Не

Op-Amp, съкращение от операционен усилвател е гръбнакът на аналоговата електроника. Операционният усилвател е свързан с постоянен ток електронен компонент, който усилва напрежението от диференциален вход, използвайки резисторна обратна връзка. Операционните усилватели са популярни със своята гъвкавост, тъй като могат да бъдат конфигурирани по много начини и могат да бъдат използвани в различни аспекти. Операционната схема се състои от няколко променливи като честотна лента, входен и изходен импеданс, марж на печалбата и т.н. Различните класове операционни усилватели имат различни спецификации в зависимост от тези променливи. Има много операционни усилватели, налични в различни интегрални схеми (IC), някои операционни усилватели имат два или повече операционни усилватели в един пакет. LM358, LM741, LM386 са някои често използвани интегрални схеми за Op-amp. Можете да научите повече за Op-усилвателите, като следвате нашия раздел Op-amp схеми.

Операционният усилвател има два диференциални входни щифта и изходен щифт, заедно със захранващи щифтове. Тези два диференциални входни щифта са обръщащ щифт или отрицателен и неинвертиращ щифт или положителен. Операционният усилвател усилва разликата в напрежението между тези два входни щифта и осигурява усиления изход през неговия Vout или изходен щифт.

В зависимост от типа на входа, оп-усилвателят може да бъде класифициран като Инвертиращ или Неинвертиращ. В този урок ще научим как да използваме оп-усилвател в неинвертираща конфигурация.

В неинвертиращата конфигурация входният сигнал се прилага през неинвертиращия входен терминал (Положителен терминал) на операционния усилвател. Поради това усиленият изход става „ инфазен “ с входния сигнал.

Както обсъждахме преди, Op-amp се нуждае от обратна връзка, за да усили входния сигнал. Това обикновено се постига чрез прилагане на малка част от изходното напрежение обратно към инвертиращия щифт (в случай на неинвертираща конфигурация) или към неинвертиращия щифт (в случай на инвертиращ щифт), като се използва делителна мрежа на напрежението.

Неинвертираща конфигурация на операционния усилвател

В горното изображение е показан операционен усилвател с неинвертираща конфигурация. Сигналът, който е необходим за усилване с помощта на операционния усилвател, се подава в положителния или неинвертиращ щифт на веригата на операционния усилвател, докато делител на напрежението, използващ два резистора R1 и R2, осигурява малката част от изхода към инвертиращия щифт на операционната схема. Тези два резистора осигуряват необходимата обратна връзка на операционния усилвател. В идеално състояние входният щифт на операционния усилвател ще осигури висок входен импеданс, а изходният щифт ще бъде с нисък импеданс на изхода.

Усилването зависи от тези два резистора за обратна връзка (R1 и R2), свързани като конфигурация на делителя на напрежението. R2 се нарича Rf (резистор за обратна връзка)

Изходът на делителя на напрежението, който се подава в неинвертиращия щифт на усилвателя, е равен на Vin, тъй като точките на свързване Vin и делителя на напрежението са разположени в един и същ заземен възел.

Поради това и тъй като Vout зависи от мрежата за обратна връзка, можем да изчислим усилването на напрежението в затворения контур, както по-долу.

Печалба от неинвертиращ Op-усилвател

Тъй като изходното напрежение на делителя на напрежението е същото като входното напрежение , разделител Vout = Vin

И така, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Или, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Общото усилване на напрежението на усилвателя (Av) е Vout / Vin

И така, Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Използвайки тази формула, можем да заключим, че усилването на напрежението в затворен цикъл на неинвертиращия операционен усилвател е,

Av = Vout / Vin = 1 + (Rf / R1)

Така че по този фактор усилването на операционния усилвател не може да бъде по-ниско от усилване на единица или 1. Освен това печалбата ще бъде положителна и не може да бъде в отрицателна форма. Коефициентът на усилване е пряко зависим от съотношението на Rf и R1.

Интересното е, че ако поставим стойността на резистора за обратна връзка или Rf като 0, печалбата ще бъде 1 или единица. И ако R1 стане 0, тогава печалбата ще бъде безкрайност. Но това е възможно само теоретично. В действителност той е широко зависим от поведението на операционния усилвател и печалбата с отворен цикъл.

Op-amp може също да се използва две добавяне на напрежение входно напрежение като сумиране усилвател.

Практически пример за неинвертиращ усилвател

Ще проектираме неинвертираща верига с усилвател, която ще произведе 3x усилване на напрежението на изхода, сравнявайки входното напрежение.

Ще направим 2V вход в операционния усилвател. Ще конфигурираме операционния усилвател в неинвертираща конфигурация с 3x възможности за усилване. Избрахме стойността на резистора R1 като 1.2k, Ще разберем стойността на резистора Rf или R2 и ще изчислим изходното напрежение след усилване.

Тъй като усилването зависи от резисторите и формулата е Av = 1 + (Rf / R1)

В нашия случай печалбата е 3, а стойността на R1 е 1. 2k. Значението на Rf е, 3 = 1 + (Rf / 1.2k) 3 = 1 + (1.2k + Rf / 1.2k) 3.6k = 1.2k + Rf 3.6k - 1.2k = Rf Rf = 2.4k

След усилване изходното напрежение ще бъде

Av = Vout / Vin 3 = Vout / 2V Vout = 6V

Примерната схема е показана на горното изображение. R2 е резисторът за обратна връзка и усиленият изход ще бъде 3 пъти по -голям от входа.

Последовател на напрежение или усилвател за усилване на Unity

Както беше обсъдено по-горе, ако направим Rf или R2 като 0, това означава, че в R2 няма съпротивление и резисторът R1 е равен на безкрайност, тогава усилването на усилвателя ще бъде 1 или ще постигне усилване на единството. Тъй като в R2 няма съпротивление, изходът е късо с отрицателния или обърнат вход на операционния усилвател. Тъй като коефициентът на усилване е 1 или единица, тази конфигурация се нарича конфигурация на усилвател на единица усилване или последовател на напрежение или буфер.

Тъй като поставяме входния сигнал през положителния вход на операционния усилвател и изходният сигнал е във фаза с входния сигнал с усилване 1x, получаваме същия сигнал през изхода на усилвателя. По този начин изходното напрежение е същото като входното напрежение. Изходно напрежение = Входно напрежение.

Така че, той ще следва входното напрежение и ще генерира същия сигнал на реплика през изхода си. Ето защо се нарича верига на последовател на напрежение.

На входния импеданс на оп-усилвател е много висока, когато напрежението последовател или единство печалба се използва конфигурация. Понякога входният импеданс е много по-висок от 1 Megohm. Така че, поради високия входен импеданс, можем да приложим слаби сигнали през входа и във входния щифт няма да тече ток от източника на сигнал към усилвателя. От друга страна, изходният импеданс е много нисък и той ще произведе същия входен сигнал в изхода.

В горното изображение е показана конфигурацията на последовател на напрежение. Изходът е директно свързан през отрицателния терминал на операционния усилвател. Печалбата на тази конфигурация е 1x.

Както знаем, Печалба (Av) = Vout / Vin И така, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

Поради високия входен импеданс, входният ток е 0, така че и входната мощност също е 0. Приспособлението за напрежение осигурява голямо усилване на мощността през изхода си. Поради това поведение последователят на напрежението се използва като буферна верига.

Също така, буферната конфигурация осигурява добър коефициент на изолиране на сигнала. Благодарение на тази функция, веригата за следене на напрежението се използва в активни филтри тип Sallen-key, където етапите на филтъра са изолирани един от друг, като се използва конфигурация на усилвател на напрежение.

Предлагат се и цифрови буферни вериги, като 74LS125, 74LS244 и т.н.

Тъй като можем да контролираме усилването на неинвертиращия усилвател, можем да изберем множество стойности на резистори и да произведем неинвертиращ усилвател с променлив обхват на усилване.

Неинвертиращите усилватели се използват в секторите на аудио електрониката, както и в обхвата, миксерите и различни места, където е необходима цифрова логика, използвайки аналогова електроника.