3. Tipiskais op-amp
PAŠREIZE - 3. Tipiskais op-amp
PREVIOUS- 2. Līmeņu mainītājiTipiskais op-amp
Lielākā daļa operacionālo pastiprinātāju ir konstruēti un konstruēti saskaņā ar bloku diagrammu, kas parādīta 8 attēlā.
Attēls 8 - op-amp tipiska konfigurācija
Diferenciālais pastiprinātājs un sprieguma pastiprināšanas stadija ir vienīgie posmi, kas nodrošina sprieguma pieaugumu. Diferenciālais pastiprinātājs nodrošina arī CMRR, kas ir tik svarīgs op-amp. Diferenciālā pastiprinātāja izeja bieži tiek savienota ar emitenta sekotāju ar lielu emittera pretestību, lai nodrošinātu augstu impedances slodzi diferenciālajam pastiprinātājam, lai iegūtu lielu pastiprinājumu. Atcerieties, ka liela ieguvēja kopējā emitētāja pastiprinātājs cieš no daudz zemākas ieejas pretestības nekā vidēji spēcīgs CE pastiprinātājs. Tas ļauj izmantot augstu pastiprinājuma CE pastiprinātāju, lai nodrošinātu papildu pastiprinājumu. Linear op-ampēri ir tieši savienoti, lai nodrošinātu ac iegūt. Tas arī novērš nepieciešamību pēc sakabes kondensatora, kas ir pārāk liels, lai to varētu ievietot IC mikroshēmā. Līmenis ir jāmaina, lai nodrošinātu, ka izejas signālam nav dc kompensēt. Op-ampēri var būt ļoti precīzi modelēti ar ķēdes simulāciju. Mēs to parādīsim, izmantojot TINACloud tiešsaistes shēmas simulāciju.
3.1 iepakojums
Op-amp ķēdes ir iepakotas standarta IC paketēs, tostarp kārbās, divējādās paketēs (DIP) un plakanajos iepakojumos. Katram no šiem iepakojumiem ir vismaz astoņas tapas vai savienojumi. Tos ilustrē 9, 10 un 11.
Attēls 9 - Op-amp savienojums var pakotnei (augšējais skats)
10. attēls - Op-amp savienojums 14 kontaktu DIP (augšējais skats)
11 attēls - Op-amp savienojums 10-pin plakanam iepakojumam (augšējais skats)
Veidojot ķēdi, ir svarīgi pareizi identificēt dažādus vadus (tie parasti nav numurēti). Skaitļi ilustrē tapas 1 atrašanās vietu. Iekš var iepakot 9 attēlā tapu 1 identificē kā pirmo tapu pa kreisi no cilnes, un tapas ir numurētas secīgi pretēji pulksteņrādītāja kustības virzienam no augšas. Iekš dual-in-line pakete no 10 attēla paketes augšdaļā ir ievilkums, lai atrastu tapu 1, un tapas ir numurētas pa kreisi un uz augšu pa labi. Ņemiet vērā, ka vairāk nekā viens op-amp (parasti 2 vai 4) ir iepakots vienā DIP.
Iekš plakans iepakojums 11 attēlā, pin 1 identificē ar punktu, un tapas ir numurētas kā DIP.
3.2 jaudas prasības
Daudzi op-ampēri prasa gan negatīvu, gan pozitīvu sprieguma avotu. Tipiski sprieguma avoti svārstās no ± 5 V līdz ± 25 V. Attēls 12 parāda tipiskus barošanas savienojumus ar op-amp.
Maksimālo izejas sprieguma svārstību ierobežo dc spriegums, kas tiek piegādāts op-amp. Dažus operatīvos pastiprinātājus var darbināt no viena sprieguma avota. Ražotāja specifikācijās ir noteiktas darbības robežas gadījumos, kad op-amp izmanto tikai vienu barošanas avotu.
Attēls 12 - Barošanas savienojumi
Maksimālo izejas sprieguma svārstību ierobežo dc spriegums, kas tiek piegādāts op-amp. Dažus operatīvos pastiprinātājus var darbināt no viena sprieguma avota. Ražotāja specifikācijās ir noteiktas darbības robežas gadījumos, kad op-amp izmanto tikai vienu barošanas avotu.
3.3 741 op-amp
ΜA741 op-amp ir attēlots 13 attēla ekvivalentajā ķēdē. Tā ir ražota kopš 1966 lielākās daļas IC ražotāju, un, lai gan kopš tā ieviešanas ir bijuši daudzi sasniegumi, 741 joprojām tiek plaši izmantots.
Attēls 13 - 741 op-amp
741 op-amp ir iekšējo kompensāciju kas attiecas uz RC tīklu, kas izraisa augstas frekvences amplitūdas reakcijas nokrišanu. Tā kā pastiprinātājam ir liels ieguvums (10 secībā)4 līdz 105 pie zemām frekvencēm) un tāpēc, ka pieļauj parazitāras kapacitātes tranzistoros parazitārā atgriezeniskā saite, op-amp kļūtu nestabils un svārstīgs, ja tas nebūtu iekšējai kompensācijai. Divi kaskādētu atšķirību pastiprinātāji vada papildu simetrijas jaudas pastiprinātāju, izmantojot citu sprieguma pastiprinātāju.
741 op-amp sastāv no trim posmiem: ieejas diferenciālā pastiprinātāja, starpposma viena gala pastiprinātāja pastiprinātāja un izejas bufera pastiprinātāja. Citas shēmas, kas ir svarīgas tās darbībai, ir līmeņa pārslēgs, lai pārslēgtu dc signāla līmenis, lai izeja varētu svārstīties gan pozitīvās, gan negatīvās, nobīdes shēmas, lai nodrošinātu atsauces strāvas dažādiem pastiprinātājiem un shēmām, kas aizsargā op-amp no īssavienojumiem izejas. 741 tiek iekšēji kompensēts ar mikroshēmas kondensatora rezistoru tīklu.
Op-amp ir vēl vairāk uzlabots, pievienojot vairāk pastiprināšanas posmu, izolējot ieejas ķēdes un pievienojot vairāk izstarotāju sekotāju, lai samazinātu izejas pretestību. Citi uzlabojumi rada paaugstinātu CMRR, lielāku ieejas pretestību, plašāku frekvences reakciju, samazinātu izejas pretestību un palielinātu jaudu.
Bias shēmas
741 attēlā 13 op-amp var redzēt vairākus pastāvīgus avotus. Transistori Q8 un Q9 ir pašreizējais avots IEE no diferenciālā pastiprinātāja, ko veido Q1, Q2, Q3, un Q4. Transistori Q5, Q6, un Q7, vai aktīvās slodzes aizstāj RC diferenciālā pastiprinātāja rezistori. Transistori Q10, Q11, un Q12 veido aizspriedumu tīklu diferenciālā pastiprinātāja strāvas avotiem. Tranzistori Q10 un Q11 veidot Widlar strāvas avotu šim slīpuma tīklam ar citiem tranzistoriem, kas darbojas kā pašreizējais spogulis.
Īsslēguma aizsardzība
741 ķēdē ir vairāki tranzistori, kas parasti tiek izslēgti un darbojas tikai tādā gadījumā, ja izvadā ir liela strāva. Tad izmaina izejas tranzistori, lai samazinātu šo strāvu līdz pieņemamam līmenim. 13 attēla shēmā šis īsslēguma aizsardzības tīkls sastāv no tranzistoriem Q15 un Q22 un rezistors R11.
Ievades stadija
741 op-amp ieejas posms ir nepieciešams, lai nodrošinātu sprieguma pieaugumu, līmeņa maiņu un viena gala diferenciālā pastiprinātāja izeju. Sistēmas sarežģītība izraisa lielu nobīdes sprieguma kļūdu. Atšķirībā no tā, standarta rezistors ar diferenciālo pastiprinātāju izraisa mazāku nobīdes sprieguma kļūdu. Tomēr standarta pastiprinātājam ir ierobežots pieaugums, kas nozīmē, ka vēlamais pastiprinājums būs vajadzīgs vairākos posmos. Rezistoru pastiprinātāji tiek izmantoti op-ampēros, kuriem ir mazāka sprieguma novirze nekā 741.
BJT, ko izmanto ievades stadijā, prasa lielas aizspriedumu straumes, ieviešot kompensējamās pašreizējās problēmas. Lai samazinātu nobīdes pašreizējo kļūdu, citi op-amp tipi izmanto MOSFETs ievades stadijā.
741 ievades stadija ir diferenciālais pastiprinātājs ar aktīvo slodzi, ko veido tranzistori Q5, Q6, un Q7 un rezistori R1, R2, un R3. Šī ķēde nodrošina augstu pretestības slodzi un pārveido signālu no diferenciālām uz vienu galu, nepalielinot pastiprinājuma vai kopējā režīma noraidījuma attiecību. Viengabala izeja tiek ņemta no Q6. Ieejas posma līmeņa pārslēdzējs sastāv no sānu PNP tranzistori, Q3 un Q4, kas ir pieslēgti kopējas bāzes konfigurācijai.
Sānu tranzistoru izmantošana, \ t Q3 un Q4, rada papildu priekšrocību. Tie palīdz aizsargāt ievades tranzistorus, Q1 un Q2, pret emitenta bāzes savienojuma sadalījumu. Emitenta bāzes savienojums npn tranzistors sabruks, kad apgrieztā novirze pārsniedz 7 V. Sānu tranzistora sadalījums nenotiek, kamēr apgrieztā novirze pārsniedz 50 V. Tā kā tranzistori ir sērijā ar Q1 un Q2, palielinās ieejas ķēdes spriegums.
Starpposms
Starpposmi lielākajā daļā op-amperu nodrošina lielu pastiprinājumu, izmantojot vairākus pastiprinātājus. 741, pirmā posma viena gala izeja ir savienota ar Q16 kas ir emittera sekotāja konfigurācijā. Tas nodrošina augstu ieejas pretestību ieejas pakāpei, kas samazina iekraušanu. Starpposmu veido arī tranzistori Q16 un Q17un rezistori R8 un R9. Starpposma izeja tiek ņemta no. \ T Q17un tiek nodrošināts Q14 caur fāzu sadalītāju. 741 kondensatoru izmanto frekvences kompensācijai, kas tiek aplūkota šīs teksta turpmākajās nodaļās.
Izejas posms
Op-amp izejas posms ir nepieciešams, lai nodrošinātu lielu strāvas pieaugumu zemas izejas pretestībai. Lielākā daļa op-ampēru izmanto papildu simetrijas izejas pakāpi, lai palielinātu efektivitāti, nezaudējot strāvas pieaugumu. B klases pastiprinātāja maksimālā sasniedzamā efektivitāte papildu simetrijai ir 78%. Viena izejas pastiprinātāja maksimālā efektivitāte ir tikai 25%. Daži op-ampēri izmanto Darlingtona pāra papildinošo simetriju, lai palielinātu to izejas spēju. Papildu simetrijas izejas pakāpe 741 sastāv no Q14 un Q20.
Mazie rezistori, R6 un R7, nodrošina strāvas ierobežošanu pie izejas. Darlingtona pāris, Q18 un Q19, tiek izmantots diodes vietā diodes kompensētajā papildu simetrijas izejas stadijā, kā aprakstīts 8 nodaļā. Darlingtonu pāru izkārtojums ir labvēlīgs pār diviem tranzistoriem, kas savienoti kā diodi, jo to var izgatavot mazākā platībā. Pašreizējo avotu, kas aizvieto aizspriedumu pretestību komplementārajā simetrijas kontūrā, realizē viena tranzistora daļa Q13. Transistori Q22, Q23, un Q24 ir daļa no līmeņu pārslēgšanas, kas nodrošina, ka izejas spriegums ir centrēts ap nulles asi.
PAŠREIZE - 3. Tipiskais op amp