Ahogy a fenti ábrából látható, két bemeneti energiaellátási terminálja van +VCC és –VCC. Az op-amp működéséhez szükséges egy kétpolusú DC ellátás. A kétpolusú ellátásnál a +VCC-t a pozitív DC ellátáshoz, a –VCC terminált pedig a negatív DC ellátáshoz kötjük. Néhány op-amp viszont egy polusú ellátásra is működhet. Figyelemre méltó, hogy nincs közös föld terminálja az op-ampoknak, így a földet külsőleg kell meghatározni.

Op Amp működési elve

Operációs erősítő nyilt hurok működése

Ahogy fent említettük, az op-ampnak differenciális bemenete és egyoldalú kimenete van. Ha két jelet adunk, az egyik az inverz, a másik az inverznélküli terminálhoz, akkor egy ideális op-amp az alkalmazott bemeneti jelek különbségét erősíti. Ezt a különbséget a differenciális bemeneti feszültségnak nevezzük. Az alábbi egyenlet adja az operációs erősítő kimenetét.Ahol, VOUT az op-amp kimeneti terminálán lévő feszültség. AOL az adott op-amp nyilt hurok nyeresége, és állandó (ideálisan). Az IC 741 esetén AOL 2 x 105.
V1 az inverznélküli terminál feszültsége.
V2 az inverz terminál feszültsége.
(V1 – V2) a differenciális bemeneti feszültség.
A fenti egyenletből világos, hogy a kimenet csak akkor nem nulla, ha a differenciális bemeneti feszültség nem nulla (V1 és V2 nem egyenlők), és nulla, ha V1 és V2 egyenlőek. Ez egy ideális feltétel, gyakorlatilag apró eltérések vannak az op-ampban. Az op-amp nyilt hurok nyeresége nagyon magas. Tehát, egy nyilt hurokú operációs erősítő kis alkalmazott differenciális bemeneti feszültséget nagy értékűvé erősíthet. Ugyanakkor, ha kis differenciális bemeneti feszültséget adunk, az operációs erősítő jelentős értékre erősíti, de a kimeneti jel nem haladhatja meg az op-amp ellátási feszültségét. Így nem sérti a tömegmegmaradás törvényét.

Zárt hurok működés

A fenti op-amp működése nyilt hurokon, azaz visszacsatolás nélkül volt. A zárt hurok konfigurációban bevezetünk visszacsatolást. Ez a visszacsatolási útvonal a kimeneti jelet a bemenethez visszaadja. Tehát a bemeneten két jel jelenik meg egyszerre. Az egyik a szóban forgó alkalmazott jel, a másik pedig a visszacsatolt jel. Az alábbi egyenlet mutatja a zárt hurokú op-amp kimenetét.Ahol VOUT az op-amp kimeneti terminálán lévő feszültség. ACL a zárt hurok nyeresége. A zárt hurok nyereséget (ACL) a visszacsatolási áramkör határozza meg. VD = (V1 – V2) a differenciális bemeneti feszültség. A visszacsatolást pozitívnak nevezzük, ha a visszacsatolási útvonal a kimeneti terminált visszaadja az inverznélküli (+) terminálhoz. A pozitív visszacsatolást oszcillátorokban használjuk. A visszacsatolást negatívnak nevezzük, ha a visszacsatolási útvonal részét a kimeneti jelet az inverz (-) terminálhoz visszaadja. A negatív visszacsatolást az erősítőként használt op-ampoknál használjuk. Minden típusú visszacsatolás, negatív vagy pozitív, rendelkezik előnyeivel és hátrányainak.