Operacinių stiprintuvų įvadas: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Šioje instrukcijoje pristatysiu operacinį stiprintuvą, vieną iš naudingiausių analoginių įrenginių. Šis įrenginys gali būti sukonfigūruotas kaip neinvertuojantis arba apverčiamasis stiprintuvas, lyginamasis įrenginys, įtampos stiprintuvas, suminis stiprintuvas, prietaisų stiprintuvas, buferis, aktyvus filtras, Wien tilto osciliatorius ir daugelis kitų programų. „Opamp“yra įvairių konfigūracijų, tokių kaip vienas LM741 8 kontaktų DIP arba LM324 14 kontaktų keturių op stiprintuvas. Taip pat yra tipų, kurie yra montuojami ant paviršiaus.

1 žingsnis: Kas yra operacinis stiprintuvas?

Operacinis stiprintuvas, dar trumpai žinomas kaip op-amp, yra nuolatinės srovės stiprumo stiprintuvas, integruotas į IC mikroschemą. Jie turi du įėjimus (diferencinį įėjimą) ir vieną išėjimą. Jie buvo naudojami kaip statybiniai blokai analoginėje elektronikoje nuo pirmųjų prietaisų pasirodymo 1960 -ųjų pabaigoje. Vienas iš šių prietaisų grožybių yra tas, kad jie labai supaprastino elektroninį dizainą pagal jų standartizacijos pobūdį. Kuriant stiprintuvus su atskirais komponentais, reikėjo daug keisti, nes skiriasi aktyvūs įrenginiai. Jei visi stiprintuvai yra pagaminti iš tos pačios silicio liejimo formos, jie visi gali būti pagaminti vienodai ir turėti tas pačias charakteristikas. Projektuojant su operaciniais stiprintuvais, specifinį prietaiso padidėjimą galima gauti sumontavus du išorinius rezistorius su tam tikru pasipriešinimo santykiu. Pavyzdžiui, jei norima įtampos padidėjimo 100, į grandinę galima įterpti 100k rezistorių ir 1k rezistorių, kad būtų pasiektas 100 santykis. Naudojant šią strategiją, padidėjimas yra tas pats kiekvieną kartą. Populiariausias visų laikų op-amp yra 741, kuris egzistavo nuo 70-ųjų pradžios ir kurį mėgėjų kartos naudojo visur-nuo garso stiprintuvų iki maitinimo šaltinių. „741“pramonė nenaudojo daugelį metų, nes buvo sukurti geresni stiprintuvai, tačiau jie vis dar turi sekėjų tarp mėgėjų ir yra lengvai gaunami. Pirmieji įrenginiai buvo pagaminti iš 8 kontaktų dvigubo įpakavimo stiliaus arba apvalios metalinės skardinės. Vėliau buvo prieinami paviršiniai montavimo įtaisai. 741 ir kiti jo senoviniai stiprintuvai naudojo bipolinius tranzistorius su įtaisais, naudojančiais lauko efekto tranzistorių įėjimus. Lauko efekto tranzistorių įėjimai buvo pradėti naudoti, nes reikėjo didesnės įėjimo varžos ir mažesnio srovės nutekėjimo.

2 žingsnis: neinvertinis stiprintuvas

Neapverčiamas stiprintuvas yra pirmoji grandinė, kurią apimsime. Aukščiau pateiktoje diagramoje op stiprintuvas yra prijungtas prie įvesties, einančios į teigiamą įvestį, o grįžtamojo ryšio rezistorius - į neigiamą. Rf ir Rg santykis lemia padidėjimą. Aukščiau pateiktos grandinės atveju įtampos padidėjimas yra 10. Diagrama viduryje rodo 741 op stiprintuvo „realaus pasaulio“apribojimus, kai į įvestį tiekiama 10 kHz kvadratinė banga, bet dėl trikampio bangos formos ribotas prietaiso perjungimo greitis. Kai įvestis sumažinama iki 1 kHz kvadratinės bangos, išvestis pagerėja ir atrodo labiau kaip tikra kvadratinė banga. Operacinio stiprintuvo gebėjimo sekti įėjimo signalo amplitudės pokyčius matavimas vadinamas „Slew Rate“ir matuojamas voltais per mikrosekundę. „741“yra labai švelnus-5 voltai per mikrosekundę. Greitaeigiai stiprintuvai gali siekti 5000 voltų per mikrosekundę, nors tokio tipiško, kaip TL081, vidutinis įvertinimas yra 13 voltų per mikrosekundę.

3 žingsnis: apverstas stiprintuvas

Opampą galima sukonfigūruoti taip, kad 1 volto neigiamos eigos bangos formą būtų galima apversti ir sustiprinti, kad būtų gauta 10 voltų teigiamos bangos forma. Šios konfigūracijos naudojimas gali būti bet kur, kur reikia keisti fazę, pvz., Diskrečių tranzistorių stiprintuvų tvarkyklėse.

4 žingsnis: „Op Amp“naudojimas kaip kvadratinių bangų ir sinusų bangų keitiklis

Aukščiau pateikta grandinė pakeis 1000 Hz kvadratinę bangą į 1000 Hz sinusinę bangą. Tai daroma filtruojant visus dažnio komponentus (harmonikas) virš ir žemiau pagrindinės, tai yra sinusinės bangos. Užuot naudoję rezistorius grįžtamojo ryšio grandinėje, mes naudojame dažnio atrankos komponentus (kondensatorius), kurie teikia neigiamą grįžtamąjį ryšį, kad panaikintų nepageidaujamus dažnius. Vidurinėje diagramoje parodyta tikroji grandinė ir sukurta bangos forma. Trečioji schema rodo grandinės dažnio atsaką. Šio tipo grandinės techninis pavadinimas yra aktyvus pralaidumo filtras. Tai leidžia tik labai siaurai dažnių juostai praeiti nesusilpninant.

5 žingsnis: „Op Amp“naudojimas kaip palyginimas

Yra tam skirtų lustų, kurie yra geresni lygintuvai, tačiau kartais jų neturite po ranka, todėl visada naudinga žinoti, kaip padaryti lyginamąjį kompiuterį iš opampo. Greita apžvalga, kas yra lygintuvas, iš esmės tai yra opampas, sukurtas kaip stiprintuvas be grįžtamojo ryšio, leidžiantis stiprintuvui veikti maksimaliai. Kai vienas įėjimas yra susietas su tam tikra įtampa, pvz., 3 voltais, parodyta diagramoje, grandinė duos išėjimą, kuris yra beveik didžiausia bėgio įtampa, kai abu įėjimai yra tos pačios įtampos. Pirmiau minėtos grandinės atveju 1 kHz sinusinė banga suteikia išėjimą, kai ji pakyla virš 3 voltų, ir vėl persijungia, kai sinusinė banga nukrenta žemiau 3 voltų. Palyginamieji dažniausiai naudojami (ADC) ir atsipalaidavimo osciliatoriuose.

6 žingsnis: suminio stiprintuvo su „Opamp“kūrimas

Aukščiau esantis sumavimo stiprintuvas priima du 1 kHz signalus, vieną iš 10 mV piko į viršų ir kitą nuo 20 mV piko iki maksimumo. Rezultatas yra nuo 60 mV iki piko. Kadangi tai yra apverčiamasis stiprintuvas, jis skleidžia priešingos fazės signalą.

Apibendrinamieji stiprintuvai naudojami garso maišytuvuose, kur reikia sujungti skirtingus įėjimus. Tiekiant signalus į potenciometrus, signalus galima keisti, kad būtų pasiektas norimas išėjimas.

7 žingsnis: trijų įėjimų garso maišytuvas

Ši grandinė galėtų būti naudojama sumaišant du instrumentus ir vokalo takelį, prireikus galima pridėti daugiau įėjimų. Kiekvienas įvesties lygis gali būti reguliuojamas atskirai naudojant potenciometrus.