Nie

Op-Amp, skrót od wzmacniacza operacyjnego, to kręgosłup elektroniki analogowej. Wzmacniacz operacyjny to element elektroniczny sprzężony z prądem stałym, który wzmacnia napięcie z wejścia różnicowego za pomocą sprzężenia zwrotnego rezystora. Wzmacniacze operacyjne są popularne ze względu na swoją wszechstronność, ponieważ można je konfigurować na wiele sposobów i używać w różnych aspektach. Obwód wzmacniacza operacyjnego składa się z kilku zmiennych, takich jak szerokość pasma, impedancja wejściowa i wyjściowa, margines wzmocnienia itp. Różne klasy wzmacniaczy operacyjnych mają różne specyfikacje w zależności od tych zmiennych. Istnieje wiele wzmacniaczy operacyjnych dostępnych w różnych pakietach układów scalonych (IC), niektóre wzmacniacze operacyjne mają dwa lub więcej wzmacniaczy operacyjnych w jednym pakiecie. LM358, LM741, LM386 to niektóre powszechnie używane układy scalone wzmacniacza operacyjnego. Możesz dowiedzieć się więcej o wzmacniaczach operacyjnych, odwiedzając naszą sekcję poświęconą obwodom wzmacniaczy operacyjnych.

Wzmacniacz operacyjny ma dwa różnicowe styki wejściowe i styk wyjściowy wraz ze stykami zasilania. Te dwa styki wejściowe różnicowe to styk odwracający lub styk ujemny i nieodwracający lub dodatni. Wzmacniacz operacyjny wzmacnia różnicę napięcia między tymi dwoma pinami wejściowymi i zapewnia wzmocnione wyjście na swoim pinie Vout lub wyjściowym.

W zależności od typu wejścia, wzmacniacz operacyjny można sklasyfikować jako odwracający lub nieodwracający. W tym samouczku nauczymy się, jak używać wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji nieodwracającej.

W konfiguracji nieodwracającej sygnał wejściowy jest doprowadzany do nieodwracającego zacisku wejściowego (zacisk dodatni) wzmacniacza operacyjnego. Dzięki temu wzmocnione wyjście staje się „ w fazie ” z sygnałem wejściowym.

Jak omówiliśmy wcześniej, wzmacniacz operacyjny potrzebuje sprzężenia zwrotnego, aby wzmocnić sygnał wejściowy. Uzyskuje się to na ogół przez przyłożenie niewielkiej części napięcia wyjściowego z powrotem do kołka odwracającego (w przypadku konfiguracji nieodwracającej) lub do kołka nieodwracającego (w przypadku kołka odwracającego) za pomocą sieci dzielnika napięcia.

Konfiguracja nieodwracającego wzmacniacza operacyjnego

Na górnym obrazku pokazano wzmacniacz operacyjny z konfiguracją nieodwracającą. Sygnał, który należy wzmocnić za pomocą wzmacniacza operacyjnego, jest podawany do dodatniego lub nieodwracającego styku obwodu wzmacniacza operacyjnego, podczas gdy dzielnik napięcia wykorzystujący dwa rezystory R1 i R2 zapewnia niewielką część wyjścia do układu odwracającego pin obwodu wzmacniacza operacyjnego. Te dwa rezystory zapewniają wymagane sprzężenie zwrotne do wzmacniacza operacyjnego. W idealnym stanie styk wejściowy wzmacniacza operacyjnego zapewni wysoką impedancję wejściową, a styk wyjściowy będzie miał niską impedancję wyjściową.

Wzmocnienie zależy od tych dwóch rezystorów sprzężenia zwrotnego (R1 i R2) podłączonych jako konfiguracja dzielnika napięcia. R2 jest określany jako Rf (rezystor sprzężenia zwrotnego)

Wyjście dzielnika napięcia, które jest podawane na nieodwracający pin wzmacniacza, jest równe Vin, ponieważ Vin i punkty połączenia dzielnika napięcia znajdują się w tym samym węźle masy.

Z tego powodu i ponieważ Vout jest zależne od sieci sprzężenia zwrotnego, możemy obliczyć wzmocnienie napięcia w zamkniętej pętli, jak poniżej.

Wzmocnienie nieodwracającego wzmacniacza operacyjnego

Ponieważ napięcie wyjściowe dzielnika napięcia jest takie samo jak napięcie wejściowe , Vout dzielnika = Vin

Zatem Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Lub Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Całkowite wzmocnienie napięcia wzmacniacza (Av) wynosi Vout / Vin

A więc Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Korzystając z tego wzoru, możemy wywnioskować, że wzmocnienie napięcia w zamkniętej pętli nieodwracającego wzmacniacza operacyjnego wynosi,

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

Tak więc, biorąc pod uwagę ten czynnik, wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego nie może być niższe niż wzmocnienie jedności lub 1. Ponadto zysk będzie dodatni i nie może mieć formy ujemnej. Wzmocnienie jest bezpośrednio zależne od stosunku Rf i R1.

Ciekawe jest to, że jeśli ustawimy wartość rezystora sprzężenia zwrotnego lub Rf jako 0, wzmocnienie będzie wynosić 1 lub jedność. A jeśli R1 zmieni się na 0, wtedy zysk będzie nieskończony. Ale jest to możliwe tylko teoretycznie. W rzeczywistości zależy to w dużym stopniu od zachowania wzmacniacza operacyjnego i wzmocnienia w otwartej pętli.

Wzmacniacz operacyjny może być również używany jako wzmacniacz sumujący dwa dodatkowe napięcie wejściowe.

Praktyczny przykład wzmacniacza nieodwracającego

Zaprojektujemy nieodwracający obwód wzmacniacza operacyjnego, który zapewni 3-krotny wzrost napięcia na wyjściu w porównaniu z napięciem wejściowym.

Zrobimy wejście 2V we wzmacniaczu operacyjnym. Skonfigurujemy wzmacniacz operacyjny w konfiguracji nieodwracającej z możliwością 3x wzmocnienia. Wybraliśmy wartość rezystora R1 na 1,2k, poznamy wartość rezystora Rf lub R2 i obliczymy napięcie wyjściowe po wzmocnieniu.

Ponieważ wzmocnienie zależy od rezystorów, a wzór to Av = 1 + (Rf / R1)

W naszym przypadku wzmocnienie wynosi 3, a wartość R1 to 1. 2k. Zatem wartość Rf wynosi, 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

Po wzmocnieniu napięcie wyjściowe będzie

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

Przykładowy obwód pokazano na powyższym obrazku. R2 jest rezystorem sprzężenia zwrotnego, a wzmocnione wyjście będzie 3 razy większe niż wejście.

Popychacz napięcia lub wzmacniacz wzmocnienia jedności

Jak omówiono wcześniej, jeśli ustawimy Rf lub R2 jako 0, to znaczy, że w R2 nie ma rezystancji, a rezystor R1 jest równy nieskończoności, wtedy wzmocnienie wzmacniacza będzie wynosić 1 lub osiągnie wzmocnienie jedności. Ponieważ w R2 nie ma rezystancji, wyjście jest zwarte z ujemnym lub odwróconym wejściem wzmacniacza operacyjnego. Ponieważ wzmocnienie wynosi 1 lub jedność, ta konfiguracja jest nazywana konfiguracją wzmacniacza o wzmocnieniu jedności lub wtórnikiem napięcia lub buforem.

Kiedy umieszczamy sygnał wejściowy na dodatnim wejściu wzmacniacza operacyjnego, a sygnał wyjściowy jest w fazie z sygnałem wejściowym ze wzmocnieniem 1x, otrzymujemy ten sam sygnał na wyjściu wzmacniacza. Zatem napięcie wyjściowe jest takie samo jak napięcie wejściowe. Wyjście napięcia = Wejście napięcia.

Więc będzie podążać za napięciem wejściowym i wytwarzać ten sam sygnał repliki na swoim wyjściu. Dlatego nazywa się to obwodem wtórnika napięcia.

Impedancja wejściowa z op-amp jest bardzo wysoka, gdy wyznawca napięcia lub wzmocnienia jedności jest używana konfiguracja. Czasami impedancja wejściowa jest znacznie wyższa niż 1 Megaom. Tak więc, ze względu na wysoką impedancję wejściową, możemy zastosować słabe sygnały na wejściu i żaden prąd nie będzie płynął w pinie wejściowym ze źródła sygnału do wzmacniacza. Z drugiej strony impedancja wyjściowa jest bardzo niska i na wyjściu będzie wytwarzać ten sam sygnał wejściowy.

Na powyższym obrazku pokazano konfigurację wtórnika napięcia. Wyjście jest bezpośrednio podłączone do ujemnego zacisku wzmacniacza operacyjnego. Zysk tej konfiguracji wynosi 1x.

Jak wiemy, Zysk (Av) = Vout / Vin Więc 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

Ze względu na wysoką impedancję wejściową prąd wejściowy wynosi 0, więc moc wejściowa również wynosi 0. Popychacz napięcia zapewnia duży przyrost mocy na swoim wyjściu. Ze względu na to zachowanie wtórnik napięcia używany jako obwód buforowy.

Ponadto konfiguracja bufora zapewnia dobry współczynnik izolacji sygnału. Ze względu na tę cechę obwód wtórnika napięcia jest stosowany w filtrach aktywnych typu Sallena, w których stopnie filtrów są odizolowane od siebie za pomocą konfiguracji wzmacniacza operacyjnego z popychaczem napięcia.

Dostępne są również cyfrowe układy buforowe, takie jak 74LS125, 74LS244 itp.

Ponieważ możemy kontrolować wzmocnienie nieodwracającego wzmacniacza, możemy wybrać wiele wartości rezystorów i możemy wytworzyć nieodwracający wzmacniacz o zmiennym zakresie wzmocnienia.

Wzmacniacze nieodwracające są stosowane w sektorach elektroniki audio, a także w zakresie, mikserach i różnych miejscach, w których potrzebna jest logika cyfrowa z wykorzystaniem elektroniki analogowej.