Operationsförstärkare

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 14 mars 2020; kontroller kräver 9 redigeringar .

Operationsförstärkare ( op - amp ; engelska operations amplifier , OpAmp ) är en likströmsförstärkare med en differentialingång och, som regel, en enkel utgång, med hög förstärkning . Op-amps används nästan alltid i kretsar med djup negativ feedback , som, på grund av den höga förstärkningen av op-ampen, helt bestämmer förstärkningen / överföringen av den resulterande kretsen.

För närvarande används op-amps flitigt, både i form av separata chips och i form av funktionsblock som en del av mer komplexa integrerade kretsar . Sådan popularitet beror på det faktum att op-amp är en universell enhet med egenskaper nära idealiska, på grundval av vilken många olika elektroniska komponenter kan byggas .

Historik

Op-förstärkaren designades ursprungligen för att utföra matematiska operationer (därav dess namn) genom att använda spänning som ett analogt värde. Detta tillvägagångssätt ligger till grund för analoga datorer , där op-förstärkare användes för att modellera grundläggande matematiska operationer ( addition , subtraktion , integration , differentiering , etc.). Den idealiska operationsförstärkaren är dock en multifunktionell kretslösning, den har många applikationer förutom matematiska operationer. Riktiga op-förstärkare baserade på transistorer , vakuumrör eller andra aktiva komponenter , gjorda i form av diskreta eller integrerade kretsar , är en approximation till idealiska.

De första industriella rörförstärkarna ( 1940 -talet ) gjordes på ett par dubbla trioder , inklusive i form av separata strukturella sammansättningar i fall med en oktal bas . 1963 designade Robert Widlar (en ingenjör på Fairchild Semiconductor ) den första oper-förstärkaren med integrerade kretsar, den integrerade op-förstärkaren. Denna op-amp blev μA702. Till ett pris av $300 användes enheten, som innehöll 9 transistorer , endast i militärelektronik. Den första allmänt tillgängliga integrerade op-förstärkaren, μA709, också designad av Widlar, släpptes 1965 . Kort efter lanseringen föll priset under $10, vilket fortfarande var för dyrt för hushållsbruk, men ganska överkomligt för massindustriell automation och andra civila tillämpningar.

1967 släppte National Semiconductor , dit Widlar flyttade till jobbet, den integrerade op-amp LM101, och 1968 släppte Fairchild en op-amp, nästan identisk med μA741 - den första op-ampen med inbyggd frekvenskorrigering. Op-förstärkaren LM101/μA741 var mer stabil och enklare att använda än sina föregångare. Många tillverkare producerar fortfarande versioner av detta klassiska chip (du kan känna igen dem med siffran "741" i modellindexen). Senare utvecklades också op-amps på en annan elementbas - på fälteffekttransistorer med en pn-övergång (sent 1970-tal) och med en isolerad gate (tidigt 1980-tal), vilket gjorde det möjligt att avsevärt förbättra ett antal egenskaper. Många av de mer moderna operationsförstärkarna kan installeras i kretsar designade för 741 utan några ändringar, och kretsprestanda kommer bara att förbättras.

Användningen av op-förstärkare inom elektronik är extremt bred. En op-förstärkare är förmodligen det vanligaste elementet i analoga kretsar. Tillägget av endast ett fåtal externa komponenter gör op-ampen till en konkret analog signalbehandlingskrets . Många vanliga op-förstärkare kostar bara några få cent i stora mängder ( 1000 stycken ), men anpassade förstärkare (integrerade eller diskreta) kan kosta $100 eller mer.

Notation

Figuren visar en schematisk representation av en operationsförstärkare. Slutsatserna har följande betydelser:

$V_{\mathrm {+} }$ - icke-inverterande ingång;
V - - inverterande ingång;
V ut - utgång;
V S + - plus för strömkällan (kan även hänvisas till som , eller ); $V_{\mathrm {DD} }$ $V_{\mathrm {CC} }$ $V_{\mathrm {CC+} }$
V S− - minus strömförsörjningen (kan även betecknas som , eller ). $V_{\mathrm {SS} }$ $V_{\mathrm {EE} }$ $V_{\mathrm {CC-} }$

Dessa fem slutsatser finns i alla operativsystem och är nödvändiga för att det ska fungera. Det finns dock operationsförstärkare som inte har en icke-inverterande ingång [1] . I synnerhet används sådana op-amps i analoga datorer (ACM) .

De op-förstärkare som används i AVM är vanligtvis indelade i fem klasser, varav op-förstärkarna i den första och andra klassen har endast en ingång.

Förstklassiga operationsförstärkare är högprecisionsförstärkare (UHT) med en enda ingång. Designad för att fungera som en del av integratörer , adderare , spårnings- och lagringsenheter. Hög förstärkning, extremt låga värden på noll offset, ingångsström och noll drift, hög hastighet reducerar felet som introduceras av förstärkaren under 0,01%.

Operationsförstärkare av den andra klassen är medelprecisionsförstärkare (MAP) som har en enda ingång, har en lägre förstärkning och stora värden på offset och nolldrift. Dessa op-amps är avsedda att användas som en del av elektroniska enheter för inställning av koefficienter, växelriktare, elektroniska switchar, i funktionella omvandlare, i multipliceringsenheter.

Dessutom kan vissa operationsförstärkare ha ytterligare utgångar, till exempel för att ställa in viloström, frekvenskorrigering, balansering eller andra funktioner.

Strömstiften ( V S+ och V S− ) kan märkas på olika sätt ( se strömstift för integrerade kretsar ). Ofta dras inte strömstift på kretsen för att inte belamra den med irrelevanta detaljer, medan metoden för att ansluta dessa stift inte uttryckligen anges eller anses vara självklar (detta händer särskilt ofta när man visar en förstärkare från en mikrokrets med fyra förstärkare med vanliga kraftstift). När du anger op-förstärkaren på diagrammen kan du byta inverterande och icke-inverterande ingångar om det är lämpligt. Kraftstiften är vanligtvis alltid placerade på ett sätt (positiva i toppen).

Fundamentals of operation

Mat

I allmänhet använder op-ampen bipolär ström , det vill säga strömförsörjningen har tre utgångar med följande potentialer:

U + , till vilken V S+ är ansluten ;
0 (nollpotential);
U - till vilken V S- är ansluten .

Strömförsörjningsutgången med nollpotential är vanligtvis inte ansluten direkt till op-förstärkaren, utan är som regel en signaljord och används för att skapa återkoppling . Ofta, istället för bipolär, används en enklare unipolär, och en gemensam punkt skapas på konstgjord väg eller kombineras med en negativ effektskena.

Op-amps kan fungera i ett brett spektrum av strömförsörjningsspänningar, ett typiskt värde för generella op-amps är från ± 1,5 V [2] till ± 15 V med bipolär matning (det vill säga U + \u003d 1,5 ... 15 V, U - \u003d -15 ...-1,5 V, betydande förvrängning tillåts).

Den enklaste inkluderingen av en op-amp

Betrakta driften av op-förstärkaren som en separat differentialförstärkare, det vill säga utan att ta med några externa komponenter i beaktande. I det här fallet beter sig op-förstärkaren som en konventionell förstärkare med en differentialingång, det vill säga op-förstärkarens beteende beskrivs enligt följande:

V_{\mathrm {out} }=(V_{+}-V_{-})\cdot G_{\mathrm {openloop} },

(ett)

var

V ut - utspänning;
V + - spänning vid den icke-inverterande ingången;
V - spänning vid den inverterande ingången;
G openloop - open loop gain, det vill säga op-förstärkarens egen förstärkning, utan återkoppling.

Alla spänningar betraktas i förhållande till kretsens gemensamma punkt. Den övervägda metoden att slå på operativsystemet (utan återkoppling) används praktiskt taget inte [3] på grund av dess inneboende allvarliga nackdelar:

den inneboende förstärkningen är normaliserad över ett mycket brett område och kan variera tusentals gånger (det beror mest av allt på signalens frekvens och temperatur);
egen förstärkning är mycket hög (typiskt värde 10 6 vid DC ) och kan inte justeras;
referenspunkten för in- och utgångsspänningarna kan inte justeras.

Den idealiska operationsförstärkaren

För att överväga driften av en op-amp i ett återkopplingsläge är det först nödvändigt att introducera konceptet med en ideal operationsförstärkare . Den idealiska op-förstärkaren är en fysisk abstraktion , det vill säga den kan inte existera på riktigt, men den kan avsevärt förenkla övervägandet av driften av kretsar på op-förstärkaren genom att använda enkla matematiska modeller.

En ideal operationsförstärkare beskrivs av formel (1) och har följande egenskaper:

oändligt stor inre förstärkning [4] ;
det oändligt stora ingångsresistansen för ingångarna V - och V + , det vill säga strömmen som flyter genom dessa ingångar är noll;
noll utgångsimpedans för utgången från op-förstärkaren;
förmågan att ställa in utgången till valfritt spänningsvärde;
en oändligt hög hastighet av spänningsökning vid utgången av op-förstärkaren;
bandbredd från DC till oändligt.

Punkterna 5 och 6 följer faktiskt av formel (1), eftersom den inte inkluderar tidsfördröjningar och fasförskjutningar. Av formel (1) följer att för att bibehålla den önskade spänningen vid utgången är det nödvändigt att upprätthålla följande inspänningsskillnad:

$V_{+}-V_{-}={\frac {V_{\mathrm {out} }}{G_{\mathrm {openloop} }}}$

Eftersom den inre förstärkningen för en ideal operationsförstärkare är oändligt stor tenderar inspänningsskillnaden till noll. Detta innebär den viktigaste egenskapen hos en ideal operationsförstärkare, vilket förenklar övervägandet av kretsar som använder den:

En idealisk op-amp täckt av negativ återkoppling bibehåller samma spänning vid sina ingångar [5] [6]

Med andra ord, under dessa förhållanden gäller alltid jämlikheten:

V_{+}-V_{-}=0

(2)

Man ska inte tro att op-ampen utjämnar spänningarna vid sina ingångar genom att lägga spänning på ingångarna "inifrån". Faktum är att op-förstärkaren ställer in utgången på en spänning som genom återkoppling kommer att verka på ingångarna på ett sådant sätt att inspänningsskillnaden minskar till noll.

Det är lätt att verifiera giltigheten av jämlikhet (2). Antag att (2) är bruten - det finns en liten spänningsskillnad. Då skulle ingångsdifferentialspänningen, förstärkt i op-ampen, orsaka (på grund av den oändliga förstärkningen) en oändligt stor utspänning, vilket, i enlighet med definitionen av FOS , ytterligare skulle minska skillnaden i inspänningar. Och så vidare tills jämställdheten (2) är uppfylld. Observera att utspänningen kan vara vad som helst - den bestäms av typen av återkoppling och ingångsspänningen.

De enklaste återkopplingskretsarna

Från övervägandet av principen för driften av en ideal op-förstärkare följer en mycket enkel teknik för att designa kretsar:

Låt det vara nödvändigt att bygga en krets på en op-amp med de egenskaper som krävs. De erforderliga egenskaperna ligger primärt i det specificerade tillståndet för utgången (utgångsspänning, utgångsström, etc.), vilket kan bero på någon ingångsåtgärd. För att skapa en krets måste du ansluta en sådan återkoppling till operationsförstärkaren så att spänningarna vid op-förstärkarens ingångar (inverterande och icke-inverterande) är lika med det önskade utgångsläget, och återkopplingen skulle vara negativ.

Således kommer det erforderliga tillståndet för systemet att vara ett stabilt jämviktstillstånd, och systemet kommer att vara i det på obestämd tid [7] . Med detta förenklade tillvägagångssätt är det inte svårt att få den enklaste icke-inverterande förstärkarkretsen.

Förstärkaren måste ha en utspänning som skiljer sig från ingången en gång, det vill säga . I enlighet med ovanstående metodik applicerar vi själva insignalen till den icke-inverterande ingången på op-amp, och en del av utsignalen från den resistiva delaren till den inverterande ingången . $K$ $U_{out}=U_{in}\cdot K$

Beräkningen av den verkliga förstärkningen för en idealisk (eller verklig, men som kan anses vara idealisk med vissa antaganden) förstärkare är mycket enkel. Observera att i fallet när förstärkaren är i ett jämviktstillstånd kan spänningarna vid dess ingångar anses vara desamma. Utifrån detta följer att spänningsfallet över motståndet är , och över hela delaren med resistans sjunker det . Observera att eftersom op-förstärkarens ingångsimpedans är mycket hög kan strömmen som flyter in i den inverterande (-) ingången på förstärkaren försummas, och strömmen som flyter genom delningsmotstånden kan antas vara densamma. Strömmen genom är lika , och genom hela delaren . $R_{1}$ $V_{in}$ $R_{1}+R_{2}$ $V_{ut}$ $R_{1}$ $I_{R_{1}}={\frac {V_{in}}{R_{1}}}$ $I_{R_{1}+R_{2}}={\frac {V_{out}}{R_{1}+R_{2}}}$

På det här sättet:

$I_{R_{1}}=I_{R_{1}+R_{2}}$

Var:

${\frac {V_{in}}{R_{1}}}={\frac {V_{out}}{R_{1}+R_{2}}}$

$V_{out}=V_{in}\cdot {\frac {R_{1}+R_{2}}{R_{1}}}=V_{in}\cdot \left(1+{\frac {R_{ 2}}{R_{1}}}}\höger)$

Du kan argumentera lite lättare, märker direkt att . ${\frac {V_{out}}{V_{in}}}={\frac {R_{1}+R_{2}}{R_{1}}}$

Det bör noteras att i en icke-inverterande omkopplingskrets är spänningsförstärkningen alltid större än eller lika med 1, oavsett värdena på de använda motstånden. Om motståndet är noll får vi en icke-inverterande spänningsföljare med en spänningsförstärkning på 1. $R_{2}$

Och eftersom:

$\forall n\in \mathbb {R} ^{+}\lim _{n\to \infty }{\frac {0}{n}}=0$ ,

då kan motståndet helt enkelt tas bort och ta det lika med oändlighet. $R_{1}$

Sålunda beror överföringskoefficienten för en förstärkare byggd på en op-förstärkare med en tillräckligt stor förstärkning praktiskt taget endast på återkopplingsparametrarna. Denna användbara funktion möjliggör design av system med mycket stabila förstärkningar, såsom de som behövs vid mätningar och signalbehandling.

För en operationsförstärkare ansluten enligt en inverterande krets är beräkningen under gjorda antaganden inte heller svår. För att göra detta bör det noteras att spänningen vid mittpunkten av delaren, nämligen vid den inverterande ingången (-) på förstärkaren är 0 (den så kallade virtuella jordningen). Följaktligen är spänningsfallen över resistorerna lika med ingångs- och utgångsspänningarna. Strömmen genom motstånden kan också antas vara densamma, eftersom det praktiskt taget inte går någon ström genom den inverterande ingången (-), som indikerat ovan.

Härifrån:

${\frac {V_{in}}{R_{in}}}=-{\frac {V_{out}}{R_{f}}}$

$V_{out}=-V_{in}\cdot {\frac {R_{f}}{R_{in}}}$

Det bör noteras att i en inverterande omkopplingskrets kan förstärkningen vara antingen större eller mindre än enhet och beror på värdena för delningsmotstånden. Det vill säga att förstärkaren kan användas som en aktiv dämpare (dämpare) av ingångsspänningen. Fördelen med denna lösning gentemot en passiv dämpare är att ur signalkällans synvinkel ser dämparen ut som ett normalt belastningsmotstånd kopplat mellan signalen och jord (i detta fall den så kallade "virtuella"). är, det är en normal resistiv belastning (naturligtvis utan att ta hänsyn till parasitiska kapacitanser och induktanser). Detta förenklar kraftigt beräkningen av belastningens inverkan på signalkällan och deras inbördes matchning.

Skillnader mellan verkliga och idealiska op-förstärkare

Op-amp-parametrarna som kännetecknar dess ofullkomlighet kan delas in i grupper:

DC-parametrar

Begränsad förstärkning : G openloop-faktorn är inte oändlig (vanligtvis 10 5 ÷ 10 6 DC). Denna effekt märks endast i de fall där förstärkningen av kaskaden med operationsförstärkaren skiljer sig från parametern G openloop med ett litet antal gånger (kaskadens förstärkning skiljer sig från G openloop med 1–2 storleksordningar eller ännu mindre) .
Ingångsström som inte är noll (eller nästan samma begränsade ingångsresistans ): typiska ingångsströmvärden är 10 -9 ÷ 10 -12 A. Detta medför begränsningar för det maximala värdet av motståndet i återkopplingskretsen, samt om möjligheten till spänningsmatchning med signalkälla. Vissa operationsförstärkare har ytterligare kretsar vid ingången för att skydda ingången från för hög spänning - dessa kretsar kan avsevärt försämra ingångsimpedansen. Därför produceras vissa op-amps i en skyddad och oskyddad version.
Utgångsimpedans som inte är noll . Denna begränsning är inte av stor betydelse vid låga frekvenser eller med en liten belastningskapacitans, eftersom närvaron av återkoppling effektivt minskar utgångsimpedansen för steget vid op-förstärkaren (nästan till godtyckligt små värden).
Förspänning som inte är noll : kravet på lika ingångsspänningar i det aktiva tillståndet för riktiga op-amps är inte helt korrekt - op-ampen strävar efter att hålla inte exakt noll volt mellan sina ingångar, utan någon liten spänning ( bias-spänning ) . Med andra ord, en riktig op-amp beter sig som en ideal op-amp, som har en spänningsgenerator med EMF U cm kopplad i serie med en av ingångarna . Biasspänning är en mycket viktig parameter, den begränsar noggrannheten hos op-ampen, till exempel när man jämför två spänningar. Typiska värden på U cm är 10 -3 ÷ 10 -6 V. Under drift av kretsen, beroende på yttre förhållanden, såsom temperatur, matningsspänning, drifttid, upplever förspänningen en oförutsägbar drift (inom de angivna gränserna i dokumentationen), inklusive med skyltbyte. På grund av vad kan denna bias inte kompenseras genom justering eller kalibrering, eller förbättras på annat sätt, förutom att välja en mer exakt op-förstärkare.
Common-mode- förstärkning som inte är noll . En ideal op-förstärkare förstärker endast skillnaden i ingångsspänningar, medan själva spänningarna inte spelar någon roll. I verkliga op-förstärkare har värdet på den ingående common mode-spänningen viss effekt på utspänningen. Denna effekt bestäms av CMRR- parametern ( common -mode rejection ratio ) , som visar hur många gånger utspänningsökningen är mindre än common-mode-spänningsökningen vid op-amp-ingången som orsakade det. Typiska värden: 10 4 ÷ 10 6 .

AC parametrar

Begränsad bandbredd . Alla förstärkare har en ändlig bandbredd, men bandbreddsfaktorn är inte särskilt signifikant för op-förstärkare, eftersom de är internt utjämnade för att öka fasmarginalen .
Ingångskapacitans som inte är noll . Bildar ett parasitiskt högpassfilter .
Signalfördröjning som inte är noll . Denna parameter, som är indirekt relaterad till bandbreddsbegränsningen, kan försämra prestanda hos OOS med ökande driftsfrekvenser.
Återhämtningstid som inte är noll efter mättnad .

Icke-linjära effekter

Mättnad - begränsar intervallet för möjliga utspänningsvärden. Normalt kan utspänningen inte överstiga matningsspänningen. Mättnad uppstår när utspänningen "bör vara" större än den maximala eller lägre än den minimala utspänningen. Op-förstärkaren kan inte gå utanför gränserna, och de utskjutande delarna av utsignalen är "avskurna" (det vill säga klippta).

Vid mättnadsmoment agerar förstärkaren inte i enlighet med formel (1), vilket orsakar ett fel i driften av OOS och uppkomsten av en spänningsskillnad vid dess ingångar, vilket vanligtvis är ett tecken på en kretsfel (och detta är ett lätt upptäckbart tecken på problem för installatören). Ett undantag är driften av op- amp i komparatorläge .

Begränsad svänghastighet . Utspänningen från en op-förstärkare kan inte ändras omedelbart. Förändringshastigheten för utspänningen mäts i volt per mikrosekund, typiska värden är 1÷100 V/µs. Parametern bestäms av den tid som krävs för att ladda de interna tankarna. Den begränsade svänghastigheten för utspänningen leder till uppkomsten av en speciell typ av dynamisk signaldistorsion i op-amp-förstärkare. Anledningen till deras utseende är att i det första ögonblicket efter att ett spänningshopp applicerats på ingången visar sig den negativa återkopplingen från op-ampen vara öppen, och det första steget av op-amp går in i mättnadsläge, vilket berikar signal med övertons- och intermodulationsförvrängningar.

Ström- och spänningsgränser

Begränsad utspänning . För någon op-förstärkare kan utgångspotentialen inte vara högre än potentialen för den positiva strömskenan och kan inte vara lägre än potentialen för den negativa strömskenan (om det inte finns någon belastning, eller om den är resistiv och inte innehåller en strömkälla ). Utgångsspänningen kan med andra ord inte överstiga matningsspänningen. Till exempel, för en opa277 op amp [1] Arkiverad 10 juli 2007 på Wayback Machine , sträcker sig utspänningen från V S− +0,5 V till V S+ −2 V med ett belastningsmotstånd på 10 kΩ . Bredden på dessa "döda zoner" av utgångsspänningen, som op-förstärkarens utgång inte kan nå, beror på ett antal förhållanden (lastresistans, utgångsströmmens riktning, etc.). Det finns operationsförstärkare som har minimala döda zoner, såsom 50 mV till kraftskenorna Wayback Machine26 januari 2007 påArkiverad [2]opa340för10 kΩvid
Begränsad utström . De flesta op-förstärkare för allmänna ändamål har inbyggt överströmsskydd, vanligtvis 25mA maximal ström . Skydd förhindrar överhettning och fel på op-amp.

Begränsad effekt . De flesta operationsförstärkare är designade för applikationer som inte kräver effekt: belastningsmotståndet bör inte vara mindre än 2 kOhm .

Klassificering av OU

Efter typ av elementbas [8]

Efter omfattning

De operationsförstärkare som produceras av industrin förbättras ständigt, op-förstärkarens parametrar närmar sig idealet. Det är dock tekniskt omöjligt eller opraktiskt att förbättra alla parametrar samtidigt på grund av den höga kostnaden för det resulterande chipet. För att utöka omfattningen av opamps produceras olika typer av dem, i var och en av vilka en eller flera parametrar är enastående, och resten är på den vanliga nivån (eller till och med något sämre). Detta är motiverat, eftersom operativsystemet, beroende på tillämpningsomfånget, kräver ett högt värde på en eller annan parameter, men inte allt på en gång. Av detta följer klassificeringen av OU efter användningsområden.

Industristandard . Detta är namnet på allmänt använda, mycket billiga op-förstärkare för allmänt bruk med genomsnittliga egenskaper. Ett exempel på "klassiska" op-förstärkare: med en bipolär ingång - LM324 Arkivkopia daterad 24 november 2006 på Wayback Machine , med en fältingång - TL084 Arkivkopia daterad 13 februari 2009 på Wayback Machine .
Precisionsoperationsförstärkare har mycket låga förspänningar och används i exakta mätkretsar. Vanligtvis är op-amps på bipolära transistorer något bättre i denna indikator än på fältettor. Precisionsoperationsförstärkare kräver också långsiktig stabilitet av parametrar. Exceptionellt små offset har avbrottsstabiliserade op-förstärkare . Exempel: AD707, AD708, med 30 µV bias, och den senaste AD8551 Arkiverad 11 oktober 2010 på Wayback Machine med typisk 1 µV bias.
Med en liten ingångsström ( elektrometrisk ) OU. Alla op-amps som har fälteffekttransistorer vid ingången har låg inström. Men bland dem finns speciella op-förstärkare med extremt låg inström. För att till fullo inse deras fördelar, när du designar enheter som använder dem, är det till och med nödvändigt att ta hänsyn till strömläckage längs det tryckta kretskortet. Exempel: AD549 Arkiverad 28 januari 2007 på Wayback Machine med en inström på 6⋅10 −14 A.
Mikrokraft och programmerbara op- amps förbrukar låg ström för sin egen strömförsörjning. Sådana op-amps kan inte vara snabba, eftersom låg strömförbrukning och hög hastighet är ömsesidigt uteslutande krav. Op-amps kallas programmerbara, för vilka alla interna viloströmmar kan ställas in med hjälp av en extern ström som tillförs en speciell utgång på op-ampen.
Kraftfulla ( högströms ) op-amps kan leverera en stor ström till lasten, det vill säga det tillåtna lastmotståndet är mindre än standarden 2 kOhm och kan vara upp till 50 Ohm .
Lågspännings op-amps kan användas vid en matningsspänning på 3 V och ännu lägre. Som regel har de ett räls-till-skenuttag .
högspännings op-förstärkare. Alla spänningar för dem (matning, common-mode-ingång, maximal utgång) är mycket högre än för allmänna op-förstärkare.
Snabba op-förstärkare har en hög svänghastighet och enhetsförstärkningsfrekvens. Sådana op-förstärkare kan inte vara mikrokraft, och är som regel gjorda på bipolära transistorer.
Lågbrus op-förstärkare.
Ljud OS. De har lägsta möjliga harmoniska innehåll ( THD ). Exempel: LM4562 (THD 0,00003%), OPA2132 (THD 0,00008%), LME49600 (THD 0,00003%), AD797 (THD 0,0001%), etc.
För engångsförsörjning . CMOS op amps ger en utspänning som är nästan lika med matningsspänningen (rail-to-rail, R2R), bipolära op amps ger cirka 1,2 V mindre, vilket är signifikant vid låga Ucc-värden.
Difference op amps (engelsk Difference Amplifier , inte att förväxla med Differential Amplifier ). De har ett enastående common mode voltage rejection ratio ( CMRR ). De mäter låga spänningar mot bakgrund av starka störningar, vilket är typiskt till exempel för strömshuntar. Exempel: INA214, INA333.
Op-amp (eller mer exakt, färdiga förstärkningssteg) med variabel förstärkning.
Op-amps speciellt utformade för att fungera som en komparator, eller i liknande icke-linjära lägen. Ha medel för att minska effekterna av mättnad. Jämfört med universella operationsförstärkare blir hastigheten och noggrannheten högre.
Specialiserat OS. Vanligtvis utformad för specifika uppgifter: till exempel att ansluta en fotosensor eller magnethuvud till en ingång; högtalarutgång. De kan innehålla färdiga OOS-kretsar eller separata precisionsmotstånd som är nödvändiga för detta.

Kombinationer av dessa kategorier är också möjliga, till exempel en precisions höghastighetsoperationsförstärkare .

Andra klassificeringar

För ingångssignaler:

Konventionell op-förstärkare med två ingångar;
Tre-ingångs op-amp [9] : den tredje ingången, som har en förstärkning på +1 (för vilken intern återkoppling används), används för att utöka funktionerna hos op-amp, till exempel spänningsförskjutning av utsignaler i förhållande till insignaler, eller möjligheten att bygga en kaskad med en hög utgående common-mode impedans , som liknar en transformator med två lindningar, men kaskaden på AD8132 överför också likström, vilket transformatorn inte kan.

För utsignaler:

Konventionell op-förstärkare med en utgång;
Op-amp med differentialutgång [10]

Användningen av op-amps i kretsar

Användningen av en op-förstärkare som ett kretselement är mycket enklare och tydligare än att arbeta med enskilda element som utgör den (transistorer, motstånd, etc.). Vid design av enheter i det första (ungefärliga) steget kan operationsförstärkare anses vara idealiska. Vidare, för varje op-amp, bestäms de krav som kretsen ställer på den, och en op-amp som uppfyller dessa krav väljs. Om det visar sig att kraven för operationsförstärkaren är för stränga, kan du delvis omforma kretsen för att kringgå detta problem.

Schematiskt diagram av en operationsförstärkare

Operationsförstärkarkretsar

Applikationer

Operationsförstärkare används i följande enheter:

förförstärkare och buffertförstärkare för ljud- och videofrekvensområde;
spänningsjämförare ;
differentialförstärkare ;
differentiatorer och integratörer ;
filter ;
högprecisionslikriktare ;
spännings- och strömstabilisatorer;
analoga miniräknare;
analog-till-digital-omvandlare ;
digital-till-analog-omvandlare ;
signalgeneratorer ;
ström-spänning och spänning-ström omvandlare.
dataöverföring och styrning av kommunikationslinjer.

Se även

Anteckningar

↑ Operationsförstärkare? Det är väldigt enkelt! Arkiverad 22 maj 2012 på Wayback Machine // cxem.net .
↑ För allmänna operationsförstärkare är den lägsta matningsspänningen något högre än ±1,5 V. För effektiv drift vid låga matningsspänningar finns det en speciell klass lågspänningsoperationsförstärkare.
↑ Det enda undantaget är den enklaste analoga komparatorn .
↑ Detta verkar vara ett meningslöst antagande, eftersom detta alltid skulle ha en oändlig spänning vid utgången, förutom det sällsynta fallet då spänningarna vid ingångarna V - och V + är lika. I verkligheten är utspänningen, även i en teoretisk modell, alltid begränsad på grund av användningen av negativ återkoppling.
↑ Genom att ändra utspänningen
↑ Om systemet (OS med OS ) är stabilt
↑ Detta är ett mycket förenklat tillvägagångssätt, i själva verket måste andra möjliga jämvikter tas i beaktande, liksom ett antal andra faktorer.
↑ Efter typ av elementbas som används för att bygga ingångskretsar (brygga)
↑ AD8132 är en op-förstärkare som har en tredje ingång med +1 förstärkning . Hämtad 2 maj 2009. Arkiverad från originalet 9 maj 2009. (obestämd)
↑ AD8132 - Op-amp med differentialutgång . Hämtad 2 maj 2009. Arkiverad från originalet 9 maj 2009. (obestämd)

Länkar

Operationsförstärkare? Det är väldigt enkelt! Arkiverad 22 maj 2012 på Wayback Machine // cxem.net .
Operational Amplifiers in Audio Arkiverad 19 september 2012 på Wayback Machine // cxem.net .
En förklaring av operationsförstärkarens funktion "på fingrarna" Arkivkopia av 23 september 2009 på Wayback Machine // easyelectronics.ru.
Operationsförstärkare Arkiverad 1 januari 2013 på Wayback Machine // easyelectronics.ru .
En detaljerad analys av arbetet och "analog matematik" för hastighetskontrollkretsen på op amp Arkiverad 9 april 2009 på Wayback Machine // easyelectronics.ru .
Horowitz P., Hill W. Kretskonsten : I 3 volymer: T. 1. Per. från engelska - 4:e uppl., reviderad. och tillägg - M .: Mir, 1993. - 413 s., ill. ISBN 5-03-002337-2 .
Föreläsningsförlopp Arkivexemplar daterad 14 april 2006 på Wayback Machine // gaw.ru.
Wikibook om operationsförstärkare .
Beskrivning av några vanliga op amp-applikationer Arkiverad 6 september 2009 på Wayback Machine .
Stor samling op-amp-kretsar med unipolär strömförsörjning (eng.) .
En samling typiska kretsar som använder National Instruments op amps (engelska) .
Operational Amplifier Basics av Harry Lythall. (eng.) Grunderna i tillämpningen av OU.
Op-Amp Application Handbook Arkiverad 16 juni 2011 på Wayback Machine . Stor bok om användningen av OU.
Logaritmiska och andra op-amp-omvandlare (eng.) .
Operationsförstärkare . _ Informativ artikel om OU.
Mest populära Op-Amps Arkiverade 27 oktober 2012 på Wayback Machine . Referensinformation.

Litteratur

Polonnikov D. E. Operationsförstärkare. Konstruktionsprinciper, teori, kretsar. - M., Energoatomizdat, 1983. - 216 sid.