Uvod u operativna pojačala: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

U ovom Instructableu ću dati uvod u Operativno pojačalo, jedan od najkorisnijih analognih uređaja. Ovaj uređaj može se konfigurirati kao neinvertirajuće ili invertirajuće pojačalo, usporednik, pojačalo napona, pojačalo za zbrajanje, instrumentacijsko pojačalo, međuspremnik, aktivni filter, oscilator Wien mosta te mnoge druge aplikacije. Opamp dolazi u različitim konfiguracijama, kao što je jednokraki LM741 8 -pinski DIP ili LM324 14 -polno četveropojasno pojačalo prikazano gore. Postoje i vrste koje dolaze u varijantama površinskog montiranja.

Korak 1: Što je operativno pojačalo?

Operativno pojačalo, koje je također skraćeno poznato kao op-pojačalo, je istosmjerno pojačano pojačalo visokog napona, integrirano u IC čip. Imaju dva ulaza (diferencijalni ulaz) i jedan izlaz. Koristili su se kao građevni blokovi u analognoj elektronici od prvih uređaja koji su se pojavili krajem 1960 -ih. Jedna od ljepota ovih uređaja je ta što su uvelike pojednostavili elektronički dizajn zbog prirode svoje standardizacije. Dizajniranje pojačala s diskretnim komponentama uključivalo je mnogo dotjerivanja zbog razlika između aktivnih uređaja. Ako su sva pojačala napravljena od iste silikonske matrice, mogu se napraviti ista i imati iste karakteristike. Prilikom projektiranja s operacijskim pojačalima, određeni dobitak za uređaj može se postići ugradnjom dva vanjska otpornika sa specifičnim omjerom otpora. Na primjer, ako se želi pojačanje napona 100, otpornik od 100 k i otpornik od 1 k mogli bi se staviti u krug kako bi se dobio omjer 100. Koristeći ovu strategiju, dobitak je svaki put isti. Najpopularnije op-pojačalo svih vremena je 741 koji postoji od ranih 70-ih, a koristile su ga generacije hobista u svemu, od audio pojačala do izvora napajanja. Industrija 741 nije koristila već mnogo godina jer su razvijena bolja op-pojačala, ali oni i dalje imaju sljedbenike među hobistima i lako ih je nabaviti. Prvi uređaji izišli su u 8 -polnom dvostrukom linijskom paketu ili u kružnoj metalnoj limenci. Kasnije su postali dostupni uređaji za površinsko montiranje. 741 i drugi op-pojačala njegova starog doba koristili su bipolarne tranzistore s uređajima koji koriste ulaze tranzistora s efektom polja koji će izaći kasnije. Ulazi tranzistora s efektom polja počeli su se koristiti zbog potrebe za većom ulaznom impedansom i manjim odljevom struje.

Korak 2: Neinvertirajuće pojačalo

Neinvertirajuće pojačalo je prvi krug koji ćemo pokriti. Na gornjem dijagramu, op pojačalo je ožičeno tako da ulaz ide na pozitivni ulaz, a povratni otpornik ide na negativni ulaz. Omjer Rf i Rg određuje dobitak. U slučaju gornjeg kruga, dobitak napona je 10. Dijagram u sredini ograničenja "stvarnog svijeta" 741 op pojačala kada se kvadratni val od 10 kHz dovodi na ulaz, ali izlazi kao trokutasti valni oblik zbog ograničena brzina prebacivanja uređaja. Kada se ulaz spusti na kvadratni val od 1 kHz, izlaz se poboljšava i više liči na pravi kvadratni val. Mjerenje sposobnosti op-amp-a da prati promjene amplitude ulaznog signala naziva se "Slew Rate" i mjeri se u voltima po mikrosekundi. 741 ima vrlo pitomu ocjenu od 0,5 volti po mikrosekundi. Op-pojačala velike brzine imaju nazivne vrijednosti čak 5000 volti po mikrosekundi, iako će tipično poput TL081 imati prosječnu ocjenu od 13 volti po mikrosekundi.

Korak 3: Invertirajuće pojačalo

Opamp se može konfigurirati na takav način da se 1-voltni negativni odlazni valni oblik može obrnuti i pojačati kako bi se dobio 10-voltni pozitivni valni oblik. Koristi za ovu konfiguraciju mogu biti svugdje gdje je potrebna promjena faze, primjerice u upravljačkim fazama diskretnih tranzistorskih pojačala.

Korak 4: Korištenje op -pojačala kao pretvarača kvadratnih valova u sinusni val

Gornji krug promijenit će kvadratni val od 1000 Hz u sinusni val od 1000 Hz. To čini filtriranjem svih frekvencijskih komponenti (harmonika) iznad i ispod temelja, što je sinusni val. Umjesto otpornika u krugu povratne sprege, koristimo komponente za odabir frekvencije (kondenzatori) koje daju negativnu povratnu spregu za poništavanje neželjenih frekvencija. Srednji dijagram prikazuje stvarno simulirano kolo i proizvedeni valni oblik. Treći dijagram prikazuje frekvencijski odziv kruga. Tehnički naziv ove vrste sklopova je aktivni pojasni filter. Omogućuje prolaz samo vrlo uskom opsegu frekvencija bez slabljenja.

Korak 5: Korištenje op -pojačala kao usporedbe

Postoje namjenski čipovi koji su bolji za usporedbu, ali ponekad ih možda nemate pri ruci, pa je uvijek korisno znati napraviti usporednik od opampa. Kratki pregled onoga što je usporednik, to je u osnovi opamp postavljen kao pojačalo bez povratne sprege, dopuštajući pojačalu da radi s maksimalnim pojačanjem. Kada je jedan ulaz vezan za određeni napon, kao što su 3 volta prikazana na dijagramu, krug će dati izlaz koji je gotovo najveći napon tračnice kada su dva ulaza pod istim naponom. U slučaju gornjeg kruga, sinusni val od 1 kHz daje izlaz kada se podigne iznad 3 volta i ponovno se uključuje kada sinusni val padne ispod 3 volta. Komparatori se obično koriste u (ADC -ima) i relaksacionim oscilatorima.

Korak 6: Izrada zbirnog pojačala s opamom

Gore zbrajajuće pojačalo prima dva signala od 1 kHz, jedan od vrha do vrha 10 mV, a drugi od vrha do vrha od 20 mV. Rezultirajući izlaz je 60 mV od vrha do vrha. Budući da je to invertirajuće pojačalo, emitira signal suprotne faze.

Zbirna pojačala koriste se u audio mikserima gdje je potrebno zbrajati različite ulaze. Unošenjem signala u potenciometre, signali se mogu mijenjati kako bi se dobio željeni izlaz.

Korak 7: Audio ulaz s tri ulaza

Ovaj se sklop može koristiti za miješanje dva instrumenta i vokalne pjesme, a prema potrebi se može dodati više ulaza. Svaka ulazna razina može se neovisno podešavati potenciometrima.