Een operationele versterker (afgekort als op-amp) is een direct gekoppelde, differentiële ingangsversterker met een hoge versterking, meestal een single-ended uitgang. Hij kan een uitgangspotentiaal (ten opzichte van aarde) genereren die honderdduizenden keren groter is dan het potentiaalverschil aan de ingang. Hij dankt zijn naam aan het feit dat hij aanvankelijk voornamelijk werd gebruikt in analoge computercircuits, zoals optellen en aftrekken.

Werkingsprincipe van de operationele versterker

De differentiële ingang van een operationele versterker omvat een niet-inverterende ingangsspanning en een inverterende ingangsspanning. Een ideale operationele versterker versterkt alleen het verschil tussen de twee spanningen, wat de differentiële ingangsspanning wordt genoemd. De uitgangsspanning van de operationele versterker wordt gegeven door de volgende formule:

Vout = (V+ - V-) * Ado

waarbij Ado de open-lus differentiële versterking van de operationele versterker is.

Ideale operationele versterker

Een ideale operationele versterker heeft doorgaans de volgende kenmerken:

1. Oneindige open-lusversterking (Ado = +∞): Een belangrijke eigenschap van een ideale operationele versterker is dat in de open-lustoestand het differentiële signaal bij de ingang een oneindig grote spanningsversterking heeft, waardoor de operationele versterker zeer geschikt is om in praktische toepassingen een negatieve feedbackconfiguratie toe te voegen.

2. Oneindige ingangsimpedantie (Zin/Rin = ∞): De ingangsaansluitingen van een ideale operationele versterker laten geen enkele stroom door, dat wil zeggen dat de stroomsignalen bij de aansluitingen V+ en V- altijd nul zijn, wat betekent dat de ingangsimpedantie oneindig is.

3. Nul-ingangsoffsetspanning

4. Oneindige bandbreedte (BW = ∞) met nul-faseverschuiving en oneindige slew rate: een ideale operationele versterker versterkt ingangssignalen van elke frequentie met dezelfde differentiële versterking, zonder dat de versterking verandert als gevolg van een verandering in de signaalfrequentie.

5. Nul uitgangsimpedantie (Zout/Rout = 0): De uitgangsaansluiting van een ideale operationele versterker is een perfecte spanningsbron. Ongeacht hoe de stroom naar de versterkerbelasting verandert, blijft de uitgangsspanning van de versterker constant, d.w.z. de uitgangsimpedantie is nul.

6. Geen lawaai

7. Oneindige common-mode-onderdrukkingsverhouding (CMRR = ∞): Een ideale operationele versterker reageert alleen op het spanningsverschil tussen de V+ en V- aansluitingen, d.w.z. hij versterkt alleen het (V+ - V-) deel. Het gemeenschappelijke deel van de twee ingangssignalen (d.w.z. het common-modesignaal) wordt volledig genegeerd.

8. Oneindige afwijzingsverhouding van de voeding

Al deze idealiseringen kunnen niet volledig worden gerealiseerd. Equivalente weerstanden en condensatoren kunnen in het model van de operationele versterker worden gebruikt om de niet-oneindige of niet-nul parameters van een echte operationele versterker te simuleren. Op deze manier kunnen ontwerpers rekening houden met deze invloeden in de algehele prestaties van het uiteindelijke circuit. De impact van sommige parameters op het uiteindelijke ontwerp is mogelijk verwaarloosbaar, maar andere parameters die de uiteindelijke prestaties daadwerkelijk beperken, moeten worden berekend.

Veelvoorkomende toepassingsontwerpen

(1) Omkerende gesloten-lusversterker

De bovenstaande afbeelding toont een schakeling van een inverterende gesloten-lusversterker. Ervan uitgaande dat deze gesloten-lusversterker een ideale operationele versterker gebruikt, zijn de twee ingangsaansluitingen van de operationele versterker, vanwege de oneindige open-lusversterking, virtueel geaard. Bovendien is, omdat de ingangsimpedantie oneindig is, de stroom van Vin naar V- gelijk aan de stroom van V- naar Vout, dus:

(2) Niet-inverterende gesloten-lusversterker

De bovenstaande afbeelding toont een schakeling van een niet-inverterende gesloten-lusversterker. De negatieve terugkoppeling bepaalt de gesloten-lusversterking Acl = Vout/Vin via de spanningsdelerweerstanden Rf en Rg. De balans wordt bereikt wanneer Vout net voldoende is om de spanning op de inverterende aansluiting gelijk te maken aan Vin. De spanningsversterking van de gehele schakeling is dus 1 + Rf/Rg. De formule voor de uitgangsspanning is:

(3) Adder

De bovenstaande afbeelding toont een optelschakeling. Onder de voorwaarde van een ideale operationele versterker, omdat de ingangsimpedantie oneindig is, is de stroom door R1 gelijk aan de stroom door R2, en evenzo is de stroom door R3 gelijk aan de stroom door R4. Dus:

(V1-V+)/R1=(V+-V2)/R2

(Vuit-V-)/R3=V_/R4

Ook vanwege virtuele kortsluiting is er: V+=V_

Dan kan worden afgeleid dat :Vout=V1+V2

(4) Integratorcircuit

De bovenstaande afbeelding toont een integratorschakeling. Onder de voorwaarde van een ideale operationele versterker is de open-loopversterking oneindig, is de spanning op de inverterende ingangsaansluiting gelijk aan die op de niet-inverterende aansluiting, en is de stroom door R1 gelijk aan de stroom door C1, omdat de ingangsimpedantie oneindig is.

De stroom die door R1 gaat i=V?/R?

De stroom die door C1 gaat is i=C·dU./dt

Dus Vuit =((-1/(R?·C?)·fV?dt

De uitgangsspanning is evenredig met de integraal van de ingangsspanning over de tijd; daarom wordt het een integratorschakeling genoemd.

(5) Differentiatorcircuit

De bovenstaande afbeelding toont een differentiatorschakeling. Onder de voorwaarde van een ideale operationele versterker is de open-loopversterking oneindig, is de spanning op de inverterende ingangsaansluiting gelijk aan die op de niet-inverterende aansluiting, en is de stroom door R1 gelijk aan de stroom door C1, omdat de ingangsimpedantie oneindig is.

Als V1 een plotseling aangelegde gelijkspanning is, komt de uitgang Vout overeen met een puls in de tegenovergestelde richting van V1.

Slkor SL8634XS14 Algemene Op-amp SOP-14

Over ons SLKOR:

SLKOR, met hoofdkantoor in Shenzhen, China, is een snelgroeiende nationale hightechonderneming in de sector van vermogenshalfgeleiders. Met R&D-centra in Beijing en Suzhou is het technische kernteam afkomstig van de Tsinghua Universiteit. Als innovator in siliciumcarbide (SiC)-technologie voor vermogenscomponenten, SLKORDe producten van worden op grote schaal gebruikt in nieuwe energievoertuigen, fotovoltaïsche energieopwekking, industriële IoT en consumentenelektronica. Ze leveren essentiële halfgeleideroplossingen aan meer dan 10,000 klanten wereldwijd.

Het bedrijf levert jaarlijks meer dan 2 miljard eenheden, waarbij de SiC-MOSFET's en ultrafast recovery SBD-diodes van de 5e generatie de industrienormen bepalen op het gebied van efficiëntieverhouding en thermische stabiliteit. SLKOR bezit meer dan 100 octrooien voor uitvindingen en biedt meer dan 2,000 productmodellen aan, waarmee het zijn portfolio van intellectuele eigendomsrechten continu uitbreidt met vermogenscomponenten, sensoren en IC's voor stroombeheer. Certificeringen zoals ISO 9001, EU RoHS/REACH en CP65-conformiteit tonen de constante toewijding van het bedrijf aan technologische innovatie, lean manufacturing en duurzame ontwikkeling.