Wzmacniacz operacyjny (w skrócie op-amp) to wzmacniacz napięciowy o sprzężeniu bezpośrednim, wejściu różnicowym, zazwyczaj z wyjściem niesymetrycznym i wysokim wzmocnieniem. Może generować potencjał wyjściowy (względem masy) setki tysięcy razy większy niż różnica potencjałów na wejściu. Swoją nazwę zawdzięcza temu, że początkowo był używany głównie w analogowych układach obliczeniowych, takich jak operacje dodawania i odejmowania.

Zasada działania wzmacniacza operacyjnego

Wejście różnicowe wzmacniacza operacyjnego zawiera nieodwracające napięcie wejściowe i odwracające napięcie wejściowe. Idealny wzmacniacz operacyjny wzmacnia jedynie różnicę między tymi dwoma napięciami, nazywaną różnicowym napięciem wejściowym. Napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego jest określone następującym wzorem:

Vout = (V+ - V-) * Ado

gdzie Ado jest różnicowym wzmocnieniem pętli otwartej wzmacniacza operacyjnego.

Idealny wzmacniacz operacyjny

Idealny wzmacniacz operacyjny ma zazwyczaj następujące cechy:

1. Nieskończone wzmocnienie pętli otwartej (Ado = +∞): Ważną właściwością idealnego wzmacniacza operacyjnego jest to, że w stanie pętli otwartej sygnał różnicowy na wejściu ma nieskończenie duże wzmocnienie napięciowe, co sprawia, że wzmacniacz operacyjny bardzo dobrze nadaje się do dodawania konfiguracji ujemnego sprzężenia zwrotnego w zastosowaniach praktycznych.

2. Nieskończona impedancja wejściowa (Zin/Rin = ∞): Zaciski wejściowe idealnego wzmacniacza operacyjnego nie pozwalają na przepływ żadnego prądu, co oznacza, że sygnały prądowe na zaciskach V+ i V- są zawsze zerowe, co oznacza, że impedancja wejściowa jest nieskończona.

3. Zerowe napięcie przesunięcia wejściowego

4. Nieskończona szerokość pasma (BW = ∞) przy zerowym przesunięciu fazowym i nieskończonej szybkości narastania: idealny wzmacniacz operacyjny wzmacnia sygnały wejściowe o dowolnej częstotliwości przy tym samym wzmocnieniu różnicowym, bez zmian spowodowanych zmianą częstotliwości sygnału.

5. Zerowa impedancja wyjściowa (Zout/Rout = 0): Zacisk wyjściowy idealnego wzmacniacza operacyjnego jest idealnym źródłem napięcia. Niezależnie od zmian prądu płynącego do obciążenia wzmacniacza, napięcie wyjściowe wzmacniacza pozostaje stałe, tj. impedancja wyjściowa wynosi zero.

6. Zero hałasu

7. Nieskończony współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (CMRR = ∞): Idealny wzmacniacz operacyjny reaguje jedynie na różnicę napięć między zaciskami V+ i V-, czyli wzmacnia tylko część (V+ - V-). Część wspólna dwóch sygnałów wejściowych (tj. sygnał w trybie wspólnym) jest całkowicie ignorowana.

8. Nieskończony współczynnik tłumienia zasilania

Wszystkie te idealizacje nie mogą być w pełni zrealizowane. W modelu wzmacniacza operacyjnego można zastosować rezystory i kondensatory równoważne, aby symulować nieskończone lub niezerowe parametry rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego. W ten sposób projektanci mogą uwzględnić te wpływy w ogólnej wydajności układu. Wpływ niektórych parametrów na ostateczny projekt może być pomijalny, ale konieczne jest obliczenie innych parametrów, które faktycznie ograniczają ostateczną wydajność.

Typowe projekty aplikacji

(1) Wzmacniacz pętli zamkniętej odwracający

Powyższy rysunek przedstawia obwód wzmacniacza z zamkniętą pętlą odwracającą. Zakładając, że ten wzmacniacz z zamkniętą pętlą wykorzystuje idealny wzmacniacz operacyjny, ze względu na nieskończone wzmocnienie w pętli otwartej, dwa zaciski wejściowe wzmacniacza operacyjnego są wirtualną masą. Ponadto, ponieważ impedancja wejściowa jest nieskończona, prąd płynący od Vin do V- jest równy prądowi płynącemu od V- do Vout, zatem:

(2) Wzmacniacz pętli zamkniętej nieodwracający

Powyższy rysunek przedstawia obwód wzmacniacza z zamkniętą pętlą nieodwracającą. Ujemne sprzężenie zwrotne określa wzmocnienie pętli zamkniętej Acl=Vout/Vin poprzez rezystory dzielnika napięcia Rf i Rg. Równowaga jest osiągnięta, gdy Vout jest wystarczające, aby napięcie na zacisku odwracającym było równe napięciu Vin. Zatem wzmocnienie napięciowe całego obwodu wynosi 1 + Rf/Rg. Wzór na napięcie wyjściowe to:

(3) Sumator

Powyższy rysunek przedstawia układ sumatora. W warunkach idealnego wzmacniacza operacyjnego, ponieważ impedancja wejściowa jest nieskończona, prąd płynący przez R1 jest równy prądowi płynącemu przez R2, a prąd płynący przez R3 jest równy prądowi płynącemu przez R4. Zatem:

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

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

Również z powodu zwarcia wirtualnego występuje: V+=V_

Następnie można wywnioskować, że :Vout=V1+V2

(4) Obwód integrujący

Powyższy rysunek przedstawia układ integratora. W warunkach idealnego wzmacniacza operacyjnego wzmocnienie w pętli otwartej jest nieskończone, napięcie na zacisku wejściowym odwracającym jest równe napięciu na zacisku nieodwracającym, a ponieważ impedancja wejściowa jest nieskończona, prąd płynący przez R1 jest równy prądowi płynącemu przez C1.

Prąd przepływający przez R1 i=V?/R?

Prąd przepływający przez C1 i=C·dU./dt

Więc Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt

Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do całki napięcia wejściowego w czasie, dlatego taki układ nazywa się układem integrującym.

(5) Obwód różniczkujący

Powyższy rysunek przedstawia układ różniczkujący. W warunkach idealnego wzmacniacza operacyjnego wzmocnienie w pętli otwartej jest nieskończone, napięcie na zacisku wejściowym odwracającym jest równe napięciu na zacisku nieodwracającym, a ponieważ impedancja wejściowa jest nieskończona, prąd płynący przez R1 jest równy prądowi płynącemu przez C1.

Jeżeli V1 jest nagle przyłożonym napięciem stałym, to wyjście Vout odpowiada impulsowi o kierunku przeciwnym do V1.

Slkor SL8634XS14 General Op-amp SOP-14

O Nas SLKOR:

SLKOR, z siedzibą w Shenzhen w Chinach, jest szybko rozwijającym się krajowym przedsiębiorstwem high-tech w sektorze półprzewodników mocy. Posiada centra badawczo-rozwojowe w Pekinie i Suzhou, a jego główny zespół techniczny pochodzi z Uniwersytetu Tsinghua. Jako innowator w technologii urządzeń mocy z węglika krzemu (SiC), SLKORProdukty firmy są szeroko stosowane w pojazdach napędzanych nowymi źródłami energii, generatorach fotowoltaicznych, przemysłowym Internecie rzeczy i elektronice użytkowej, zapewniając kluczowe rozwiązania półprzewodnikowe ponad 10,000 XNUMX klientów na całym świecie.

Firma dostarcza rocznie ponad 2 miliardy jednostek, a jej tranzystory MOSFET SiC i diody SBD piątej generacji o ultraszybkim odzyskiwaniu energii wyznaczają standardy w branży pod względem współczynnika sprawności i stabilności termicznej. SLKOR posiada ponad 100 patentów na wynalazki i oferuje ponad 2,000 modeli produktów, stale rozszerzając swoje portfolio IP w zakresie urządzeń zasilających, czujników i układów scalonych do zarządzania energią. Certyfikaty, w tym ISO 9001, EU RoHS/REACH i zgodność z CP65, dowodzą stałego zaangażowania firmy w innowacje technologiczne, produkcję odchudzoną i zrównoważony rozwój.