Penguat Operasi Ideal (Ideal op-amp) -TINA dan TINACloud

Op-amp ideal

Bahagian ini menggunakan a sistem pendekatan untuk membentangkan asas-asas Amplifier Operasi Ideal. Oleh itu, kami menganggap op-amp sebagai blok dengan terminal input dan output. Pada masa ini, kami tidak terlibat dengan peranti elektronik individu dalam op-amp.

Op-amp adalah penguat yang sering dikuasakan oleh voltan pembekalan positif dan negatif. Ini membolehkan voltan keluaran mengayuh kedua-duanya di atas dan di bawah potensi tanah. Op-amp mendapati aplikasi yang luas dalam banyak sistem elektronik linier.

Nama penguat kendalian berasal dari salah satu penggunaan asal litar op-amp; untuk melaksanakan matematik operasi dalam komputer analog. Permohonan tradisional ini dibincangkan kemudian dalam bab ini. Op-amp awal menggunakan input pembalik tunggal. Perubahan voltan positif pada input menyebabkan perubahan negatif pada output.

Oleh itu, untuk memahami operasi op-amp, perlu terlebih dahulu menjadi akrab dengan konsep sumber yang dikawal (bergantung) kerana ia membentuk asas model op-amp.

Sumber Tanggungan 1.1

Sumber bergantung (atau dikawal) menghasilkan voltan atau arus yang nilainya ditentukan oleh voltan atau semasa yang wujud di lokasi lain dalam litar. Sebaliknya, peranti pasif menghasilkan voltan atau arus yang nilainya ditentukan oleh voltan atau semasa yang ada di lokasi yang sama di litar. Kedua-dua voltan bebas dan bergantung dan sumber semasa adalah elemen aktif. Iaitu, mereka mampu menyampaikan kuasa kepada beberapa peranti luaran. Unsur-unsur pasif tidak mampu menghasilkan kuasa, walaupun mereka dapat menyimpan tenaga untuk penghantaran pada masa yang akan datang, seperti halnya dengan kapasitor dan induktor.

Angka di bawah ini menggambarkan konfigurasi litar bersamaan alat penguat yang sering digunakan dalam analisis litar. Yang paling tepatperintang adalah beban. Kami akan menemui voltan dan keuntungan semasa sistem ini. Keuntungan voltan, Av ditakrifkan sebagai nisbah voltan output kepada voltan masukan. Begitu juga, keuntungan semasa, Ai ialah nisbah output arus ke input semasa.

Rajah 1- Litar setara bagi peranti menguatkan keadaan pepejal

Arus masukan ialah:

Semasa dalam perintang kedua, i₁, dijumpai secara langsung dari undang-undang Ohm:

(2)

Voltan keluaran kemudiannya diberikan oleh:

(3)

Dalam Persamaan (3), ‖ menunjukkan gabungan perintang yang selari. Arus keluaran dijumpai secara langsung dari undang-undang Ohm.

(4)

Keuntungan voltan dan semasa kemudian dijumpai dengan membentuk nisbah:

(5)

(6)

1.2 Litar Setaraf Penguat Operasi

Gambarajah 2- Operasi penguatkuasaan dan litar setara

Figure 2 (A) membentangkan simbol bagi penguat operasi, dan Rajah 2 (b) menunjukkan litar yang setara. Terminal masukan adalah v₊ and v_-. Terminal output ialah v_keluar. Sambungan bekalan kuasa berada di +V, -V dan terminal tanah. Sambungan bekalan kuasa sering ditinggalkan daripada lukisan skematik. Nilai voltan output dibatasi oleh +V and -V kerana ini adalah voltan yang paling positif dan negatif dalam litar.

Model ini mengandungi sumber voltan yang bergantung kepada voltan yang bergantung kepada perbezaan voltan masukan antara v₊ and v_-. Kedua terminal input dikenali sebagai bukan penyongsangan and menyongsang input masing-masing. Sebaik-baiknya, output penguat tidak bergantung kepada magnitud dari dua tegangan input, tetapi hanya pada perbezaan di antara mereka. Kami mentakrifkan voltan input perbezaan, v_d, sebagai perbezaan,

(7)

Voltan output adalah berkadar dengan voltan input pembezaan, dan kita menentukan nisbah sebagai gain gelung terbuka, G. Oleh itu, voltan keluaran adalah

(8)

Sebagai contoh, input daripada (E biasanya amplitud kecil) digunakan pada input bukan pembalik dengan terminal terbalik yang dihasilkan pada output. Apabila isyarat sumber yang sama digunakan pada input terbalik dengan terminal tidak terbalik yang diasaskan, outputnya adalah .

Galakan input op-amp ditunjukkan sebagai rintangan dalam Rajah 2 (b).
Impedance keluaran diwakili dalam angka sebagai rintangan, Ro.

Penguat operasi yang ideal dicirikan seperti berikut:

Ini biasanya adalah anggaran yang baik untuk parameter op-amp sebenar. Parameter biasa op-amp sebenar ialah:

Dengan menggunakan op-amp ideal untuk menghampiri op-amp sebenar, maka adalah penyederhanaan yang berharga bagi analisis litar.
Marilah kita meneroka implikasi kelebihan gelung terbuka yang tidak terhingga. Sekiranya kita menulis semula Persamaan (8) seperti berikut:

(9)

dan biarkan G mendekati tak terhingga, kita melihatnya

(10)

Hasil persamaan (10) dengan memerhatikan bahawa voltan keluaran tidak boleh terhingga. Nilai voltan output dibatasi oleh nilai bekalan kuasa positif dan negatif. Persamaan (10) menunjukkan bahawa tegasan pada dua terminal adalah sama:

(11)

Oleh itu, persamaan Persamaan (11) membawa kita untuk mengatakan terdapat litar pintas maya antara terminal input.

Oleh kerana rintangan masukan op-amp yang ideal adalah tak terhingga, arus ke dalam setiap input, terminal pembalik dan terminal bukan penyongsangan, adalah sifar.
Apabila op-amp sebenar digunakan dalam mod penguatan linear, keuntungannya adalah sangat besar, dan Persamaan (11) adalah penghampiran yang baik. Walau bagaimanapun, beberapa aplikasi untuk op-am sebenar menggunakan peranti dalam mod tak lurus. Penghampiran Persamaan (11) tidak sah untuk litar ini.
Walaupun op-amps praktikal mempunyai keuntungan voltan tinggi, keuntungan ini berbeza dengan kekerapan. Atas sebab ini, op-amp tidak biasa digunakan dalam bentuk yang ditunjukkan dalam Rajah 2 (a). Konfigurasi ini dikenali sebagai gelung terbuka kerana tidak ada maklum balas dari output ke input. Kita lihat kemudian bahawa, manakala konfigurasi gelung terbuka berguna untuk aplikasi komparator, konfigurasi yang lebih umum untuk aplikasi linier adalah litar gelung tertutup dengan maklum balas.

Elemen luaran digunakan untuk "memberi maklum balas" sebahagian daripada isyarat output ke input. Sekiranya elemen maklum balas ditempatkan antara output dan input terbalik, keuntungan gelung tertutup akan berkurang kerana sebahagian output mengurangkan dari input. Kita akan melihat kemudian bahawa maklum balas tidak hanya mengurangkan keuntungan keseluruhan, tetapi juga menjadikan keuntungan kurang sensitif terhadap nilai G. Dengan maklum balas, keuntungan gelung tertutup lebih bergantung pada elemen litar maklum balas, dan lebih sedikit pada opsyen asas keuntungan voltan amp, G. Sebenarnya, keuntungan gelung tertutup pada dasarnya tidak bergantung kepada nilai G-ia hanya bergantung pada nilai elemen litar luaran.

Rajah (3) menggambarkan litar op-amp umpan balik negatif tahap tunggal.

Rajah 3- Op-amp terbalik

Oleh itu, kami akan menganalisis litar ini dalam bahagian seterusnya. Buat masa ini, perhatikan bahawa satu perintang, R_F, digunakan untuk menyambung voltan keluaran, v_keluar kepada input terbalik, v_-.

Satu lagi perintang, R_a disambungkan dari input terbalik, v_-, kepada voltan input, v_a. Perintang ketiga, R diletakkan di antara input dan tanah yang tidak terbalik.
Litar menggunakan op-amp, perintang dan kapasitor boleh dikonfigurasikan untuk melaksanakan banyak operasi berguna seperti menjumlahkan, menolak, menyepadukan, membezakan, menapis, membandingkan dan menguatkan.

1.3 Kaedah Analisis

Kami menganalisis litar menggunakan dua sifat utama op-amp utama:

Voltan antara v₊ and v_- adalah sifar, atau v₊ = v_-.
Arus ke dalam kedua-dua v₊ and v_- terminal adalah sifar.

Pemerhatian mudah ini membawa kepada prosedur untuk menganalisis sebarang litar op-amp yang ideal seperti berikut:

Tulis persamaan nod undang-undang semasa Kirchhoff di terminal tidak terbalik, v₊.
Tulis persamaan nod hukum semasa Kirchhoff di terminal terbalik, v_-.
Tetapkan v₊ = v_- dan menyelesaikan keuntungan gelung tertutup yang dikehendaki.

Semasa menerapkan undang-undang Kirchhoff, ingatlah bahawa arus ke dalam kedua v₊ and v_- terminal adalah sifar.

PREVIOUS- Penguatkuasaan Operasi Ideal Pengenalan

NEXT-2. Penguat terbalik