Sumber Khas Op-amp-TINA dan TINACloud

The Typical Op-amp

Kebanyakan penguat operasi direka bentuk dan dibina mengikut gambarajah blok yang ditunjukkan dalam Rajah 8.

Rajah 8 - Konfigurasi tipikal op-amp

Penguat kebezaan dan tahap keuntungan voltan adalah satu-satunya peringkat yang memberikan keuntungan voltan. Penguat berbeza juga menyediakan CMRR yang sangat penting dalam op-amp. Output penguat kebezaan sering disambungkan kepada pengikut pemancar yang mempunyai perintang pemancar yang besar untuk memberikan beban impedans yang tinggi kepada penguat kebezaan untuk mendapatkan keuntungan yang tinggi. Ingat bahawa penguat pemuat biasa yang mendapat keuntungan tinggi mengalami impedans masukan yang lebih rendah daripada penguat CE yang sederhana. Ini kemudiannya membolehkan penggunaan penguat CE mendapatkan keuntungan yang tinggi untuk memberikan keuntungan tambahan. Penguat lekas secara langsung disertakan untuk menyediakan ac keuntungan. Ini juga menghapuskan keperluan untuk kapasitor gandingan yang terlalu besar untuk diletakkan pada cip IC. Peralihan tahap diperlukan untuk memastikan bahawa isyarat output tidak mempunyai apa-apa dc mengimbangi. Op-amp boleh dimodelkan dengan tepat dengan simulasi litar. Kami akan menunjukkan ini menggunakan simulasi litar dalam talian TINACloud.

3.1 Packaging

Litar Op-amp dibungkus dalam pakej IC standard, termasuk tin, pakej dwi-dalam talian (DIP), dan pek rata. Setiap pakej ini mempunyai sekurang-kurangnya lapan pin atau sambungan. Mereka digambarkan dalam Angka 9, 10, dan 11.

Rajah 9 - Sambungan op-amp untuk pakej boleh (pandangan atas)

Gambar 10 - Sambungan op-amp DIP 14-pin (Paparan Atas)

Rajah 11 - Sambungan op-amp untuk pek rata 10-pin (Pandangan atas)

Apabila membina litar, penting untuk mengenal pasti pelbagai petunjuk dengan betul (biasanya tidak bernombor). Angka menggambarkan lokasi pin 1. Di dalam boleh pakej Rajah 9, pin 1 dikenalpasti sebagai pin pertama di sebelah kiri tab, dan pin di nombor berturut-turut berlawanan arah lawan mencari dari atas. Di dalam pakej dwi-dalam talian Rajah 10, bahagian atas pakej mempunyai lekukan untuk mencari pin 1, dan pin dikira di sebelah kiri dan kanan di sebelah kanan. Perhatikan bahawa lebih daripada satu op-amp (biasanya 2 atau 4) dibungkus dalam satu DIP.

Dalam pek rata Rajah 11, pin 1 dikenalpasti oleh titik dan pin dikira seperti dalam DIP.

Keperluan Kuasa 3.2

Banyak op-amp memerlukan kedua-dua sumber voltan negatif dan positif. Sumber-sumber voltan biasa adalah dari ± 5 V hingga ± 25 V. Rajah 12 menunjukkan sambungan bekalan kuasa tipikal kepada op-amp.

Angin voltan keluaran maksimum adalah terhad oleh dc voltan dibekalkan ke op-amp. Beberapa penguat operasi dapat dikendalikan dari sumber voltan tunggal. Spesifikasi pengeluar menentukan had operasi dalam kes di mana op-amp hanya menggunakan satu bekalan kuasa.

Rajah 12 - Sambungan bekalan kuasa

3.3 Op-amp 741

OP-amp μA741 digambarkan dalam litar bersamaan Rajah 13. Ia telah dihasilkan sejak 1966 oleh kebanyakan pengeluar IC, dan walaupun terdapat banyak kemajuan sejak pengenalannya, 741 masih digunakan secara meluas.

Rajah 13 - 741 op-amp

Op-amp 741 mempunyai pampasan dalaman yang merujuk kepada rangkaian RC yang menyebabkan tindak balas amplitud frekuensi tinggi jatuh. Kerana penguat mempunyai keuntungan yang tinggi (atas perintah 10⁴ untuk 10⁵ pada frekuensi rendah) dan kerana kapasitans parasit dalam transistor membolehkan maklum balas parasit, op-amp akan menjadi tidak stabil dan berayun jika bukan untuk pampasan dalaman. Dua penguat perbezaan cascaded memandu penguat kuasa simetri pelengkap melalui penguat voltan yang lain.

741 op-amp terdiri daripada tiga peringkat: satu penguat pembezaan masukan, sebuah penguat berkuatkuasa tunggal yang menengah, dan penguat buffering output. Litar lain yang penting untuk operasinya adalah tahap shifter untuk mengalihkan dc Tahap isyarat supaya output boleh mengayuh kedua-dua litar positif dan negatif, untuk memberikan arus rujukan kepada pelbagai penguat, dan litar yang melindungi op-amp dari litar pintas pada output. 741 adalah ganti rugi secara dalaman dengan menggunakan rangkaian pemuat kapasitor-cip.

Op-amp ditingkatkan lagi dengan menambahkan lebih banyak tahap amplifikasi, mengasingkan litar input, dan menambahkan lebih banyak pengikut pemancar pada output untuk mengurangkan impedans keluaran. Penambahbaikan lain menghasilkan peningkatan CMRR, impedans masukan yang lebih tinggi, tindak balas frekuensi yang lebih meluas, menurunkan galangan keluaran dan meningkatkan kuasa.

Litar Bias

Beberapa sumber malar dapat dilihat dalam op-amp 741 Rajah 13. Transistor Q₈ and Q₉ adalah sumber semasa untuk I_EE daripada penguat kebezaan yang dibentuk oleh Q₁, Q₂, Q₃, dan Q₄. Transistor Q₅, Q₆, dan Q₇, adalah beban aktif yang menggantikan untuk R_C resistor penguat perbezaan. Transistor Q₁₀, Q₁₁, dan Q₁₂ membentuk rangkaian bias untuk sumber arus penguat pembezaan. Transistor Q₁₀ and Q₁₁ membentuk sumber semasa Widlar untuk rangkaian bias ini dengan transistor lain bertindak sebagai cermin semasa.

Perlindungan Litar Pendek

Litar 741 merangkumi beberapa transistor yang biasanya dipotong dan dijalankan hanya sekiranya terdapat arus besar pada output. Bias pada transistor output kemudian ditukar untuk mengurangkan arus ini ke tahap yang boleh diterima. Dalam litar Rajah 13, rangkaian perlindungan litar pintas ini terdiri daripada transistor Q₁₅ and Q₂₂ dan perintang R_11.

Peringkat Input

Tahap masukan op-amp 741 diperlukan untuk memberikan keuntungan voltan, pergeseran aras, dan output penguat diferensial tunggal yang berakhir. Kerumitan litar menyebabkan ralat voltan mengimbangi besar. Berbeza dengan ini, penguat perbezaan kebolehkendaan yang standard menyebabkan kesilapan voltan yang kurang diimbangi. Walau bagaimanapun, penguat standard mempunyai keuntungan yang terhad yang bermaksud bahawa lebih banyak peringkat diperlukan untuk mencapai penguatan yang dikehendaki. Penguat pembezaan yang dimuatkan oleh resistor digunakan dalam op-amp yang mempunyai aliran udara yang kurang daripada 741.

BJTs yang digunakan dalam peringkat masukan memerlukan arus bias yang besar, memperkenalkan masalah semasa mengimbangi. Untuk mengurangkan kesilapan semasa mengimbangi, jenis op-amp lain menggunakan MOSFET dalam peringkat input.

Tahap input 741 adalah penguat diferensial dengan beban aktif yang dibentuk oleh transistor Q₅, Q₆, dan Q₇ dan perintang R₁, R₂, dan R₃. Litar ini menyediakan beban rintangan yang tinggi dan menukarkan isyarat dari pembezaan kepada satu berakhir tanpa nisbah degradasi keuntungan atau penolakan mod biasa. Output tunggal berakhir diambil dari pengumpul Q₆. Shifter tahap peringkat masukan terdiri daripada lateral pnp transistor, Q₃ and Q₄, yang disambungkan dalam konfigurasi asas biasa.

Penggunaan transistor sisi, Q₃ and Q₄, menghasilkan kelebihan tambahan. Mereka membantu melindungi transistor masukan, Q₁ and Q₂, berbanding pecahan simpang asas pemancar. Persimpangan asas-emitter a npn transistor akan rosak apabila kecenderungan terbalik melebihi 7 V. Kerugian transistor lateral tidak berlaku sehingga bias terbalik melebihi 50 V. Oleh kerana transistor siri dengan Q₁ and Q₂, volum kerosakan litar input meningkat.

Peringkat Pertengahan

Tahap perantaraan di kebanyakan op-amp memberikan keuntungan yang tinggi melalui beberapa penguat. Dalam 741, output tunggal yang berakhir pada peringkat pertama disambungkan ke pangkalan Q₁₆ yang berada dalam konfigurasi pengikut pemancar. Ini memberikan impedans input yang tinggi ke peringkat masukan yang meminimumkan pemuatan. Peringkat pertengahan juga terdiri daripada transistor Q₁₆ and Q₁₇, dan perintang R₈ and R₉. Output peringkat perantaraan diambil dari pengumpul Q₁₇, dan disediakan untuk Q₁₄ melalui pembahagi fasa. Kapasitor dalam 741 digunakan untuk pampasan frekuensi yang dibincangkan dalam bab-bab berikutnya dalam teks ini.

Peringkat Output

Tahap output op-amp diperlukan untuk memberikan keuntungan arus tinggi ke impedans keluaran rendah. Sebilangan besar op-amp menggunakan tahap output simetri pelengkap untuk meningkatkan kecekapan tanpa mengorbankan keuntungan semasa. Kecekapan maksimum yang dapat dicapai untuk simetri pelengkap, penguat kelas B adalah 78%. Penguat output satu hujung mempunyai kecekapan maksimum hanya 25%. Beberapa op-amp menggunakan simetri pelengkap pasangan Darlington untuk meningkatkan keupayaan output mereka. Tahap output simetri pelengkap pada 741 terdiri daripada Q₁₄ and Q₂₀.

Resistor kecil, R₆ and R₇, berikan had semasa pada output. Pasangan Darlington, Q₁₈ and Q₁₉, digunakan sebagai pengganti diod dalam peringkat output simetri pelengkap diod yang diodkan di dalam Bab 8. Susunan pasangan Darlington lebih disukai daripada dua transistor yang disambungkan sebagai diod kerana ia boleh dibuat di kawasan yang lebih kecil. Sumber semasa yang menggantikan perintang bias dalam litar simetri pelengkap direalisasikan oleh satu bahagian transistor Q₁₃. Transistor Q₂₂, Q₂₃, dan Q₂₄ adalah sebahagian daripada susunan tahap shifter yang memastikan bahawa voltan keluaran berpusat di sekitar sifar sifar.

SEMASA - 3. Op amp khas

PREVIOUS- 2. Peralihan tahap

NEXT- 4. Spesifikasi pengeluar