Типични Op-amp-TINA и TINACloud ресурси

Типичен оп-засилувач

Повеќето оперативни засилувачи се дизајнирани и конструирани во согласност со блок дијаграмот прикажан на слика 8.

Слика 8 – Типична конфигурација на оп-засилувач

Диференцијалниот засилувач и фазата на напонско засилување се единствените фази кои обезбедуваат засилување на напонот. Диференцијалниот засилувач исто така обезбедува CMRR што е толку важно во оп-засилувачот. Излезот на диференцијалниот засилувач често се поврзува со следбеник на емитер со голем отпорник на емитер за да се обезбеди големо оптоварување на импедансата на диференцијалниот засилувач со цел да се добие големо засилување. Запомнете дека засилувачот со заеднички емитер со високо засилување страда од многу помала влезна импеданса од CE засилувачот со умерено засилување. Ова потоа овозможува користење на CE засилувач со висока засилување за да се обезбеди дополнително засилување. Линеарните оп-засилувачи се директно поврзани за да обезбедат ac добивка. Ова исто така ја елиминира потребата за спојувачки кондензатор кој е премногу голем за да се постави на IC чип. Потребни се менувачи на нивоа за да се осигура дека излезниот сигнал нема никаков dc офсет. Оп-засилувачите може многу прецизно да се моделираат со симулација на колото. Ќе го демонстрираме ова користејќи ја симулацијата на онлајн коло на TINACloud.

3.1 Пакување

Оп-засилувачите кола се спакувани во стандардни IC пакети, вклучувајќи лименки, двојни во линија пакети (DIP) и рамни пакувања. Секој од овие пакети има најмалку осум пинови или врски. Тие се илустрирани на сликите 9, 10 и 11.

Слика 9 – Op-amp поврзување за пакување конзерви (горен поглед)

Слика 10 – Врска со оп-засилувач 14-пински DIP (Горен поглед)

Слика 11 – Поврзување со оп-засилувач за 10-пински рамен пакет (Горен приказ)

Кога се конструира коло, важно е правилно да се идентификуваат различните кабли (тие обично не се нумерирани). Фигурите ја илустрираат локацијата на пинот 1. Во може пакување на слика 9, иглата 1 е идентификувана како прва игла лево од јазичето, а игличките се нумерирани последователно спротивно од стрелките на часовникот гледајќи од врвот. Во двоен пакет на Слика 10, горниот дел од пакетот има вдлабнатина за лоцирање на пинот 1, а игличките се нумерирани надолу лево и нагоре десно. Забележете дека повеќе од еден оп-засилувач (обично 2 или 4) е спакуван во едно DIP.

Во рамен пакет на слика 11, пинот 1 е идентификуван со точка и пиновите се нумерирани како во DIP.

3.2 Power Requirements

Многу оп-засилувачи бараат и негативен и позитивен извор на напон. Типичните извори на напон се движат од ±5 V до ±25 V. Слика 12 покажува типични приклучоци за напојување со оп-засилувачот.

Максималното замавнување на излезен напон е ограничено со dc напон доставен до оп-засилувачот. Некои оперативни засилувачи може да се ракуваат од еден извор на напон. Спецификациите на производителот ги дефинираат границите на работа во оние случаи кога оп-засилувачот користи само едно напојување.

Слика 12 – Приклучоци за напојување

3.3 741 Op-amp

Оп-засилувачот μA741 е илустриран во еквивалентното коло на Слика 13. Се произведува од 1966 година од повеќето производители на IC, и иако има многу напредок од неговото воведување, 741 сè уште е широко користен.

оперативни засилувачи, типични оп-засилувачи

Слика 13 – 741 оп-засилувач

741 оп-засилувач има внатрешен надоместок што се однесува на RC мрежата која предизвикува паѓање на високофреквентниот амплитуден одговор. Бидејќи засилувачот има големо засилување (од редот на 10⁴ да 10⁵ при ниски фреквенции) и затоа што паразитските капацитети во транзисторите дозволуваат паразитски повратни информации, оп-засилувачот би станал нестабилен и осцилирал доколку не била внатрешната компензација. Два засилувачи со каскадни разлики возат комплементарен засилувач на симетрија преку друг напонски засилувач.

Оп-засилувачот 741 се состои од три фази: влезен диференцијален засилувач, средно засилувач со единечно засилување и засилувач на излезна тампон. Друго коло важно за неговата работа е менувачот на ниво за да се префрли dc ниво на сигналот така што излезот може да се замавнува и позитивно и негативно, пристрасни кола за да се обезбедат референтни струи до различните засилувачи и кола кои го штитат оп-засилувачот од кратки кола на излезот. 741 е внатрешно компензиран со помош на мрежа на кондензатор-отпорник на чип.

Оперативниот засилувач дополнително се подобрува со додавање на повеќе фази на засилување, изолирање на влезните кола и додавање на повеќе следбеници на емитер на излезот за да се намали излезната импеданса. Други подобрувања резултираат со зголемена CMRR, поголема влезна импеданса, поширок одговор на фреквенцијата, намалена излезна импеданса и зголемена моќност.

Коло на пристрасност

Неколку постојани извори може да се видат во оп-засилувачот 741 на слика 13. Транзистори Q₈ Q₉ се тековниот извор за I_EE на диференцијалниот засилувач формиран од Q₁, Q₂, Q₃, и Q₄. Транзистори Q₅, Q₆, и Q₇, дали активните оптоварувања го заменуваат R_C отпорници на диференцијалниот засилувач. Транзистори Q₁₀, Q₁₁, и Q₁₂ формираат пристрасна мрежа за изворите на струја на диференцијалниот засилувач. Транзистори Q₁₀ Q₁₁ формирајте Widlar струен извор за оваа пристрасна мрежа со другите транзистори кои делуваат како тековно огледало.

Заштита од краток спој

Колото 741 вклучува голем број транзистори кои вообичаено се исклучуваат и спроведуваат само во случај да постои голема струја на излезот. Пристрасноста на излезните транзистори потоа се менува за да се намали оваа струја на прифатливо ниво. Во колото на слика 13, оваа заштитна мрежа од краток спој се состои од транзистори Q₁₅ Q₂₂ и отпорник R_11.

Влезна фаза

Влезната фаза на оп-засилувачот 741 е потребна за да обезбеди засилување на напон, поместување на нивото и излез на диференцијален засилувач со еден крај. Комплексноста на колото предизвикува голема грешка во офсет напонот. Спротивно на ова, стандардниот диференцијален засилувач со оптоварување со отпор предизвикува помала грешка на офсет напонот. Сепак, стандардниот засилувач има ограничено засилување што значи дека ќе бидат потребни повеќе фази за да се постигне саканото засилување. Диференцијалните засилувачи оптоварени со отпор се користат во оп-засилувачи кои имаат помал напон од 741.

BJT кои се користат во влезната фаза бараат големи пристрасни струи, воведувајќи проблеми со офсет струјата. За да се намали грешката на офсет струјата, другите типови на оп-засилувачи користат MOSFET во влезната фаза.

Влезната фаза на 741 е диференцијален засилувач со активно оптоварување формирано од транзистори Q₅, Q₆, и Q₇ и отпорници R₁, R₂, и R₃. Ова коло обезбедува оптоварување со висок отпор и го конвертира сигналот од диференцијален во единечен без деградација на засилување или сооднос на отфрлање на заеднички режим. Еднокрајниот излез се зема од колекторот на Q₆. Менувачот на нивото на влезната фаза се состои од странични pnp транзистори, Q₃ Q₄, кои се поврзани во конфигурација со заедничка база.

Употреба на странични транзистори, Q₃ Q₄, резултира со дополнителна предност. Тие помагаат да се заштитат влезните транзистори, Q₁ Q₂, против дефект на спојот на емитер-основа. Спојот емитер-основа на ан npn транзисторот ќе се расипе кога обратната пристрасност ќе надмине околу 7 V. Страничното распаѓање на транзисторот не се случува додека обратната пристрасност не надмине околу 50 V. Бидејќи транзисторите се во серија со Q₁ Q₂, пробивниот напон на влезното коло е зголемен.

Средна фаза

Средните фази во повеќето оп-засилувачи обезбедуваат голема добивка преку неколку засилувачи. Во 741, излезот со еден крај на првата фаза е поврзан со основата на Q₁₆ кој е во конфигурација на следбеник на емитер. Ова обезбедува висока влезна импеданса на влезната фаза што го минимизира оптоварувањето. Средната фаза исто така се состои од транзистори Q₁₆ Q₁₇, и отпорници R₈ R₉. Излезот на средната фаза се зема од колекторот на Q₁₇, и се обезбедува на Q₁₄ преку фазен сплитер. Кондензаторот во 741 се користи за компензација на фреквенцијата што е дискутирано во следните поглавја од овој текст.

Излезна сцена

Излезната фаза на оп-засилувачот е потребна за да обезбеди голема струјна добивка до импеданса со низок излез. Повеќето оп-засилувачи користат комплементарна излезна фаза на симетрија за да ја зголемат ефикасноста без да го жртвуваат тековното засилување. Максималната остварлива ефикасност за комплементарната симетрија, засилувач од класа Б е 78%. Еднокрајниот излезен засилувач има максимална ефикасност од само 25%. Некои оп-засилувачи користат комплементарна симетрија на Darlington пар за да ја зголемат нивната излезна способност. Излезната фаза на комплементарна симетрија во 741 се состои од Q₁₄ Q₂₀.

Малите отпорници, R₆ R₇, обезбедете ограничување на струјата на излезот. Парот Дарлингтон, Q₁₈ Q₁₉, се користи на местото на диодата во излезната фаза на комплементарна симетрија компензирана со диода, како што е опишано во Поглавје 8. Распоредот на парот Дарлингтон е фаворизиран во однос на двата транзистори поврзани како диода, бидејќи може да се изработи на помала површина. Изворот на струја што го заменува отпорот на пристрасност во колото за комплементарна симетрија се реализира со еден дел од транзисторот Q₁₃. Транзистори Q₂₂, Q₂₃, и Q₂₄ се дел од распоредот на менувачот на ниво кој осигурува дека излезниот напон е центриран околу нултата оска.

CURRENT – 3. Типичниот операционен засилувач

ПРЕТХОДНО- 2. Менувачи на нивоа

СЛЕДНО- 4. Спецификации на производители