1. Idealieji stiprintuvai
DABARTINIS - 1. Idealūs op-amperai
PREVIOUS- Idealus operacinis stiprintuvas Įvadas
Idealieji stiprintuvai
Šiame skyriuje naudojama a Žaidimai ir pramogos požiūris pristatyti Idealių operacinių stiprintuvų pagrindus. Taigi, mes manome, kad op-amp yra blokas su įvesties ir išvesties terminalais. Šiuo metu mes nesame suinteresuoti atskirais elektroniniais įrenginiais, esančiais „op-amp“.
Op-amp yra stiprintuvas, kuris dažnai maitinamas tiek teigiama, tiek neigiama tiekimo įtampa. Tai leidžia išėjimo įtampą virsti tiek virš, tiek žemiau potencialo. „Op-amp“ naudoja daugybę linijinių elektroninių sistemų.
Pavadinimas operacinis stiprintuvas yra gautas iš vieno iš op-amp grandinių originalų naudojimo; atlikti matematinį operacijos analoginiuose kompiuteriuose. Šis tradicinis taikymas aptariamas šiame skyriuje. Ankstyvieji valdikliai naudojo vieną invertuotą įvestį. Teigiamas įtampos pokytis įvestyje sukėlė neigiamą pokytį išėjime.
Taigi, norint suprasti operatoriaus veikimą, pirmiausia reikia susipažinti su kontroliuojamų (priklausomų) šaltinių samprata, nes jie sudaro op-amp modelio pagrindą.
1.1 priklausomi šaltiniai
Priklausomi (arba kontroliuojami) šaltiniai sukuria įtampą arba srovę, kurios vertę nustato įtampa arba srovė, esanti kitoje grandinės vietoje. Atvirkščiai, pasyvieji prietaisai sukuria įtampą arba srovę, kurios vertę nustato įtampa arba srovė, esanti toje pačioje grandinės vietoje. Tiek nepriklausomos, tiek priklausomos įtampos ir srovės šaltiniai yra aktyvūs elementai. Tai reiškia, kad jie gali tiekti energiją kai kuriems išoriniams įrenginiams. Pasyvieji elementai negali generuoti energijos, nors jie gali saugoti energiją pristatymui vėliau, kaip tai yra kondensatorių ir induktorių atveju.
Žemiau pateiktas paveikslas iliustruoja ekvivalentišką grandinės konfigūraciją, kuri dažnai naudojama grandinės analizei. Geriausias
rezistorius yra apkrova. Mes surasime šios sistemos įtampą ir srovę. Įtampos padidėjimas, Av yra apibrėžiamas kaip išėjimo įtampos ir įėjimo įtampos santykis. Panašiai, srovės padidėjimas, Ai yra išėjimo srovės ir įėjimo srovės santykis.
1 pav. - Kietosios būsenos stiprintuvo ekvivalentinė grandinė
Įėjimo srovė yra:
Srovė antrame rezistoriuje, i1, randamas tiesiogiai iš Ohmo įstatymo:
(2)
Tuomet išėjimo įtampa nustatoma pagal:
(3)
Lygtyje (3) ‖ rodo lygiagrečią rezistorių kombinaciją. Išėjimo srovė randama tiesiai iš Ohmo dėsnio.
(4)
Tada įtampa ir srovės padidėjimas nustatomi formuojant santykius:
(5)
(6)
1.2 Operacinio stiprintuvo ekvivalentinė grandinė
2 pav. - Operacinis stiprintuvas ir lygiavertė grandinė
Figure 2 (A) pristato operacinio stiprintuvo simbolį, o 2 (b) paveiksle pavaizduotas lygiavertis grandynas. Įvesties gnybtai yra v+ ir v-. Išėjimo terminalas yra v . Maitinimo jungtys yra +V, -V ir antžeminius terminalus. Dažnai maitinimo jungtys iš scheminių brėžinių. Išėjimo įtampos vertė yra apribota +V ir -V kadangi tai yra teigiamos ir neigiamos įtampos grandinėje.
Modelis turi priklausomą įtampos šaltinį, kurio įtampa priklauso nuo įvesties įtampos skirtumo tarp v+ ir v-. Du įvesties terminalai yra žinomi kaip ne apversti ir vartydami sąnaudas. Idealiu atveju stiprintuvo išėjimas nepriklauso nuo dviejų įvesties įtampų dydžio, bet tik nuo jų skirtumo. Mes apibrėžiame diferencinio įėjimo įtampa, vd, kaip skirtumą,
(7)
Išėjimo įtampa yra proporcinga diferencialinės įvesties įtampai, ir mes nurodome santykį kaip atvirojo kontūro įtampą. Taigi, išėjimo įtampa yra
(8)
Pavyzdžiui, 
(E paprastai yra nedidelė amplitudė), pritaikyta ne invertuojančiai įvestai įvadai su įžemintu, gaminamu terminalu 
į produkciją. Kai to paties šaltinio signalas yra įjungiamas invertuojančiam įvesties įrenginiui su įjungtu neinvertiniu terminalu, išėjimas yra 
.
Op-amp įvesties varža rodoma kaip atsparumas 2 (b) paveiksle.
Išvesties varža yra pavaizduota kaip atsparumas, Ro.
Idealus operacinis stiprintuvas apibūdinamas taip:
Paprastai tai yra geri apytiksliai realių amperų parametrai. Tipiniai tikrųjų valdiklių parametrai yra:
Todėl idealus op-amperų naudojimas norint apytikriai apskaičiuoti realius amperus yra vertingas grandinės analizės supaprastinimas.
Ištirsime atvirojo kontūro pelno, kuris yra begalinis, reikšmę. Jei perrašome lygtį (8) 
keičiamas taip:
(9)
ir leiskite G požiūris į begalybę, matome tai
(10)
Rezultatų lygtis (10) rodo, kad išėjimo įtampa negali būti begalinė. Išėjimo įtampos vertę riboja teigiamos ir neigiamos maitinimo vertės. Lygtis (10) rodo, kad dviejų terminalų įtampa yra tokia pati:
(11)
Todėl lygybės (11) lygybė leidžia mums pasakyti, kad tarp įvesties terminalų yra virtualus trumpasis jungimas.
Kadangi idealaus op-amp įvesties pasipriešinimas yra begalinis, srovė į kiekvieną įvestį, invertuojantį terminalą ir ne invertuojantį terminalą yra nulis.
Kai tiesiniai stiprintuvai yra naudojami tiesiniu stiprintuvu, padidėjimas yra labai didelis, o lygtis (11) yra geras apytikslis. Tačiau keletas realių amperų naudoja prietaisą netiesiniu režimu. Šių grandinių atveju lygtis (11) yra netinkama.
Nors praktiniai valdikliai turi aukštą įtampos padidėjimą, šis padidėjimas priklauso nuo dažnio. Dėl šios priežasties op-amp paprastai nenaudojama 2 (a) pav. Ši konfigūracija vadinama atvira kilpa, nes nėra jokio grįžtamojo ryšio iš išėjimo į įvestį. Vėliau matome, kad, nors atvirojo kontūro konfigūracija yra naudinga palyginamosioms programoms, labiau paplitusi linijinių programų konfigūracija yra uždarojo ciklo grandinė su grįžtamuoju ryšiu.
Išoriniai elementai naudojami išvesties signalo daliai „grąžinti“ į įvestį. Jei grįžtamojo ryšio elementai yra tarp išvesties ir invertuojančios įvesties, uždaro ciklo stiprinimas sumažėja, nes išvesties dalis atimama iš įvesties. Vėliau pamatysime, kad grįžtamasis ryšys ne tik sumažina bendrą padidėjimą, bet ir daro šį padidėjimą mažiau jautriu G. vertei. Su grįžtamuoju ryšiu uždarojo ciklo stiprinimas labiau priklauso nuo grįžtamojo ryšio grandinės elementų ir mažiau nuo pagrindinės galimybės. stiprintuvo įtampos padidėjimas, G. Tiesą sakant, uždarojo ciklo stiprinimas iš esmės nepriklauso nuo G vertės - tai priklauso tik nuo išorinių grandinių elementų reikšmių.
Pav. (3) iliustruoja vieno etapo neigiamą grįžtamojo ryšio grandinę.
3 pav
Todėl mes analizuosime šią grandinę kitame skyriuje. Dabar atkreipkite dėmesį, kad vienas rezistorius, RF, naudojama prijungti išėjimo įtampą, v į invertuotą įvestį, v-.
Kitas rezistorius, Ra yra prijungtas nuo invertuojančios įvesties, v-, į įėjimo įtampą, va. Trečiasis rezistorius, R yra tarp neinvestuojančio įėjimo ir žemės.
Grandines, kuriose naudojami op-amperai, rezistoriai ir kondensatoriai, galima konfigūruoti taip, kad atliktų daug naudingų operacijų, pvz., Sumavimo, atimties, integravimo, diferenciacijos, filtravimo, palyginimo ir stiprinimo.
1.3 Analizės metodas
Mes analizuojame grandines naudodami dvi svarbias idealias op-amp savybes:
- Įtampa tarp v+ ir v- yra nulis, arba v+ = v-.
- Dabartinis tiek į v+ ir v- terminalas yra nulis.
Dėl šių paprastų pastabų galima išnagrinėti bet kokią idealią operacinę grandinę:
- Rašyti Kirchhoff dabartinės teisės mazgo lygtį ne invertuojančiame terminale, v+.
- Parašykite Kirchhoff dabartinės teisės mazgo lygtį invertuotame terminale, v-.
- Nustatyti v+ = v- ir išspręsti norimus uždarojo ciklo prieaugius.
Taikydami Kirchhoffo dėsnius, atminkite, kad srovė tiek į v+ ir v- terminalas yra nulis.