Elektronisches Design - Grundlegendes Verständnis von Operationsverstärker

Um Operationsverstärker besser kennenzulernen, können sich die folgenden 16-Fragen und Antworten schnell mit den Grundlagen von Operationsverstärker vertraut machen.

1. Im Allgemeinen wird es einen Ausgleichswiderstand in der invertierenden In-Phase-Verstärkerschaltung geben. Was ist die Funktion dieses Gleichgewichtswiderstandes?

(1) Stellen Sie eine geeignete statische Vorspannung für die Transistoren innerhalb des Chips zur Verfügung.

Die Schaltungen im Chip sind in der Regel direkt gekoppelt, wodurch der statische Arbeitspunkt automatisch eingestellt werden kann. Wenn jedoch ein Eingangspin direkt an die Stromversorgung oder Masse angeschlossen ist, ist seine automatische Einstellungsfunktion anormal, da die Transistoren im Chip die Spannung des Erdungskabels nicht anheben oder die Spannung der Stromversorgung herunterziehen können, was dazu führt, dass der Chip die Bedingungen des virtuellen Kurzschlusses und des virtuellen Bruchs nicht erfüllen kann. Der Schaltkreis muss separat analysiert werden.

(2) Um den Einfluss des statischen Basisstroms auf die Ausgangsspannung zu beseitigen, sollte die Größe mit dem äquivalenten Widerstand des externen Gleichstrompfades an den beiden Eingangsklemmen ausgeglichen werden, was auch der Grund für seinen Namen ist.

2. Was ist die Funktion eines In-Phase-proportionalen Operationsverstärker mit einem Kondensator auf den Rückkopplungswiderstand[/H1] (1) Rückkopplungswiderstand und Kondensator bilden einen Hochpassfilter, der besonders leistungsstark für lokale Hochfrequenzverstärkung ist.

(2) Selbstanregung verhindern.

Grundlegendes Verständnis von Operationsverstärker

3. Was sind die Folgen, wenn die In-Phase-Verstärkerschaltung des Operationsverstärker nicht mit dem Gleichgewichtswiderstand verbunden ist?

Das Brennen des Operationsverstärker kann den Operationsverstärker beschädigen, und der Widerstand kann die Rolle der Spannungsteilung spielen.

4. Welche Rolle kann der Pull-Down-Widerstand beim Hochziehen des Kondensators am Eingang des Operationsverstärker spielen?

Es geht darum, das Problem des positiven und negativen Feedbacks zu erhalten, das von der spezifischen Verbindung abhängt. Wenn ich zum Beispiel das aktuelle Eingangsspannungssignal und das Ausgangsspannungssignal nehme und dann einen Draht am Ausgangsende herausnehme, um es mit dem Eingangsabschnitt zu verbinden, erhält ein Teil des Ausgangssignals aufgrund des obigen Widerstands einen Spannungswert, nachdem er den Widerstand durchlaufen hat und die Eingangsspannung verschiebt, um die Eingangsspannung zu reduzieren, was ein negatives Feedback ist. Da der Signalausgang der Signalquelle immer konstant ist, kann das Ausgangssignal durch negatives Feedback korrigiert werden.

5. Der Operationsverstärker wird an einen Integrator angeschlossen. Welche Rolle spielt der parallele Widerstand RF an beiden Enden des Integrationskondensators?

Der Entladewiderstand wird verwendet, um zu verhindern, dass die Ausgangsspannung außer Kontrolle gerät.

6. Warum werden Widerstände und Kondensatoren normalerweise in Reihe am Eingang von Operationsverstärker geschaltet?

Wenn Sie mit der internen Schaltung eines Operationsverstärker vertraut sind, werden Sie wissen, dass unabhängig davon, welcher Operationsverstärker aus mehreren Transistoren oder MOS-Röhren besteht. Ohne externe Komponenten ist der Operationsverstärker ein Komparator. Wenn die Spannung an der In-Phase-Klemme hoch ist, gibt sie einen Pegel ähnlich der positiven Spannung aus und umgekehrt... Aber dieser Operationsverstärker scheint wenig von Nutzen zu sein. Nur wenn eine externe Schaltung in Form von Feedback gebildet wird, kann der Operationsverstärker die Funktionen der Verstärkung, Inversion und so weiter haben

7. Was sind die Folgen, wenn der Gleichgewichtswiderstand der In-Phase-Verstärkungsschaltung des Operationsverstärker falsch ist?

(1) Der in-Phase invertierende Anschluss ist unausgewogen, und es wird auch ausgegeben, wenn der Eingang 0 ist. Wenn das Eingangssignal eingegeben wird, ist der Ausgangswert immer eine feste Zahl größer (oder kleiner) als der theoretische Ausgangswert.

(2) Der Fehler, der durch den Eingangs-Bias-Strom verursacht wird, kann nicht beseitigt werden.

8. Was ist der Verstärkungsfaktor eines idealen integrierten Operationsverstärker, was ist die Eingangsimpedanz und was ist die Spannung zwischen dem In-Phase-Eingang und dem invertierenden Eingang?

Die Vergrößerung ist unendlich, die Eingangsimpedanz ist unendlich klein und die Spannung zwischen dem gleichen Richtungseingang und dem umgekehrten Eingang ist fast gleich (nicht 0!!! (10V am gegenüberliegenden Ende und 9.99999v am gegenüberliegenden Ende)

9. Entschuldigen Sie, warum ist der Open-Loop-Gain eines idealen Operationsverstärker unendlich?

(1) Der tatsächliche Open-Loop-Gain des Operationsverstärker ist mehr als 100000, der sehr, sehr groß ist. Daher wird der Open-Loop-Gain des tatsächlichen Operationsverstärker als Unendlichkeit vorgestellt, und die virtuelle Masse wird abgeleitet.

(2) Die abgeleitete virtuelle Masse ist nur für den invertierenden Verstärker bestimmt.

Es wird in dem Buch gesehen, dass der Open-Loop-Gain des Operationsverstärker unendlich ist, so dass, wenn wir die Schaltung entwerfen, der Closed-Loop-Gain nicht durch den Open-Loop-Gain begrenzt werden kann, sondern nur von den externen Komponenten abhängt. Es ist, große Open-Loop Gain für die Stabilität des Closed-Loop Gain zu opfern.

(3) Es wird abgeleitet, dass die virtuelle Masse nicht nur der invertierende Verstärker ist, wenn der Operationsverstärker mit negativer Rückkopplung verbunden ist; Es gibt keinen virtuellen Boden in positivem Feedback.

(4) Es ist gut bekannt, dass, wenn die Verstärkung klein ist, für eine Ausgangsspannung, die Differenz zwischen den Spannungen an beiden Enden des Operationsverstärker verhältnismäßig groß ist.Wenn sie mit dem negativen Rückkopplungszustand verbunden ist, wird die Spannung an beiden Enden des Operationsverstärker inkonsistent sein, was zu Verstärkungsfehlern führt.

(5) Es gibt zwei Bedingungen für die Realisierung von "virtuellem Kurzschluss" des Operationsverstärker:

1) der Open-Loop-Gain a des Operationsverstärker sollte groß genug sein;

2) Es muss ein negativer Rückkopplungskreis vorhanden sein.

Zunächst wissen wir, dass die Ausgangsspannung Vo des Operationsverstärker gleich der Differenz vid zwischen der positiven Phase-Eingangsspannung und der umgekehrten Phase-Eingangsspannung multipliziert mit dem Open-Loop-Gain a des Operationsverstärker ist. D.h. VO.vid.a = (VI.VI -) * a (1), da die Ausgangsspannung des Betriebsverstärkers die Versorgungsspannung in der Praxis nicht übersteigt, ist es ein begrenzter Wert.

In diesem Fall, wenn a groß ist, (VI.VI -) muss klein sein; Wenn (VI-VI -) bis zu einem gewissen Grad klein ist, können wir es tatsächlich als 0 betrachten. Zu diesem Zeitpunkt wird es VI�VI geben, das heißt, die Spannung am In-Phase-Eingang des Operationsverstärker ist gleich der Spannung am invertierenden Eingang, die zusammen geschaltet zu sein scheint. Dies wird "virtueller Kurzschluss" genannt. Beachten Sie, dass sie nicht wirklich verbunden sind, und es gibt Widerstand zwischen ihnen, der im Auge behalten werden muss.

Wie erhalten wir in der obigen Diskussion das Ergebnis von "virtual short"?

Unser Ausgangspunkt ist die Formel (1), die das Merkmal des Operationsverstärker ist. Es gibt kein Problem. Wir können sicher sein. Dann haben wir zwei wichtige Annahmen getroffen. Zum einen ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärker begrenzt, was kein Problem darstellt. Natürlich wird die Leistung des Operationsverstärker die Stromversorgung nicht überschreiten, so dass diese Annahme wahr ist, so dass wir es in Zukunft nicht erwähnen werden. Die zweite ist, dass der Open-Loop Gain a des Operationsverstärker sehr groß ist.

Das a eines gewöhnlichen Operationsverstärker ist normalerweise bis zur sechsten, siebten Leistung von 10 oder sogar höher. Diese Annahme ist in der Regel kein Problem, aber vergessen Sie nicht, dass der tatsächliche Open-Loop-Gain des Operationsverstärker auch mit seinem Betriebszustand zusammenhängt. Wenn Sie den linearen Bereich verlassen, ist a nicht unbedingt groß. Daher ist diese zweite Annahme bedingt. Erinnern wir uns zuerst daran.

Daher wissen wir, dass, wenn der Open-Loop-Gain a des Operationsverstärker groß ist, der Operationsverstärker "virtuell kurz" haben kann. Aber das ist nur eine Möglichkeit, nicht automatisch. Niemand wird glauben, dass die beiden Eingänge eines Operationsverstärker "virtuell short" sind “ "virtuell short" kann nur in einer bestimmten Schaltung realisiert werden.

Die Voraussetzungen für die Existenz von "Virtual Short" sind:

1) der Open-Loop-Gain a des Operationsverstärker sollte groß genug sein;

2) Es muss ein negativer Rückkopplungskreis vorhanden sein.

Nachdem wir die Bedingungen von "virtuellem Kurzschluss" verstanden haben, können wir leicht beurteilen, wann wir "virtuellem Kurzschluss" für die Schaltungsanalyse verwenden können und nicht. Tatsächlich gilt die Bedingung (1) für die meisten Operationsverstärker, und der Schlüssel hängt vom Arbeitsbereich ab.

Wenn es sich um die Schaltung im Buch handelt, beurteilen Sie durch Berechnung; Wenn es sich um eine tatsächliche Schaltung handelt, können Sie durch Messung des Instruments feststellen, ob die Ausgangsspannung des Operationsverstärker angemessen ist. Eine andere Situation im Zusammenhang mit "virtuellem Kurzschluss" wird "virtuellem Boden" genannt, das heißt, der "virtuelle Kurzschluss", wenn ein Eingangsterminal geerdet ist, was keine neue Situation ist.

Einige Bücher sagen, dass "Virtual Short" nur unter der Bedingung eines tiefen negativen Feedbacks verwendet werden kann. Ich glaube nicht, dass das richtig ist. Ich denke, das zugrunde liegende Denken ist, dass im Fall von tiefem negativem Feedback der OP-Verstärker eher im linearen Bereich funktioniert. Aber das stimmt nicht. Wenn das Eingangssignal zu groß ist, tritt der Operationsverstärker mit tiefem negativem Feedback immer noch in Sättigung.

Daher sollte er zuverlässig anhand des Ausgangsspannungswerts beurteilt werden.

10.Das Eingangssignal wird direkt zur In-Phase-Eingangsklemme hinzugefügt, und die invertierende Eingangsklemme wird durch Widerstand geerdet. Warum u_= U =Uiâ­0? Ist das nicht ein leerer Ort?

Problemergänzung: bestimmte Bedingungen müssen erfüllt sein, um Mangel und Kürze zu bilden. Muss es bestimmte Bedingungen erfüllen, um ein virtuelles Land zu bilden? Was ist das? Warum?

(1) In der In-Phase-Verstärkerschaltung lässt der Ausgang u automatisch U (-) durch Rückkopplung verfolgen, so dass u()U (-) nahe an 0 liegt. Es scheint, dass beide Enden kurzgeschlossen sind, so wird es "virtueller Kurzschluss" genannt.

(2) Aufgrund des virtuellen Kurzphänomens und des hohen Eingangswiderstands des Operationsverstärker ist der Strom, der durch die beiden Eingangsklemmen des Operationsverstärker fließt, sehr klein, nahe an 0. Dieses Phänomen wird "virtueller Bruch" genannt (virtueller Bruch wird von virtueller Kurzform abgeleitet, denken Sie nicht, dass die beiden widersprüchlich sind)

(3) Die virtuelle Masse befindet sich in der invertierenden Operationsverstärker Schaltung, () Klemme ist geerdet, (-) Eingang und Rückkopplungsnetzwerk. Aufgrund der Existenz von virtuellem Kurzschluss sind u (-) und U() [Potential gleich 0] sehr nah, so dass es false Erdung am (-) Ende genannt wird.

(4) Über Bedingungen: Virtueller Kurzschluss ist ein wichtiges Merkmal des geschlossenen Kreislaufs (kurz mit Rückmeldung) Arbeitszustands der In-Phase-Verstärkerschaltung, und virtuelle Masse ist ein wichtiges Merkmal der inversen Verstärkerschaltung im geschlossenen Kreislaufarbeitszustand. Achten Sie darauf, den Zustand von virtuellen Shorts zu verstehen (wie "nah an Gleichheit"), es sollte OK sein.

11. Ich denke immer, dass das Modell des Operationsverstärker etwas seltsames hat. Der erste ist "virtual short", weil "virtual short". Wenn der Operationsverstärker an den In-Phase-Verstärker angeschlossen wird, sind die Potenziale der beiden Eingänge gleich. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Wellenform des gemessenen Eingangs gleich ist, ist es wie ein Gleichtaktsignal. Tatsächlich gibt es noch kleine Differenzmodensignale an den beiden Eingängen. Auf diese Weise erhöht der "virtuelle Kurzschluss" jedoch künstlich (weil der virtuelle Kurzschluss das Ergebnis einer tiefen negativen Rückkopplung ist, die künstlich ist) das Gleichtaktsignal an den beiden Eingängen, was eine Herausforderung für die Leistung des Operationsverstärker darstellt. Warum sollten Operationsverstärker so eingesetzt werden?

(1) Das Gleichtaktsignal des In-Phase-Verstärkers ist viel größer als das des invertierenden Verstärkers, und die Anforderung des Gleichtakt-Abstoßungsverhältnisses ist hoch.

(2) Meine Meinung zur "Gleichtaktsignalunterdrückungsfähigkeit von gleichen und inversen Verstärkern" die Vor- und Nachteile (DB-Wert) des Gleichtaktsignalunterdrückungsverhältnisses des Operationsverstärker hängen hauptsächlich von der Symmetrie und Verstärkung des internen (nur internen) Differenzverstärkers des Operationsverstärker ab. Es ist offensichtlich, dass kein Operationsverstärker sein Gleichtakt-Abstoßungsverhältnis bietet und die strukturellen Bedingungen externer Schaltungen anbringt.

Bei Single Ended Input, ob in Phase oder invers, beträgt der äquivalente Gleichtaktwert die Hälfte des Eingangswertes. Da jedoch die Eingangsimpedanz der In-Phase-Verstärkung normalerweise größer ist als die der inversen Verstärkung, ist seine Anti-Interferenz-Fähigkeit sicherlich schlechter.

Wie oben erwähnt, ist beim Invertieren des Eingangs die invertierende Klemmenspannung fast Null, so dass es nur eine Rohränderung in der Kollektorspannung des Differenzrohrs gibt. Beim In-Phase-Eingang ist die Spannung am invertierenden Ende gleich der am In-Phase-Ende, also ist die Gleichtaktspannung gleich der Eingangsspannung! Das heißt, die Kollektorspannung des Differenzpaartransistors ändert sich in die gleiche Richtung zusätzlich zu den Teilen der beiden Transistoren, die sich gleichzeitig in verschiedene Richtungen ändern, was die Gleichtaktausgangsspannung ist.

Es wird in Phase mit der Spannung einer der Rohre addiert. Daher ist es leicht, zur Sättigung (oder Abschneidung) des Rohres zu führen. Glücklicherweise beträgt die Verstärkung der Gleichtaktspannung nur Zehntausende der Differenzmodusvergrößerung.

Das obige bedeutet nicht, dass das Gleichtakt-Abstoßungsverhältnis von Differenzmodus-Eingang und Gleichtakteingang des Verstärkers unterschiedlich ist! Es sollte ein Phaseneingang sein, und ein Gleichtaktsignal, das dem Eingang entspricht, wird hinzugefügt! Daher sollte der In-Phase-Verstärkungsmodus mit Vorsicht verwendet werden, wenn das Eingangssignal groß ist.

12. Warum müssen Operationsverstärker in der Regel umgekehrt skaliert werden?

Der Hauptunterschied zwischen der inversen Eingabemethode und der In-Phase-Eingabemethode ist:

Bei der invertierenden Eingangsmethode ist ein Ausgleichswiderstand an der In-Phase-Klemme mit der Masse verbunden, und es gibt keinen Strom auf diesem Widerstand (weil der Eingangswiderstand des Operationsverstärker sehr groß ist), so dass diese In-Phase-Klemme ungefähr gleich dem Massepotential ist, das "virtuelle Masse" genannt wird, und das elektrische Potenzial der invertierenden Klemme und der In-Phase-Klemme ist sehr nah, so dass es auch "virtuelle Masse" an der invertierenden Klemme gibt.

Der Vorteil der virtuellen Masse ist, dass es kein Gleichtakteingangssignal gibt. Auch wenn das Gleichtakt-Zurückweisungsverhältnis dieses Operationsverstärker nicht hoch ist, gibt es keinen Gleichtakt-Ausgang. Die Phaseneingangsverbindung hat keine "virtuelle Masse". Wenn ein einzeln endetes Eingangssignal verwendet wird, wird ein Gleichtakt-Eingangssignal erzeugt. Selbst wenn ein Operationsverstärker mit hohem Gleichtakt-Abstoßungsverhältnis verwendet wird, bleibt ein Gleichtakt-Ausgang vorhanden.

Daher wird im Allgemeinen das inverse Eingangsverbindungsverfahren so weit wie möglich verwendet.

13. Einige Operationsverstärker geben auch dann aus, wenn nach dem Einschalten keine Spannung eingegeben wird und der Ausgang nicht klein ist, so dass VCC-Anschluss 2 oft als Referenzspannung verwendet wird.

Der Operationsverstärker hat Ausgang ohne Eingang, was durch die asymmetrische Konstruktionsstruktur des Operationsverstärker selbst verursacht wird, d.h. die Eingangsoffsetspannung Vos, die ein sehr wichtiger Leistungsparameter des Operationsverstärker ist. VCC-C2 wird oft als Referenzspannung des Operationsverstärker verwendet, da sich der Operationsverstärker im Betriebszustand einer einzelnen Stromversorgung befindet. Zu diesem Zeitpunkt ist die wirkliche Referenz des Operationsverstärker VCC-2. Daher wird oft ein DC-Bias von VCC-2 am positiven Ende des Operationsverstärker bereitgestellt, und die Masse wird oft als Referenz verwendet, wenn die positiven und negativen Netzteile geliefert werden.

Bei der Auswahl des Operationsverstärkers müssen viele Dinge beachtet werden. Unter nicht sehr strengen Bedingungen müssen die Betriebsspannung, Ausgangsstrom, Stromverbrauch, Gain Bandbreitenprodukt, Preis usw. des Operationsverstärker oft berücksichtigt werden. Wenn der Operationsverstärker unter besonderen Bedingungen eingesetzt wird, müssen natürlich verschiedene Einflussfaktoren berücksichtigt werden.

14. Warum nimmt die Verstärkerschaltung, die aus Operationsverstärker besteht, im Allgemeinen den inversen Eingangsmodus ab?

(1) Der Hauptunterschied zwischen der inversen Eingabemethode und der In-Phase-Eingabemethode ist:

Bei der invertierenden Eingangsmethode ist ein Ausgleichswiderstand an der In-Phase-Klemme mit der Masse verbunden, und es gibt keinen Strom auf diesem Widerstand (weil der Eingangswiderstand des Operationsverstärker sehr groß ist), so dass diese In-Phase-Klemme ungefähr gleich dem Massepotential ist, das "virtuelle Masse" genannt wird, und das elektrische Potenzial der invertierenden Klemme und der In-Phase-Klemme ist sehr nah, so dass es auch "virtuelle Masse" an der invertierenden Klemme gibt.

Der Vorteil der virtuellen Masse ist, dass es kein Gleichtakteingangssignal gibt. Auch wenn das Gleichtakt-Zurückweisungsverhältnis dieses Operationsverstärker nicht hoch ist, gibt es keinen Gleichtakt-Ausgang. Die Phaseneingangsverbindung hat keine "virtuelle Masse". Wenn ein einzeln endetes Eingangssignal verwendet wird, wird ein Gleichtakt-Eingangssignal erzeugt. Selbst wenn ein Operationsverstärker mit hohem Gleichtakt-Abstoßungsverhältnis verwendet wird, bleibt ein Gleichtakt-Ausgang vorhanden. Daher wird im Allgemeinen das inverse Eingangsverbindungsverfahren so weit wie möglich verwendet.

(2) Die positive Phase ist der Oszillator, die umgekehrte Phase kann den Verstärker stabilisieren, und die negative Rückkopplung wird angeschlossen

(3) Grundsätzlich ist es möglich, eine phasenverhältnismäßige Verstärkungsschaltung anzuschließen. In der praktischen Anwendung ist das verstärkte Signal (d.h. Differenzmodensignal) jedoch oft sehr klein. Zu diesem Zeitpunkt sollte darauf geachtet werden, Rauschen (normalerweise Gleichtaktsignal) zu unterdrücken. Die In-Phase-proportionale Verstärkungsschaltung hat eine schlechte Unterdrückungsfähigkeit zum Gleichtaktsignal, und das zu verstärkende Signal wird in das Rauschen eingetaucht, das der Nachbearbeitung nicht förderlich ist. Daher wird im Allgemeinen die inverse proportionale Verstärkungsschaltung mit guter Unterdrückungsfähigkeit ausgewählt.

15. Was sind die wichtigsten Eigenschaften des Verstärkers?

(1) Wenn die Spannung an beiden Eingängen des Operationsverstärker 0V ist, sollte die Ausgangsspannung auch gleich 0V sein. Aber tatsächlich gibt es immer eine Spannung am Ausgang, die Offset-Spannung Vos genannt wird. Wenn die Offsetspannung am Ausgang durch die Rauschverstärkung der Schaltung geteilt wird, wird das Ergebnis als Eingangsoffsetspannung oder Eingangsreferenzoffsetspannung bezeichnet. Diese Funktion wird normalerweise in Vos in der Datentabelle angegeben.

Der Vos entspricht einer Spannungsquelle, die in Reihe mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärker verbunden ist. An beiden Eingängen des Verstärkers muss eine Differenzspannung angelegt werden, um einen 0V-Ausgang zu erzeugen.

(2) Die Eingangsimpedanz des idealen Operationsverstärker ist unendlich, so dass kein Strom in den Eingang fließt. Ein echter Operationsverstärker mit Bipolartransistor (BJT) in der Eingangsstufe benötigt jedoch einen Betriebsstrom, der Bias Current (IB) genannt wird. In der Regel gibt es zwei Vorspannungsströme: IB und IB-, die jeweils in die beiden Eingänge fließen. Der Bereich des IB-Wertes ist sehr groß, was eine spezielle Art von Operationsverstärker ist