3 Op-amp ทั่วไป

Op-amp ทั่วไป

เครื่องขยายสัญญาณการดำเนินงานส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นตามแผนภาพบล็อกที่แสดงในรูปที่ 8

Op-amp ทั่วไป

รูปที่ 8 - การกำหนดค่าทั่วไปของ op-amp

ดิฟเฟอเรนเชียลแอมพลิฟายเออร์และสเตจรับแรงดันไฟฟ้าเป็นขั้นตอนเดียวที่ให้เกจของแรงดันไฟฟ้า แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลยังให้ CMRR ซึ่งมีความสำคัญใน op-amp เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลมักเชื่อมต่อกับผู้ติดตามอีซีแอลที่มีตัวต้านทานอีซีแอลขนาดใหญ่เพื่อให้โหลดความต้านทานสูงไปยังแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล โปรดจำไว้ว่าแอมพลิฟายเออร์ตัวกระจายเสียงแบบทั่วไปที่มีอัตราขยายสูงนั้นทนทุกข์จากอิมพิแดนซ์อินพุตที่ต่ำกว่ามาก ๆ จากนั้นจึงอนุญาตให้ใช้แอมพลิฟายเออร์ CE กำลังสูงเพื่อให้ได้รับเพิ่มเติม Linear op-amps เชื่อมต่อโดยตรงเพื่อให้ ac ได้รับ นอกจากนี้ยังลดความต้องการตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งที่ใหญ่เกินไปที่จะวางบนชิป IC ระดับจำแลงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อประกันว่าสัญญาณเอาต์พุตจะไม่มี dc ชดเชย ออปแอมป์สามารถจำลองได้อย่างแม่นยำมากโดยการจำลองวงจร เราจะสาธิตสิ่งนี้โดยใช้การจำลองวงจรออนไลน์ของ TINACloud

บรรจุภัณฑ์ 3.1

วงจรแอมป์นั้นบรรจุในแพ็คเกจ IC มาตรฐานรวมถึงกระป๋องแพ็คเกจแบบดูอัลไลน์ (DIP) และแพ็คแบบแบน แต่ละแพ็คเกจเหล่านี้มีอย่างน้อยแปดพินหรือการเชื่อมต่อ พวกเขาจะแสดงในรูปที่ 9, 10 และ 11

 

Op-amp ทั่วไป

รูปที่ 9 - การเชื่อมต่อ Op-amp สำหรับแพคเกจสามารถ (มุมมองด้านบน)

Op-amp ทั่วไป

รูปที่ 10 - การเชื่อมต่อ Op-amp 14-pin DIP (มุมมองด้านบน)

Op-amp ทั่วไป

รูปที่ 11 - การเชื่อมต่อ Op-amp สำหรับชุดแบน 10 พิน (มุมมองด้านบน)

 

 

 

 

 

 

 

เมื่อสร้างวงจรเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องระบุตัวนำต่างๆอย่างถูกต้อง (โดยปกติจะไม่ได้หมายเลข) รูปภาพแสดงตำแหน่งของพิน 1 ใน สามารถแพคเกจ ของรูปที่ 9, pin 1 ถูกระบุว่าเป็นพินแรกทางด้านซ้ายของแท็บและพินจะถูกนับหมายเลขตามลำดับทวนเข็มนาฬิกามองจากด้านบน ใน แพ็คเกจคู่ในบรรทัด ของรูปที่ 10 ด้านบนของบรรจุภัณฑ์มีการเยื้องเพื่อค้นหาพิน 1 และหมุดจะถูกนับตัวเลขทางด้านซ้ายและด้านขวา โปรดทราบว่ามากกว่าหนึ่ง op-amp (โดยทั่วไปคือ 2 หรือ 4) จะถูกรวมอยู่ในกรมทรัพย์สินทางปัญญา

ตัว Vortex Indicator ได้ถูกนำเสนอลงในนิตยสาร แพ็คแบน ของรูปที่ 11, pin 1 ถูกระบุโดยจุดและพินจะถูกกำหนดหมายเลขตามที่อยู่ในกรมทรัพย์สินทางปัญญา

ข้อกำหนดการใช้พลังงาน 3.2

op-amps จำนวนมากต้องการทั้งแหล่งกำเนิดแรงดันลบและบวก แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าทั่วไปมีช่วงตั้งแต่± 5 V ถึง± 25 V รูปที่ 12 แสดงการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟทั่วไปกับ op-amp

การแกว่งแรงดันเอาต์พุตสูงสุดถูก จำกัด โดย dc แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับ op-amp แอมพลิฟายเออร์สำหรับการทำงานบางตัวสามารถทำงานได้จากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเดียว ข้อกำหนดของผู้ผลิตกำหนดขีด จำกัด ของการทำงานในกรณีที่ op-amp ใช้แหล่งจ่ายไฟเพียงตัวเดียว

op-amps, op-amps ทั่วไป

รูปที่ 12 - การเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ

การแกว่งแรงดันเอาต์พุตสูงสุดถูก จำกัด โดย dc แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับ op-amp แอมพลิฟายเออร์สำหรับการทำงานบางตัวสามารถทำงานได้จากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเดียว ข้อกำหนดของผู้ผลิตกำหนดขีด จำกัด ของการทำงานในกรณีที่ op-amp ใช้แหล่งจ่ายไฟเพียงตัวเดียว

3.3 741 Op-amp

μA741 op-amp จะแสดงในวงจรเทียบเท่าของรูปที่ 13 มันถูกผลิตตั้งแต่ 1966 โดยผู้ผลิต IC ส่วนใหญ่และแม้ว่าจะมีความก้าวหน้ามากมายตั้งแต่เปิดตัว 741 ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลาย

ตัวขยายสัญญาณการดำเนินงาน, op-amps ทั่วไป

รูปที่ 13 - 741 op-amp

741 op-amp มี ค่าตอบแทนภายใน ซึ่งหมายถึงเครือข่าย RC ที่ทำให้การตอบสนองของคลื่นความถี่สูงลดลง เนื่องจากแอมป์มีอัตราขยายสูง (ตามคำสั่งของ 104 เพื่อ 105 ที่ความถี่ต่ำ) และเนื่องจากความสามารถในการกาฝากของปรสิตในทรานซิสเตอร์อนุญาต ข้อเสนอแนะปรสิตop-amp จะไม่เสถียรและแกว่งถ้าไม่ได้เป็นการชดเชยภายใน แอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันสองแบบเรียงซ้อนทำให้ไดรฟ์เพาเวอร์แอมป์สมมาตรเสริมผ่านแอมป์แรงดันไฟฟ้าอื่น

741 op-amp ประกอบด้วยสามขั้นตอน: แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลอินพุท, แอมพลิฟายเออร์กำลังขยายสูงสิ้นสุดกลางเดียวและแอมป์บัฟเฟอร์เอาต์พุต วงจรอื่น ๆ ที่สำคัญต่อการทำงานของมันคือตัวเปลี่ยนระดับเพื่อเปลี่ยน dc ระดับของสัญญาณเพื่อให้เอาต์พุตสามารถแกว่งได้ทั้งวงจรบวกและลบวงจรไบแอสเพื่อให้กระแสอ้างอิงไปยังแอมพลิฟายเออร์ต่างๆและวงจรที่ป้องกัน op-amp จากวงจรสั้นที่เอาต์พุต 741 ได้รับการชดเชยภายในด้วยเครือข่ายตัวเก็บประจุและตัวต้านทานบนชิป

op-amp นั้นได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นโดยการเพิ่มขั้นตอนการขยายเพิ่มเติมแยกวงจรอินพุตและเพิ่มตัวติดตามอิมิตเตอร์ที่เอาต์พุตเพื่อลดความต้านทานเอาต์พุต การปรับปรุงอื่น ๆ ส่งผลให้ CMRR ที่เพิ่มขึ้นความต้านทานอินพุตที่สูงขึ้นการตอบสนองความถี่ที่กว้างขึ้นอิมพีแดนซ์เอาต์พุตที่ลดลง

วงจรอคติ

แหล่งที่มาคงที่หลายแห่งสามารถเห็นได้ใน 741 op-amp ของรูปที่ 13 ทรานซิสเตอร์ Q8 และ Q9 เป็นแหล่งปัจจุบันของ IEE ของแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันที่เกิดขึ้นจาก Q1, Q2, Q3และ Q4. ทรานซิสเตอร์ Q5, Q6และ Q7เป็นโหลดที่แอ็คทีฟแทน RC ตัวต้านทานของแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล ทรานซิสเตอร์ Q10, Q11และ Q12 สร้างเครือข่ายอคติสำหรับแหล่งกระแสของเครื่องขยายเสียงที่แตกต่างกัน ทรานซิสเตอร์ Q10 และ Q11 รูปแบบที่มาปัจจุบัน Widlar สำหรับเครือข่ายอคตินี้กับทรานซิสเตอร์อื่น ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นมิเรอร์ปัจจุบัน

การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

วงจร 741 รวมถึงจำนวนของทรานซิสเตอร์ที่ปกติจะถูกตัดออกและดำเนินการเฉพาะในกรณีที่มีกระแสขนาดใหญ่อยู่ที่เอาต์พุต จากนั้นไบอัสของเอาต์พุตทรานซิสเตอร์จะถูกเปลี่ยนเพื่อลดกระแสนี้ให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ในวงจรของรูปที่ 13 เครือข่ายการป้องกันการลัดวงจรนี้ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ Q15 และ Q22 และตัวต้านทาน R11.

ขั้นตอนการป้อนข้อมูล

ขั้นตอนการป้อนข้อมูลของ 741 op-amp เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้รับแรงดันไฟฟ้า, การเลื่อนระดับและเอาต์พุตแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล ความซับซ้อนของวงจรทำให้เกิดข้อผิดพลาดแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตขนาดใหญ่ ตรงกันข้ามกับสิ่งนี้แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลที่แตกต่างกันโหลดมาตรฐานทำให้เกิดข้อผิดพลาดแรงดันออฟเซ็ตน้อยกว่า อย่างไรก็ตามแอมพลิฟายเออร์มาตรฐานมีอัตราขยายที่ จำกัด ซึ่งหมายความว่าต้องเพิ่มสเตจจำนวนมากเพื่อให้ได้แอมพลิไฟเออร์ที่ต้องการ แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลโหลดแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้ใน op-amps ซึ่งมีแรงดันดริฟท์น้อยกว่า 741

BJT ที่ใช้ในขั้นตอนการป้อนข้อมูลจำเป็นต้องมีกระแสไบแอสขนาดใหญ่ทำให้เกิดปัญหากระแสออฟเซ็ต เพื่อลดข้อผิดพลาดในปัจจุบันออฟเซ็ตประเภท op-amp อื่น ๆ ใช้ MOSFET ในระยะอินพุต

ขั้นตอนการป้อนข้อมูลของ 741 เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างพร้อมโหลดแอคทีฟที่เกิดจากทรานซิสเตอร์ Q5, Q6และ Q7 และตัวต้านทาน R1, R2และ R3. วงจรนี้ให้โหลดความต้านทานสูงและแปลงสัญญาณจากส่วนต่างเป็นแบบปลายเดี่ยวโดยไม่มีการลดลงของอัตราขยายหรืออัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป เอาท์พุทสิ้นสุดเดียวถูกนำมาจากนักสะสม Q6. ตัวแบ่งระดับระดับอินพุตประกอบด้วยด้านข้าง PNP ทรานซิสเตอร์ Q3 และ Q4ซึ่งเชื่อมต่ออยู่ในการกำหนดค่าพื้นฐานทั่วไป

การใช้ทรานซิสเตอร์ด้านข้าง Q3 และ Q4ส่งผลให้ได้เปรียบมากขึ้น พวกมันช่วยปกป้องทรานซิสเตอร์อินพุต Q1 และ Q2กับตัวแยกการแยกฐาน emitter ชุมทางฐาน emitter ของ NPN ทรานซิสเตอร์จะพังลงเมื่อไบแอสถอยหลังมีค่าเกินประมาณ 7 V. การแตกหักของทรานซิสเตอร์ด้านข้างจะไม่เกิดขึ้นจนกว่าไบอัสกลับจะมีค่าเกินกว่าประมาณ 50 V เนื่องจากทรานซิสเตอร์อยู่ในอนุกรมด้วย Q1 และ Q2แรงดันพังทลายของวงจรอินพุตจะเพิ่มขึ้น

เวทีกลาง

ช่วงกลางของ op-amps ส่วนใหญ่จะให้อัตราขยายสูงผ่านแอมป์หลายตัว ใน 741 เอาต์พุตเดี่ยวสิ้นสุดของระยะแรกเชื่อมต่อกับฐานของ Q16 ซึ่งอยู่ในการกำหนดค่าผู้ติดตามอีซีแอล สิ่งนี้จะให้ความต้านทานอินพุตสูงถึงสเตจอินพุตซึ่งช่วยลดการโหลดน้อยที่สุด ขั้นตอนกลางยังประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ Q16 และ Q17และตัวต้านทาน R8 และ R9. เอาต์พุตของสเตจกลางถูกนำมาจากตัวรวบรวม Q17และจัดให้กับ Q14 ผ่านตัวแยกเฟส ตัวเก็บประจุใน 741 ใช้สำหรับการชดเชยความถี่ซึ่งจะกล่าวถึงในบทต่อ ๆ มาของข้อความนี้

ขั้นตอนการส่งออก

ขั้นตอนเอาต์พุตของ op-amp จำเป็นเพื่อให้ได้รับกระแสไฟฟ้าสูงไปยังอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ ออปแอมป์ส่วนใหญ่ใช้สเตจเอาท์พุทสมมาตรเสริมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยไม่ต้องเสียสละกำไรในปัจจุบัน ประสิทธิภาพสูงสุดที่ทำได้สำหรับสมมาตรเสริมแอมพลิฟายเออร์คลาส B คือ 78% เครื่องขยายสัญญาณเอาท์พุตแบบ single-end มีประสิทธิภาพสูงสุดเพียง 25% ออปแอมป์บางตัวใช้สมมาตรเสริมคู่ดาร์ลิงตันเพื่อเพิ่มความสามารถในการส่งออก สเตจเอาต์พุตสมมาตรเสริมใน 741 ประกอบด้วย Q14 และ Q20.

ตัวต้านทานขนาดเล็ก R6 และ R7ให้ข้อ จำกัด ในปัจจุบันที่การส่งออก คู่ดาร์ลิงตัน Q18 และ Q19ใช้แทนไดโอดในขั้นตอนเอาต์พุตสมมาตรเสริมการชดเชยไดโอดดังที่อธิบายไว้ในบทที่ 8 การจัดเรียงคู่ของดาร์ลิงตันได้รับความนิยมเหนือทรานซิสเตอร์สองตัวที่เชื่อมต่อเป็นไดโอดเนื่องจากสามารถประดิษฐ์ในพื้นที่ขนาดเล็ก การทดแทนแหล่งจ่ายกระแสในปัจจุบันสำหรับตัวต้านทานไบอัสในวงจรสมมาตรที่สมบูรณ์นั้นถูกรับรู้โดยส่วนหนึ่งของทรานซิสเตอร์ Q13. ทรานซิสเตอร์ Q22, Q23และ Q24 เป็นส่วนหนึ่งของการจัดเรียงตัวปรับระดับซึ่งรับประกันว่าแรงดันเอาต์พุตจะอยู่กึ่งกลางรอบแกนศูนย์

CURRENT - 3. op amp ทั่วไป