Kako radi operativni pojačavač (O-Pamp)

Kako radi operacijski pojačavač?

Operacijski pojačavač (Op-Amp) je visoko integrirani elektronički komponenta široko korišten u sklopovima za pojačanje signala, filtriranje, integraciju, diferencijaciju i mnoge druge primjene. Njegova osnovna funkcija je pojačati razliku napona između njegovih dvaju ulaznih terminala. Evo objašnjenja kako radi operacijski pojačavač i ključni koncepti:

1. Osnovna struktura

• Operacijski pojačavač obično ima pet pinova:

• Nepreokrenuti ulaz (V+): Pozitivni ulazni terminal.

• Preokrenuti ulaz (V−): Negativni ulazni terminal.

• Izlaz (Vout): Pojačani izlazni signal.

• Pozitivno snabdijevanje (Vcc): Pozitivni napon snabdijevanja.

• Negativno snabdijevanje (Vee): Negativni napon snabdijevanja.

2. Načelo rada

Pretpostavke za idealni operacijski pojačavač

• Beskonačan pojačaj: Idealno, pojačaj A op-aampa je beskonačan.

• Beskonačna ulazna impedanca: Ulazna impedanca Rin je beskonačna, što znači da je ulazni struja gotovo nula.

• Nulte izlazne impedancije: Izlazna impedanca Rout je nula, što znači da izlazna struja može biti proizvoljno velika bez utjecaja na izlazni napon.

• Beskonačan propusni opseg: Idealno, op-aamp može raditi na svim frekvencama bez bilo kakvih ograničenja.

Karakteristike stvarnog operacijskog pojačavača

• Konačan pojačaj: U praksi, pojačaj A op-aampa je konačan, obično u rasponu od desetina pete do desetine šeste snage.

• Konačna ulazna impedanca: Stvarna ulazna impedanca nije beskonačna, već vrlo visoka (meganivohmski nivo).

• Nenulta izlazna impedanca: Stvarna izlazna impedanca nije nula, već vrlo niska.

• Konačan propusni opseg: Stvarni propusni opseg op-aampa je ograničen, obično u rasponu od stotina kilohercova do megahercova.

3. Osnovni načini rada

Otvoreni sklop

Pojačaj otvorenog sklopa: U otvorenom sklopu, pojačaj A op-aampa direktno pojačava diferencijalni ulazni napon

Zasićenje: Zbog visokog pojačaja A, čak i mali razliku ulaznog napona može dovesti do toga da izlazni napon doseže granice napona snabdijevanja (tj. Vcc ili Vee).

Zatvoreni sklop

Negativna povratna veza: Uvođenjem negativne povratne veze, pojačaj op-aampa može se kontrolirati kako bi radio unutar razumne granice.

Sklop s negativnom povratnom vezom: Uobičajeni sklopi s negativnom povratnom vezom uključuju inverzne pojačavače, neinverzne pojačavače i diferencijalne pojačavače.

Virtualni kratak spoj i virtualni otvoreni spoj: U sklopovima s negativnom povratnom vezom, naponi na dva ulazna terminala op-aampa su gotovo jednaki (virtualni kratak spoj), a ulazna struja je gotovo nula (virtualni otvoreni spoj).

4. Uobičajeni primjenski sklopi

Inverzni pojačavač

Struktura sklopa: Ulazni signal se prenosi kroz otpor R1 na preokrenuti ulaz V−, a povratni otpor Rf spaja izlaz Vout s preokrenutim ulazom V−.

Neinverzni pojačavač

Struktura sklopa: Ulazni signal se prenosi kroz otpor R1 na nepreokrenuti ulaz V+, a povratni otpor Rf spaja izlaz Vout s preokrenutim ulazom V−.

Diferencijalni pojačavač

Struktura sklopa: Dva ulazna signala se primjenjuju na nepreokrenuti ulaz V+ i preokrenuti ulaz V−, a povratni otpor Rf spaja izlaz Vout s preokrenutim ulazom V−.

5. Sažetak

Operacijski pojačavač radi tako da pojačava razliku napona između svojih dvaju ulaznih terminala, s osnovnom funkcionalnosti koja se oslanja na visoki pojačaj i mehanizme negativne povratne veze. Korištenjem različitih konfiguracija sklopa, op-aamovi mogu obavljati različite funkcije poput pojačanja, filtriranja, integracije i diferencijacije. Razumijevanje načela rada i uobičajenih primjenskih sklopova op-aampa je ključno za dizajniranje i otklanjanje grešaka u različitim elektroničkim sustavima.