Uvod u operativna pojačala: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

U ovom uputstvu dat ću uvod u Operativno pojačalo, jedan od najkorisnijih analognih uređaja. Ovaj uređaj može biti konfiguriran kao neinvertirajuće ili invertirajuće pojačalo, komparator, pojačalo napona, pojačalo za sabiranje, instrumentacijsko pojačalo, međuspremnik, aktivni filter, oscilator Wien mosta plus mnoge druge aplikacije. Opamp dolazi u različitim konfiguracijama, kao što je jednokraki LM741 8 -polni DIP ili LM324 14 -polno četveropojasno pojačalo prikazano gore. Postoje i tipovi koji dolaze u varijantama površinskog montiranja.

Korak 1: Šta je operativno pojačalo?

Operativno pojačalo, koje je takođe skraćeno poznato kao op-pojačalo, je DC pojačano pojačalo visokog napona, ugrađeno u IC čip. Imaju dva ulaza (diferencijalni ulaz) i jedan izlaz. Koristili su se kao građevni blokovi u analognoj elektronici od prvih uređaja koji su se pojavili krajem 1960 -ih. Jedna od ljepota ovih uređaja je ta što su znatno pojednostavili elektronički dizajn zbog prirode svoje standardizacije. Dizajniranje pojačala s diskretnim komponentama podrazumijevalo je mnogo podešavanja zbog razlika između aktivnih uređaja. Ako su sva pojačala napravljena od iste silikonske matrice, mogu se napraviti ista i imati iste karakteristike. Prilikom projektiranja s operacijskim pojačalima, određeni dobitak za uređaj može se postići ugradnjom dva vanjska otpornika sa specifičnim omjerom otpora. Na primjer, ako se želi pojačanje napona 100, otpornik od 100 k i otpornik od 1 k mogli bi se staviti u kolo kako bi se dobio omjer 100. Koristeći ovu strategiju, dobitak je uvijek isti. Najpopularnije op-pojačalo svih vremena je 741 koji postoji od ranih 70-ih godina i koristile su ga generacije hobista u svemu, od audio pojačala do izvora napajanja. Industrija 741 nije koristila mnogo godina jer su razvijena bolja op-pojačala, ali oni i dalje imaju sljedbenike među hobistima i lako ih je nabaviti. Prvi uređaji su izašli ili u 8 -polnom dvostrukom linijskom stilu paketa ili u kružnoj metalnoj limenci. Kasnije su postali dostupni uređaji za površinsko montiranje. 741 i druga op-pojačala njegovih starih koristila su bipolarne tranzistore sa uređajima koji koriste ulaze tranzistora sa efektom polja koji će izaći kasnije. Ulazi tranzistora s efektom polja počeli su se koristiti zbog potrebe za većom ulaznom impedansom i manjim odljevom struje.

Korak 2: Neinvertirajuće pojačalo

Neinvertirajuće pojačalo je prvo kolo koje ćemo pokriti. Na gornjem dijagramu, op pojačalo je ožičeno tako da ulaz ide na pozitivni ulaz, a otpornik na negativni ulaz. Odnos Rf prema Rg određuje pojačanje. U slučaju gore navedenog kola, dobitak napona je 10. Dijagram u sredini ograničenja "stvarnog svijeta" 741 op -amp pojačala kada se kvadratni val od 10 kHz dovodi na ulaz, ali izlazi kao trokutasti valni oblik zbog ograničena brzina prebacivanja uređaja. Kada se ulaz spusti na kvadratni val od 1 kHz, izlaz se poboljšava i više liči na pravi kvadratni val. Mjerenje sposobnosti op-amp-a da prati promjene amplitude ulaznog signala naziva se "Slew Rate" i mjeri se u voltima po mikrosekundi. 741 ima vrlo pitomu ocjenu od 0,5 volti po mikrosekundi. Op-pojačala velike brzine imaju nazivne vrijednosti čak 5000 volti po mikrosekundi, iako će tipično poput TL081 imati prosječnu ocjenu od 13 volti po mikrosekundi.

Korak 3: Invertirajuće pojačalo

Opamp se može konfigurirati na takav način da se 1-voltni negativni odlazni val može obrnuti i pojačati kako bi se dobio 10-voltni pozitivni odlazni valni oblik. Upotrebe za ovu konfiguraciju mogu biti bilo gdje gdje je potrebna promjena faze, primjerice u upravljačkim fazama diskretnih tranzistorskih pojačala.

Korak 4: Korištenje op -pojačala kao pretvarača kvadratnih valova u sinusni val

Gornji krug će promijeniti kvadratni val od 1000 Hz u sinusni val od 1000 Hz. To čini filtriranjem svih frekvencijskih komponenti (harmonika) iznad i ispod fundamenta, što je sinusni val. Umjesto otpornika u krugu povratne sprege, koristimo komponente za odabir frekvencije (kondenzatori) koje daju negativnu povratnu informaciju za poništavanje neželjenih frekvencija. Srednji dijagram prikazuje stvarno simulirano kolo i proizvedeni valni oblik. Treći dijagram prikazuje frekvencijski odziv kola. Tehnički naziv ove vrste kola je aktivni propusni filter. Omogućava prolaz samo vrlo uskom opsegu frekvencija bez slabljenja.

Korak 5: Upotreba op -pojačala kao usporedbe

Postoje namjenski čipovi koji su bolji za usporedbu, ali ponekad ih možda nemate pri ruci, pa je uvijek korisno znati kako napraviti komparator od opampa. Brzi pregled onoga što je komparator, to je u osnovi opamp postavljen kao pojačalo bez povratne sprege, omogućavajući pojačalu da radi s maksimalnim pojačanjem. Kada je jedan ulaz vezan za određeni napon, kao što su 3 volta prikazana na dijagramu, krug će dati izlaz koji je gotovo najveći napon šine kada su dva ulaza istog napona. U slučaju gornjeg kruga, sinusni val od 1 kHz daje izlaz kada se podigne iznad 3 volta i ponovo se uključuje kada sinusni val padne ispod 3 volta. Komparatori se obično koriste u (ADC) i relaksacionim oscilatorima.

Korak 6: Izrada zbirnog pojačala s opamom

Gore zbrajajuće pojačalo prima dva signala od 1 kHz, jedan od vrha do vrha od 10 mV, a drugi od vrha do vrha od 20 mV. Rezultirajući izlaz je 60 mV od vrha do vrha. Budući da je to invertirajuće pojačalo, emitira signal suprotne faze.

Zbirna pojačala se koriste u audio mikserima gdje je potrebno dodati različite ulaze. Unošenjem signala u potenciometre, signali se mogu mijenjati kako bi se dobio željeni izlaz.

Korak 7: Audio ulaz sa tri ulaza

Ovo kolo se može koristiti za miješanje dva instrumenta i vokalne numere, po potrebi se može dodati više ulaza. Svaki ulazni nivo se može podesiti nezavisno pomoću potenciometara.