Grundlagen des Operationsverstärkers
Der Operationsverstärker, auch als Operationsverstärker bezeichnet, ist eine integrierte Schaltung, mit der verschiedene lineare, nichtlineare und mathematische Operationen ausgeführt werden können. Ein Operationsverstärker ist eindirect coupled high gain amplifier. Sie können den Operationsverstärker sowohl mit AC- als auch mit DC-Signalen betreiben. In diesem Kapitel werden die Eigenschaften und Typen von Operationsverstärkern erläutert.
Aufbau eines Operationsverstärkers
Ein Operationsverstärker besteht aus einem oder mehreren Differenzverstärkern, einem Pegelumsetzer und einer Ausgangsstufe. Ein Differenzverstärker ist in der Eingangsstufe eines Operationsverstärkers vorhanden und daher besteht ein Operationsverstärker austwo input terminals. Eines dieser Terminals heißtinverting terminal und der andere heißt als der non-inverting terminal. Die Terminals werden basierend auf der Phasenbeziehung zwischen ihren jeweiligen Ein- und Ausgängen benannt.
Eigenschaften des Operationsverstärkers
Die wichtigen Eigenschaften oder Parameter eines Operationsverstärkers sind wie folgt:
- Spannungsverstärkung im offenen Regelkreis
- Ausgangsoffsetspannung
- Gleichtakt-Ablehnungsverhältnis
- Anstiegsgeschwindigkeit
In diesem Abschnitt werden diese Merkmale im Folgenden ausführlich erläutert.
Spannungsverstärkung im offenen Regelkreis
Die Open-Loop-Spannungsverstärkung eines Operationsverstärkers ist seine Differenzverstärkung ohne Rückkopplungspfad.
Mathematisch wird die Spannungsverstärkung eines Operationsverstärkers im offenen Regelkreis dargestellt als -
$$ A_ {v} = \ frac {v_0} {v_1-v_2} $$
Ausgangsoffsetspannung
Die am Ausgang eines Operationsverstärkers anliegende Spannung, wenn seine differentielle Eingangsspannung Null ist, wird als bezeichnet output offset voltage.
Gleichtakt-Ablehnungsverhältnis
Gleichtakt-Ablehnungsverhältnis (CMRR) eines Operationsverstärkers ist definiert als das Verhältnis der Differenzverstärkung im geschlossenen Regelkreis $ A_ {d} $ und der Gleichtaktverstärkung $ A_ {c} $.
Mathematisch kann CMRR dargestellt werden als -
$$ CMRR = \ frac {A_ {d}} {A_ {c}} $$
Beachten Sie, dass die Gleichtaktverstärkung $ A_ {c} $ eines Operationsverstärkers das Verhältnis der Gleichtakt-Ausgangsspannung und der Gleichtakt-Eingangsspannung ist.
Anstiegsgeschwindigkeit
Die Anstiegsgeschwindigkeit eines Operationsverstärkers ist definiert als die maximale Änderungsrate der Ausgangsspannung aufgrund einer stufenweisen Eingangsspannung.
Mathematisch kann die Anstiegsgeschwindigkeit (SR) dargestellt werden als -
$$ SR = Maximum \: von \: \ frac {\ text {d} V_ {0}} {\ text {d} t} $$
Dabei ist $ V_ {0} $ die Ausgangsspannung. Im Allgemeinen wird die Anstiegsgeschwindigkeit entweder in $ V / \ mu \: Sec $ oder $ V / m \: Sec $ gemessen.
Arten von Operationsverstärkern
Ein Operationsverstärker wird mit einem Dreieckssymbol mit zwei Eingängen und einem Ausgang dargestellt.
Es gibt zwei Arten von Operationsverstärkern: Ideal Op-Amp und Practical Op-Amp.
Sie werden im Detail wie unten angegeben besprochen -
Idealer Operationsverstärker
Ein idealer Operationsverstärker existiert nur theoretisch und praktisch nicht. Dasequivalent circuit eines idealen Operationsverstärkers ist in der folgenden Abbildung dargestellt -
Ein ideal op-amp weist folgende Eigenschaften auf:
Eingangsimpedanz $ Z_ {i} = \ infty \ Omega $
Ausgangsimpedanz $ Z_ {0} = 0 \ Omega $
Spannungsfeld mit offener Schleife $ A_ {v} = \ infty $
Wenn (die differentielle) Eingangsspannung $ V_ {i} = 0 V $ ist, beträgt die Ausgangsspannung $ V_ {0} = 0 V $
Bandbreite ist infinity. Dies bedeutet, dass ein idealer Operationsverstärker die Signale jeder Frequenz ohne Dämpfung verstärkt.
Gleichtakt-Ablehnungsverhältnis (CMRR) ist infinity.
Anstiegsgeschwindigkeit (SR) ist infinity. Dies bedeutet, dass der ideale Operationsverstärker als Reaktion auf eine Eingangsschrittspannung sofort eine Änderung des Ausgangs erzeugt.
Praktischer Operationsverstärker
In der Praxis sind Operationsverstärker nicht ideal und weichen aufgrund einiger Mängel bei der Herstellung von ihren idealen Eigenschaften ab. Dasequivalent circuit eines praktischen Operationsverstärkers ist in der folgenden Abbildung dargestellt -
EIN practical op-amp weist folgende Eigenschaften auf:
Eingangsimpedanz $ Z_ {i} $ in der Größenordnung von Mega ohms.
Ausgangsimpedanz $ Z_ {0} $ in der Größenordnung von few ohms..
Spannungsverstärkung im offenen Regelkreis, $ A_ {v} $ high.
Wenn Sie sich für einen praktischen Operationsverstärker entscheiden, sollten Sie prüfen, ob er die folgenden Bedingungen erfüllt:
Die Eingangsimpedanz $ Z_ {i} $ sollte so hoch wie möglich sein.
Die Ausgangsimpedanz $ Z_ {0} $ sollte so niedrig wie möglich sein.
Die Spannungsverstärkung im offenen Regelkreis, $ A_ {v} $, sollte so hoch wie möglich sein.
Die Ausgangsoffsetspannung sollte so niedrig wie möglich sein.
Die Betriebsbandbreite sollte so hoch wie möglich sein.
CMRR sollte so hoch wie möglich sein.
Die Anstiegsgeschwindigkeit sollte so hoch wie möglich sein.
Note - Der Operationsverstärker IC 741 ist der beliebteste und praktischste Operationsverstärker.