Diseño electrónico - Comprensión básica del amplificador operativo

Para entender mejor Amplificador operativo, Las siguientes (1)6. preguntas y respuestas le permiten familiarizarse rápidamente con los siguientes fundamentos: Amplificador operativo.

1. En general, hay resistencia de equilibrio en el circuito amplificador de fase inversa / fase. ¿Cuál es el papel de esta resistencia equilibrada?

Proporcionar un sesgo estático adecuado para el Transistor dentro del chip.

El circuito interno del chip se acopla directamente, y el punto de trabajo estático se puede ajustar automáticamente. Sin embargo, si el pin de entrada está conectado directamente a la fuente de alimentación o a la tierra, su función de ajuste automático es anormal, ya que el Transistor dentro del chip no puede aumentar el voltaje del cable de tierra o reducir el voltaje de la fuente de alimentación, lo que resulta en que el chip no puede satisfacer las condiciones de cortocircuito virtual y circuito abierto virtual, y necesita analizar el circuito por separado.

Para eliminar la influencia de la corriente de base estática en la tensión de salida, la amplitud debe equilibrarse con la resistencia equivalente de la trayectoria de corriente continua externa en los dos terminales de entrada, que es la razón de su nombre.

2. Cuál es la función del amplificador operativo proporcional de fase con condensador en la resistencia de retroalimentación [H1]? (1) la resistencia de retroalimentación y el condensador forman un filtro de paso alto, que es especialmente poderoso para la amplificación local de alta frecuencia.

Prevenir la auto - excitación.

Comprensión básica del amplificador operativo

¿3. Cuáles son las consecuencias si el circuito amplificador de fase del amplificador operativo no está conectado a la resistencia de equilibrio?

Quemar el amplificador operativo puede dañar el amplificador operativo, la resistencia puede desempeñar un papel en la División de tensión.

¿4. Cuál es el papel de la resistencia desplegable al tirar del condensador en la entrada del amplificador operativo?

Se trata de obtener retroalimentación positiva y retroalimentación negativa, dependiendo de la conexión. Por ejemplo, si tomo la señal de tensión de entrada actual y la señal de tensión de salida, y luego tomo un cable en la salida para conectarlo a la parte de entrada, entonces debido a la resistencia anterior, la parte de la señal de salida obtiene el valor de tensión después de pasar a través de la resistencia y divide el voltaje de entrada para reducir el voltaje de entrada, que es retroalimentación negativa. Dado que la señal de salida de la fuente de señal es siempre constante, la señal de salida puede corregirse mediante retroalimentación negativa.

5. El amplificador operativo está conectado al integrador. ¿Cuál es la función de la resistencia paralela RF en ambos extremos del condensador integral?

La resistencia de descarga se utiliza para evitar que el voltaje de salida se descontrole.

¿6. Por qué las resistencias y condensadores suelen estar conectados en serie a la entrada del amplificador operativo?

Si usted está familiarizado con el circuito interno de un amplificador operativo, usted sabe que cualquier amplificador operativo consiste en varios transistores o transistores mos. El amplificador operativo es un comparador sin componentes externos. Cuando el voltaje del terminal de fase es alto, producirá un nivel similar al voltaje positivo, y vice versa... Pero este amplificador operativo no parece ser útil. Sólo cuando el circuito externo se forma en forma de retroalimentación, el amplificador operativo puede tener la función de amplificación e igualdad inversa.

¿7. Cuáles son las consecuencias si la resistencia de equilibrio del amplificador operativo es incorrecta?

Cuando la entrada es 0, el valor de salida siempre es mayor que (o menor) el valor fijo del valor de salida teórico.

No se puede eliminar el error causado por la corriente de sesgo de entrada.

¿8. Cuál es el factor de amplificación del amplificador operativo integrado ideal, cuál es la Impedancia de entrada y cuál es el voltaje entre la entrada de fase y la entrada de fase inversa?

La amplificación es infinita, la Impedancia de entrada es infinitesimal, el voltaje entre la entrada en la misma dirección y la entrada inversa es casi el mismo (no 0!!!) (el extremo opuesto es 10v, el extremo opuesto es 9999v)

¿9. Por qué la ganancia de bucle abierto del amplificador operativo ideal es infinita?

La ganancia real de bucle abierto del amplificador operativo es de más de 100.000, lo que es muy, muy grande. Por lo tanto, la ganancia de bucle abierto del amplificador operativo real se imagina como infinito, y la puesta a tierra virtual se deriva.

La puesta a tierra virtual derivada sólo se utiliza para amplificadores de fase inversa.

Como se puede ver en el libro, la ganancia de bucle abierto del amplificador operativo es infinita, por lo que cuando diseñamos el circuito, la ganancia de bucle cerrado no puede ser limitada por la ganancia de bucle abierto, sino que sólo depende de componentes externos. Sacrifica una gran ganancia de bucle abierto para la estabilidad de la ganancia de bucle cerrado.

Cuando el amplificador operativo está conectado con retroalimentación negativa, no es sólo un amplificador de fase inversa virtualmente; No hay puesta a tierra virtual en la retroalimentación positiva.

Se entiende bien que, si la ganancia es pequeña, para la tensión de salida, la diferencia entre la tensión aplicada en ambos extremos del amplificador operativo es relativamente grande. Si está conectado a un Estado de retroalimentación negativa, el voltaje en ambos extremos del amplificador operativo será inconsistente, resultando en un error de amplificación.

Hay dos condiciones para realizar el "cortocircuito virtual" en el amplificador operativo:

La ganancia de bucle abierto a del amplificador operativo debe ser lo suficientemente grande;

Debe haber un circuito de retroalimentación negativa.

En primer lugar, sabemos que el voltaje de salida vo del amplificador operativo es igual a la diferencia vid entre el voltaje de entrada positivo y el voltaje de entrada inverso veces la ganancia de bucle abierto a del amplificador operativo. Es decir, VO = vid * A = (VI - VI -) * A (1) es un valor finito porque el voltaje de salida del amplificador operativo realmente no excede el voltaje de alimentación.

En este caso, si a es grande, (VI - VI -) debe ser pequeño; Si (VI - VI -) es pequeño en cierta medida, realmente podemos pensar en ello como 0. En este punto, VI = VI -, es decir, el voltaje de entrada de la misma fase del amplificador operativo es igual al voltaje de entrada de la fase inversa, que parece estar conectado. Esto se llama "cortocircuito virtual". Tenga en cuenta que no están realmente conectados, hay resistencia entre ellos, y esto debe ser recordado.

¿En la discusión anterior, cómo obtenemos el resultado de "virtual Short"?

Nuestro punto de partida es la fórmula (1), que es la característica del amplificador operativo. No hay problema. Podemos estar seguros. Luego hicimos dos suposiciones importantes. En primer lugar, el voltaje de salida del amplificador operativo es limitado, esto no es un problem a. Por supuesto, la salida del amplificador operativo no superará la Potencia, por lo que esta suposición es correcta, por lo que no lo mencionaremos más adelante. En segundo lugar, la ganancia de bucle abierto a del amplificador operativo es muy grande.

Los amplificadores operativos ordinarios a suelen ser de hasta 6, 7 o incluso más de 10. Esta suposición generalmente está bien, pero no olvide que la ganancia real de bucle abierto del amplificador operativo también está relacionada con su estado de funcionamiento. Si deja una región lineal, a no es necesariamente grande. Por lo tanto, la segunda hipótesis es condicional. Recordemos esto primero.

Por lo tanto, sabemos que el amplificador operativo puede tener un "cortocircuito virtual" cuando la ganancia de bucle abierto a es mayor. Pero es sólo una posibilidad, no automática. Nadie creería que las dos entradas del amplificador operativo son "cortocircuitos virtuales", ya que "cortocircuitos virtuales" sólo se pueden realizar en un circuito específico.

Las condiciones para la existencia de un "vacío virtual" son:

La ganancia de bucle abierto a del amplificador operativo debe ser lo suficientemente grande;

Debe haber un circuito de retroalimentación negativa.

Después de entender la condición de "cortocircuito virtual", podemos juzgar fácilmente cuándo podemos usar "cortocircuito virtual" y cuándo no podemos usar "cortocircuito virtual" para el análisis del circuito. De hecho, la condición (1) se aplica a la mayoría de los amplificadores operativos, dependiendo del área de trabajo.

Si se trata de un circuito en el libro, se juzga por cálculo; Si se trata de un circuito real, el voltaje de salida del amplificador operativo puede ser conocido por el instrumento de medición. Otro caso relacionado con el "cortocircuito virtual" se llama "puesta a tierra virtual", es decir, el "cortocircuito virtual" cuando el terminal de entrada está conectado a tierra, lo que no es nuevo.

Algunos libros dicen que los "shorts virtuales" sólo se pueden utilizar en situaciones de retroalimentación negativa profunda. No creo que sea exacto. Creo que la idea subyacente es que los amplificadores operativos son más propensos a funcionar en regiones lineales con retroalimentación negativa profunda. Pero no lo es. Cuando la señal de entrada es demasiado grande, el amplificador operativo con retroalimentación negativa de profundidad todavía está saturado.

Por lo tanto, el valor de la tensión de salida debe ser juzgado de manera fiable.

10. La señal de entrada se añade directamente al terminal de entrada de la misma fase, y el terminal de entrada de fase inversa se conecta a tierra a través de la resistencia. ¿Por qué u = u = UI - 0? ¿No es un lugar vacío?

Pregunta complementaria: deben cumplirse ciertas condiciones para formar deficiencias y deficiencias. ¿Tiene que cumplir ciertas condiciones para formar tierras virtuales? ¿Qué es esto? ¿Por qué?

En el circuito amplificador de fase, la salida hace que u () rastree automáticamente u (-) a través de la retroalimentación, por lo que u () - u (-) se acercará a 0. Parece que ambos extremos están en cortocircuito, por lo que se llama "cortocircuito virtual".

Debido al fenómeno del cortocircuito virtual y a la alta resistencia de entrada del amplificador operativo, la corriente que fluye a través de los dos terminales de entrada del amplificador operativo es muy pequeña, cerca de 0. Este fenómeno se llama "circuito abierto virtual" (el circuito abierto virtual se origina de un cortocircuito virtual, no piense que Los dos son contradictorios)

Virtualmente en el circuito amplificador operativo inverso, () terminal conectado a tierra, (-) Red de entrada y retroalimentación. Debido a la existencia de cortocircuitos virtuales, u (-) y u () [potencial es igual a 0] están muy cerca, por lo que se llama "puesta a tierra virtual" en el extremo (-).

En cuanto a las condiciones: el cortocircuito virtual es una característica importante del Estado de funcionamiento del circuito cerrado (En resumen, con retroalimentación) del circuito amplificador de fase, y la puesta a tierra virtual es una característica importante del circuito amplificador inverso en el Estado de funcionamiento del circuito cerrado. Tenga en cuenta que debe ser posible entender las condiciones que son virtualmente cortas (como "casi iguales").

11.. Siempre he pensado que el modelo de amplificador operativo es un poco extraño. El primero es "vacío corto", porque "vacío corto". Cuando el amplificador operativo está conectado al amplificador de fase, los potenciales de las dos entradas son los mismos. En este punto, si la forma de onda de la entrada de medición es la misma, es similar a la señal de modo común. De hecho, todavía hay pequeñas señales de modo diferencial en las dos entradas, sin embargo, de esta manera, el "cortocircuito virtual" artificial (ya que el cortocircuito virtual es el resultado de una retroalimentación negativa profunda, que es artificial) a ñade dos señales de modo común de entrada, lo que desafía el rendimiento del amplificador operativo. ¿Por qué usar amplificadores operativos de esta manera?

La señal de modo común del amplificador de fase es mucho mayor que la del amplificador de fase inversa, y el requisito de la relación de rechazo de modo común es muy alto.

En mi opinión, las ventajas y desventajas de la relación de supresión de la señal de modo común (valor DB) del amplificador operativo dependen principalmente de la simetría y ganancia del Amplificador diferencial interno (sólo interno) del amplificador operativo. Obviamente, ningún amplificador operativo proporciona su relación de rechazo de modo común y añade las condiciones estructurales de los circuitos externos.

Para una entrada de un solo extremo, el modo común equivalente es la mitad del valor de entrada, ya sea en fase o en fase inversa. Sin embargo, debido a que la Impedancia de entrada de la amplificación de la misma fase es generalmente mayor que la de la amplificación inversa, su capacidad anti - interferencia debe ser pobre.

Como se ha descrito anteriormente, cuando se invierte la entrada, el voltaje del terminal de inversión es casi cero, por lo que el voltaje del colector del tubo diferencial varía sólo en un tubo. ¡Durante la entrada de la misma fase, el voltaje en el lado inverso es igual al voltaje en el lado de la misma fase, por lo que el voltaje del modo común es igual al voltaje de entrada! Es decir, además de la parte en la que los dos transistores cambian simultáneamente en diferentes direcciones, el voltaje del colector del par diferencial cambia en la misma dirección, que es el voltaje de salida del modo común.

Se suma al voltaje de uno de los tubos. Por lo tanto, es fácil saturar (o cortar) El tubo. Afortunadamente, el voltaje del modo común es sólo decenas de miles de veces mayor que el amplificador del modo diferencial.

¡Esto no significa que la relación de rechazo de modo común entre la entrada de modo diferencial y la entrada de modo común del amplificador sea diferente! ¡Debe ser una entrada de fase y a ñadir una señal de modo común equivalente a la entrada! Por lo tanto, el modo de amplificación de fase debe utilizarse con precaución cuando la señal de entrada sea grande.

¿12. Por qué los amplificadores operativos generalmente tienen que ser escalados hacia atrás?

Las principales diferencias entre el método de entrada inversa y el método de entrada de fase son las siguientes:

Para el método de entrada inversa, la resistencia de equilibrio está conectada a tierra en el terminal de la misma fase y no hay corriente en la resistencia (debido a la gran resistencia de entrada del amplificador operativo), por lo que el terminal de la misma fase es aproximadamente igual al potencial de puesta a tierra, llamado "puesta a tierra virtual", Además, el potencial eléctrico de la terminal de fase inversa y la terminal de fase es muy cercano, por lo que también hay "puesta a tierra virtual" en la terminal de fase inversa.

La ventaja de la puesta a tierra virtual es que no hay señal de entrada de modo común. Incluso si la relación de rechazo de modo común del amplificador operativo no es alta, no hay salida de modo común. El método de conexión de entrada de fase no tiene "puesta a tierra virtual". Cuando se utiliza una señal de entrada de un solo extremo, se genera una señal de entrada de modo común. Incluso si se utiliza un amplificador operativo con una alta relación de rechazo de modo común, todavía habrá salida de modo común.

Por lo tanto, en general, el método de conexión de entrada inversa se utilizará siempre que sea posible.

13.. Algunos amplificadores operativos pueden producir incluso si no hay entrada de tensión después de la electrificación, y la salida no es pequeña, por lo que VCC / 2 se utiliza generalmente como voltaje de referencia.

La salida del amplificador operativo es causada por la estructura asimétrica del amplificador operativo, es decir, el voltaje de desplazamiento de entrada vos, que es un parámetro de rendimiento muy importante del amplificador operativo. Debido a que el amplificador operativo está en estado de funcionamiento de una sola fuente, VCC / 2 se utiliza generalmente como voltaje de referencia del amplificador operativo. En este momento, el valor de referencia real del amplificador operativo es VCC / 2. Por lo tanto, el sesgo DC del VCC / 1 se proporciona generalmente en el extremo positivo del amplificador operativo, y la puesta a tierra se utiliza generalmente como referencia cuando se proporcionan fuentes de alimentación positivas y negativas.

Hay muchos problemas que requieren atención al seleccionar amplificadores operativos. En condiciones no muy estrictas, el voltaje de funcionamiento, la corriente de salida, el consumo de energía, el producto de ancho de banda de ganancia y el precio del amplificador operativo deben tenerse en cuenta. Por supuesto, cuando se utilizan amplificadores operativos en condiciones especiales, se deben tener en cuenta diferentes factores de influencia.

¿14. Por qué un circuito amplificador compuesto por un amplificador operativo normalmente muestra un modo de entrada inverso?

Las principales diferencias entre el método de entrada inversa y el método de entrada de la misma fase son las siguientes:

Para el método de entrada inversa, la resistencia de equilibrio está conectada a tierra en el terminal de la misma fase y no hay corriente en la resistencia (debido a la gran resistencia de entrada del amplificador operativo), por lo que el terminal de la misma fase es aproximadamente igual al potencial de puesta a tierra, llamado "puesta a tierra virtual", Además, el potencial eléctrico de la terminal de fase inversa y la terminal de fase es muy cercano, por lo que también hay "puesta a tierra virtual" en la terminal de fase inversa.

La ventaja de la puesta a tierra virtual es que no hay señal de entrada de modo común. Incluso si la relación de rechazo de modo común del amplificador operativo no es alta, no hay salida de modo común. El método de conexión de entrada de fase no tiene "puesta a tierra virtual". Cuando se utiliza una señal de entrada de un solo extremo, se genera una señal de entrada de modo común. Incluso si se utiliza un amplificador operativo con una alta relación de rechazo de modo común, todavía habrá salida de modo común. Por lo tanto, en general, el método de conexión de entrada inversa se utilizará siempre que sea posible.

Fase positiva es un Oscilador, fase inversa puede estabilizar el amplificador, conexión de retroalimentación negativa

En principio, se puede conectar un circuito amplificador proporcional de la misma fase. Sin embargo, en la aplicación práctica, la señal amplificada (es decir, la señal de modo diferencial) es generalmente muy pequeña. En este punto, se debe tener cuidado de suprimir el ruido (generalmente una señal de modo común). La capacidad de supresión de la señal de modo común en el circuito de amplificación proporcional de la misma fase es pobre, la señal a amplificar se sumergirá en el ruido, lo que es desfavorable para el post - procesamiento. Por lo tanto, el circuito amplificador de escala inversa con buena capacidad de supresión se selecciona generalmente.

¿15. Cuál es la función importante del amplificador?

Si la tensión en ambas entradas del amplificador operativo es 0v, la tensión de salida también debe ser igual a 0v. Pero el hecho es que siempre hay algún voltaje en la salida, que se llama voltaje offset vos. Si la tensión de desplazamiento de la salida se divide por la ganancia de ruido del Circuito, el resultado se llama tensión de desplazamiento de entrada o tensión de desplazamiento de referencia de entrada. Esta funcionalidad se da generalmente en vos en la tabla de datos.

Vos es equivalente a una fuente de tensión que está conectada en serie con la entrada inversa del amplificador operativo. El voltaje diferencial debe aplicarse a las dos entradas del amplificador para producir una salida de 0v.

La Impedancia de entrada del amplificador operativo ideal es infinita, por lo que no hay corriente en la entrada. Sin embargo, el amplificador operativo real que utiliza un transistor bipolar (BJT) en la fase de entrada requiere una corriente de trabajo, llamada corriente de sesgo (Ib). Por lo general, hay dos corrientes de sesgo: IB e IB - que fluyen a las dos entradas. El rango de valores IB es muy grande, es un tipo especial de amplificador operativo