Conception électronique - Compréhension de base des amplificateurs opérationnels

Pour mieux comprendre les amplificateurs opérationnels, les 16 questions et réponses suivantes permettent de se familiariser rapidement avec les bases des amplificateurs opérationnels.

1. Normalement, il y aura une résistance équilibrée dans le circuit d'amplificateur inverseur / phase. Quel est le rôle de cette résistance équilibrée?

(1) Fournir une polarisation statique appropriée pour les transistors à l'intérieur de la puce.

Les circuits à l'intérieur de la puce sont généralement couplés directement et le point de fonctionnement statique peut être ajusté automatiquement. Cependant, si la broche d'entrée est connectée directement à l'alimentation ou à la masse, sa fonction de régulation automatique est anormale car les transistors à l'intérieur de la puce ne peuvent pas augmenter la tension de la ligne de masse ou abaisser la tension de l'alimentation, ce qui rend la puce incapable de remplir les conditions de court - circuit virtuel et de déconnexion virtuelle, le circuit devant être analysé séparément.

(2) pour éliminer l'effet du courant de base statique sur la tension de sortie, sa taille doit être équilibrée avec la résistance équivalente du chemin continu externe aux deux bornes d'entrée, ce qui explique également son nom.

2. Quelle est la fonction de l'amplificateur opérationnel proportionnel en phase avec condensateur sur la résistance de rétroaction [/ h1] (1) la résistance de rétroaction et le condensateur forment un filtre passe - haut, particulièrement puissant pour l'amplification locale à haute fréquence.

(2) prévenir l'auto - irritation.

Compréhension de base des amplificateurs opérationnels

3. Quelles sont les conséquences si le circuit amplificateur en phase de l'amplificateur opérationnel n'est pas connecté à la résistance d'équilibrage?

Brûler un amplificateur opérationnel peut endommager l'amplificateur opérationnel et la résistance peut jouer le rôle d'une tension partielle.

4. Que peut faire la résistance pull - down en tirant le condensateur à l'entrée de l'amplificateur opérationnel?

Il s'agit d'obtenir des questions de rétroaction positive et négative, en fonction de la connexion spécifique. Par exemple, si je prends le signal de tension d'entrée courant et le signal de tension de sortie, puis que je retire un fil à la sortie pour le connecter à la partie d'entrée, alors en raison de la résistance ci - dessus, une partie du signal de sortie obtient une valeur de tension après avoir traversé la résistance, shunt la tension d'entrée pour réduire la tension d'entrée, c'est une rétroaction négative. Parce que le signal en sortie de la source de signal est toujours constant, le signal de sortie peut être corrigé par rétroaction négative.

5. L'amplificateur opérationnel est connecté à l'intégrateur. Quel est le rôle de la résistance parallèle RF aux bornes du condensateur d'intégration?

Les résistances de décharge sont utilisées pour empêcher la tension de sortie de devenir incontrôlable.

6. Pourquoi les résistances et les condensateurs sont - ils généralement en série à l'entrée d'un amplificateur opérationnel?

Si vous êtes familier avec le circuit interne d'un amplificateur opérationnel, vous saurez que tout amplificateur opérationnel est composé de plusieurs Transistors ou Transistors MOS. En l'absence de composants externes, l'amplificateur opérationnel est un comparateur. Lorsque la tension à l'extrémité de la phase est élevée, elle produira un niveau similaire à une tension positive et vice versa... Mais cet amplificateur opérationnel semble peu utile. L'amplificateur opérationnel ne peut avoir une fonction d'amplification, d'anti - égalité que si le circuit externe est formé sous forme de contre - réaction

7. Quelles sont les conséquences si la résistance d'équilibre du circuit d'amplification en phase de l'amplificateur opérationnel est incorrecte?

(1) l'extrémité inverseuse en phase n'est pas équilibrée, il y aura également une sortie lorsque l'entrée est 0. Lorsque le signal d'entrée, la valeur de sortie est toujours un nombre fixe plus grand (ou plus petit) que la valeur de sortie théorique.

(2) les erreurs causées par le courant de polarisation d'entrée ne peuvent pas être éliminées.

8. Quel est le facteur d'amplification d'un amplificateur opérationnel intégré idéal, quelle est l'impédance d'entrée et quelle est la tension entre l'entrée en phase et l'entrée inverseuse?

L'amplification est infinie, l'impédance d'entrée est infinitésimale, la tension entre l'entrée dans le même sens et l'entrée inverse est presque la même (pas 0!! (10v sur la paire, 9999999v sur la paire)

9. Désolé, pourquoi le gain en boucle ouverte de l'amplificateur opérationnel idéal est - il infini?

(1) Le gain réel en boucle ouverte de l'amplificateur opérationnel est supérieur à 100 000, ce qui est très, très important. Le gain en boucle ouverte de l'amplificateur opérationnel réel est donc imaginé infini et déduit virtuellement.

(2) la mise à la Terre virtuelle exportée est utilisée uniquement pour les amplificateurs inverseurs.

Comme on peut le voir dans le livre, le gain en boucle ouverte d'un amplificateur opérationnel est infini, de sorte que le gain en boucle fermée ne peut pas être limité par le gain en boucle ouverte lorsque nous concevons un circuit, mais dépend uniquement de composants externes. Il s'agit de sacrifier un gain important en boucle ouverte pour garantir la stabilité du gain en boucle fermée.

(3) extrapoler la rétroaction négative lors de la connexion de l'amplificateur opérationnel, la terre imaginaire n'est pas seulement l'amplificateur inverseur; Il n'y a pas de base virtuelle dans la rétroaction positive.

(4) Il est bien entendu que si le gain est faible, la différence entre les tensions appliquées aux bornes de l'amplificateur opérationnel est relativement importante pour la tension de sortie. S'il est connecté à un état de contre - réaction, la tension aux bornes de l'amplificateur opérationnel sera incohérente, ce qui entraînera une erreur d'amplification.

(5) Il y a deux conditions pour qu'un amplificateur opérationnel réalise le "short":

1) Le gain en boucle ouverte a de l'amplificateur opérationnel doit être suffisamment grand;

2) Il devrait y avoir un circuit de rétroaction négative.

On sait tout d'abord que la tension de sortie vo de l'amplificateur opérationnel est égale à la différence vid entre la tension d'entrée positive et la tension d'entrée inversée multipliée par le gain en boucle ouverte a de l'amplificateur opérationnel. C'est - à - dire que vo = vid * A = (VI - VI -) * A (1) C'est une valeur limitée puisque la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel ne dépasse pas la tension d'alimentation en pratique.

Dans ce cas, si a est grand, (VI - VI -) doit être petit; Si (VI - VI -) est petit dans une certaine mesure, nous pouvons réellement le considérer comme 0. A ce moment, il y aura VI = vi -, c'est - à - dire que la tension à l'entrée de phase de l'amplificateur opérationnel est égale à la pression à l'entrée inverseuse, ce qui semble être connecté ensemble. C'est ce qu'on appelle un "court - circuit virtuel". Notez qu'ils ne sont pas vraiment connectés, il y a une résistance entre eux et il faut garder cela à l'esprit.

Dans la discussion ci - dessus, comment pouvons - nous obtenir le résultat du « Short virtuel»?

Notre point de départ est la formule (1), qui est une caractéristique des amplificateurs opérationnels. Pas de problème. Nous pouvons être rassurés. Ensuite, nous avons fait deux hypothèses importantes. L'un est que la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel est limitée, ce qui ne pose aucun problème. Bien sûr, la sortie de l'amplificateur opérationnel ne dépasse pas l'alimentation, donc cette hypothèse est correcte, donc nous n'en parlerons pas plus tard. La deuxième raison est que le gain en boucle ouverte a de l'amplificateur opérationnel est très important.

Le a d'un amplificateur opérationnel ordinaire est généralement aussi élevé que la puissance 6, la puissance 7 ou même plus de 10. Cette hypothèse est généralement sans problème, mais n'oubliez pas que le gain réel en boucle ouverte d'un amplificateur opérationnel est également lié à son état de fonctionnement. Si vous quittez la zone linéaire, a n'est pas nécessairement grand. La deuxième hypothèse est donc conditionnelle. Souvenons - nous d'abord de cela.

On sait donc que lorsque le gain en boucle ouverte a de l'amplificateur opérationnel est important, un "court - circuit virtuel" peut apparaître dans l'amplificateur opérationnel. Mais ce n'est qu'une possibilité, pas automatique. Personne ne croira que les deux entrées d'un amplificateur opérationnel sont des "courts - circuits virtuels" - des "courts - circuits virtuels" qui ne peuvent être réalisés que dans des circuits spécifiques.

Les conditions d'existence d'une "tête vide virtuelle" sont:

1) Le gain en boucle ouverte a de l'amplificateur opérationnel doit être suffisamment grand;

2) Il devrait y avoir un circuit de rétroaction négative.

Après avoir compris les conditions d'un "court - circuit virtuel", nous pouvons facilement dire quand nous pouvons et ne pouvons pas utiliser un "court - circuit virtuel" pour l'analyse du circuit. En effet, la condition (1) s'applique à la plupart des amplificateurs opérationnels, en fonction de la zone de travail.

S'il s'agit d'un circuit dans un livre, le jugement se fait par calcul; S'il s'agit d'un circuit réel, il est possible de savoir par l'instrument de mesure si la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel est raisonnable. Un autre cas de "court - circuit virtuel" est appelé "mise à la Terre virtuelle", c'est - à - dire "court - circuit virtuel" lorsque les bornes d'entrée sont mises à la terre, ce qui n'est pas nouveau.

Certains livres disent que le "short" ne peut être utilisé qu'en cas de rétroaction négative profonde. Je ne pense pas que ce soit exact. Je pense que l'idée sous - jacente est qu'un amplificateur opérationnel est plus susceptible de fonctionner dans une zone linéaire en cas de rétroaction négative profonde. Mais ce n'est pas le cas. Lorsque le signal d'entrée est trop important, l'amplificateur opérationnel avec rétroaction négative profonde passe toujours en saturation.

Il doit donc être jugé de manière fiable par la valeur de la tension de sortie.

10. Le signal d'entrée est directement appliqué à l'entrée en phase, l'entrée inverseuse est reliée à la masse par résistance. Pourquoi U = U = uiâ 0? N'est - ce pas un endroit vide?

Problème ajouté: certaines conditions doivent être remplies pour que les insuffisances et les insuffisances se forment. Doit - il remplir certaines conditions pour former un terrain virtuel? C'est quoi? Pourquoi?

(1) dans un circuit d'amplification en phase, la sortie permet à U () de suivre automatiquement U (-) par rétroaction, de sorte que U () - U (-) sera proche de 0. Il semble que les deux extrémités soient court - circuitées, d'où le nom de "court - circuit virtuel".

(2) le courant circulant à travers les deux entrées de l'amplificateur opérationnel est très faible et proche de 0 en raison du phénomène de court - circuit virtuel de l'amplificateur opérationnel et de la résistance d'entrée élevée. Ce phénomène est appelé « fausse coupure » (la fausse coupure provient de la brièveté, ne pensez pas que les deux sont contradictoires).

(3) virtuellement dans un circuit amplificateur opérationnel inversé, () bornes à la masse, (-) entrée et réseau de rétroaction. En raison de la présence d'un court - circuit virtuel, U (-) et U () [potentiel égal à 0] sont si proches que l'on appelle une fausse masse à l'extrémité (-) - « masse virtuelle».

(4) en ce qui concerne les conditions: le court - circuit imaginaire est une caractéristique importante de l'état de fonctionnement en boucle fermée (En bref, avec rétroaction) du circuit d'amplification en phase, et la mise à la terre imaginaire est une caractéristique majeure du circuit d'amplification inverse dans l'état de fonctionnement en boucle fermée. Notez que la compréhension des conditions courtes (comme « près de l'égalité») devrait fonctionner.

11. J'ai toujours pensé que le modèle de l'amplificateur opérationnel était un peu étrange. La première est "courte" parce que "courte". Lorsque l'amplificateur opérationnel est connecté à un amplificateur en phase, les potentiels des deux entrées sont identiques. A ce stade, si la forme d'onde de l'entrée de mesure est identique, elle est similaire à un signal de mode commun. En effet, il existe encore de petits signaux de mode différentiel sur les deux entrées, mais de cette façon, un « court - circuit virtuel » (car le court - circuit virtuel est le résultat d'une rétroaction négative profonde, ce qui est artificiel) augmente le signal de mode commun sur les deux entrées, ce qui pose un défi pour les performances de l'amplificateur opérationnel. Pourquoi utiliser un amplificateur opérationnel comme ça?

(1) Le signal de mode commun de l'amplificateur en phase est beaucoup plus grand que celui de l'amplificateur inverseur, et les exigences du rapport de réjection de mode commun sont élevées.

(2) mon opinion sur "la capacité de réjection du signal de mode commun des amplificateurs identiques et inverses" les avantages et les inconvénients du rapport de réjection du signal de mode commun des amplificateurs opérationnels (valeur DB) dépendent principalement de la symétrie et du gain de l'Amplificateur différentiel interne (interne seulement) de l'amplificateur opérationnel. Il est clair qu'aucun amplificateur opérationnel n'offre son taux de réjection en mode commun et n'impose les conditions structurelles d'un circuit externe.

Pour une entrée unique, en phase ou en inverse, la valeur de mode commun équivalente est la moitié de la valeur d'entrée. Cependant, comme l'impédance d'entrée de l'amplification en phase est généralement supérieure à celle de l'amplification inverse, sa résistance aux interférences est certainement mauvaise.

Comme indiqué ci - dessus, la tension à l'entrée inverseuse est quasi nulle, de sorte que la tension de collecteur du tube différentiel ne varie que d'un seul tube. A l'entrée en phase, la tension à l'inverseur est égale à la tension à l'entrée en phase, donc la tension de mode commun est égale à la tension d'entrée! C'est - à - dire que la tension de collecteur des transistors de la paire différentielle varie dans le même sens, à l'exception des Parties des deux transistors qui changent simultanément dans des directions différentes, qui sont des tensions de sortie de mode commun.

Elle s'additionne en phase avec la tension de l'un des tubes. Il est donc facile de provoquer une saturation (ou une coupure) du tuyau. Heureusement, l'amplification de la tension de mode commun n'est que de plusieurs dizaines de milliers de fois celle du mode différentiel.

Ce qui précède ne signifie pas que les rapports de réjection de mode commun de l'entrée de mode différentiel et de l'entrée de mode commun de l'amplificateur sont différents! Il devrait s'agir d'une entrée en phase et un signal de mode commun équivalent à l'entrée sera ajouté! Le mode d'amplification en phase doit donc être utilisé avec prudence lorsque le signal d'entrée est important.

12. Pourquoi les amplificateurs opérationnels doivent - ils généralement être inversés?

Les principales différences entre la méthode d'entrée inverse et la méthode d'entrée en phase sont:

Pour la méthode d'entrée inverseuse, la résistance d'équilibrage est reliée à la masse à l'extrémité en phase et il n'y a pas de courant sur cette résistance (car la résistance d'entrée de l'amplificateur opérationnel est très importante), de sorte que cette extrémité en phase est sensiblement égale au potentiel de la masse, ce qui est appelé « masse virtuelle », Et les potentiels de l'extrémité inverseuse et de l'extrémité en phase sont très proches, il y a donc aussi une "masse virtuelle" à l'extrémité inverseuse.

L'avantage de la mise à la Terre virtuelle est qu'il n'y a pas de signal d'entrée de mode commun. Même si le taux de réjection de mode commun de cet amplificateur opérationnel n'est pas élevé, il n'y a pas de sortie de mode commun. La méthode de connexion d'entrée en phase n'a pas de "mise à la Terre virtuelle". Lorsqu'un signal d'entrée unique est utilisé, un signal d'entrée en mode commun est généré. Même avec un amplificateur opérationnel avec un taux de réjection de mode commun élevé, il y aura toujours une sortie de mode commun.

Ainsi, en général, la méthode de connexion d'entrée inversée sera utilisée dans la mesure du possible.

Certains amplificateurs opérationnels sortent même sans entrée de tension après la mise sous tension et la sortie n'est pas petite, de sorte que VCC / 2 est souvent utilisé comme tension de référence.

La sortie de l'amplificateur opérationnel est dépourvue d'entrée, ce qui est dû à la structure asymétrique de l'amplificateur opérationnel lui - même, c'est - à - dire à la tension de décalage d'entrée vos, un paramètre de performance très important pour l'amplificateur opérationnel. L'amplificateur opérationnel étant en fonctionnement mono - alimentation, on utilise souvent VCC / 2 comme tension de référence pour l'amplificateur opérationnel. A ce stade, la référence réelle de l'amplificateur opérationnel est VCC / 2. Ainsi, la polarisation continue de VCC / 2 est souvent fournie à l'extrémité positive de l'amplificateur opérationnel et la masse est souvent utilisée comme référence lorsqu'une alimentation positive et une alimentation négative sont fournies.

Il y a un certain nombre de problèmes à surveiller lors du choix d'un amplificateur opérationnel. Dans des conditions moins strictes, il est souvent nécessaire de prendre en compte la tension de fonctionnement de l'amplificateur opérationnel, le courant de sortie, la consommation d'énergie, le produit gain - bande passante, le prix, etc. Bien entendu, différents facteurs d'influence doivent être pris en compte lorsque l'amplificateur opérationnel est utilisé dans des conditions particulières.

14. Pourquoi les circuits d'amplification composés d'amplificateurs opérationnels échantillonnent - ils généralement le mode d'entrée inverse?

(1) Les principales différences entre la méthode d'entrée inverse et la méthode d'entrée en phase sont les suivantes:

Pour la méthode d'entrée inverseuse, la résistance d'équilibrage est reliée à la masse à l'extrémité en phase et il n'y a pas de courant sur cette résistance (car la résistance d'entrée de l'amplificateur opérationnel est très importante), de sorte que cette extrémité en phase est sensiblement égale au potentiel de la masse, ce qui est appelé « masse virtuelle », Et les potentiels de l'extrémité inverseuse et de l'extrémité en phase sont très proches, il y a donc aussi une "masse virtuelle" à l'extrémité inverseuse.

L'avantage de la mise à la Terre virtuelle est qu'il n'y a pas de signal d'entrée de mode commun. Même si le taux de réjection de mode commun de cet amplificateur opérationnel n'est pas élevé, il n'y a pas de sortie de mode commun. La méthode de connexion d'entrée en phase n'a pas de "mise à la Terre virtuelle". Lorsqu'un signal d'entrée unique est utilisé, un signal d'entrée en mode commun est généré. Même avec un amplificateur opérationnel avec un taux de réjection de mode commun élevé, il y aura toujours une sortie de mode commun. Ainsi, en général, la méthode de connexion d'entrée inversée sera utilisée dans la mesure du possible.

(2) la phase positive est l'oscillateur, l'inverseur peut stabiliser l'amplificateur, la connexion de rétroaction négative

(3) en principe, un circuit d'amplification proportionnelle en phase peut être connecté. Cependant, dans une application pratique, le signal amplifié, c'est - à - dire le signal de mode différentiel, est généralement très faible. A ce stade, il faut veiller à supprimer le bruit (généralement un signal de mode commun). Le circuit d'amplification proportionnelle en phase a une mauvaise capacité d'inhibition du signal de mode commun, le signal à amplifier étant noyé dans le bruit au détriment du post - traitement. On choisit donc généralement un circuit d'amplification proportionnelle inverse ayant un bon pouvoir inhibiteur.

15. Quelles sont les fonctions importantes de l'amplificateur?

(1) Si la tension sur les deux entrées de l'amplificateur opérationnel est 0v, la tension de sortie doit également être égale à 0V. Mais en fait, il y a toujours une certaine tension en sortie, qui est appelée tension d'offset vos. Si la tension de décalage à la sortie est divisée par le gain de bruit du circuit, le résultat est appelé tension de décalage d'entrée ou tension de décalage de référence d'entrée. Cette caractéristique est généralement donnée sous la forme vos dans la fiche technique.

Vos est équivalent à une source de tension connectée en série avec l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel. La tension différentielle doit être appliquée aux deux entrées de l'amplificateur pour produire une sortie 0V.

(2) L'impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel idéal est infiniment grande, de sorte qu'aucun courant ne circule dans l'entrée. Cependant, un amplificateur opérationnel réel utilisant un transistor bipolaire (BJT) dans l'étage d'entrée nécessite un certain courant de fonctionnement, appelé courant de polarisation (IB). Il y a généralement deux courants de polarisation: IB et IB -, qui circulent respectivement dans les deux entrées. Large gamme de valeurs IB, un type spécial d'amplificateur opérationnel