Kuidas toimib operatsioonilaulutaja (O-Pamp)?

Kuidas töötab operatsioonilise tugevdamise seade?

Operatsioonilise tugevdamise seade (Op-Amp) on kõrgeteegi integreeritud elektroniline komponent, mida laialdaselt kasutatakse tsüttides signaali tugevdamiseks, filtrimiseks, integreerimiseks, diferentseerimiseks ja paljudes muudes rakendustes. Selle peamine ülesanne on tugevdada pingevahet selle kahe sisendsamburi vahel. Siin on selgitus, kuidas operatsioonilise tugevdamise seade töötab, ning olulised mõisted:

1. Põhiline struktuur

• Operatsioonilisel tugevdamisel seadmel on tavaliselt viis pinna:

• Inversioonita sisend (V+): Positiivne sisendsambur.

• Inversiooniga sisend (V−): Negatiivne sisendsambur.

• Väljund (Vout): Tugevdatud väljundsignaal.

• Positiivne pingeallikas (Vcc): Positiivne võimsuse allikas.

• Negatiivne pingeallikas (Vee): Negatiivne võimsuse allikas.

2. Tööpõhimõte

Eeldused ideaalse operatsioonilise tugevdamise seadme kohta

• Lõpmatult suur tugevdamiskord: Ideaalsel juhul on op-ampi tugevdamiskord A lõpmatu.

• Lõpmatult suur sisendimpedants: Sisendimpedants Rin on lõpmatu, mis tähendab, et sisendjoone vool on peaaegu null.

• Nulline väljundimpedants: Väljundimpedants Rout on null, mis tähendab, et väljundvool võib olla mittepiiratud suurusel ilma, et see mõjutaks väljundpinget.

• Lõpmatult suur laiusspekter: Ideaalsel juhul saab op-amp töötada kõigil sagedustel ilma mingit piiranguid.

Tegeliku operatsioonilise tugevdamise seadme omadused

• Piiratud tugevdamiskord: Praktikas on op-ampi tugevdamiskord A piiratud, tavaliselt ulatub see kümnest tuhandest kuni miljonini.

• Piiratud sisendimpedants: Tegelik sisendimpedants ei ole lõpmatu, kuid see on väga kõrge (megohmide tasandil).

• Nullist erinev väljundimpedants: Tegelik väljundimpedants ei ole null, kuid see on väga madal.

• Piiratud laiusspekter: Tegelik op-ampi laiusspekter on piiratud, tavaliselt ulatub see sadast kilohertsist megahertsini.

3. Põhiline töörežiim

Avatud tsükkelkonfiguratsioon

Avatud tsüklite tugevdamiskord: Avatud tsükkelkonfiguratsioonis tugevdab op-ampi tugevdamiskord A otsest pingevahet sisendsamburite vahel.

Sättumine: Kõrge tugevdamiskorra A tõttu võib isegi väike sisendpingevahed tekitada väljundpinge jõudmise võimsuse allikate piirideni (näiteks Vcc või Vee).

Suletud tsükkelkonfiguratsioon

Negatiivne tagasiside: Negatiivse tagasiside lisamisel saab kontrollida op-ampi tugevdamiskorda, et see töötaks mõistlikus ulatuses.

Negatiivne tagasiside tsüklid: Tavalised negatiivsed tagasiside tsüklid hõlmavad inversiooniga tugevdamise, inversioonita tugevdamise ja diferentsiaalset tugevdamist.

Virtuaalne lühend ja virtuaalne avatud: Negatiivses tagasisides on op-ampi kahe sisendsamburi pinged peaaegu võrdsed (virtuaalne lühend) ja sisendjoone vool on peaaegu null (virtuaalne avatud).

4. Tavalised rakenduskitsendused

Inversiooniga tugevdamine

Tsüklite struktuur: Sisendsignaal antakse vastavalt vastule R1 inversiooniga sisendsamburile V−, ja tagasiside vast Rf ühendab väljundväärtuse Vout inversiooniga sisendsamburiga V−.

Vout ühendatakse inversiooniga sisendsamburiga V−.

Inversioonita tugevdamine

Tsüklite struktuur: Sisendsignaal antakse vastavalt vastule R1 inversioonita sisendsamburile V+, ja tagasiside vast Rf ühendab väljundväärtuse Vout inversiooniga sisendsamburiga V−.

Diferentsiaalne tugevdamine

Tsüklite struktuur: Kaks sisendsignaali antakse inversioonita sisendsamburile V+ ja inversiooniga sisendsamburile V−, ja tagasiside vast Rf ühendab väljundväärtuse V out inversiooniga sisendsamburiga V−.

5. Kokkuvõte

Operatsioonilise tugevdamise seade töötab tugevdades sisendsamburite vahelist pingevahet, mille ülemine funktsionaalsus sõltub kõrge tugevdamiskorrast ja negatiivsest tagasisidest. Erinevate tsüklite konfiguratsioonide abil saavad op-ampid täita erinevaid funktsioone, nagu tugevdamine, filtreerimine, integreerimine ja diferentseerimine. Operatsiooniliste tugevdamise seadmete tööpõhimõtete ja tavaliste rakenduskitsenduste mõistmine on oluline erinevate elektrooniliste süsteemide disainimiseks ja probleemide lahendamiseks.