Hoe werk 'n operasionele versterker (O- Pamp)?

Hoe werk 'n operasionele versterker?

'n Operasionele versterker (Op-Amp) is 'n hoogs geïntegreerde elektroniese komponent wat wyd gebruik word in skakels vir seinversterking, filtering, integrasie, differensiasie en baie ander toepassings. Sy primêre funksie is om die verskil in spanning tussen sy twee insetterminals te versterk. Hier is 'n verduideliking van hoe 'n operasionele versterker werk en sleutelkonsepte:

1. Basiese Struktuur

• 'n Operasionele versterker het tipies vyf pyns:

• Nie-inverteerende Inset (V+): Positiewe insetterminal.

• Inverteerende Inset (V−): Negatiewe insetterminal.

• Uitset (Vout ): Versterkte uitsetsein.

• Positiewe Spanningsvoorsiening (Vcc ): Positiewe voorsieningsspanning.

• Negatiewe Spanningsvoorsiening (Vee ): Negatiewe voorsieningsspanning.

2. Werkprinsipe

Aanname vir 'n Ideale Operasionele Versterker

• Oneindige Versterking: Ideaal gesproke, is die versterking A van die op-amp oneindig.

• Oneindige Insetimpedans: Die insetimpedans Rin is oneindig, wat beteken dat die insetstroom byna nul is.

• Nul Uitsetimpedans: Die uitsetimpedans Rout is nul, wat beteken dat die uitsetstroom willekeurig groot kan wees sonder dat dit die uitsetspanning beïnvloed.

• Oneindige Bandwydte: Ideaal gesproke, kan die op-amp by alle frekwensies werken sonder enige beperkings.

Kenmerke van 'n Echte Operasionele Versterker

• Eindige Versterking: In praktyk is die versterking A van die op-amp eindig, tipies tussen tien tot die vyfde mag en tien tot die sesde mag.

• Eindige Insetimpedans: Die werklike insetimpedans is nie oneindig nie, maar is baie hoog (megohmvlak).

• Nie-Nul Uitsetimpedans: Die werklike uitsetimpedans is nie nul nie, maar is baie laag.

• Eindige Bandwydte: Die werklike bandwydte van die op-amp is beperk, tipies tussen honderde kilohertz en megahertz.

3. Basiese Bedryfsmodusse

Ooplus Konfigurasie

Ooplus Versterking: In ooplus konfigurasie versterk die op-amp se versterking A direk die differensiele insetspanning

Verzadiging: As gevolg van die hoë versterking A, kan selfs 'n klein insetspanningsverskil die uitsetspanning laat bereik die grense van die voorsieningsspannings (d.w.s. Vcc of Vee ).

Geslote-lus Konfigurasie

Negatiewe Terugvoer: Deur negatiewe terugvoer in te voer, kan die versterking van die op-amp gekontroleer word om binne 'n redelike bereik te werk.

Negatiewe Terugvoer Skakel: Algemene negatiewe terugvoerskakels sluit inverteerende versterkers, nie-inverteerende versterkers en differensiële versterkers in.

Virtuele Kortsluiting en Virtuele Ooplus: In negatiewe terugvoerskakels is die spannings by die twee insetterminals van die op-amp byna gelyk (virtuele kortsluiting), en die insetstroom is byna nul (virtuele ooplus).

4. Algemene Toepassingskakels

Inverteerende Versterker

Skakelstruktuur: Die insetsein word deur 'n weerstand R1 na die inverteerende inset V − gevoer, en 'n terugvoerweerstand Rf verbind die uitset Vout met die inverteerende inset V- .

Nie-inverteerende Versterker

Skakelstruktuur: Die insetsein word deur 'n weerstand R1 na die nie-inverteerende inset V + gevoer, en 'n terugvoerweerstand Rf verbind die uitset Vout met die inverteerende inset V− .

Differensiële Versterker

Skakelstruktuur: Twee insetseine word toegepas op die nie-inverteerende inset V+ en die inverteerende inset V− , en 'n terugvoerweerstand Rf verbind die uitset V out met die inverteerende inset V − .

5. Opsomming

'n Operasionele versterker werk deur die verskil in spanning tussen sy twee insetterminals te versterk, met die kernfunksionaliteit wat afhang van hoë versterking en negatiewe terugvoer-meganismes. Deur verskillende skakelkonfigurasies te gebruik, kan op-amps verskeie funksies soos versterking, filtering, integrasie en differensiasie uitvoer. Die begrip van die werkprinsipes en algemene toepassingskakels van op-amps is essensieel vir die ontwerp en probleemoplossing van verskeie elektroniese stelle.