Hvordan fungerer forsterker (O- Pamp)

Hvordan fungerer en operasjonsforsterker?

En operasjonsforsterker (Op-Amp) er et høyintegrasjonsgrensesnitt som brukes utbredt i kretser for signalforsterkning, filtrering, integrasjon, differensiering og mange andre bruksområder. Dens primære funksjon er å forsterke forskjellen i spenning mellom de to inngangspunktene. Her er en forklaring på hvordan en operasjonsforsterker fungerer og nøkkelbegreper:

1. Grunnleggende struktur

• En operasjonsforsterker har typisk fem kontakter:

• Ikke-inverterende inngang (V+): Positiv inngang.

• Inverterende inngang (V−): Negativ inngang.

• Utgang (Vout): Forsterket utgangssignal.

• Positiv strømforsyning (Vcc): Positiv strømforsyningspenning.

• Negativ strømforsyning (Vee): Negativ strømforsyningspenning.

2. Arbeidsprinsipp

Forutsetninger for en ideal operasjonsforsterker

• Ubegrenset forsterkningsfaktor: I teorien er forsterkningsfaktoren A til op-ampen ubegrenset.

• Ubegrenset inngangsimpedans: Inngangsimpedansen Rin er ubegrenset, noe som betyr at inngangsstrømmen nesten er null.

• Null utgangsimpedans: Utgangsimpedansen Rout er null, noe som betyr at utgangsstrømmen kan være vilkårlig stor uten å påvirke utgangsspenningen.

• Ubegrenset båndbredde: I teorien kan op-ampen fungere ved alle frekvenser uten noen begrensninger.

Egenskaper til en reell operasjonsforsterker

• Begrenset forsterkningsfaktor: I praksis er forsterkningsfaktoren A begrenset, vanligvis fra ti opphøyd i femte til ti opphøyd i sjette.

• Begrenset inngangsimpedans: Den faktiske inngangsimpedansen er ikke ubegrenset, men er veldig høy (meganivå).

• Ikke-null utgangsimpedans: Den faktiske utgangsimpedansen er ikke null, men er veldig lav.

• Begrenset båndbredde: Den faktiske båndbredden til op-ampen er begrenset, vanligvis fra flere hundre kilohertz til megahertz.

3. Grunnleggende driftsmoduser

Åpen sløyfe-konfigurasjon

Åpen sløyfe-forsterkningsfaktor: I åpen sløyfe-konfigurasjon forsterker op-ampen direkte den differentielle inngangsspenningen med forsterkningsfaktoren A.

Saturering: På grunn av den høye forsterkningsfaktoren A kan selv en liten inngangsspenningsforskjell føre til at utgangsspenningen når grensen for strømforsyningspenninger (dvs. Vcc eller Vee).

Lukket sløyfe-konfigurasjon

Negativ tilbakemelding: Ved å introdusere negativ tilbakemelding kan forsterkningsfaktoren til op-ampen kontrolleres for å fungere innenfor en rimelig rekkevidde.

Negativ tilbakemeldingskrets: Vanlige negative tilbakemeldingskrefter inkluderer inverterende forsterkere, ikke-inverterende forsterkere og differensielle forsterkere.

Virtuell kortslutning og virtuelt åpent punkt: I negative tilbakemeldingskrefter er spenningene ved de to inngangspunktene til op-ampen nesten like (virtuell kortslutning), og inngangsstrømmen er nesten null (virtuelt åpent punkt).

4. Vanlige anvendelseskretser

Inverterende forsterker

Kretsstruktur: Inngangssignalet føres gjennom en motstand R1 til inverterende inngang V−, og en tilbakemeldingsmotstand Rf forbinder utgangen Vout med inverterende inngang V−.

Ikke-inverterende forsterker

Kretsstruktur: Inngangssignalet føres gjennom en motstand R1 til ikke-inverterende inngang V+, og en tilbakemeldingsmotstand Rf forbinder utgangen Vout med inverterende inngang V−.

Differensiell forsterker

Kretsstruktur: To inngangssignaler føres til ikke-inverterende inngang V+ og inverterende inngang V−, og en tilbakemeldingsmotstand Rf forbinder utgangen Vout med inverterende inngang V−.

5. Oppsummering

En operasjonsforsterker fungerer ved å forsterke forskjellen i spenning mellom de to inngangspunktene, med kjernefunksjonalitet basert på høy forsterkningsfaktor og negativ tilbakemelding. Ved å bruke ulike kretsoppsett kan op-ampene utføre ulike funksjoner som forsterkning, filtrering, integrasjon og differensiering. Å forstå arbeidsprinsippet og de vanlige anvendelseskretser for op-ampene er essensielt for design og feilsøking av ulike elektroniske systemer.