1. Ihanteelliset optiot

NYKYINEN - 1. Ihanteellinen op-vahvistin
EDELLINEN - Ihanteellinen operatiiviset vahvistimet Johdanto
NEXT-2. Käänteinen vahvistin

Ihanteelliset optiot

Tässä osassa käytetään a järjestelmät lähestymistapa esitellä Ideal-operatiivisten vahvistimien perusteet. Siksi pidämme op-vahvistinta lohkona, jossa on tulo- ja lähtöliittimet. Emme ole tällä hetkellä huolissaan yksittäisistä elektronisista laitteista op-amp.

Op-amp on vahvistin, jota käytetään usein sekä positiivisten että negatiivisten syöttöjännitteiden avulla. Tämä mahdollistaa lähtöjännitteen kääntymisen sekä maapotentiaalin ylä- että alapuolelle. Op-amp löytää laajan sovelluksen monissa lineaarisissa elektronisissa järjestelmissä.

Nimi operaatiovahvistimen johdetaan yhdestä op-amp-piirien alkuperäisestä käytöstä; suorittaa matemaattinen toiminta analogisissa tietokoneissa. Tätä perinteistä sovellusta käsitellään myöhemmin tässä luvussa. Varhaisvaihtoehdot käyttivät yhtä käänteistä tuloa. Positiivinen jännitemuutos tulossa aiheutti negatiivisen muutoksen ulostulossa.

Näin ollen op-vahvistimen toiminnan ymmärtämiseksi on ensin tutustuttava valvottujen (riippuvien) lähteiden käsitteeseen, koska ne muodostavat op-amp-mallin perustan.

1.1 riippuvaiset lähteet

Riippuvaiset (tai kontrolloidut) lähteet tuottavat jännitteen tai virran, jonka arvo määräytyy jännitteen tai virran perusteella, joka on olemassa muualla piirissä. Sitä vastoin passiiviset laitteet tuottavat jännitteen tai virran, jonka arvo määräytyy samassa paikassa piirissä olevan jännitteen tai virran perusteella. Sekä itsenäiset että riippuvat jännitteet ja virtalähteet ovat aktiivisia elementtejä. Toisin sanoen ne kykenevät toimittamaan virtaa jollekin ulkoiselle laitteelle. Passiiviset elementit eivät kykene tuottamaan tehoa, vaikka ne voivat tallentaa energiaa toimitettavaksi myöhemmin, kuten kondensaattoreiden ja induktorien tapauksessa.

Alla oleva kuva havainnollistaa piirin analyysissä usein käytettävän vahvistinlaitteen vastaavaa piirikokoonpanoa. Oikeallavastus on kuorma. Löydämme tämän järjestelmän jännitteen ja virran. Jännitteen lisäys, Av määritellään lähtöjännitteen ja tulojännitteen suhteeksi. Samoin virran vahvistaminen, Ai, on lähtövirran suhde tulovirtaan.

Ihanteelliset optiot

Kuva 1- Kiinteän tilan vahvistinlaitteen vastaava piiri

Tulovirta on:

Virta toisessa vastuksessa, i1, löytyy suoraan Ohmin laista:

(2)

Tämän jälkeen lähtöjännite annetaan:

(3)

Yhtälössä (3) ‖ osoittaa vastusten rinnakkaisen yhdistelmän. Lähtövirta löytyy suoraan Ohmin laista.

(4)

Tämän jälkeen jännite- ja virtahyötyjä saadaan muodostamalla suhteet:

(5)

(6)

 1.2 Toimintavahvistimen vastaava piiri
Ihanteelliset optiot

Kuva 2- Operatiivinen vahvistin ja vastaava piiri

Figure 2 (A) esittää toimintavahvistimen symbolin, ja kuvassa 2 (b) näkyy vastaava piiri. Tuloliitännät ovat v+ ja v-. Lähtöliitin on vulos. Virransyöttöliitännät ovat +V, -V ja maadoitusliittimet. Virtalähteen liitännät ovat usein kaaviomaisista piirustuksista. Lähtöjännitteen arvoa rajoittaa +V ja -V koska nämä ovat piirin positiivisimmat ja negatiivisimmat jännitteet.

Malli sisältää riippuvan jännitelähteen, jonka jännite riippuu syöttöjännitteen erosta v+ ja v-. Kaksi tuloliitintä tunnetaan nimellä ei-invertoiva ja kääntelemällä vastaavasti. Ihannetapauksessa vahvistimen lähtö ei riipu kahden tulojännitteen suuruudesta, vaan vain niiden välisestä erosta. Me määrittelemme differentiaalitulojännite, vd, erona,

(7)

Lähtöjännite on verrannollinen differentiaalitulojännitteeseen, ja me määrittelemme suhteen avoimen silmukan vahvistukseksi G. Näin ollen lähtöjännite on

(8)

Esimerkiksi  (E on yleensä pieni amplitudi), jota käytetään kääntämättömään sisääntuloon invertointipäätteen ollessa maadoitettu, tuottaa  lähdössä. Kun sama lähtösignaali syötetään invertoivaan tuloon, jossa ei-invertoiva pääte on maadoitettu, lähtö on .

Op-amp: n tuloimpedanssi on esitetty kuvion 2 (b) vastuksena.
Lähtöimpedanssi on esitetty kuvassa resistanssina, Ro.

Ihanteellinen operatiivinen vahvistin on ominaista seuraavasti:

Nämä ovat yleensä hyviä arvoja todellisten op-ampeereiden parametreihin. Tyypilliset todellisten optioparametrien parametrit ovat:

Ihanteellisten op-ampeereiden käyttäminen todellisten op-ampeereiden lähentämiseksi on siksi arvokasta yksinkertaistamista piirianalyysille.
Tarkastellaanpa avoimen silmukan vahvistuksen äärettömyyttä. Jos kirjoitamme yhtälön (8) uudelleen seuraavasti: 

(9)

ja anna G lähestymme ääretöntä, näemme sen

(10)

Yhtälö (10) johtaa seuraamalla, että lähtöjännite ei voi olla ääretön. Lähtöjännitteen arvoa rajoittavat positiiviset ja negatiiviset tehonsyöttöarvot. Yhtälö (10) osoittaa, että kahden liittimen jännitteet ovat samat:

(11)

Yhtälön (11) tasa-arvo johtaa meidät sanomaan, että sisääntuloliittimien välillä on virtuaalinen oikosulku.

Koska ihanteellisen op-vahvistimen tulonkestävyys on ääretön, jokaisen tulon virta, käänteinen pääte ja ei-invertoiva pääte on nolla.
Kun todellisia op-ampeereita käytetään lineaarisessa vahvistustilassa, vahvistus on hyvin suuri ja yhtälö (11) on hyvä likiarvo. Kuitenkin useat sovellukset todellisille op-ampeereille käyttävät laitetta epälineaarisessa tilassa. Yhtälön (11) likiarvo ei ole voimassa näissä piirissä. 
Vaikka käytännöllisillä op-ampeereilla on korkea jännitteenvahvistus, tämä vahvistus vaihtelee taajuuden mukaan. Tästä syystä op-vahvistinta ei yleensä käytetä kuviossa 2 (a) esitetyssä muodossa. Tämä konfiguraatio tunnetaan avoimena silmukana, koska lähtö ei anna palautetta tuloon. Näemme myöhemmin, että vaikka avoimen silmukan konfiguraatio on hyödyllinen vertailuohjelmissa, lineaaristen sovellusten yleisempi konfiguraatio on suljetun silmukan piiri, jossa on palautetta.

Ulkoisia elementtejä käytetään "palauttamaan" osa lähtösignaalista tuloon. Jos takaisinkytkentäelementit sijoitetaan lähdön ja käänteisen tulon väliin, suljetun silmukan vahvistus pienenee, koska osa lähdöstä vähennetään tulosta. Myöhemmin näemme, että palaute ei vain vähennä kokonaisvahvistusta, vaan tekee siitä myös vähemmän herkän G: n arvolle. Palautteen avulla suljetun piirin vahvistus riippuu enemmän takaisinkytkentäpiirielementeistä ja vähemmän perusoperaatiosta. vahvistimen jännitevahvistus, G. Itse asiassa suljetun silmukan vahvistus on olennaisesti riippumaton G: n arvosta - se riippuu vain ulkoisten piirielementtien arvoista. 

Kuva (3) kuvaa yhden vaiheen negatiivista palautetta op-amp-piiriä.
Ihanteelliset optiot

Kuva 3- Käänteinen op-vahvistin

Siksi analysoimme tätä piiriä seuraavassa osassa. Huomaa nyt, että yksi vastus, RF, käytetään lähtöjännitteen kytkemiseen, vulos kääntyvään tuloon, v-.  

Toinen vastus, Ra on kytketty käänteistulosta, v-, tulojännitteeseen, va. Kolmas vastus, R on sijoitettu kääntämättömän tulon ja maan väliin.
Op-ampeereja, vastuksia ja kondensaattoreita käyttävät piirit voidaan konfiguroida suorittamaan monia hyödyllisiä toimintoja, kuten summatta- minen, vähentäminen, integrointi, erottelu, suodatus, vertailu ja vahvistaminen.

1.3 Analyysimenetelmä

Analysoimme piirejä käyttäen kahta tärkeää ihanteellista op-amp-ominaisuutta:

  • Jännite välillä v+ ja v- on nolla tai v+ = v-.
  • Virta molempiin v+ ja v- pääte on nolla.

Nämä yksinkertaiset havainnot johtavat prosessiin, jolla analysoidaan mikä tahansa ihanteellinen op-piiri, seuraavasti:

  • Kirjoita Kirchhoffin nykyinen lakisolmuyhtälö ei-invertoivassa terminaalissa, v+.
  • Kirjoita Kirchhoffin nykyinen lakisolmuyhtälö kääntöterminaaliin, v-.
  • Asettaa v+ = v- ja ratkaise halutut suljetun silmukan voitot.

Kun sovellat Kirchhoffin lakeja, muista, että virta molempiin v+ ja v- pääte on nolla.

EDELLINEN - Ihanteellinen operatiiviset vahvistimet Johdanto
NEXT-2. Käänteinen vahvistin