3. Tipična op-amp
STRUJA - 3. Tipični op
PREVIOUS- 2. Menjači nivoaTipična op-amp
Većina operativnih pojačala projektovana su i konstruisana u skladu sa blok dijagramom prikazanim na slici 8.
Slika 8 - Tipična konfiguracija op-ampa
Diferencijalno pojačalo i stupanj naponskog pojačanja su jedine faze koje osiguravaju naponsko pojačanje. Diferencijalno pojačalo takođe obezbeđuje CMRR koji je toliko važan u op-ampu. Izlaz diferencijalnih pojačala često se povezuje sa emiterima s velikim emiterskim otpornikom kako bi se osiguralo visoko impedancijsko opterećenje diferencijalnog pojačala kako bi se dobio visok dobitak. Imajte na umu da pojačalo sa zajedničkim emitatorom visokog napona ima mnogo manju ulaznu impedanciju nego CE pojačalo sa umjerenim priborom. To onda omogućava upotrebu pojačanog CE pojačala za postizanje dodatnog pojačanja. Linearni op-amperi su direktno povezani da bi se obezbedili ac dobitak. Ovo takođe eliminiše potrebu za kondenzatorom koji je prevelik da bi se mogao postaviti na IC čip. Menjači nivoa moraju da osiguraju da izlazni signal nema dc ofset. Op-pojačala se mogu vrlo precizno modelirati simulacijom kola. To ćemo pokazati pomoću simulacije mrežnog kruga TINACloud.
3.1 Packaging
Op-amp krugovi su upakovani u standardne IC pakete, uključujući limenke, dual-in-line pakete (DIP) i ravne pakete. Svaki od ovih paketa ima najmanje osam pinova ili veza. Prikazani su na slikama 9, 10 i 11.
Slika 9 - Op-amp veza za paket can (pogled odozgo)
Slika 10 - Op-amp veza 14-pinski DIP (pogled odozgo)
Slika 11 - Op-amp veza za 10-pin flat pack (pogled odozgo)
Prilikom konstruisanja kola, važno je tačno identifikovati različite vodove (oni obično nisu numerisani). Slike ilustriraju lokaciju pin-a 1. U can package Na slici 9, pin 1 je identifikovan kao prvi pin na levoj strani kartice, a pinovi su numerisani uzastopno u smeru suprotnom od kretanja kazaljke na satu. U dual-in-line paket Na slici 10, vrh paketa ima udubljenje za lociranje pinova 1, a pinovi su numerisani dole levo i gore na desnoj strani. Imajte na umu da je više od jednog op-amp (obično 2 ili 4) pakirano u jednom DIP-u.
U flat pack na slici 11, pin 1 je identifikovan tačkom, a pinovi su numerisani kao u DIP-u.
Zahtjevi za napajanje 3.2-a
Mnogi op-amperi zahtijevaju i negativan i pozitivan izvor napona. Tipični izvori napona kreću se od ± 5 V do ± 25 V. Slika 12 prikazuje tipične priključke napajanja na op-amp.
Maksimalna promena izlaznog napona je ograničena dc napon koji se napaja na op-pojačalo. Nekim operativnim pojačalima može se upravljati iz jednog izvora napona. Specifikacije proizvođača definiraju ograničenja rada u onim slučajevima kada opcijsko pojačalo koristi samo jedno napajanje.
Slika 12 - Priključci za napajanje
Maksimalna promena izlaznog napona je ograničena dc napon koji se napaja na op-pojačalo. Nekim operativnim pojačalima može se upravljati iz jednog izvora napona. Specifikacije proizvođača definiraju ograničenja rada u onim slučajevima kada opcijsko pojačalo koristi samo jedno napajanje.
3.3 Op-amp 741
ΜA741 op-amp je prikazan u ekvivalentnom krugu slike 13. Proizvedeno je od 1966-a od strane većine proizvođača IC-a, i iako je od njegovog uvođenja bilo mnogo napretka, 741 je još uvijek u širokoj upotrebi.
Slika 13 - 741 op-amp
741 op-amp ima interna kompenzacija što se odnosi na RC mrežu koja uzrokuje da se odzivi visoke frekvencije amplituda otpale. Pošto pojačalo ima visok dobitak (po narudžbi 104 u 105 na niskim frekvencijama) i zato što parazitski kapaciteti u tranzistorima dozvoljavaju parazitske povratne informacije, op-amp bi postao nestabilan i oscilirao da nije interne kompenzacije. Dva kaskadna diferencijalna pojačala pokreću komplementarno pojačalo snage simetrije preko drugog pojačivača napona.
741 op-amp sastoji se od tri faze: ulazno diferencijalno pojačalo, srednje jednosmjerno pojačalo s pojačanjem i pojačalo izlaznog međuspremnika. Drugi krugovi važni za njegovo funkcionisanje je stepen za prebacivanje dc nivo signala, tako da se izlaz može pomicati i pozitivnim i negativnim, prednaponskim krugovima kako bi se osigurale referentne struje za različita pojačala, i sklopovi koji štite op-amp od kratkih spojeva na izlazu. 741 je interno kompenzovan pomoću mreže na kondenzatoru-otporniku.
Op-amp se dodatno poboljšava dodavanjem više stupnjeva pojačanja, izolacijom ulaznih krugova i dodavanjem više emiternih sljedbenika na izlazu kako bi se smanjila izlazna impedancija. Ostala poboljšanja rezultiraju povećanim CMRR-om, većom ulaznom impedancijom, širim frekventnim odzivom, smanjenom izlaznom impedancijom i povećanom snagom.
Bias Circuits
Nekoliko konstantnih izvora može se vidjeti u 741 op-amp na slici 13. Tranzistori Q8 i Q9 su trenutni izvor za IEE diferencijalnih pojačala formiranih pomoću Q1, Q2, Q3, I Q4. Tranzistori Q5, Q6, I Q7, da li su aktivna opterećenja zamjena za RC otpornici diferencijalnog pojačala. Tranzistori Q10, Q11, I Q12 čine mrežu pristranosti za izvore struje diferencijalnog pojačala. Tranzistori Q10 i Q11 formira Widlar strujni izvor za ovu mrežu pristrasnosti s drugim tranzistorima koji djeluju kao trenutno ogledalo.
Zaštita kratkog spoja
741 krug uključuje brojne tranzistore koji su normalno odsječeni i provode se samo u slučaju da postoji velika struja na izlazu. Bias na izlaznim tranzistorima se zatim menja kako bi se ova struja smanjila na prihvatljiv nivo. U krugu sa slike 13, ova mreža za zaštitu od kratkog spoja sastoji se od tranzistora Q15 i Q22 i otpornik R11.
Input Stage
Ulazni stupanj 741 op-amp je potreban da bi se osigurao naponski napon, prebacivanje nivoa i jedno-izlazni diferencijalni izlaz. Složenost strujnih krugova uzrokuje veliku grešku napona pomaka. Za razliku od toga, standardno diferencijalno pojačalo sa opterećenjem otpornikom uzrokuje manju pogrešku u naponu. Međutim, standardno pojačalo ima ograničen dobitak što znači da će biti potrebno više faza za postizanje željenog pojačanja. Uporne diferencijalne pojačivače koriste se u op-amperima koji imaju manji napon od 741-a.
BJT-ovi koji se koriste u ulaznom stadiju zahtijevaju velike struje prednapona, uvodeći trenutne probleme. Da bi se smanjila trenutna pogreška pomaka, druge vrste op-amp koriste MOSFET-ove u ulaznoj fazi.
Ulazni stupanj 741-a je diferencijalno pojačalo s aktivnim opterećenjem koje tvore tranzistori Q5, Q6, I Q7 i otpornici R1, R2, I R3. Ovaj krug osigurava visoko opterećenje otpora i pretvara signal iz diferencijala u jednokraki bez degradacije pojačanja ili omjera odbacivanja u zajedničkom modu. Jednoručni izlaz se preuzima od kolektora Q6. Ulazni stepen za pomeranje se sastoji od bočnog pnp tranzistori, Q3 i Q4, koji su povezani u konfiguraciji zajedničke baze.
Upotreba bočnih tranzistora, Q3 i Q4, rezultira dodatnom prednošću. Oni pomažu u zaštiti ulaznih tranzistora, Q1 i Q2, protiv kvarova na spoju emitera i baze. Spajanje bazne stanice emitera npn Tranzistor će se pokvariti kada obrnuto odstupanje bude veće od 7 V. Do loma ne dolazi do lomnog tranzistora sve dok obrnuto odstupanje ne bude veće od 50 V. Pošto su tranzistori u seriji Q1 i Q2, povećava se probojni napon ulaznog kruga.
Intermediate Stage
Srednje faze u većini op-ampera pružaju visok dobitak kroz nekoliko pojačala. U 741-u, jednostrani izlaz prve faze je povezan sa bazom Q16 koji je u konfiguraciji emiterskog sljedbenika. Ovo osigurava visoku ulaznu impedanciju ulaznoj fazi koja minimizira opterećenje. Srednja faza se takođe sastoji od tranzistora Q16 i Q17i otpornici R8 i R9. Izlaz srednjeg stupnja se uzima od kolektora Q17, i pod uvjetom da Q14 kroz razdvajač faza. Kondenzator u 741-u koristi se za kompenzaciju frekvencije o kojoj se raspravlja u narednim poglavljima ovog teksta.
Izlazna faza
Izlazni stupanj op-pojačala potreban je da bi se osiguralo veliko strujno pojačanje na impedanciji s malim izlazom. Većina op-pojačala koristi komplementarnu izlaznu fazu simetrije za povećanje efikasnosti bez žrtvovanja trenutnog dobitka. Maksimalna dostižna efikasnost za komplementarnu simetriju, pojačalo klase B je 78%. Jednokratno izlazno pojačalo ima maksimalnu efikasnost od samo 25%. Neki op-pojačala koriste komplementarnu simetriju Darlingtonovog para kako bi povećali izlaznu sposobnost. Komplementarni izlazni stupanj simetrije u 741 sastoji se od Q14 i Q20.
Mali otpornici, R6 i R7, omogućuju ograničenje struje na izlazu. Darlington par, Q18 i Q19, koristi se umjesto diode u komplementarnom izlaznom stupnju komplementarne simetrije s kompenzacijom diode kao što je opisano u poglavlju 8. Raspored Darlington para je favoriziran u odnosu na dva tranzistora povezana kao dioda jer se može proizvesti u manjem području. Izvor struje koji zamjenjuje otpornik prednapona u komplementarnom krugu simetrije ostvaruje se jednim dijelom tranzistora Q13. Tranzistori Q22, Q23, I Q24 su deo sklopa nivoa zakretanja koji osigurava da je izlazni napon centriran oko nule.
STRUJA - 3. Tipični op