Wzmacniacze operacyjne
Wzmacniacz operacyjny lub wzmacniacz operacyjny to wzmacniacz różnicowy o bardzo dużym wzmocnieniu z wysoką impedancją wejściową i niską impedancją wyjściową. Wzmacniacze operacyjne są zwykle używane do zapewniania zmian amplitudy napięcia, oscylatorów, obwodów filtrów itp. Wzmacniacz operacyjny może zawierać szereg stopni wzmacniacza różnicowego, aby uzyskać bardzo wysokie wzmocnienie napięcia.
Jest to wzmacniacz różnicowy o dużym wzmocnieniu wykorzystujący bezpośrednie sprzężenie między wyjściem a wejściem. Jest to odpowiednie dla operacji DC i AC. Wzmacniacze operacyjne oprócz różnych operacji matematycznych pełnią liczne funkcje elektroniczne, takie jak urządzenia pomiarowe, generatory sygnału, filtry aktywne itp. To wszechstronne urządzenie jest również wykorzystywane w wielu zastosowaniach nieliniowych, takich jak komparatory napięcia, przetworniki analogowo-cyfrowe i przetworniki cyfrowo-analogowe, wzmacniacze logarytmiczne, nieliniowe generatory funkcyjne itp.
Podstawowy wzmacniacz różnicowy
Poniższa ilustracja przedstawia podstawowy wzmacniacz różnicowy -
Na powyższym rysunku -
VDI = wejście różnicowe
VDI= V 1 - V 2
VDO = wyjście różnicowe
VDO= V C1 - V C2
Wzmacniacz wzmacnia różnicę między dwoma sygnałami wejściowymi, V 1 i V 2 .
Różnicowe wzmocnienie napięcia,
$$ A_d = \ frac {V_ {DO}} {V_ {DI}} $$
i
$$ A_d = \ frac {(V_ {C1} - V_ {C2})} {V_ {DI}} $$
Jak pokazano na poniższym rysunku, podstawowy wzmacniacz operacyjny składa się z trzech stopni -
Stopień wejściowy
To jest pierwszy etap i ma następujące cechy.
- Wysoki CMR (odrzucenie trybu wspólnego)
- Wysoka impedancja wejściowa
- Szerokie pasmo
- Niskie (DC) offset wejściowy
Oto kilka istotnych cech charakterystycznych dla wydajności wzmacniacza operacyjnego. Ten stopień składa się z różnicowego stopnia wzmacniacza, a tranzystor jest spolaryzowany, dzięki czemu działa jako źródło prądu stałego. Źródło prądu stałego znacznie zwiększa CMR wzmacniacza różnicowego.
Poniżej znajdują się dwa wejścia do wzmacniacza różnicowego -
- V 1 = wejście nieodwracające
- V 2 = wejście odwracające
Etap pośredni
Jest to drugi stopień, zaprojektowany w celu uzyskania lepszych zysków napięcia i prądu. Wzmocnienie prądu jest wymagane do dostarczenia wystarczającego prądu do napędzania stopnia wyjściowego, w którym generowana jest większość mocy wzmacniacza operacyjnego. Ten stopień składa się z jednego lub więcej wzmacniaczy różnicowych, po których następuje popychacz emitera i stopień zmiany poziomu prądu stałego. Obwód z przesunięciem poziomu umożliwia posiadanie przez wzmacniacz dwóch wejść różnicowych z jednym wyjściem.
| V out = + ve | kiedy V 1 > V 2 |
| V out = -ve | kiedy V 2 <V 1 |
| V out = 0 | gdy V 1 = V 2 |
Stopień wyjściowy
To jest ostatni stopień wzmacniacza operacyjnego i ma niską impedancję wyjściową. Zapewnia to prąd potrzebny do napędzania obciążenia. W miarę zmian obciążenia ze stopnia wyjściowego będzie pobierany mniej więcej prąd. Dlatego ważne jest, aby poprzedni stopień działał bez wpływu obciążenia wyjściowego. Wymóg ten jest spełniony poprzez zaprojektowanie tego stopnia tak, aby miał wysoką impedancję wejściową i duże wzmocnienie prądowe, jednak przy niskiej impedancji wyjściowej.
Wzmacniacz operacyjny posiada dwa wejścia: Non-inverting input i Inverting input.
Powyższy rysunek przedstawia odwracający typ wzmacniacza operacyjnego. Sygnał, który jest podawany na odwracającym zacisku wejściowym, jest wzmacniany, jednak sygnał wyjściowy jest przesunięty w fazie z sygnałem wejściowym o 180 stopni. Sygnał doprowadzony do nieodwracającego zacisku wejściowego jest wzmacniany, a sygnał wyjściowy jest w fazie z sygnałem wejściowym.
Wzmacniacz operacyjny można podłączyć do wielu obwodów, aby zapewnić różne charakterystyki robocze.