3. Tipična op-amp
TEKOČ - 3. Tipični op-amp
PREJŠNJA-2. Krmilniki nivojaTipična op-amp
Večina operacijskih ojačevalnikov je zasnovana in izdelana v skladu s blokovno shemo, prikazano na sliki 8.
Slika 8 - Tipična konfiguracija op-amp
Diferencialni ojačevalnik in stopnja napetosti sta edini stopnji, ki zagotavljata pridobitev napetosti. Diferencialni ojačevalnik zagotavlja tudi CMRR, ki je v op-ampu tako pomemben. Izhod diferencialnega ojačevalnika je pogosto povezan z emitorskim sledilnikom z velikim oddajnim uporom, da se diferencialnemu ojačevalniku zagotovi visoka impedančna obremenitev, da se doseže visok dobiček. Ne pozabite, da ima ojačevalec s skupnim oddajnikom z veliko močjo veliko manjšo vhodno impedanco kot CE ojačevalnik z zmernim dobičkom. To omogoča uporabo visoko ojačanega ojačevalnika CE, ki zagotavlja dodaten dobiček. Linearne op-ampere so neposredno povezane za zagotavljanje ac dobiček. To tudi odpravlja potrebo po kondenzatorju, ki je prevelik, da bi ga lahko namestili na IC čip. Za premikanje nivojev je potrebno zagotoviti, da izhodni signal nima nobenega dc odmik. Op-ojačevalnike je mogoče zelo natančno modelirati s simulacijo vezja. To bomo pokazali s pomočjo simulacije spletnega vezja TINACloud.
Pakiranje 3.1
Krogi op-amp so pakirani v standardne pakete IC, vključno s pločevinke, dvojno-in-line pakete (DIP), in ravno pakete. Vsak od teh paketov ima vsaj osem zatičev ali povezav. Prikazane so na slikah 9, 10 in 11.
Slika 9 - Op-amp povezava za paket can (pogled od zgoraj)
Slika 10 - Priključek op-amp 14-pinski DIP (pogled od zgoraj)
Slika 11 - Op-amp povezava za 10-ploski paket (pogled od zgoraj)
Pri izdelavi tokokroga je pomembno pravilno identificirati različne vodnike (običajno niso oštevilčeni). Številke prikazujejo lokacijo pinov 1. V lahko paket Na sliki 9 je pin 1 označen kot prvi pin na levi strani zavihka, zatiči pa so zaporedno oštevilčeni v nasprotni smeri urinega kazalca. V dvojni paket Na sliki 10 je vrh paketa urezan, da poišče pin 1, in nožice so oštevilčene na levi in navzgor na desni. Upoštevajte, da je v enem DIP-ju zapakirano več op-amp (običajno 2 ali 4).
v ravno pakiranje na sliki 11 se pin 1 identificira s piko in nožice so oštevilčene kot v DIP.
Zahteve za napajanje 3.2
Veliko op-amperov zahteva tako negativni kot pozitivni vir napetosti. Tipični napetostni viri segajo od ± 5 V do ± 25 V. Slika 12 prikazuje tipične napajalne povezave z op-amp.
Maksimalna nihanja izhodne napetosti je omejena z dc napetost, ki se napaja na op-amp. Nekatere operacijske ojačevalnike je mogoče upravljati iz enega samega napetostnega vira. Specifikacije proizvajalca določajo omejitve delovanja v tistih primerih, ko opcijski ojačevalnik uporablja samo eno napajanje.
Slika 12 - Napajalni priključki
Maksimalna nihanja izhodne napetosti je omejena z dc napetost, ki se napaja na op-amp. Nekatere operacijske ojačevalnike je mogoče upravljati iz enega samega napetostnega vira. Specifikacije proizvajalca določajo omejitve delovanja v tistih primerih, ko opcijski ojačevalnik uporablja samo eno napajanje.
3.3 Op-amp 741
OpA amp μA741 je prikazan v ekvivalentnem vezju na sliki 13. Večina proizvajalcev IC-jev je bila proizvedena od 1966-a, in čeprav je od uvedbe prišlo do številnih napredkov, se 741 še vedno pogosto uporablja.
Slika 13 - Op-amp 741
Op-amp 741 ima notranjega nadomestila ki se nanaša na RC omrežje, ki povzroči, da se odziv visoke frekvenčne amplitude odpove. Ker ima ojačevalnik velik dobiček (po naročilu 104 da 105 pri nizkih frekvencah) in ker omogočajo parazitske kapacitete v tranzistorjih parazitne povratne informacije, bi op-amp postal nestabilen in osciliral, če ne bi bilo notranjega nadomestila. Dva kaskadna diferenčna ojačevalnika poganjata dopolnilni ojačevalnik moči simetrije preko drugega napetostnega ojačevalnika.
Op-amp 741 je sestavljen iz treh stopenj: vhodnega diferencialnega ojačevalnika, vmesnega enostranskega ojačevalnika z visokim dobičkom in ojačevalnika izhodnega blažilnika. Druga vezja, ki so pomembna za njegovo delovanje, so stopenjski menjalniki za premikanje dc raven signala, tako da je izhod lahko swing tako pozitivne kot negativne, pristranskosti vezja za zagotavljanje referenčnih tokov za različne ojačevalnike, in vezja, ki ščitijo op-amp od kratkih stikov na izhodu. 741 je notranje kompenziran s kondenzatorsko-uporovno mrežo na čipu.
Op-amp se še izboljša z dodajanjem več stopenj ojačanja, izoliranjem vhodnih vezij in dodajanjem več emitorskih sledilcev na izhodu za zmanjšanje izhodne impedance. Druge izboljšave povzročijo povečanje CMRR, višjo vhodno impedanco, širši frekvenčni odziv, zmanjšano izhodno impedanco in povečano moč.
Sklopi pristranskosti
Nekaj konstantnih virov je mogoče videti v op-amp 741 na sliki 13. Tranzistorji Q8 in Q9 so trenutni vir za IEE diferenčnega ojačevalnika, ki ga tvori Q1, Q2, Q3in Q4. Tranzistorji Q5, Q6in Q7, so aktivne obremenitve zamenljive z RC upori diferencialnega ojačevalnika. Tranzistorji Q10, Q11in Q12 tvorijo mrežo pristranskosti za tokovne vire diferencialnega ojačevalnika. Tranzistorji Q10 in Q11 oblikujejo izvor trenutnega Widlar za to omrežje pristranskosti z drugimi tranzistorji, ki delujejo kot trenutno ogledalo.
Zaščita kratkega stika
Vezje 741 vključuje številne tranzistorje, ki so običajno odrezani in delujejo le v primeru, da na izhodu obstaja velik tok. Pristranskost na izhodnih tranzistorjih se nato spremeni, da se ta tok zmanjša na sprejemljivo raven. V vezju na sliki 13 je to zaščitno omrežje kratkega stika sestavljeno iz tranzistorjev Q15 in Q22 in upor R11.
Vhodna stopnja
Vhodna stopnja op-amp 741 je potrebna za zagotovitev napetostnega ojačenja, premikanja nivoja in enojnega diferencialnega izhodnega ojačevalnika. Kompleksnost vezja povzroči veliko napako napetosti. V nasprotju s tem, standardni diferencialni ojačevalnik z uporovnim uporom povzroča manj napak napetosti. Vendar ima standardni ojačevalnik omejen dobiček, kar pomeni, da je potrebno več stopenj za dosego želenega ojačanja. Uporovno obremenjeni diferenčni ojačevalniki se uporabljajo v op-amperih, ki imajo manjšo napetost kot 741.
BJTs, ki se uporabljajo v vhodni stopnji zahtevajo velike tokove pristranskosti, ki uvajajo izravnalne trenutne probleme. Da bi zmanjšali trenutne napake pri odmiku, druge vrste op-amp uporabljajo MOSFET v vhodni stopnji.
Vhodna stopnja 741 je diferencialni ojačevalnik z aktivnim bremenom, ki ga tvorijo tranzistorji Q5, Q6in Q7 in upori R1, R2in R3. To vezje zagotavlja visoko upornostno obremenitev in pretvarja signal iz diferenciala v enostransko brez degradacije ojačevalnega ali skupnega načina zavrnitve. Enosmerni izhod je vzet iz kolektorja Q6. Vhodni stopenjski prestavnik je sestavljen iz bočne pnp tranzistorji, Q3 in Q4, ki so povezani v konfiguracijo skupne baze.
Uporaba stranskih tranzistorjev, \ t Q3 in Q4, prinaša dodatno prednost. Pomagajo zaščititi vhodne tranzistorje, Q1 in Q2, proti okvari na izhodu iz oddajnika-baze. Spajanje izhodnega oddajnika npn Tranzistor se bo razpadel, če bo obratna pristranskost presegla približno 7 V. Do stranske tranzistorske okvare ne bo prišlo, dokler nasprotna pristranskost ne preseže 50 V. Q1 in Q2, okvara napetosti vhodnega tokokroga.
Vmesna stopnja
Vmesne stopnje v večini op-amperjev zagotavljajo dobiček z več ojačevalniki. V 741 je enostranski izhod prve stopnje priključen na osnovno enoto Q16 ki je v konfiguraciji oddajnika. To zagotavlja visoko vhodno impedanco vhodni stopnji, ki zmanjša obremenitev. Vmesna stopnja je sestavljena tudi iz tranzistorjev Q16 in Q17in upori R8 in R9. Izhod vmesne stopnje je vzet iz zbiralnika Q17in zagotovljeno Q14 skozi razdelilnik faz. Kondenzator v 741 se uporablja za kompenzacijo frekvence, ki je obravnavana v naslednjih poglavjih tega besedila.
Izhodna stopnja
Izhodna stopnja op-ojačevalnika je potrebna za zagotovitev visokega tokovnega ojačanja na impedanco z nizko izhodno močjo. Večina op-ojačevalnikov uporablja komplementarno izhodno stopnjo simetrije, da poveča učinkovitost brez žrtvovanja trenutnega dobička. Največja dosegljiva učinkovitost komplementarnega simetričnega ojačevalnika razreda B je 78%. Enosmerni izhodni ojačevalnik ima največjo učinkovitost le 25%. Nekateri op-ojačevalniki uporabljajo Darlingtonovo parno komplementarno simetrijo, da povečajo svojo izhodno zmogljivost. Komplementarno izhodno stopnjo simetrije v 741 sestavljajo Q14 in Q20.
Majhni upori, R6 in R7, zagotavljajo omejitev toka na izhodu. Darlingtonov par, Q18 in Q19se namesto diode uporablja v končni stopnji dopolnilne simetrije z diodno kompenzacijo, kot je opisano v poglavju 8. Razporeditev par Darlington ima prednost pred dvema tranzistorjema, ki sta povezana kot dioda, saj ju je mogoče izdelati na manjšem območju. Tokovni nadomestek, ki nadomesti prednapetostni upor v komplementarnem vezju simetrije, se realizira z enim delom tranzistorja Q13. Tranzistorji Q22, Q23in Q24 so del sklopa ravni zasuka, ki zagotavlja, da je izhodna napetost centrirana okoli ničelne osi.
TOK - 3. Tipični op