Основы операционного усилителя: Принцип работы и схема усилителя

Каталог

Ⅰ Принцип работы операционного усилителя

Операционный усилитель, как показано на рисунке, имеет две входные клеммы: a (инвертирующая входная клемма), b (неинвертирующая входная клемма) и выходную клемму o. Когда напряжение U- подается между клеммой a и общей клеммой (общая клемма - это точка, где напряжение равно нулю, что эквивалентно опорному узлу в цепи.), и его фактическое направление выше, чем общая клемма от клеммы a, фактическое направление выходное напряжение U идет от общего конца к концу o, то есть два направления точно противоположны.Когда входное напряжение U+ подается между клеммой b и общей клеммой, фактические направления U и U+ точно совпадают относительно общей клеммы. Для удобства различения клеммы a и b обозначены "-" и "+" соответственно, но не путайте их с положительной и отрицательной полярностью опорного направления напряжения. Положительная и отрицательная полярности напряжения должны быть обозначены отдельно или обозначены стрелками. Инвертирующий усилитель и неинвертирующий усилитель следующие:

Рисунок 1. инвертирующий усилитель

Рисунок 2. неинвертирующий усилитель

Режим питания операционного усилителя разделен на двойной источник питания и одиночный источник питания. Для операционного усилителя с двойным источником питания его выход может изменяться по обе стороны от нулевого напряжения, и выход также может быть установлен на ноль, когда дифференциальное входное напряжение равно нулю. При использовании операционного усилителя с одним источником питания выходная мощность изменяется в определенном диапазоне между источником питания и землей.

Обычно требуется, чтобы входной потенциал операционного усилителя был выше определенного значения отрицательного источника питания и ниже определенного значения положительного источника питания. Специально разработанный операционный усилитель может позволить входному потенциалу изменяться от отрицательного источника питания к положительному источнику питания, даже немного выше, чем положительный источник питания, или немного ниже, чем отрицательный источник питания. Этот тип операционного усилителя называется входным операционным усилителем типа "шина к шине".

Выходной сигнал операционного усилителя пропорционален разности напряжений между двумя входными клеммами. В аудиосегменте: выходное напряжение = A0 (E1-E2), где A0 - коэффициент усиления низкочастотного разомкнутого контура операционного усилителя (например, 100 дБ, что в 100000 раз больше), E1 - напряжение входного сигнала на неинвертирующем выводе, а E2 - входной сигнал напряжение на инвертирующей клемме.

Ⅱ Принципиальная схема классического операционного усилителя

Принципиальная схема классического операционного усилителя 1

Ненаправленная клемма операционного усилителя на рисунке 3 заземлена = 0 В, обратная клемма и ненаправленная клемма являются виртуальными короткими замыканиями, поэтому она также равна 0 В. Входное сопротивление обратной входной клеммы очень высокое, и ток практически не подается и не вытекает. Тогда R1 и R2 находятся последовательно, ток, протекающий через каждый компонент в последовательной цепи, одинаков, то есть ток, протекающий через R1, и ток, протекающий через R2, одинаковы.

Ток, протекающий через R1 I1=(Vi-V-)/R1......a

Ток, протекающий через R2 I2=(V--Vout)/R2......b

V-=V+=0......c

I1=I2......d

Решите приведенное выше алгебраическое уравнение Vout=(-R2/R1)*Vi

Это соотношение входа и выхода легендарного инвертирующего усилителя.

Принципиальная схема классического операционного усилителя 2

На рисунке 4 Vi и V- виртуальные короткие, тогда Vi=V......a

Из-за виртуального разомкнутого входа на клемме обратного входа нет входного и выходного тока, а токи через R1 и R2 равны. Установите этот ток как I. Из закона Ома: I=Vout/(R1+R2)......b

Vi равно парциальному давлению на R2, а именно: Vi=I*R2......c

c получается по формуле abc. Vout=Vi*(R1+R2)/R2

Это формула легендарного сонаправленного усилителя.

Принципиальная схема классического операционного усилителя 3

На рисунке 5 мы знаем из виртуального короткого замыкания: V-=V+=0......a

a В соответствии с виртуальным отключением и законом Кирхгофа сумма тока через R2 и R1 равна току через R3, поэтому (V1–V-)/R1 +(V2– V-)/R2=(Vout–V-)/R3......б

b подставляется в формулу a, и формула b становится V1/R1 +V2/R2 =Vout/R3.

Если R1 = R2 = R3, приведенная выше формула становится Vout = V1 + V2, это легендарный сумматор.

Принципиальная схема классического операционного усилителя 4

На рисунке 6 из-за виртуальной разомкнутой цепи ток не протекает через операционный усилитель в одном направлении, поэтому токи, протекающие через R1 и R2, равны, а токи, протекающие через R4 и R3, также равны. Итак, (V1–V+)/R1=(V+-V2)/R2......a

(Vout–V-)/R3=V-/R4......b

Зная из недостатка: V+=V-......c

если R1= R2, R3=R4, то V+=(V1+V2)/2V-=Vout/2.

Мы можем быть выведены из приведенной выше формулы, так что Vout = V1 + V2 также является сумматором.

Ⅲ Введение в схему усилителя

Схема усиления также называется усилителем. Это одна из наиболее широко используемых электронных схем и базовая блок-схема, которая составляет другие электронные схемы. Так называемое усиление заключается в усилении входного слабого сигнала (называемого сигналом, который относится к изменяющемуся напряжению, току и т.д.) до требуемого значения амплитуды и сигнала, соответствующего исходному закону изменения входного сигнала, то есть для выполнения неискаженного усиления. Имеет смысл только увеличивать масштаб без искажений. Суть усилительной схемы заключается в управлении и преобразовании энергии. В соответствии с общим концом входного контура и выходного контура схема усиления имеет три основные формы: схема усилителя с общим эмиттером, схема усилителя с общим коллектором и схема усилителя с общей базой.

Фактическая схема усилителя обычно состоит из источника сигнала, усилителя, состоящего из транзистора, и нагрузки.

Особенности схемы усилителя:

1. Существует два рабочих состояния: статическое и динамическое, поэтому иногда часто бывает необходимо нарисовать его путь постоянного тока и путь переменного тока для анализа;

2. Схемы часто добавляются с отрицательной обратной связью. Такого рода обратная связь иногда происходит на этой стадии, иногда от последней стадии к предыдущей стадии, поэтому, анализируя эту стадию, мы должны иметь возможность "смотреть вперед и назад". После понимания принципа работы каждого уровня вся схема может быть объединена для всестороннего синтеза.

Принципиальная схема транзисторного усилителя:

Это типичная схема транзисторного усилителя. Направление протекания тока и роль каждого резистора смещения можно увидеть из приведенного выше.

Ⅳ Разница между операционным усилителем и схемой усилителя

Схема усиления выполняет только функцию усиления. Обычно он используется для усиления аналогового сигнала различных устройств обнаружения. Конечно, некоторые схемы аналоговых усилителей также могут реализовывать арифметико-логические функции. Выход усилительной схемы представляет собой аналоговую величину.

Операционные усилители обычно встроены в микросхему, а несколько операционных усилителей встроены в микросхему. Операционные усилители также называются компараторами, которые могут использоваться для сравнения и усиления сигналов. Выходной сигнал является цифровым. Операционный усилитель имеет как положительные, так и отрицательные входы сигнала. Какой сигнал является входом положительного сигнального терминала, тогда тот же сигнал является выходом. Входная клемма отрицательного сигнала расположена напротив, например, клемма отрицательного сигнала вводит положительный сигнал, а выходная клемма расположена напротив, что является отрицательным сигналом.

Например, электромобиль с напряжением 36 В использует четыре индикатора для отображения мощности и подает напряжение 5 В на микросхему операционного усилителя. Сделайте несколько фиксированных напряжений, напряжения равны 40, 38, 36 и 34 соответственно. Они подключены к четырем отрицательным входным клеммам микросхемы с четырьмя операционными усилителями, а четыре положительных входных клеммы сигнала подключены к выборке батареи. Когда напряжение батареи превышает 40 В, операционный усилитель выдает высокий уровень, и загорается индикатор. Когда оно ниже 40 В, клемма ввода положительного сигнала находится ниже, чем клемма ввода отрицательного сигнала, индикатор низкого уровня выходного сигнала не загорается. Остальные три группы операционных усилителей такие же. С обычными схемами усилителя не возникнет такой ситуации, когда напряжение сигнала на входном конце будет выше, чем выходной сигнал.

Кроме того, входной конец операционного усилителя используется в качестве заземления сигнала, а другой конец подключен к входному сигналу. Его можно использовать в качестве усилителя, например, в качестве передней ступени усилителя мощности. Схема усилителя может быть понята как операционный усилитель.

Эти две схемы, во-первых, различаются по принципу схемы. Некоторые схемы используют транзисторы как для усиления, так и для операционных усилителей, поскольку напряжение входного сигнала не может напрямую воздействовать на операционный усилитель.