Amplifikuesit Operacional Ideal (Op-Amps Ideale) -TINA dhe TINACloud

Op-amps ideal

Ky seksion përdor një sistemet qasje për të paraqitur bazat e Amplifiers Operative Ideale. Si e tillë, ne e konsiderojmë op-amp si një bllok me terminalet e hyrjes dhe të daljes. Aktualisht nuk jemi të shqetësuar me pajisjet elektronike individuale brenda op-amp.

Një op-amp është një përforcues që shpesh është mundësuar nga tensioni i furnizimit pozitiv dhe negativ. Kjo lejon që voltafi i prodhimit të lëkundet si mbi dhe nën potencial tokësor. Op-amp gjen zbatim të gjerë në shumë sisteme elektronike lineare.

Emri përforcues operacionale rrjedh nga një nga përdorimet origjinale të qarqeve op-amp; për të kryer matematikën Operacionet në kompjuterë analogë. Ky aplikim tradicional diskutohet më vonë në këtë kapitull. Opampët e hershëm përdorën një hyrje të vetme invertuese. Një ndryshim pozitiv i tensionit në hyrje shkaktoi një ndryshim negativ në dalje.

Prandaj, për të kuptuar funksionimin e op-amp, është e nevojshme që së pari të njihet me konceptin e burimeve të kontrolluara (të varura) meqenëse ato formojnë bazën e modelit op-amp.

Burimet e varur nga 1.1

Burimet e varur (ose të kontrolluara) prodhojnë një tension ose rrymë vlera e të cilave përcaktohet nga një tension ose rrymë ekzistuese në një vend tjetër në qark. Në të kundërt, pajisjet pasive prodhojnë një tension ose rrymë vlera e të cilave përcaktohet nga një tension ose rrymë që ekziston në të njëjtin vend në qark. Të dy burimet e tensionit të pavarur dhe të varur janë elemente aktive. Kjo është, ata janë të aftë për të dhënë fuqi për disa pajisje të jashtme. Elementët pasivë nuk janë në gjendje të gjenerojnë energji, edhe pse ato mund të ruajnë energji për dërgim në një kohë të mëvonshme, siç është rasti me kondensatorët dhe induktorët.

Figura më poshtë ilustron një konfigurim të barabartë të qarkut të një pajisje amplifikimi që përdoret shpesh në analizën e qarkut. E drejta më e madherezistenca është ngarkesa. Ne do të gjejmë fitimin e tensionit dhe të tanishëm të këtij sistemi. Fitimi i tensionit, Av është përcaktuar si raporti i tensionit të prodhimit në tensionin e hyrjes. Në mënyrë të ngjashme, fitimi aktual, Ai është raporti i rrymës së prodhimit në rrymën e hyrjes.

Figura 1- Circuit ekuivalent i një pajisjeje amplifikimi të shtetit të ngurtë

Rryma e hyrjes është:

Rryma në rezistencën e dytë, i₁, gjendet direkt nga ligji i Ohmit:

(2)

Tensioni i prodhimit pastaj jepet nga:

(3)

Në ekuacion (3), ‖ tregon një kombinim paralel të rezistencave. Rryma e daljes gjendet direkt nga ligji i Ohmit.

(4)

Fitimet e tensionit dhe rrymës gjenden pastaj duke formuar raportet:

(5)

(6)

1.2 Rrjedha ekuivalente e Operimit të Përforcuesit

Figura 2- Përforcues operacional dhe qark ekuivalent

Figure 2 (A) paraqet simbolin e përforcuesit operacional, dhe Figura 2 (b) tregon qarkun e tij ekuivalent. Terminalet e hyrjes janë v₊ v_-. Terminali i prodhimit është v_nga. Lidhjet e furnizimit me energji elektrike janë në +V, -V dhe terminalet tokësore. Lidhjet e furnizimit me energji elektrike janë shpesh harruar nga skematike. Vlera e tensionit të prodhimit kufizohet nga +V -V pasi që këto janë tensione më pozitive dhe negative në qark.

Modeli përmban një burim të tensionit të varur, tension i të cilit varet nga diferenca e tensionit të hyrjes në mes v₊ v_-. Dy terminalet e hyrjes njihen si jo-inverting inverting përkatësisht. Në rastin ideal, dalja e amplifikatorit nuk varet nga madhësia e dy tensioneve të hyrjes, por vetëm në dallimin mes tyre. Ne përcaktojmë tension diferencial i hyrjes, v_d, si ndryshim,

(7)

Tensioni i daljes është proporcional me tensionin diferencial të hyrjes, dhe ne përcaktojmë raportin si fitimi i hapit loop, G. Kështu, tensionit të daljes është

(8)

Si një shembull, një kontribut i (E zakonisht është një amplitudë e vogël) që aplikohet në hyrjen jo-invertuese me terminalin përmbysës të bazuar, prodhon në prodhim. Kur sinjali i njëjtë i burimit zbatohet në hyrjen inverting me terminalin jo-inverting të bazuar, rezultati është .

Impedanca e hyrjes e op-amp është treguar si një rezistencë në figurën 2 (b).
Impedanca e prodhimit është e përfaqësuar në figurë si një rezistencë, Ro.

Një përforcues ideal operativ karakterizohet si vijon:

Këto janë zakonisht përafrime të mira me parametrat e op-amps reale. Parametrat tipikë të op-amps reale janë:

Përdorimi i op-amps ideale për përafrimin e op-amps reale është pra një thjeshtësim i vlefshëm për analizën qark.
Le të shqyrtojmë implikimin e fitimit të hapur të loop-it duke qenë i pafund. Nëse e riformulojmë Ekuacionin (8) si vijon:

(9)

dhe le G afrimi i pafundësi, ne e shohim këtë

(10)

Ekuacioni (10) rezulton duke vëzhguar se tensioni i daljes nuk mund të jetë i pafund. Vlera e tensionit të prodhimit kufizohet nga vlerat e furnizimit me energji pozitive dhe negative. Ekuacioni (10) tregon se tensionet në të dy terminalet janë të njëjta:

(11)

Prandaj, barazia e Ekuacionit (11) na çon të themi se ekziston një qark virtual i shkurtër midis terminaleve të hyrjes.

Meqenëse rezistenca e hyrjes e op-amp ideal është e pafundme, rryma në çdo hyrje, kthimi i terminalit dhe terminali jo-përmbysës, është zero.
Kur op-amps reale përdoren në një mënyrë amplifikimi linear, fitimi është shumë i madh dhe Ekuacioni (11) është një përafrim i mirë. Megjithatë, disa aplikacione për op-amps reale përdorin pajisjen në një mënyrë jolineare. Përafrimi i Ekuacionit (11) nuk është i vlefshëm për këto qarqe.
Edhe pse op-amps praktike kanë fituar tension të lartë, ky fitim ndryshon me frekuencë. Për këtë arsye, një op-amp nuk përdoret normalisht në formën e treguar në figurën 2 (a). Ky konfiguracion njihet si loop i hapur sepse nuk ka reagime nga prodhimi në të dhëna. Ne e shohim më vonë se, ndërsa konfigurimi i hapur-loop është i dobishëm për aplikimet e krahasimit, konfigurimi më i zakonshëm për aplikimet lineare është qark i mbyllur me reagime.

Elementet e jashtme përdoren për të "kthyer" një pjesë të sinjalit të daljes në hyrje. Nëse elementet e feedback-ut vendosen midis prodhimit dhe hyrjes përmbysëse, fitimi i lakut të mbyllur zvogëlohet pasi që një pjesë e prodhimit zbret nga hyrja. Do të shohim më vonë që reagimet jo vetëm që ulin fitimin e përgjithshëm, por gjithashtu e bëjnë atë fitim më pak të ndjeshëm ndaj vlerës së G. Me reagime, fitimi i lakut të mbyllur varet më shumë nga elementët e qarkut të feedback-ut dhe më pak nga opsioni bazë fitimi i tensionit amp, G. Në fakt, fitimi i lakut të mbyllur është në thelb i pavarur nga vlera e G-kjo varet vetëm nga vlerat e elementeve të qarkut të jashtëm.

Figura (3) ilustron një qark të vetëm reagimi negativ të op-amp.

Figura 3- Inverting op-amp

Prandaj, ne do të analizojmë këtë qark në seksionin e ardhshëm. Tani për tani, vini re se një rezistencë e vetme, R_F, përdoret për të lidhur tensionin e daljes, v_nga në hyrjen inverting, v_-.

Një tjetër rezistencë, R_a është i lidhur nga hyrja inverting, v_-, në tensionin e hyrjes, v_a. Një rezistencë e tretë, R vendoset midis hyrjes dhe terrenit jo-kthyes.
Qarqet që përdorin op-amps, resistors dhe capacitors mund të konfigurohen për të kryer shumë operacione të dobishme të tilla si mbledhja, zbritja, integrimi, diferencimi, filtrimi, krahasimi dhe amplifikimi.

1.3 Metoda e Analizës

Ne analizojmë qarqet duke përdorur dy karakteristika të rëndësishme op-amp:

Tensioni midis v₊ v_- është zero, ose v₊ v_-.
E tanishme në të dyja v₊ v_- terminali është zero.

Këto vëzhgime të thjeshta të çojnë në një procedurë për të analizuar çdo qark op-amp ideal si më poshtë:

Shkruani ekuacionin e nyjes aktuale të ligjit të Kirchhoff në terminalin jo-përmbysës, v₊.
Shkruani ekuacionin e nyjes aktuale të ligjit Kirchhoff në terminalin përmbysës, v_-.
Set v₊ v_- dhe zgjidhja për fitimet e dëshiruara të mbyllura.

Kur zbatoni ligjet e Kirchhoff, mos harroni se rryma në të dyja v₊ v_- terminali është zero.

PARASHIKIMI - Përforcues Operacional Ideal Hyrje

NEXT-2. Përforcues inverting