Tipi di amplificatore operazionale e confronto di base

Introduction Introduzione

Questo video spiega le regole di lavoro adatte ai tipi di amplificatori operazionali.

Catalogo

ⅰ Introduzione

1.1 Amplificatore operazionale Simbolo

1.2 Terminologia

ⅱ Esempi di Analisi

2.1 Esempio 1

2.2 Esempio 2

Esempio 2.3 3

ⅲ Tipi di Base di Op Amp

ⅳ Confusione tra Amplificatori e Comparatori

1.,table level

↓

↓

grounding or stable level

↓

↓

grounding or stable level

1.,2 Terminologia

1. Significato dell’ingresso in fase e dell’ingresso invertente.

1) Quando la tensione inversa è costante, la forma d’onda di uscita è la stessa del non invertente.

2) Quando la tensione non verticale è costante, la forma d’onda di uscita è opposta all’estremità invertente.

• Lettura consigliata: Amplificatori non invertenti e invertenti Analisi di base

2. L’ingrandimento dell’Op Amp è infinito (∞).

3., La tensione all’ingresso invertente dell’amplificatore operazionale è sempre uguale alla tensione all’ingresso non invertente.

∵ Vin = Vp – Vn , Vout = A × Vin（A: fattore di ingrandimento）

e ∵ A = ∞，Vin = Vout / A

∴ Vin => 0, Vp = Vn

4. L’impedenza di ingresso dell’op amp è infinita, il che significa che la sua corrente di ingresso è zero.,

Figura 1. Circuito di amplificazione (Vin=1V, Vout=-10V )

Quando l’amplificatore operazionale è collegato a in fase, la tensione alla fine della fase invertente sarà 0V e la tensione sul lato sinistro del resistore da 100K sarà 1V e 0V sul lato destro, con una differenza di potenziale, ci sarà una corrente che scorre attraverso il resistore da 100K. Tuttavia, poiché l’impedenza di ingresso dell’amplificatore operazionale è infinita, quasi nessuna corrente scorre., Quindi la corrente fluirà attraverso il resistore 1000K, quindi la tensione sul resistore 1000K è 10V, perché l’uscita potenziale è inferiore al GND, quindi l’uscita è-10V.

Figura 2. Circuito di amplificazione ( Vin=5 V, Vout=-7 V)

Quando il in-fase di op amp è collegato alla tensione 3 V, la tensione di inversione è anche 3 V. Il 2 K resistenza è 3 V sul lato sinistro e 5 V sul lato destro. A causa della differenza di potenziale, c’è corrente che scorre attraverso il resistore 2K., Tuttavia, poiché l’impedenza di ingresso dell’amplificatore operazionale è infinita, non vi è quasi alcun flusso di corrente su di esso. Quindi la corrente che scorre attraverso la resistenza da 10K, e la tensione sul resistore 10K è 10V, e la tensione Vout a terra è Vout ⇒ ⇒ B ⇒ GND, ottenendo Vout = (-10V) + 3V = -7V.

ⅱ Esempi di Analisi

2.1 Esempio 1

Figura 3., Circuito amplificatore

Perché la tensione di fase invertente è sempre uguale alla tensione in fase, Vout è anche 0.1 V, perché l’op amp è infinito in impedenza di ingresso e l’impedenza di uscita è quasi zero.

2.2 Esempio 2

Figura 4. Circuito amplificatore (Vp = 0,1 V, Vo = 10 V)

Secondo il principio di base che la tensione del terminale di fase invertente è sempre uguale al terminale invertente. Quando la tensione di fase invertente è 0.,1 V, e la tensione parziale sul 1 K resistenza è 0.1 V, la divisione di tensione sul 100 K resistenza sarà 10 V, in modo che la tensione di uscita di Vo è la somma delle tensioni parziali di 100 K e 1 K resistenze, che è 10.1 V.

2.3 Esempio 3

Figura 5. Circuito amplificatore ( alimentazione DC: ingresso=24 V, uscita=0~15 V)

DC power supply, la sua tensione di ingresso è 24 V. Dopo filtrata da C1, e regolata da R1 e D2 (regolatori di tensione), la sua tensione è regolata a 2.5 V., Allo stesso tempo, un varistore regolabile 10K è collegato in parallelo ad entrambe le estremità del regolatore di tensione e la gamma regolabile è: 0V ~ 2.5 V. Come mostrato in figura, il terminale in fase dell’amplificatore operazionale è collegato al rubinetto del varistore scorrevole. Pertanto, la gamma di variazione di tensione del terminale non invertente è anche 0V ~ 2.5 V, e l’estremità di fase invertente dell’amplificatore operazionale è collegata a R2 e R3, e la gamma di variazione di tensione di R3 è 0V ~ 2.5 V, quindi la gamma di variazione di tensione su R2 è 0V ~ 12.5 V, la tensione di uscita è la somma delle tensioni su R2 e R3, cioè 0V~15V.,

Types Tipi base di Op Amp

1. Universale om amp

È progettato per uso generale. Le caratteristiche principali di questo tipo di dispositivo sono il prezzo basso, l’ampia gamma di prodotti e così via per uso generale. Esempi di µA741 (singolo op amp), LM358 (doppio op amp), LM324 (quattro op amp) e LF356 con FET come stadio di ingresso rientrano in questa categoria. Sono gli amplificatori operazionali integrati più utilizzati.

2., Alta resistenza om amp

Le caratteristiche di questo tipo integrato sono che l’impedenza di ingresso in modalità differenziale è molto alta e la corrente di polarizzazione di ingresso è molto piccola, generalmente diversi picoampere a diverse decine di picoampere. La misura principale per ottenere questi indicatori è utilizzare l’alta impedenza di ingresso del FET e utilizzare il FET per formare l’ingresso differenziale dell’amplificatore operazionale., Utilizzando il FET come ingresso, l’impedenza di ingresso è alta, e la corrente di polarizzazione di ingresso è bassa, ha anche i vantaggi di alta velocità, larghezza di banda larga e basso rumore, ma la tensione di offset di ingresso è grande. Alcuni comuni dispositivi integrati sono LF355, LF347 e CA3130, CA3140 con maggiore impedenza di ingresso.

3., Bassa temperatura drift op amp

In strumenti di controllo automatico come strumenti di precisione e rilevamento del segnale debole, vi è la necessità che la tensione di offset dell’amplificatore operazionale sia piccola e non cambi con la temperatura, quindi gli amplificatori operazionali a bassa temperatura drift sono progettati per questo scopo. Attualmente, gli amplificatori operazionali a bassa temperatura comunemente usati con alta precisione includono OP07, OP27, AD508 e il dispositivo a bassa deriva stabilizzato con chopper ICL7650 composto da MOSFET.

4., Ad alta velocità om amp

In veloce A/D e D / A convertitori e amplificatori video, il tasso di conversione (chiamato anche slew rate SR) dell’amplificatore operazionale integrato è richiesto di essere elevato, e l’unità guadagno larghezza di banda BWG deve essere abbastanza grande. Le caratteristiche principali di esso sono alta SR e ampia risposta in frequenza. Le applicazioni comuni includono LM318, µA715, ecc., con SR = 50 ~ 70 V / us, BWG > 20 MHz.

5., Basso consumo energetico om amp

Dal momento che il più grande vantaggio di integrazione elettronica rende circuiti complessi piccolo e leggero, e l’espansione della portata di strumenti portatili, è necessario utilizzare un amplificatore operazionale con bassa tensione di alimentazione e basso consumo energetico. Comunemente usati di questo tipo sono TL-022C, TL-060C, ecc., e la loro tensione di funzionamento è ±2V ~ ±18V, e il consumo di corrente è 50 ~ 250µA. Allo stato attuale, alcuni prodotti hanno raggiunto il livello di consumo energetico di µW. Ad esempio, l’alimentazione di ICL7600 è 1.,5 V, e il consumo di energia è di 10 Mw, inoltre, può essere alimentato da una singola batteria.

6. Ad alta tensione e ad alta corrente om amp

La tensione di uscita di un op amp è principalmente limitata dalla potenza di alimentazione. In un amplificatore operazionale convenzionale, il valore massimo della tensione di uscita è generalmente solo poche decine di volt e la corrente di uscita è solo poche decine di milliampere. Per aumentare la tensione di uscita o la corrente di uscita, è necessario aggiungere un circuito ausiliario all’esterno dell’amplificatore operazionale., Gli amplificatori operazionali integrati ad alta tensione e ad alta corrente possono farlo senza alcun circuito aggiuntivo. Ad esempio, il D41 ha una tensione di alimentazione di ±150V e il µA791 ha una corrente di uscita di 1A.

7. Controllo programmabile om amp

Nel processo di utilizzo della strumentazione, è coinvolto il problema della gamma. Per ottenere la tensione fissa di uscita, il fattore di amplificazione dell’amplificatore operazionale deve essere modificato., Ad esempio, se l’amplificatore operazionale ha un ingrandimento di 10 volte e il segnale di ingresso è 1 mv, la tensione di uscita è 10mv, quando la tensione di ingresso è 0.1 mv, l’uscita è solo 1mv. Per ottenere 10mv, il fattore di ingrandimento deve essere cambiato in 100. Il controllo programmabile op amp viene generato per risolvere questo problema. Ad esempio, PGA103A, controllando il livello dei pin per modificare l’ingrandimento.

Confusion Confusione tra amplificatori operazionali e comparatori

1) Il concetto di base è lo stesso tra comparatore e amplificatore operazionale.,

Differenza interna: L’amplificatore operazionale è un’uscita complementare, che può emettere un segnale analogico non distorto. Generalmente, può essere utilizzato in anello chiuso, anello aperto o una piccola quantità di feedback positivo. Può anche essere usato come comparatore, di solito un’uscita OC (open collector), che è conveniente per la connessione multipla in parallelo. Il segnale dell’interruttore di uscita richiede un resistore di pull-up e la maggior parte di essi viene utilizzata per il ciclo aperto. In alcune occasioni, un’isteresi è richiesta introducendo un certo feedback positivo.,

L’uscita dell’amplificatore ha un loop all’ingresso, cioè c’è un feedback, è un anello chiuso, può essere un resistore o un condensatore. A seconda dell’input, viene giudicato se si tratta di feedback positivi o feedback negativi. Collegare l’estremità in fase è un feedback positivo e il terminale inverso è un feedback negativo. Inoltre, introducendo un feedback positivo, il sistema potrebbe oscillare e, se aggiunto correttamente, verrà generata l’isteresi (differenza di ritorno). Quindi gli amplificatori in genere introducono un feedback negativo per ottenere un ingrandimento fisso.,

Il concetto di loop: Signal-detection-confronto standard-controlla un parametro del segnale di ingresso allo standard. Questo è un sistema ad anello chiuso ed è un sistema di feedback negativo (i parametri di input sono stabili).

2) L’amplificatore viene utilizzato per amplificare piccoli segnali e l’enfasi è sull’amplificazione proporzionale. Al contrario, il comparatore viene utilizzato per confrontare la differenza di tensione di ingresso tra gli ingressi positivi e negativi, purché la differenza soddisfi determinati requisiti, lo stato di uscita cambia immediatamente., I suoi parametri importanti riguardano principalmente le caratteristiche di tornitura o possiamo capire che il comparatore è una forma di circuito di transizione caratterizzata da un circuito analogico e con ingresso e uscita del segnale digitale.

3) Comparatore è una sorta di amplificatore operazionale senza feedback (feedback positivo o feedback negativo)., Quando l’ingresso positivo è maggiore dell’ingresso negativo, l’uscita è infinita; quando l’ingresso positivo è inferiore all’ingresso negativo, l’uscita è infinitesimale, cioè l’uscita dell’amplificatore operazionale viene calcolata in base al feedback. In sintesi, non vi è alcuna differenza fondamentale tra i due.

4) I comparatori sono generalmente realizzati utilizzando un amplificatore operazionale. Quando l’op amp incorpora un ciclo di feedback negativo, l’intero circuito stesso può essere visto come un circuito di amplificazione con un certo guadagno., La figura seguente mostra un classico op amp: Gain=Rf/Rin

Figura 6. Ciclo di feedback negativo (G = Rf / Rin)

L’op amp può essere utilizzato anche come comparatore, sostituendo solo il feedback negativo con feedback positivo. Quando il circuito aggiunge un feedback positivo, la tensione di uscita si saturerà, ma non lo farà e non può superare la tensione di alimentazione., La figura seguente mostra il classico circuito di confronto:

Figura 7. Comparatore Circuito

La resistenza in figura fornisce una tensione di riferimento per il polo positivo, e la tensione di uscita è invertita quando la tensione negativa supera la tensione positiva, come mostrato come la figura seguente.

Figura 8., Semplice circuito amplificatore

In breve, se il circuito collegato al op amp è feedback negativo o feedback positivo, può essere utilizzato come un amplificatore o un comparatore a seconda dei diversi casi, rispettivamente.,

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