Типични източници на усилвател-TINA и TINACloud

Типичният операционен усилвател

Повечето операционни усилватели са проектирани и конструирани в съответствие с блоковата схема, показана на фигура 8.

Фигура 8 - Типична конфигурация на операционен усилвател

Диференциалният усилвател и етапът на усилване на напрежението са единствените етапи, които осигуряват усилване на напрежението. Диференциалният усилвател също осигурява CMRR, който е толкова важен в операционния усилвател. Изходът на диференциалния усилвател често се свързва с емитерен повторител с голям емитен резистор, така че да осигури високо импедансно натоварване на диференциалния усилвател, за да се получи високо усилване. Не забравяйте, че усилвател с висок коефициент на усилване от общ емитер страда от много по-ниско входно съпротивление, отколкото един умерено усилващ усилвател CE. Това тогава позволява използването на усилвател с висок коефициент на усилване за осигуряване на допълнителна печалба. Линейни оп-усилватели са директно свързани за осигуряване ac печалба. Това също елиминира необходимостта от свързващ кондензатор, който е твърде голям, за да бъде поставен върху IC чип. За да се гарантира, че изходният сигнал няма такъв, се изискват нивелири dc изместване. Операционните усилватели могат да бъдат много точно моделирани чрез симулация на веригата. Ще демонстрираме това с помощта на онлайн симулацията на веригата TINACloud.

Опаковка 3.1

Веригите на оп-усилвателите са опаковани в стандартни IC пакети, включително консерви, двойни-лайн пакети (DIP) и плоски пакети. Всеки от тези пакети има поне осем пина или връзки. Те са илюстрирани на фигури 9, 10 и 11.

Фигура 9 - Op-amp връзка за опаковка can (изглед отгоре)

Фигура 10 - Op-amp връзка 14-пинов DIP (изглед отгоре)

Фигура 11 - Op-amp връзка за 10-плосък пакет (изглед отгоре)

При конструирането на верига е важно правилно да се идентифицират различните води (обикновено те не са номерирани). Фигурите илюстрират местоположението на пин 1. В може да опакова на Фигура 9, пин 1 е идентифициран като първия щифт вляво от раздела, а щифтовете са номерирани последователно по посока, обратна на часовниковата стрелка, гледана отгоре. В пакет с двойна линия на Фигура 10, горната част на пакета има отстъп, за да намери пин 1, и щифтовете са номерирани надолу вляво и нагоре вдясно. Имайте предвид, че повече от един операционен усилвател (обикновено 2 или 4) е пакетиран в един DIP.

в плосък пакет от Фигура 11, пин 1 се идентифицира с точка, а щифтовете са номерирани както в DIP.

Изисквания за мощност на 3.2

Много оп-усилватели изискват както отрицателен, така и положителен източник на напрежение. Типичните източници на напрежение варират от ± 5 V до ± 25 V. Фигура 12 показва типични връзки за захранване към оп-усилвателя.

Максималното люлеене на изходното напрежение е ограничено от dc напрежение, подавано към операционния усилвател. Някои операционни усилватели могат да се управляват от един източник на напрежение. Спецификациите на производителя определят границите на работа в тези случаи, когато операционният усилвател използва само едно захранване.

Фигура 12 - Връзки за захранване

3.3 Op-amp 741

Оп-усилвателят μA741 е илюстриран в еквивалентната схема на Фигура 13. Той е бил произведен от 1966 от повечето производители на IC, и въпреки че от въвеждането му има много напредък, 741 все още се използва широко.

операционни усилватели, типични усилватели

Фигура 13 - Оптичен усилвател 741

Оптичният усилвател 741 има вътрешна компенсация което се отнася до RC мрежа, която причинява високочестотен амплитуден отговор да падне. Тъй като усилвателят има висок коефициент на усилване (по поръчка на 10⁴ да 10⁵ при ниски честоти) и защото позволяват паразитни капацитети в транзисторите паразитна обратна връзка, операционният усилвател ще стане нестабилен и ще се колебае, ако не беше вътрешната компенсация. Два каскадни диференциални усилвателя задвижват допълнителен усилвател на симетрията чрез друг усилвател на напрежение.

Оптачният усилвател 741 се състои от три етапа: входен диференциален усилвател, междинен усилвател с висок коефициент на усилване и усилвател за буфериране на изхода. Друга верига, важна за нейната работа, е нивелир на нивото, за да измести dc ниво на сигнала, така че на изхода може да се люлка както положителни, така и отрицателни, пристрастия вериги за предоставяне на референтни токове на различни усилватели, и схеми, които защитават OP-AMP от къси съединения на изхода. 741 се компенсира вътрешно с помощта на кондензаторна резисторна мрежа.

Оп-усилвателят допълнително се подобрява чрез добавяне на повече етапи на усилване, изолиране на входните вериги и добавяне на повече емитерни последователи на изхода за намаляване на изходния импеданс. Други подобрения водят до увеличаване на CMRR, по-високо входно съпротивление, по-широка честотна характеристика, намален изходен импеданс и увеличена мощност.

Вериги

Няколко постоянни източника могат да се видят в операционния усилвател 741 на Фигура 13. Транзистори Q₈ намлява Q₉ са текущия източник за I_EE на диференциалния усилвател, образуван от Q₁, Q₂, Q₃, и Q₄, Транзистори Q₅, Q₆, и Q₇, активните товари са заместители на. \ t R_C резистори на диференциалния усилвател. Транзистори Q₁₀, Q₁₁, и Q₁₂ формират пристрастната мрежа за източниците на ток на диференциалния усилвател. Транзистори Q₁₀ намлява Q₁₁ образуват източник на ток Widlar за тази мрежа с пристрастия, като другите транзистори действат като текущо огледало.

Защита срещу късо съединение

Веригата 741 включва редица транзистори, които обикновено се прекъсват и се провеждат само в случай, че на изхода има голям ток. Пристрастието на изходните транзистори след това се променя, за да се намали този ток до приемливо ниво. В схемата на фигура 13 тази защитна мрежа за късо съединение се състои от транзистори Q₁₅ намлява Q₂₂ и резистор R_11.

Входен етап

Входящият етап на операционния усилвател 741 е необходим, за да осигури усилване на напрежението, смяна на нивото и единичен изход на диференциален усилвател. Сложността на веригата причинява голяма грешка в напрежението. За разлика от това, стандартният резисторно зареждан диференциален усилвател причинява по-малка грешка в напрежението. Обаче, стандартният усилвател има ограничено усилване, което означава, че ще са необходими повече етапи за постигане на желаното усилване. Резисторно заредените диференциални усилватели се използват в оп-усилватели, които имат по-малко плаващо напрежение от 741.

BJTs, използвани в входния етап изискват големи токове пристрастия, въвеждане на компенсира текущи проблеми. За да се намали отклонението на текущата грешка, други оп-усилватели използват MOSFETs във входния етап.

Входният етап на 741 е диференциален усилвател с активен товар, образуван от транзистори Q₅, Q₆, и Q₇ и резистори R₁, R₂, и R₃, Тази верига осигурява високо натоварване на резистентност и преобразува сигнала от диференциал в единичен край без никакво влошаване на коефициента на отхвърляне на усилване или общ режим. Единичният изход се взема от колектора Q₆, Входящият степенен превключвател се състои от странично PNP транзистори, Q₃ намлява Q₄, които са свързани в конфигурация с обща база.

Използване на страничните транзистори, Q₃ намлява Q₄, води до допълнително предимство. Те помагат за защитата на входните транзистори, Q₁ намлява Q₂, срещу прекъсване на изхода на емитер-база. Съединението на емитер-база на NPN транзистор ще се прекъсне, когато обратното пристрастие надвишава около 7 V. Разкъсването на страничния транзистор не се случва, докато обратното отклонение надвишава около 50 V. Тъй като транзисторите са в серия с Q₁ намлява Q₂, напрежението на разрушаване на входната верига се увеличава.

Междинен етап

Междинните етапи в повечето оп-усилватели осигуряват високо усилване чрез няколко усилвателя. В 741 единичният изход на първия етап е свързан с основата на Q₁₆ което е в конфигурация на емитерния последовател. Това осигурява високо входно съпротивление на входния етап, което намалява натоварването. Междинният етап също се състои от транзистори Q₁₆ намлява Q₁₇и резистори R₈ намлява R₉, Изходът на междинния етап се взема от колектора на Q₁₇и предоставена на Q₁₄ през фазовия сплитер. Кондензаторът в 741 се използва за компенсация на честотата, която е обсъдена в следващите глави на този текст.

Изходен етап

Изходният етап на операционния усилвател е необходим, за да осигури висок токов коефициент на импеданс с ниска мощност. Повечето операционни усилватели използват допълнителен симетричен изходен етап, за да увеличат ефективността, без да жертват текущата печалба. Максималната постижима ефективност за допълнителна симетрия, усилвател клас В е 78%. Единичният изходен усилвател има максимална ефективност от само 25%. Някои операционни усилватели използват двойка симетрия на двойка Дарлингтън, за да увеличат своите изходни възможности. Допълнителният изходен етап на симетрия във 741 се състои от Q₁₄ намлява Q₂₀.

Малките резистори, R₆ намлява R₇, осигуряват ограничаване на тока на изхода. Дарлингтънската двойка, Q₁₈ намлява Q₁₉, се използва на мястото на диода в диоднокомпенсирания допълнителен симетричен изходен етап, както е описано в глава 8. Подреждането на двойката Дарлингтън е предпочитано пред двата транзистора, свързани като диод, тъй като може да се произведе в по-малка област. Източникът на ток, заместващ резистора на отклонението в комплементарната симетрия, се реализира от една част на транзистора Q₁₃, Транзистори Q₂₂, Q₂₃, и Q₂₄ са част от устройството за превключване на нивото, което гарантира, че изходното напрежение е центрирано около нулата.

ТОК - 3. Типичният операционен усилвател

ПРЕДИШЕН - 2. Нивелири на нивото

NEXT-4. Спецификации на производителите