Tyypilliset Op-amp-TINA- ja TINACloud-resurssit

Tyypillinen op-amp

Useimmat operatiiviset vahvistimet on suunniteltu ja rakennettu kuvassa 8 esitetyn lohkokaavion mukaisesti.

Kuva 8 - Op-vahvistimen tyypillinen kokoonpano

Tasausvahvistin ja jännitevahvistusvaihe ovat ainoat vaiheet, jotka antavat jännitteenvahvistuksen. Erotusvahvistin tarjoaa myös CMRR: n, joka on niin tärkeä op-vahvistimessa. Diferenssivahvistimen ulostulo kytketään usein emitterin seuraajaan, jossa on suuri emitterivastus, jotta saadaan aikaan suuri impedanssikuormitus differentiaalivahvistimelle suuren vahvistuksen saamiseksi. Muista, että korkea-hyötysuhteinen emitteri-vahvistin kärsii paljon pienemmästä sisääntulon impedanssista kuin kohtalainen vahvistus CE-vahvistin. Tällöin voidaan käyttää suuren vahvistuksen CE-vahvistinta lisävahvistuksen aikaansaamiseksi. Lineaariset optiset vahvistimet ovat suorassa kytkennässä ac saada. Tämä myös poistaa tarpeen kytkentäkondensaattorille, joka on liian suuri sijoitettavaksi IC-siruun. Tasonsiirtimien on varmistettava, että lähtösignaalilla ei ole mitään dc offset. Op-vahvistimet voidaan mallintaa hyvin tarkasti piirisimulaatiolla. Osoitamme tämän käyttämällä TINACloud-verkkopiirisimulaatiota.

3.1 Pakkaus

Op-amp-piirit on pakattu vakio-IC-paketeihin, mukaan lukien tölkit, kaksois-in-line-paketit (DIP) ja litteät pakkaukset. Jokaisessa näistä paketeista on vähintään kahdeksan nastaa tai liitäntää. Ne on esitetty kuvioissa 9, 10 ja 11.

Kuva 9 - Op-amp-yhteys kanavapakettiin (ylhäältä katsottuna)

Kuva 10 - Op-amp-liitäntä 14-napainen DIP (ylhäältä)

Kuva 11 - Op-amp-liitäntä 10-pin-tasopakkaukselle (ylhäältä katsottuna)

Piirin rakentamisessa on tärkeää tunnistaa eri johtimet oikein (niitä ei yleensä ole numeroitu). Luvut kuvaavat tapin 1 sijaintia. Vuonna voi pakata kuvion 9 kohdasta nasta 1 tunnistetaan ensimmäiseksi nastan vasemmalla puolella olevaksi nastaksi, ja nastat numeroidaan peräkkäin vastapäivään katsottuna ylhäältä. Vuonna dual-in-line-paketti Kuvion 10 kohdasta paketin yläosassa on syvennys nastan 1 paikantamiseksi, ja nastat on numeroitu vasemmalle ja oikealle oikealle. Huomaa, että useampi kuin yksi op-amp (tyypillisesti 2 tai 4) pakataan yhteen DIP: hen.

In tasainen pakkaus Kuva 11, nastan 1 tunnistaa piste ja nastat on numeroitu kuten DIP.

3.2-tehovaatimukset

Monet op-ampeerit edellyttävät sekä negatiivista että positiivista jännitelähdettä. Tyypilliset jännitelähteet vaihtelevat ± 5 V: stä ± 25 V: een. Kuva 12 näyttää tyypilliset virtalähteen liitännät op-vahvistimeen.

Suurin ulostulojännite on rajoitettu dc jännite syötetään op-vahvistimeen. Joitakin operatiivisia vahvistimia voidaan käyttää yhdestä jännitelähteestä. Valmistajan määrittelyissä määritellään toimintarajat niissä tapauksissa, joissa op-amp käyttää vain yhtä virtalähdettä.

Kuva 12 - Virtalähteen liitännät

3.3 741 Op-vahvistin

ΜA741 op-amp on esitetty kuvion 13 vastaavassa piirissä. Se on tuotettu 1966in jälkeen useimmissa IC-valmistajissa, ja vaikka sen käyttöönoton jälkeen on tapahtunut monia edistysaskeleita, 741ia käytetään edelleen laajalti.

operatiiviset vahvistimet, tyypilliset op-vahvistimet

Kuva 13 - 741 op-amp

741-op-vahvistimessa on sisäinen korvaus joka viittaa RC-verkkoon, joka aiheuttaa korkean taajuuden amplitudivasteen putoamisen. Koska vahvistimella on suuri hyöty (10: n järjestyksessä)⁴ ja 10⁵ alhaisilla taajuuksilla) ja koska transistoreissa on parasiittisia kapasitansseja parasiittista palautetta, op-amp olisi epävakaa ja värähtelee, jos se ei olisi sisäistä korvausta. Kaksi kaskadivaihtovahvistinta ajaa täydentävän symmetrian tehovahvistimen toisen jännitteenvahvistimen kautta.

741-op-vahvistin koostuu kolmesta vaiheesta: tuloerotinvahvistimesta, keskikokoisesta yksivaiheisesta suuren vahvistuksen vahvistimesta ja lähtöpuskurointivahvistimesta. Muita sen toiminnan kannalta tärkeitä piirejä on tasomuutin, joka siirtää dc signaalin taso siten, että ulostulo voi kääntää sekä positiivisia että negatiivisia, bias-piirejä, jotta saadaan aikaan eri virtausvahvistimien referenssivirrat ja piirit, jotka suojaavat op-vahvistimen oikosulkujen ulostulossa. 741 kompensoidaan sisäisesti mikroskooppi-kondensaattorivastusverkon avulla.

Op-vahvistinta parannetaan lisäämällä lisää vahvistusvaiheita, eristämällä tulopiirit ja lisäämällä ulostuloon enemmän emitterin seuraajia vähentääkseen lähtöimpedanssia. Muut parannukset johtavat lisääntyneeseen CMRR-arvoon, korkeampaan syöttöimpedanssiin, laajempaan taajuusvasteeseen, pienentyneeseen lähtöimpedanssiin ja lisääntyneeseen tehoon.

Bias-piirit

Kuvion 741 13-op-vahvistimessa voidaan nähdä useita vakiolähteitä. transistorit Q₈ ja Q₉ ovat nykyinen lähde I_EE vahvistimen muodostama differentiaalivahvistin Q₁, Q₂, Q₃ja Q₄. transistorit Q₅, Q₆ja Q₇, ovatko aktiiviset kuormat korvaavat R_C differentiaalivahvistimen vastukset. transistorit Q₁₀, Q₁₁ja Q₁₂ muodostavat bias-verkon differentiaalivahvistimen virtalähteille. Transistorit Q₁₀ ja Q₁₁ muodostavat Widlar-virtalähteen tähän bias-verkkoon muiden transistoreiden kanssa, jotka toimivat nykyisenä peilinä.

Oikosulkusuojaus

741-piirissä on useita transistoreita, jotka ovat normaalisti katkaistu ja käyttäytyvät vain siinä tapauksessa, että ulostulossa on suuri virta. Tämän jälkeen lähtötransistorien esijännitys muutetaan tämän virran pienentämiseksi hyväksyttävälle tasolle. Kuvion 13 piirissä tämä oikosulkusuojaverkko koostuu transistoreista Q₁₅ ja Q₂₂ ja vastus R_11.

Syöttövaihe

741-op-vahvistimen tulovaihe on tarpeen jännitevahvistuksen, tasonvaihdon ja yhden päätteisen differentiaalivahvistimen tuottamiseksi. Piirin monimutkaisuus aiheuttaa suuren offsetjännitteen virheen. Sitä vastoin tavanomainen vastusmääräinen differentiaalivahvistin aiheuttaa vähemmän offsetjännitevirheitä. Standardivahvistimella on kuitenkin rajoitettu vahvistus, mikä tarkoittaa, että halutun vahvistuksen aikaansaamiseksi tarvitaan enemmän vaiheita. Resistiivisteisiä differentiaalivahvistimia käytetään op-ampeereissa, joissa on vähemmän jännitevirtaa kuin 741.

Syöttövaiheessa käytettävät BJT: t vaativat suuria virhevirtoja, jotka aiheuttavat kompensoivia nykyisiä ongelmia. Jos haluat vähentää offset-virhettä, muut op-amp-tyypit käyttävät MOSFET-ohjelmia tulovaiheessa.

741: n tulovaihe on differentiaalivahvistin, jossa on transistoreiden muodostama aktiivinen kuormitus Q₅, Q₆ja Q₇ ja vastukset R₁, R₂ja R₃. Tämä piiri tarjoaa korkean vastuksen kuormituksen ja muuntaa signaalin differentiaalisesta yksiväriseksi ilman vahvistuksen heikkenemistä tai yhteismoodin hylkäyssuhdetta. Yksivaiheinen lähtö otetaan Q₆. Syöttötason taso-ohjain koostuu sivusuunnasta pNP transistorit, Q₃ ja Q₄, jotka on kytketty yhteiseen tukiasemaan.

Sivutransistorien käyttö, Q₃ ja Q₄, johtaa lisäetuun. Ne auttavat suojaamaan tulotransistoreita, Q₁ ja Q₂, emitteripohjaisen risteyksen jakautumisen varalta. A: n emitteripohjainen risteys npn transistori hajoaa, kun käänteinen esijännitys ylittää noin 7 V. Sivutransistorin hajoaminen ei tapahdu ennen kuin käänteinen esijännitys ylittää noin 50 V. Koska transistorit ovat sarjassa Q₁ ja Q₂, tulopiirin rikkoutumisjännite kasvaa.

Välivaihe

Useimpien optioiden välivaiheet antavat suuren vahvistuksen useiden vahvistimien kautta. 741: ssa ensimmäisen vaiheen yksipäinen ulostulo on kytketty Q₁₆ joka on emitterin seuraaja-konfiguraatiossa. Tämä antaa sisääntulovaiheelle suuren syöttöimpedanssin, joka minimoi latauksen. Välivaihe koostuu myös transistoreista Q₁₆ ja Q₁₇ja vastukset R₈ ja R₉. Välivaiheen lähtö saadaan Q₁₇, ja toimitetaan Q₁₄ läpi vaiheen jakajan. 741: n kondensaattoria käytetään taajuuskorjaukseen, jota käsitellään tämän tekstin seuraavissa luvuissa.

Tulostusvaihe

Op-amp: n lähtöastetta vaaditaan korkean virranvahvistuksen aikaansaamiseksi pienen lähtöimpedanssin saavuttamiseksi. Useimmat op-vahvistimet käyttävät täydentävää symmetrian lähtöastetta tehokkuuden lisäämiseksi uhraamatta nykyistä vahvistusta. B-luokan vahvistimen suurin saavutettavissa oleva hyötysuhde täydentävälle symmetrialle on 78%. Yksipäisellä lähtövahvistimella on vain 25%: n hyötysuhde. Jotkut op-vahvistimet käyttävät Darlington-parin täydentävää symmetriaa tuotannonsa parantamiseksi. 741: n täydentävä symmetrian ulostulovaihe koostuu Q₁₄ ja Q₂₀.

Pienet vastukset, R₆ ja R₇, anna virran rajoittaminen ulostulossa. Darlington-pari, Q₁₈ ja Q₁₉, käytetään diodin sijasta diodikompensoidussa täydentävässä symmetrian ulostulovaiheessa, kuten luvussa 8 on kuvattu. Darlington-parin järjestely on suosittu kahden diodina yhdistetyn transistorin suhteen, koska se voidaan valmistaa pienemmällä alueella. Transistorin yksi osa toteutetaan komplementaarisen symmetriapiirin bias-vastusta korvaavalla virtalähteellä Q₁₃. transistorit Q₂₂, Q₂₃ja Q₂₄ ovat osa tasomuutosjärjestelyä, joka varmistaa, että lähtöjännite on keskitetty nolla-akselin ympärille.

NYKYINEN - 3. Tyypillinen op-vahvistin

PREVIOUS- 2. Tasonsiirtimet

NEXT- 4. Valmistajien tekniset tiedot