Tài nguyên Op-amp-TINA và TINACloud điển hình

Op-amp điển hình

Hầu hết các bộ khuếch đại hoạt động được thiết kế và xây dựng theo sơ đồ khối được hiển thị trong Hình 8.

Hình 8 - Cấu hình tiêu biểu của op-amp

Bộ khuếch đại vi sai và giai đoạn tăng điện áp là giai đoạn duy nhất cung cấp mức tăng điện áp. Bộ khuếch đại vi sai cũng cung cấp CMRR rất quan trọng trong op-amp. Đầu ra của bộ khuếch đại vi sai thường được kết nối với bộ theo dõi phát với điện trở bộ phát lớn để cung cấp tải trở kháng cao cho bộ khuếch đại vi sai để thu được mức tăng cao. Hãy nhớ rằng bộ khuếch đại phát chung có mức tăng cao chịu trở kháng đầu vào thấp hơn nhiều so với bộ khuếch đại CE khuếch đại vừa phải. Điều này sau đó cho phép sử dụng bộ khuếch đại CE khuếch đại cao để cung cấp mức tăng bổ sung. Op-amps tuyến tính được ghép trực tiếp để cung cấp ac thu được. Điều này cũng giúp loại bỏ sự cần thiết của một tụ điện ghép quá lớn để đặt trên chip IC. Cần thay đổi mức để đảm bảo rằng tín hiệu đầu ra không có bất kỳ dc bù lại. Op-amps có thể được mô hình hóa rất chính xác bằng mô phỏng mạch. Chúng tôi sẽ chứng minh điều này bằng cách sử dụng mô phỏng mạch trực tuyến TINACloud.

3.1 Bao bì

Các mạch Op-amp được đóng gói trong các gói IC tiêu chuẩn, bao gồm lon, gói hai dòng (DIP) và gói phẳng. Mỗi gói này có ít nhất tám chân hoặc kết nối. Chúng được minh họa trong hình 9, 10 và 11.

Hình 9 - Kết nối Op-amp cho can có thể đóng gói (nhìn từ trên xuống)

Hình 10 - Kết nối op-amp DIP 14 chân (Hình trên)

Hình 11 - Kết nối Op-amp cho gói phẳng 10-pin (Chế độ xem trên cùng)

Khi xây dựng một mạch, điều quan trọng là phải xác định chính xác các đạo trình khác nhau (chúng thường không được đánh số). Các hình minh họa vị trí của pin 1. bên trong có thể gói của hình 9, chân 1 được xác định là chân đầu tiên ở bên trái của tab và các chân được đánh số liên tiếp ngược chiều kim đồng hồ nhìn từ trên xuống. bên trong gói hai dòng Trong hình 10, phần trên cùng của gói có một vết lõm để xác định vị trí chân 1 và các chân được đánh số ở bên trái và lên bên phải. Lưu ý rằng nhiều hơn một op-amp (thường là 2 hoặc 4) được đóng gói trong một DIP.

Trong tạp chí gói phẳng của hình 11, chân 1 được xác định bằng một dấu chấm và các chân được đánh số như trong DIP.

Yêu cầu năng lượng 3.2

Nhiều op-amps yêu cầu cả nguồn điện áp âm và dương. Các nguồn điện áp điển hình nằm trong khoảng từ ± 5 V đến ± 25 V. Hình 12 cho thấy các kết nối cung cấp điện điển hình cho op-amp.

Sự dao động điện áp đầu ra tối đa bị giới hạn bởi dc điện áp cung cấp cho op-amp. Một số bộ khuếch đại hoạt động có thể được vận hành từ một nguồn điện áp duy nhất. Thông số kỹ thuật của nhà sản xuất xác định giới hạn hoạt động trong những trường hợp op-amp chỉ sử dụng một nguồn điện.

Hình 12 - Kết nối nguồn điện

3.3 Op-amp Op-amp

Op-amp A741 được minh họa trong mạch tương đương của Hình 13. Nó được sản xuất kể từ 1966 bởi hầu hết các nhà sản xuất IC, và mặc dù đã có nhiều tiến bộ kể từ khi được giới thiệu, 741 vẫn được sử dụng rộng rãi.

bộ khuếch đại hoạt động, op-amps điển hình

Hình 13 - op-amp 741

Op-amp 741 có bồi thường nội bộ trong đó đề cập đến mạng RC làm cho đáp ứng biên độ tần số cao bị giảm. Bởi vì bộ khuếch đại có mức tăng cao (theo thứ tự 10⁴ để 10⁵ ở tần số thấp) và bởi vì công suất ký sinh trong các bóng bán dẫn cho phép phản hồi ký sinh, op-amp sẽ trở nên không ổn định và dao động nếu không phải là bù cho bên trong. Hai bộ khuếch đại chênh lệch tầng điều khiển một bộ khuếch đại công suất đối xứng bổ sung thông qua một bộ khuếch đại điện áp khác.

Op-amp 741 bao gồm ba giai đoạn: bộ khuếch đại vi sai đầu vào, bộ khuếch đại khuếch đại cao một đầu trung gian và bộ khuếch đại đệm đầu ra. Mạch khác quan trọng đối với hoạt động của nó là một shifter cấp để thay đổi dc mức tín hiệu để đầu ra có thể xoay cả mạch dương và âm, mạch thiên vị để cung cấp dòng tham chiếu cho các bộ khuếch đại khác nhau và mạch bảo vệ op-amp khỏi các mạch ngắn ở đầu ra. 741 được bù bên trong bằng mạng điện trở tụ điện trên chip.

Op-amp được cải tiến hơn nữa bằng cách thêm nhiều giai đoạn khuếch đại, cách ly các mạch đầu vào và thêm nhiều tín hiệu phát ở đầu ra để giảm trở kháng đầu ra. Những cải tiến khác dẫn đến tăng CMRR, trở kháng đầu vào cao hơn, đáp ứng tần số rộng hơn, trở kháng đầu ra giảm và công suất tăng.

Mạch thiên vị

Một số nguồn không đổi có thể được nhìn thấy trong op-amp 741 của Hình 13. Bóng bán dẫn Q₈ và Q₉ là nguồn hiện tại cho I_EE của bộ khuếch đại vi sai được hình thành bởi Q₁, Q₂, Q₃và Q₄. Bóng bán dẫn Q₅, Q₆và Q₇, là tải hoạt động thay thế cho R_C điện trở của bộ khuếch đại vi sai. Bóng bán dẫn Q₁₀, Q₁₁và Q₁₂ tạo thành mạng phân cực cho các nguồn dòng khuếch đại vi sai. Linh kiện bán dẫn Q₁₀ và Q₁₁ tạo thành một nguồn hiện tại Widlar cho mạng thiên vị này với các bóng bán dẫn khác hoạt động như một tấm gương hiện tại.

Bảo vệ ngắn mạch

Mạch 741 bao gồm một số bóng bán dẫn thường bị cắt và chỉ hoạt động trong trường hợp có dòng điện lớn tồn tại ở đầu ra. Sự thiên vị trên các bóng bán dẫn đầu ra sau đó được thay đổi để giảm dòng điện này xuống mức chấp nhận được. Trong mạch của Hình 13, mạng bảo vệ ngắn mạch này bao gồm các bóng bán dẫn Q₁₅ và Q₂₂ và điện trở R_11.

Giai đoạn đầu vào

Giai đoạn đầu vào của op-amp 741 được yêu cầu để cung cấp mức tăng điện áp, dịch chuyển mức và đầu ra bộ khuếch đại vi sai một đầu. Sự phức tạp của mạch gây ra lỗi điện áp bù lớn. Ngược lại với điều này, bộ khuếch đại vi sai nạp điện trở tiêu chuẩn gây ra lỗi điện áp bù ít hơn. Tuy nhiên, bộ khuếch đại tiêu chuẩn có mức tăng giới hạn, điều đó có nghĩa là sẽ cần nhiều giai đoạn hơn để đạt được mức khuếch đại mong muốn. Các bộ khuếch đại vi sai tải điện trở được sử dụng trong op-amps có độ trôi điện áp ít hơn so với 741.

Các BJT được sử dụng trong giai đoạn đầu vào đòi hỏi dòng điện phân cực lớn, đưa ra các vấn đề hiện tại bù. Để giảm lỗi hiện tại bù, các loại op-amp khác sử dụng MOSFET trong giai đoạn đầu vào.

Giai đoạn đầu vào của 741 là một bộ khuếch đại vi sai có tải hoạt động được hình thành bởi các bóng bán dẫn Q₅, Q₆và Q₇ và điện trở R₁, R₂và R₃. Mạch này cung cấp tải điện trở cao và chuyển đổi tín hiệu từ vi sai sang đầu cuối đơn mà không suy giảm mức tăng hoặc tỷ lệ loại bỏ chế độ chung. Đầu ra một đầu được lấy từ bộ sưu tập của Q₆. Các shifter cấp giai đoạn đầu vào bao gồm một bên PNP bóng bán dẫn, Q₃ và Q₄, được kết nối trong một cấu hình cơ sở chung.

Sử dụng các bóng bán dẫn bên, Q₃ và Q₄, kết quả là một lợi thế bổ sung. Chúng giúp bảo vệ các bóng bán dẫn đầu vào, Q₁ và Q₂, chống lại sự cố ngã ba cơ sở. Ngã ba cơ sở của một npn bóng bán dẫn sẽ bị hỏng khi độ lệch ngược vượt quá khoảng 7 V. Sự phá vỡ bóng bán dẫn bên không xảy ra cho đến khi độ lệch ngược vượt quá khoảng 50 V. Vì các bóng bán dẫn nối tiếp với Q₁ và Q₂, điện áp đánh thủng của mạch đầu vào được tăng lên.

Giai đoạn trung gian

Các giai đoạn trung gian trong hầu hết các op-amps cung cấp mức tăng cao thông qua một số bộ khuếch đại. Trong 741, đầu ra một đầu của giai đoạn đầu tiên được kết nối với cơ sở của Q₁₆ đó là trong một cấu hình người theo dõi phát. Điều này cung cấp trở kháng đầu vào cao cho giai đoạn đầu vào giúp giảm thiểu tải. Giai đoạn trung gian cũng bao gồm các bóng bán dẫn Q₁₆ và Q₁₇và điện trở R₈ và R₉. Đầu ra của giai đoạn trung gian được lấy từ bộ sưu tập của Q₁₇và cung cấp cho Q₁₄ thông qua một bộ chia pha. Các tụ điện trong 741 được sử dụng để bù tần số được thảo luận trong các chương tiếp theo của văn bản này.

Giai đoạn đầu ra

Giai đoạn đầu ra của một op-amp được yêu cầu để cung cấp độ lợi dòng điện cao cho trở kháng đầu ra thấp. Hầu hết các op-amps sử dụng giai đoạn đầu ra đối xứng bổ sung để tăng hiệu quả mà không làm giảm độ lợi dòng điện. Hiệu suất tối đa có thể đạt được đối với bộ khuếch đại đối xứng bổ sung, lớp B là 78%. Bộ khuếch đại đầu ra một đầu có hiệu suất tối đa chỉ 25%. Một số op-amps sử dụng đối xứng bổ sung cặp Darlington để tăng khả năng đầu ra của chúng. Giai đoạn đầu ra đối xứng bổ sung trong 741 bao gồm Q₁₄ và Q₂₀.

Các điện trở nhỏ, R₆ và R₇, cung cấp giới hạn hiện tại ở đầu ra. Cặp Darlington, Q₁₈ và Q₁₉, được sử dụng thay thế cho diode trong giai đoạn đầu ra đối xứng bổ sung bù diode như được mô tả trong Chương 8. Sự sắp xếp cặp Darlington được ưa chuộng trên hai bóng bán dẫn được kết nối như một diode vì nó có thể được chế tạo trong một khu vực nhỏ hơn. Nguồn thay thế hiện tại cho điện trở phân cực trong mạch đối xứng bổ sung được thực hiện bởi một phần của bóng bán dẫn Q₁₃. Bóng bán dẫn Q₂₂, Q₂₃và Q₂₄ là một phần của sự sắp xếp shifter cấp đảm bảo rằng điện áp đầu ra được tập trung quanh trục 0.

HIỆN TẠI - 3. Bộ khuếch đại op tiêu biểu

TRƯỚC-2. Chuyển cấp

TIẾP THEO- 4. Thông số kỹ thuật của nhà sản xuất