3. A tipikus Op-amp
JELENLEG - 3. A tipikus op-amp
ELŐZŐ - 2. SzinteltolókA tipikus Op-amp
A legtöbb operációs erősítőt a 8 ábrán látható blokkdiagram szerint tervezték és gyártják.
8 ábra - Egy op-amp
A differenciálerősítő és a feszültségerősítési fokozat az egyetlen olyan fázis, amely biztosítja a feszültségerősítést. A differenciálerősítő a CMRR-t is biztosítja, amely annyira fontos az op-amp. A differenciálerősítő kimenetét gyakran egy emitterkövetőhöz csatlakoztatják nagy emitter ellenállással, hogy nagy impedancia terhelést biztosítson a differenciálerősítőnek, hogy nagy nyereséget kapjunk. Ne feledje, hogy a nagy nyereségű közös emitter erősítő sokkal alacsonyabb bemeneti impedanciával rendelkezik, mint a mérsékelt erősítésű CE erősítő. Ez lehetővé teszi a nagy nyereségű CE erősítő használatát a további erősítés biztosítására. A lineáris op-erősítők közvetlen csatlakoztatásra kerülnek ac nyereség. Ez kiküszöböli azt is, hogy szükség van egy olyan kapcsoló kondenzátorra, amely túl nagy ahhoz, hogy egy IC-chipre helyezzen. A szintkülönbözőknek biztosítaniuk kell, hogy a kimeneti jel nem legyen dc ellentételezés. Az op-erősítők áramköri szimulációval nagyon pontosan modellezhetők. Ezt a TINACloud online áramkör-szimulációval mutatjuk be.
3.1 Csomagolás
Az op-amp áramkörök szabványos IC csomagokban vannak csomagolva, beleértve a dobozokat, a kettős soros csomagokat (DIP) és a lapos csomagokat. Ezeknek a csomagoknak mindegyikének legalább nyolc csapja van. Ezeket az 9, 10 és 11 ábrák szemléltetik.
9 ábra - Op-amp kapcsolat a doboz csomaghoz (felülnézet)
10. ábra - Op-amp csatlakozás 14 tűs DIP (felülnézet)
11 ábra - Op-amp kapcsolat 10-pin lapos csomagoláshoz (felülnézet)
Egy áramkör kialakításakor fontos, hogy a különböző vezetékeket megfelelően azonosítsuk (általában nem számozva). Az ábrák az 1 csap helyét szemléltetik. Ban,-ben képes csomagolni Az 9 ábrán az 1 csapot a fül bal oldalán lévő első csapként azonosítjuk, és a csapok egymás után az óramutató járásával ellentétes irányban vannak felfelé nézve. Ban,-ben dual-in-line csomag Az 10 ábrán látható, hogy a csomag teteje egy bemélyedéssel van ellátva az 1 tüske elhelyezéséhez, és a csapok a jobb oldalon balra és felfelé vannak számozva. Ne feledje, hogy egynél több op-amp (általában 2 vagy 4) van csomagolva egy DIP-be.
A lapos csomag Az 11 ábrán látható, hogy az 1 csapot egy pont határozza meg, és a csapok számozása a DIP-ben leírtak szerint történik.
3.2 teljesítményigény
Sok op-amperhez egy negatív és egy pozitív feszültségforrás is szükséges. A tipikus feszültségforrások ± 5 V-tól ± 25 V-ig terjednek. Az 12 a tipikus tápellátási kapcsolatokat mutatja az op-amp.
A maximális kimeneti feszültséget a dc az op-amp felé táplált feszültség. Néhány műveleti erősítő egyetlen feszültségforrásból működtethető. A gyártó specifikációi meghatározzák a működési korlátokat azokban az esetekben, amikor az op-amp csak egy tápegységet használ.
12 ábra - Tápegység csatlakozások
A maximális kimeneti feszültséget a dc az op-amp felé táplált feszültség. Néhány műveleti erősítő egyetlen feszültségforrásból működtethető. A gyártó specifikációi meghatározzák a működési korlátokat azokban az esetekben, amikor az op-amp csak egy tápegységet használ.
3.3 Az 741 Op-amp
Az μA741 op-amp-t az 13 ábra megfelelő áramkörében mutatjuk be. Az 1966 óta a legtöbb IC gyártója gyártotta, és bár a bevezetés óta számos előrelépés történt, az 741 még mindig széles körben használatos.
13 ábra - Az 741 op-amp
Az 741 op-amp belső kompenzáció ami az RC hálózatra utal, amely a magas frekvenciájú amplitúdó választ kiváltja. Mivel az erősítőnek nagy erőssége van (10 sorrendben)4 A 105 alacsony frekvenciákon) és a parazita kapacitások a tranzisztorokban lehetővé teszik parazita visszajelzés, az op-ampert instabillá és rezgővé válik, ha nem a belső kompenzációra lenne szükség. Két kaszkádkülönbségű erősítő egy kiegészítő szimmetriaerősítőt hajt végre egy másik feszültségerősítőn keresztül.
Az 741 op-amp három szakaszból áll: egy bemeneti differenciál erősítőből, egy közbenső egy végű nagynyomású erősítőből és egy kimeneti pufferoló erősítőből. A működéséhez fontos más áramkörök egy szinteltolódás a dc a jel szintje úgy, hogy a kimenet mind pozitív, mind negatív irányú áramköröket lenghessen, hogy referenciaáramokat biztosítson a különböző erősítőkhöz és áramkörökhöz, amelyek megvédik az op-amp-ot a rövidzárlatoktól a kimeneten. Az 741 belsőleg kompenzálva van egy chipes kondenzátor-ellenállás hálózattal.
Az op-amp továbbfejlesztése az amplifikáció további szakaszainak hozzáadásával, a bemeneti áramkörök elkülönítésével, és a kimeneten további emitter követők hozzáadásával a kimeneti impedancia csökkentésére. Más javítások a CMRR megnövekedését, a nagyobb bemeneti impedanciát, a szélesebb frekvencia választ, a csökkentett kimeneti impedanciát és a nagyobb teljesítményt eredményezik.
Bias áramkörök
Az 741 13 op-amp-jében számos állandó forrás látható. tranzisztorok Q8 és a Q9 az aktuális forrás IEE a differenciálerősítő által létrehozott Q1, Q2, Q3és Q4. tranzisztorok Q5, Q6és Q7, az aktív terhek helyettesítik az RC a differenciálerősítő ellenállása. tranzisztorok Q10, Q11és Q12 alkotják a differenciál erősítő áramforrásainak előfeszítő hálózatát. Tranzisztorok Q10 és a Q11 egy íváramforrás létrehozása ehhez a torzítóhálózathoz, a többi tranzisztor mint aktuális tükör.
Rövidzárlatvédelem
Az 741 áramkör számos tranzisztort tartalmaz, amelyek általában le vannak vágva és viselkednek csak abban az esetben, ha a kimeneten nagy áram van. Ezután a kimeneti tranzisztorok torzítása megváltozik, hogy ez az áram elfogadható szintre csökkenjen. Az 13 ábra áramkörében ez a rövidzár védelmi hálózat Q tranzisztorokból áll15 és a Q22 és ellenállás R11.
Bemeneti szakasz
Az 741 op-amp bemeneti fázisa a feszültségnövekedés, a szinteltolás és az egy végű differenciálerősítő kimenet biztosításához szükséges. Az áramkör bonyolultsága nagy eltolási feszültséghibát okoz. Ezzel ellentétben a standard ellenállással terhelt differenciálerősítő kevesebb eltolási feszültség hibát okoz. A standard erősítő azonban korlátozott nyereséggel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy több lépés szükséges a kívánt erősítés eléréséhez. Az ellenállással terhelt differenciálerősítők op-amperekben használatosak, amelyeknek kevesebb feszültségváltozása van, mint az 741.
A bemeneti szakaszban használt BJT-k nagy előrehaladási áramot igényelnek, és ellensúlyozzák az aktuális problémákat. Az eltolt áram hiba csökkentése érdekében más op-amp típusok a MOSFET-eket használják a bemeneti szakaszban.
Az 741 bemeneti fázisa egy differenciálerősítő, amely tranzisztorok által létrehozott aktív terheléssel rendelkezik Q5, Q6és Q7 és ellenállások R1, R2és R3. Ez az áramkör nagy ellenállási terhelést biztosít, és a differenciáltól egy végűvé alakítja a jelet az erősítés vagy a közös módú elutasítási arány romlása nélkül. Az egy végű kimenet a gyűjtőből származik Q6. A bemeneti fokozat váltó oldalirányú PNP tranzisztorok, Q3 és a Q4, amelyek közös alap konfigurációban vannak csatlakoztatva.
Az oldalsó tranzisztorok használata, Q3 és a Q4, további előnyhöz vezet. Segítenek védeni a bemeneti tranzisztorokat, Q1 és a Q2, az emitter-bázis csatlakozás ellen. Az emitter-bázis csomópontja egy npn A tranzisztor lebomlik, ha a fordított torzítás meghaladja az 7 V értéket. Q1 és a Q2, a bemeneti áramkör megszakadt feszültsége megnő.
Közbenső szakasz
A legtöbb op-amper közbenső szakaszai nagy erősítést biztosítanak több erősítőn keresztül. Az 741-ban az első fokozat egy végű kimenete az aljzathoz van csatlakoztatva Q16 amely emitterkövető konfigurációban van. Ez magas bemeneti impedanciát biztosít a bemeneti szakaszra, ami minimalizálja a terhelést. A közbenső szakasz tranzisztorokból is áll Q16 és a Q17és ellenállások R8 és a R9. A közbenső szakasz kimenetét a Q17, és megadta Q14 egy fáziselosztón keresztül. Az 741-ben lévő kondenzátort frekvencia-kompenzálásra használják, amelyet a szöveg következő fejezeteiben tárgyalunk.
Kimeneti szakasz
Az op-amp kimeneti fokozatára azért van szükség, hogy nagy áramerősítést nyújtson alacsony kimeneti impedanciához. A legtöbb op-erősítő kiegészíti a szimmetria kimeneti fokozatát a hatékonyság növelése érdekében anélkül, hogy feláldozná az áramerősítést. A komplementer szimmetria, a B osztályú erősítő maximálisan elérhető hatékonysága 78%. Az egyvégű kimeneti erősítő maximális hatékonysága mindössze 25%. Néhány op-erősítő a Darlington pár komplementer szimmetriáját használja a kimeneti képesség növeléséhez. A kiegészítő szimmetria kimeneti szakasz a 741-ből áll Q14 és a Q20.
A kis ellenállások, R6 és a R7, adja meg az áramkorlátozást a kimeneten. A Darlington-pár, Q18 és a Q19, amelyet a dióda helyett a dióda-kompenzált kiegészítő szimmetria kimeneti szakaszban használnak a 8 fejezetben leírtak szerint. A Darlington-páros elrendezés előnyben részesül a két dióda kapcsolt tranzisztor felett, mivel kisebb térségben állítható elő. A komplementer szimmetriás áramkörben a torzító ellenállást helyettesítő áramforrás a tranzisztor egy részén van megvalósítva Q13. tranzisztorok Q22, Q23és Q24 olyan szinteltolásos elrendezés részét képezik, amely biztosítja, hogy a kimeneti feszültség a nulla tengely körül legyen.
JELENLEG - 3. A tipikus op amp