Mga Ideal na Operational Amplifier (Ideal op-amps) -TINA at TINACloud

Mga ideal na op-amps

Ang bahaging ito ay gumagamit ng isang system diskarte upang ipakita ang mga batayan ng Mga Ideal na Operational Amplifier. Dahil dito, isinasaalang-alang namin ang op-amp bilang isang bloke sa mga input at output terminal. Hindi kami kasalukuyang nag-aalala sa mga indibidwal na elektronikong aparato sa loob ng op-amp.

Ang isang op-amp ay isang amplifier na kadalasang pinapatakbo ng parehong positibo at negatibong boltahe ng supply. Pinapayagan nito ang boltahe ng output upang i-ugoy ang parehong sa itaas at ibaba ang potensyal na lupa. Nakikita ng op-amp ang malawak na aplikasyon sa maraming mga linear electronic system.

Ang pangalan operational amplifier ay nagmula sa isa sa mga orihinal na paggamit ng mga circuits ng op-amp; upang maisagawa ang matematika pagpapatakbo sa mga analog na computer. Ang tradisyunal na application na ito ay tinalakay sa ibang pagkakataon sa kabanatang ito. Ang mga unang op-amp ay gumagamit ng isang nag-iisang inverting input. Ang isang positibong pagbabago ng boltahe sa input ay nagdulot ng negatibong pagbabago sa output.

Samakatuwid, upang maunawaan ang operasyon ng op-amp, kinakailangan upang maging pamilyar sa konsepto ng kinokontrol na (pinagkakatiwalaan) na mapagkukunan dahil ito ay bumubuo ng batayan ng modelo ng op-amp.

1.1 Dependent Pinagmumulan

Dependent (o kinokontrol) mga mapagkukunan ng paggawa ng isang boltahe o kasalukuyang na ang halaga ay tinutukoy ng isang boltahe o kasalukuyang umiiral sa ibang lokasyon sa circuit. Sa kaibahan, ang mga passive device ay gumagawa ng isang boltahe o kasalukuyang na ang halaga ay tinutukoy ng isang boltahe o kasalukuyang umiiral sa parehong lokasyon sa circuit. Ang parehong independiyenteng at nakasalalay na boltahe at kasalukuyang mga mapagkukunan ay mga aktibong elemento. Iyon ay, sila ay may kakayahang paghahatid ng kapangyarihan sa ilang mga panlabas na aparato. Ang mga passive elemento ay hindi kaya ng pagbuo ng kapangyarihan, bagaman maaari silang mag-imbak ng enerhiya para sa paghahatid sa ibang pagkakataon, tulad ng kaso sa mga capacitor at inductors.

Ang figure sa ibaba ay naglalarawan ng katumbas na pagsasaayos ng circuit ng isang amplifying device na kadalasang ginagamit sa pagtatasa ng circuit. Ang pinakamakatarunganAng risistor ay ang load. Matatagpuan natin ang boltahe at kasalukuyang pakinabang ng sistemang ito. Ang boltahe na nakuha, ang Av ay tinukoy bilang ang ratio ng boltahe ng output sa boltahe ng input. Katulad nito, ang kasalukuyang pakinabang, ang Ai ay ang ratio ng kasalukuyang output sa kasalukuyang input.

Figure 1- Katumbas na circuit ng solid-state amplifying device

Ang kasalukuyang input ay:

Ang kasalukuyang nasa ikalawang risistor, i₁, ay matatagpuan nang direkta mula sa batas ni Ohm:

(2)

Ang output boltahe ay ibinigay pagkatapos ng:

(3)

Sa Equation (3), ‖ nagpapahiwatig ng isang parallel na kumbinasyon ng mga resistors. Ang kasalukuyang output ay matatagpuan direkta mula sa batas ni Ohm.

(4)

Ang boltahe at kasalukuyang mga nadagdag ay natagpuan sa pamamagitan ng pagbubuo ng mga ratios:

(5)

(6)

1.2 Operational Amplifier Equivalent Circuit

Figure 2- Operational amplifier at katumbas na circuit

Figure 2 (A) ay nagpapakita ng simbolo para sa pagpapatakbo ng amplifier, at ang Figure 2 (b) ay nagpapakita ng katumbas na circuit nito. Ang mga terminal ng pag-input ay v₊ at v_-. Ang output terminal ay v_Palabas. Ang koneksyon ng suplay ng kuryente ay nasa +V, -V at mga terminal ng lupa. Kadalasan ang mga koneksyon sa supply ng kuryente tinanggal mula sa eskematiko na mga guhit. Ang halaga ng output voltage ay bounded sa pamamagitan ng +V at -V dahil ang mga ito ay ang pinaka-positibo at negatibong voltages sa circuit.

Ang modelo ay naglalaman ng pinagmumulan ng pinagmulan ng boltahe na ang boltahe ay nakasalalay sa pagkakaiba sa input boltahe sa pagitan v₊ at v_-. Ang dalawang input terminal ay kilala bilang ang non-inverting at inverting inputs ayon sa pagkakabanggit. Sa isip, ang output ng amplifier ay hindi umaasa sa magnitude ng dalawang input voltages, ngunit lamang sa pagkakaiba sa pagitan ng mga ito. Tinutukoy namin ang kaugalian input boltahe, v_d, bilang pagkakaiba,

(7)

Ang output boltahe ay proporsyonal sa kaugalian boltahe ng pag-input, at tinutukoy namin ang ratio bilang bukas-loop na makakuha, G. Kaya, ang output boltahe ay

(8)

Bilang halimbawa, isang input ng (E ay karaniwang isang maliit na amplitude) na inilalapat sa di-inverting input sa inverting terminal na grawnded, gumagawa sa output. Kapag ang parehong source signal ay inilalapat sa inverting input sa mga di-inverting terminal grawnded, ang output ay .

Ang input impedance ng op-amp ay ipinapakita bilang pagtutol sa Figure 2 (b).
Ang output impedance ay kinakatawan sa figure bilang isang pagtutol, Ro.

Ang isang ideal na pagpapatakbo amplifier ay nailalarawan bilang mga sumusunod:

Ang mga ito ay karaniwang magandang approximations sa mga parameter ng tunay na op-amps. Ang karaniwang mga parameter ng mga tunay na op-amps ay ang mga:

Ang paggamit ng mga ideal na op-amps upang humigit-kumulang sa tunay na op-am ay samakatuwid ay isang mahalagang pagpapadali para sa pagtatasa ng circuit.
Ipaalam sa amin galugarin ang mga implikasyon ng bukas-loop na makakuha ng walang katapusang. Kung isulat namin ang Equation (8) tulad ng sumusunod:

(9)

at hayaan G diskarte infinity, nakita namin na

(10)

Ang equation (10) resulta sa pamamagitan ng pagmamasid na ang boltahe ng output ay hindi maaaring walang hanggan. Ang halaga ng boltahe ng output ay hangganan ng positibo at negatibong mga halaga ng supply ng kapangyarihan. Ang equation (10) ay nagpapahiwatig na ang mga voltages sa dalawang terminal ay pareho:

(11)

Samakatuwid, ang pagkakapantay-pantay ng Equation (11) ay humahantong sa amin upang sabihin na mayroong isang virtual maikling circuit sa pagitan ng mga terminal ng input.

Dahil ang input resistance ng perpektong op-amp ay walang katapusan, ang kasalukuyang sa bawat input, pag-invert sa terminal at di-pagbabalik sa terminal, ay zero.
Kapag ang mga tunay na op-amps ay ginagamit sa isang linear amplification mode, ang pakinabang ay napakalaking, at ang Equation (11) ay isang mahusay na approximation. Gayunpaman, maraming mga application para sa mga tunay na op-amps ang gumagamit ng aparato sa isang nonlinear mode. Ang approximation of Equation (11) ay hindi wasto para sa mga circuits na ito.
Bagaman ang mga praktikal na op-amps ay may mataas na boltahe na nakuha, ang pakinabang na ito ay nag-iiba sa dalas. Para sa kadahilanang ito, ang isang op-amp ay hindi karaniwang ginagamit sa form na ipinapakita sa Figure 2 (a). Ang configuration na ito ay kilala bilang bukas na loop dahil walang feedback mula sa output sa input. Nakikita namin sa ibang pagkakataon na, samantalang ang configuration ng open-loop ay kapaki-pakinabang para sa mga aplikasyon ng comparator, mas karaniwang configuration para sa mga linear na application ang closed-loop circuit na may feedback.

Ginagamit ang mga panlabas na elemento upang "puna" ang isang bahagi ng output signal sa input. Kung ang mga elemento ng feedback ay inilalagay sa pagitan ng output at ng invert ng input, ang nakuha ng closed-loop ay nabawasan dahil ang isang bahagi ng output ay bumabawas mula sa input. Makikita natin sa paglaon na ang feedback ay hindi lamang nagbabawas ng pangkalahatang nakuha, ngunit ginagawang mas sensitibo din sa halaga ng G. Sa feedback, ang nakuha ng closed-loop ay higit na nakasalalay sa mga elemento ng feedback circuit, at mas mababa sa pangunahing op- Ang nakuha ng boltahe amp, G. Sa katunayan, ang nakuha ng closed-loop ay mahalagang hiwalay sa halaga ng G-depende lamang ito sa mga halaga ng mga panlabas na elemento ng circuit.

Ang Figure (3) ay nagpapakita ng isang yugto ng negatibong feedback na op-amp circuit.

Figure 3- Ang inverting op-amp

Samakatuwid, susuriin natin ang circuit na ito sa susunod na seksyon. Para sa ngayon, tandaan na ang isang solong risistor, R_F, ay ginagamit upang ikonekta ang output boltahe, v_Palabas sa inverting input, v_-.

Ang isa pang risistor, R_a ay konektado mula sa inverting input, v_-, sa boltahe ng input, v_a. Ang isang ikatlong risistor, R ay inilalagay sa pagitan ng di-inverting input at lupa.
Ang mga circuit na gumagamit ng op-amps, resistors at capacitors ay maaaring i-configure upang magsagawa ng maraming kapaki-pakinabang na mga operasyon tulad ng pagbubuod, pagbabawas, pagsasama, pagkakaiba-iba, pag-filter, paghahambing, at pagpapalawak.

1.3 Paraan ng Pagsusuri

Sinusuri namin ang mga circuits gamit ang dalawang mahahalagang ideyang op-amp na katangian:

Ang boltahe sa pagitan v₊ at v_- ay zero, o v₊ = v_-.
Ang kasalukuyang sa parehong v₊ at v_- Ang terminal ay zero.

Ang mga simpleng obserbasyon na ito ay humantong sa isang pamamaraan para sa pagsusuri ng anumang ideal na op-amp circuit tulad ng sumusunod:

Isulat ang Kirchhoff kasalukuyang law node equation sa non-inverting terminal, v₊.
Isulat ang Kirchhoff kasalukuyang law node equation sa inverting terminal, v_-.
Itakda v₊ = v_- at lutasin ang mga ninanais na ninanais na closed-loop.

Kapag naglalapat ng mga batas ni Kirchhoff, tandaan na ang kasalukuyang sa parehong v₊ at v_- Ang terminal ay zero.

PREVIOUS- Ideal Operational Amplifiers Introduction

SUSUNOD-2. Ang inverting amplifier