Operationele versterkers

Wat zijn operationele versterkers?

Operationele versterkers zijn de basisbouwstenen van Analoge elektronische schakelingen ​Het zijn lineaire apparaten met alle eigenschappen van een DC-versterker. We kunnen externe weerstanden of condensatoren gebruiken voor de Op Amp is veel verschillende manieren om ze verschillende vormen van versterkers te maken, zoals inverterende versterker, niet-inverterende versterker, spanningsvolger, comparator, differentiële versterker, sommerende versterker, integrator enz. OPAMP's kunnen enkel zijn, dual, quad etc. OPAMPs zoals CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 etc hebben uitstekende prestaties met een zeer lage ingangsstroom en spanning. De ideale Op Amp heeft naast andere terminals drie belangrijke terminals. De ingangsklemmen zijn inverterende ingang en niet-inverterende ingang. De derde aansluiting is de uitgang die kan zinken en stroom en spanning kan genereren. Het uitgangssignaal is de versterking van de versterker vermenigvuldigd met de waarde van het ingangssignaal.

5 ideale karakters van een Op Amp:

1. Open lusversterking

Open lusversterking is de versterking van de Op Amp zonder positieve of negatieve feedback. Een ideale OP-versterker zou een oneindige open-lusversterking moeten hebben, maar meestal varieert deze tussen 20.000 en 2.00.000.

2. Ingangsimpedantie

Het is de verhouding tussen de ingangsspanning en de ingangsstroom. Het moet oneindig zijn zonder enige lekstroom van de voeding naar de ingangen. Maar er zullen een paar Pico-ampère-stroomlekken zijn in de meeste opamps.

3. Uitgangsimpedantie

De ideale Op Amp moet een uitgangsimpedantie van nul hebben zonder enige interne weerstand. Zodat het volledige stroom kan leveren aan de belasting die op de uitgang is aangesloten.

4. Bandbreedte

De ideale Op Amp moet een oneindige frequentierespons hebben, zodat hij elke frequentie kan versterken, van DC-signalen tot de hoogste AC-frequenties. Maar de meeste Op Amps hebben een beperkte bandbreedte.

5. Compensatie

De output van de Op Amp moet nul zijn als het spanningsverschil tussen de inputs nul is. Maar bij de meeste Op Amps zal de output niet nul zijn als hij uit staat, maar er zal een minuut spanning uit komen.

OPAMP Pin-configuratie:

In een typische Op Amp zitten 8 pinnen. Dit zijn

Pin1 - Offset Null

Pin2 - Invertering input INV

Pin3 - Niet-inverterende ingang Niet-INV

Pin4 - Ground- Negative supply

Pin5 - Offset Null

Pin6 - Uitgang

Pin7 - Positieve toevoer

Pin8 - Stroboscoop

4 soorten winst in OPAMPs:

Spanningsversterking - Spanning in en spanning uit

Huidige versterking - stroom in en stroom uit

Transconductantie - Spanning in en stroom uit

Trans-weerstand - Stroom in en spanning uit

Werking van een operationele versterker:

Hier hebben we een operationele versterker van LM358 gebruikt. Gewoonlijk moet een niet-inverterende ingang worden gegeven aan een voorspanning en de inverterende ingang is de echte versterker die hiermee is verbonden met een terugkoppeling van 60k weerstand van uitgang naar ingang. En een weerstand 10k is in serie geschakeld met een condensator en een voeding van 1V sinusgolf wordt aan het circuit gegeven, nu zullen we zien hoe de versterking wordt bepaald door R2 / R1 = 60k / 10k = 6 versterking, dan is de uitvoer 6V . Als we de versterking met 40 veranderen, is de uitvoer 4V sinusgolf.

Video over werking van operationele versterker

Normaal gesproken is het een dubbele voedingsversterker, deze kan eenvoudig worden geconfigureerd tot een enkele voeding door het gebruik van een weerstandsnetwerk. Hierin plaatsen weerstanden R3 en R4 een spanning van de helft van de voedingsspanning over de niet-inverterende ingang, waardoor de uitgangsspanning ook de helft is van de voedingsspanning, waardoor een soort bias-spanningsweerstanden R3 en R4 elke waarde kunnen hebben van 1k tot 100k maar in alle gevallen moeten ze gelijk zijn. Een extra condensator van 1 F is toegevoegd aan de niet-inverterende ingang om ruis veroorzaakt door de configuratie te verminderen. Voor deze configuratie is het gebruik van koppelcondensatoren voor input en output vereist.

3 OPAMP-toepassingen:

1. Versterking

Het versterkte uitgangssignaal van de Op Amp is het verschil tussen de twee ingangssignalen.

Het bovenstaande diagram is de eenvoudige Op Amp-aansluiting. Als beide ingangen van dezelfde spanning worden voorzien, neemt de Op Amp het verschil tussen de twee spanningen op en is het 0. De Op Amp vermenigvuldigt dit met zijn versterking 1.000.000, zodat de uitgangsspanning 0 is. Wanneer 2 volt is gegeven aan de ene ingang en 1 volt in de andere, dan neemt de Op Amp het verschil en vermenigvuldigt zich met de versterking. Dat is 1 volt x 1.000.000. Maar deze versterking is erg hoog, dus om de versterking te verminderen, wordt feedback van de uitgang naar de ingang meestal gedaan via een weerstand.

Versterker omkeren:

Het hierboven getoonde circuit is een inverterende versterker met de niet-inverterende ingang verbonden met aarde. Twee weerstanden R1 en R2 zijn zodanig in het circuit verbonden dat R1 het ingangssignaal voedt terwijl R2 de uitgang terugstuurt naar de inverterende ingang. Hier, wanneer het ingangssignaal positief is, zal de uitvoer negatief zijn en vice versa. De spanningsverandering aan de uitgang ten opzichte van de ingang hangt af van de verhouding van de weerstanden R1 en R2. R1 is geselecteerd als 1K en R2 als 10K. Als de ingang 1 volt ontvangt, dan zal er 1 mA stroom door R1 zijn en zal de uitgang - 10 volt moeten worden om 1 mA stroom door R2 te leveren en om spanning op de inverterende ingang te houden. Daarom is de spanningsversterking R2 / R1. Dat is 10K / 1K = 10

Niet-inverterende versterker:

Het hierboven getoonde circuit is een niet-inverterende versterker. Hier ontvangt de niet-inverterende ingang het signaal terwijl de inverterende ingang is aangesloten tussen R2 en R1. Wanneer het ingangssignaal positief of negatief beweegt, is de uitgang in fase en houdt de spanning op de inverterende ingang hetzelfde als die van de niet-inverterende ingang. De spanningsversterking is in dit geval altijd hoger dan 1 dus (1 + R2 / R1).

twee. Spanningsvolger

Het bovenstaande circuit is een spanningsvolger. Hier biedt het een hoge ingangsimpedantie, een lage uitgangsimpedantie. Wanneer de ingangsspanning verandert, zullen de uitgang en de inverterende ingang gelijk veranderen.

3. Comparator

De operationele versterker vergelijkt de spanning die op de ene ingang wordt aangelegd met de spanning die op de andere ingang wordt toegepast. Elk verschil tussen de voltages ooit als het klein is, drijft de op-amp in verzadiging. Wanneer de spanningen die aan beide ingangen worden geleverd van dezelfde grootte en dezelfde polariteit zijn, is de op-amp-uitgang 0 volt.

Een comparator produceert beperkte uitgangsspanningen die gemakkelijk kunnen communiceren met digitale logica, ook al moet de compatibiliteit worden gecontroleerd.

Video over operationele versterker als vergelijkingsschema

Hier hebben we een op-amp die wordt gebruikt als een comparator met de inverterende en niet-inverterende terminals en een potentiaalverdeler en meter erop heeft aangesloten en een voltmeter aan de uitgang en Leidde tot het resultaat. De basisformule voor comparator is dat wanneer ’+’ meer is dan ‘–‘ dan is de output hoog (één), anders is de output nul. Wanneer de spanning op de negatieve ingang lager is dan de referentiespanning, is de uitgang hoog en wanneer de negatieve ingang boven de spanning op de positieve komt, gaat de uitgang te laag.

3 vereisten voor OPAMPs:

1. Offset Nulling

De meeste OPAMP's hebben een Offset-spanning aan de uitgang, zelfs als de ingangsspanningen hetzelfde zijn. Om de uitvoer naar nulspanning te brengen, wordt de offset-nulling-methode gebruikt. Bij de meeste Op-Amps is er een kleine offset vanwege hun inherente eigenschap en het resultaat van de mismatches in de input bias-opstelling. Er is dus een kleine uitgangsspanning beschikbaar aan de uitgang van sommige Op-amps, zelfs als het ingangssignaal nul is. Dit nadeel kan worden verholpen door een kleine offsetspanning aan de ingangen te leveren. Dit staat bekend als de ingangsoffset-spanning. Om de offset te verwijderen of ongedaan te maken, hebben de meeste Op-Amps twee pinnen om de offset nulling mogelijk te maken. Hiervoor moet een Pot of Preset met een typische waarde van 100K worden aangesloten tussen de pinnen 1 en 5 met zijn Wiper naar de grond. Door de preset aan te passen, kan de output worden ingesteld op nulspanning.

twee. Strobing of fasecompensatie

Op-Amps kunnen soms onstabiel worden en om ze stabiel te maken voor de gehele frequentiebanden, wordt er meestal een Cap aangesloten tussen de Strobe pin 8 en pin1. Meestal wordt er een 47pF schijfcondensator voor toegevoegd fase compensatie zodat de OpAmp stabiel blijft. Dit is vooral belangrijk als de OpAmp wordt gebruikt als een gevoelige versterker.

3. Feedback

Zoals u weet, heeft de Op-Amp een zeer hoog versterkingsniveau, meestal ongeveer 1.000,00 keer. Stel dat de Op-Amp 10.000 versterking heeft, dan zal de Op-Amp het verschil in spanning in zijn niet-inverterende ingang (V +) en inverterende ingang (V-) versterken. Dus de uitgangsspanning V uit is
10.000 x (V + - V-)

In het diagram wordt het signaal toegevoerd aan de niet-inverterende ingang en in de inverterende ingang is het aangesloten op de uitgang. Dus V + = V in en V- = Vout. Daarom Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Daarom is de uitgangsspanning bijna gelijk aan de ingangsspanning.

Laten we nu eens kijken hoe de feedback werkt. Door simpelweg een weerstand toe te voegen tussen de inverterende ingang en de uitgang, wordt de versterking aanzienlijk verminderd. Door een fractie van de uitgangsspanning naar de inverterende ingang te brengen, kan de versterking aanzienlijk worden verminderd.

Volgens de eerdere vergelijking, V uit = 10.000 x (V + - V-). Maar hier wordt een feedbackweerstand toegevoegd. Dus hier is V + Vin en V- is R1.R1 + R2 x V uit. Daarom is V uit 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Dus V uit = R1 + R2.R1x Vin

Negatieve feedback:

Hier is de uitgang van de Op-Amp verbonden met zijn inverterende (-) ingang, dus de uitgang wordt teruggevoerd naar de ingang om een ​​evenwicht te bereiken. Het ingangssignaal aan de niet-inverterende (+) ingang wordt dus gereflecteerd aan de uitgang. De op-amp met de negatieve feedback zal zijn output naar het noodzakelijke niveau drijven en daarom zal het spanningsverschil tussen zijn inverterende en niet-inverterende inputs bijna nul zijn.

Positieve feedback:

Hier wordt de uitgangsspanning teruggevoerd naar de niet-inverterende (+) ingang. Het ingangssignaal wordt naar de inverterende ingang gevoerd. Als bij een ontwerp met positieve feedback de inverterende ingang is verbonden met aarde, hangt de uitgangsspanning van de op-amp af van de grootte en polariteit van de spanning op de niet-inverterende ingang. Als de ingangsspanning positief is, is de uitgang van de Op-Amp positief en wordt deze positieve spanning naar de niet-inverterende ingang gevoerd, wat resulteert in een volledig positieve uitgang. Als de ingangsspanning negatief is, wordt de toestand omgekeerd.

Een toepassing van operationele versterkers - audiovoorversterker

Filters en voorversterkers:

Eindversterkers komen na de voorversterkers en vóór de luidsprekers. Moderne cd- en dvd-spelers hebben geen voorversterkers nodig. Ze hebben volumeregeling en bronkeuzeschakelaars nodig. Door het gebruik van schakelaars en passief volume kunnen we voorversterkers vermijden.

Laten we het eens hebben over audiovermogensversterkers

De eindversterker is een component die de luidsprekers kan aandrijven door het lage signaal om te zetten in een groot signaal. De taak van eindversterkers is het produceren van relatief hoge spanning en hoge stroom. Gewoonlijk ligt het bereik van de spanningsversterking tussen 20 en 30. De eindversterkers hebben een zeer lage uitgangsweerstand.

Specificaties van Audio Power Amplifier

• Maximaal uitgangsvermogen:

De uitgangsspanning is onafhankelijk van de belasting, voor zowel kleine als grote signalen. De gegeven spanning die op de belasting wordt toegepast, veroorzaakt twee keer zoveel stroom. Daarom wordt tweemaal zoveel stroom geleverd. Het vermogen is het continue gemiddelde sinusgolfvermogen, zodat het vermogen kan worden gemeten door een sinusgolf te gebruiken waarvan de RMS-spanning op lange termijn wordt gemeten.

• Frequentierespons:

De frequentierespons moet de volledige audioband van 20 Hz tot 20 kHz omvatten. De tolerantie voor de frequentierespons is ± 3db. De conventionele manier om de bandbreedte te specificeren is dat een versterker 3db lager is dan de nominale 0db.

• Lawaai:

De eindversterkers moeten weinig ruis produceren wanneer de eindversterkers met hoge frequenties worden gebruikt. De ruisparameter kan gewogen of ongewogen zijn. Ongewogen ruis wordt gespecificeerd over een bandbreedte van 20 kHz. Op basis van de gevoeligheid van het oor wordt rekening gehouden met gewogen geluidsspecificaties. De gewogen ruismeting heeft de neiging om de ruis bij hogere frequenties te verzwakken, daarom is gewogen ruismeting behoorlijk beter dan niet-gewogen ruismeting.

• Vervorming:

Totale harmonische vervorming is de algemene vervorming die gewoonlijk bij verschillende frequenties wordt gespecificeerd. Dit wordt gespecificeerd op een vermogensniveau dat wordt gegeven met de belastingsimpedantie van de vermogensversterker.