- Nekonvertirna konfiguracija operacijskega ojačevalnika
- Dobitek neinvertirajočega op
- Praktični primer neinvertirajočega ojačevalnika
- Napetostni sledilnik ali ojačevalnik enotnosti
Op-Amp, okrajšava za operacijski ojačevalnik, je hrbtenica analogne elektronike. Operacijski ojačevalnik je enosmerno povezana elektronska komponenta, ki ojačuje napetost iz diferenčnega vhoda z uporabo povratne povratne zveze. Op-ampi so priljubljeni zaradi svoje vsestranskosti, saj jih je mogoče konfigurirati na več načinov in jih uporabiti v različnih vidikih. Vezje op-amp je sestavljeno iz nekaj spremenljivk, kot so pasovna širina, vhodna in izhodna impedanca, dobljena meja itd. Različni razredi op-ojačevalnikov imajo različne specifikacije, odvisno od teh spremenljivk. V različnih paketih integriranega vezja (IC) je na voljo veliko op-ojačevalnikov, nekateri op-amp imajo dva ali več op-amperov v enem paketu. LM358, LM741, LM386 so nekatere najpogosteje uporabljene IC-ojačevalnice. Če želite izvedeti več o Op-ojačevalcih, sledite našemu razdelku Op-amp vezij.
Op-amp ima dva diferenčna vhodna zatiča in izhodni zatič skupaj z zatiči. Ta dva diferenčna vhodna zatiča sta obratni zatič ali negativni in neobratni zatič ali pozitivni. Op-amp ojačuje razliko v napetosti med tema dvema vhodnima zatičema in zagotavlja ojačan izhod na svojem Vout ali izhodnem zatiču.
Odvisno od vrste vhoda je op-amp lahko razvrščen kot Inverting ali Non-inverting. V tej vadnici bomo izvedeli, kako uporabljati op-amp v neinvertirajoči konfiguraciji.
V neinvertirni konfiguraciji se vhodni signal uporabi prek neinvertirajočega vhodnega terminala (pozitivni terminal) op-ojačevalnika. Zaradi tega ojačani izhod postane " fazen " z vhodnim signalom.
Kot smo že omenili, Op-amp potrebuje povratne informacije za ojačanje vhodnega signala. To se običajno doseže z uporabo majhnega dela izhodne napetosti nazaj na invertirni zatič (v primeru neinvertirne konfiguracije) ali v neinvertirni zatič (v primeru invertirnega zatiča) z uporabo omrežja delilnika napetosti.
Nekonvertirna konfiguracija operacijskega ojačevalnika
Na zgornji sliki je prikazan op-amp z neinvertirno konfiguracijo. Signal, ki ga je treba ojačati z opcijskim ojačevalnikom, se napaja v pozitivni ali neinvertirni zatič vezja op-amp, medtem ko napetostni delilnik z dvema uporoma R1 in R2 zagotavlja majhen del izhoda za invertiranje pin op-amp vezja. Ta dva upora zagotavljata zahtevane povratne informacije na op-amp. V idealnem stanju bo vhodni zatič op-ojačevalnika zagotavljal visoko vhodno impedanco, izhodni zatič pa bo imel nizko izhodno impedanco.
Ojačanje je odvisno od tistih dveh povratnih uporov (R1 in R2), ki sta priključena kot konfiguracija napetostnega delilnika. R2 se imenuje Rf (povratni upor)
Izhod napetostnega delilnika, ki se napaja v neinvertirni zatič ojačevalnika, je enak Vin, saj sta Vin in priključni točki delilnika napetosti nameščeni čez isto ozemljitveno vozlišče.
Zaradi tega in ker je Vout odvisen od povratnega omrežja, lahko izračunamo napetostni tok v zaprti zanki, kot je prikazano spodaj.
Dobitek neinvertirajočega op
Ker je izhodna napetost delilnika napetosti enaka vhodni napetosti , je delilnik Vout = Vin
Torej, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Ali, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1
Skupno napetostno ojačanje ojačevalnika (Av) je Vout / Vin
Torej, Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1
S pomočjo te formule lahko sklepamo, da je napetostni dobiček zaprtega kroga neinvertirajočega operacijskega ojačevalnika:
Av = Vout / Vin = 1 + (Rf / R1)
Torej, s tem faktorjem ojačanje op-ojačevalnika ne more biti nižje od ojačenja enotnosti ali 1. Tudi dobiček bo pozitiven in ne more biti v negativni obliki. Dobiček je neposredno odvisen od razmerja Rf in R1.
Zanimivo je, da če vrednost povratnega upora ali Rf damo kot 0, bo dobiček enak 1 ali enotnost. In če R1 postane 0, bo dobiček neskončen. Toda to je mogoče le teoretično. V resnici je zelo odvisen od vedenja op-amp-a in dobička v odprti zanki.
Op-amp se lahko uporablja tudi kot dodatek vhodne napetosti za seštevanje ojačevalnika.
Praktični primer neinvertirajočega ojačevalnika
Oblikovali bomo neinvertirajoče vezje op-amp, ki bo na izhodu ustvarilo 3- kratno povečanje napetosti in primerjalo vhodno napetost.
V op-amp bomo naredili 2V vhod. Op-amp bomo konfigurirali v neinvertirno konfiguracijo s 3 -kratnimi ojačitvami. Izbrali smo vrednost upora R1 kot 1,2 k, ugotovili bomo vrednost upora Rf ali R2 in po ojačitvi izračunali izhodno napetost.
Ker je ojačanje odvisno od uporov in je formula Av = 1 + (Rf / R1)
V našem primeru je dobiček 3, vrednost R1 pa 1. 2k. Torej, vrednost Rf je, 3 = 1 + (Rf / 1.2k) 3 = 1 + (1.2k + Rf / 1.2k) 3.6k = 1.2k + Rf 3.6k - 1.2k = Rf Rf = 2.4k
Po ojačitvi bo izhodna napetost
Av = Vout / Vin 3 = Vout / 2V Vout = 6V
Primer vezja je prikazan na zgornji sliki. R2 je povratni upor in ojačani izhod bo 3-krat večji od vhodnega.
Napetostni sledilnik ali ojačevalnik enotnosti
Kot smo že omenili, če naredimo Rf ali R2 kot 0, to pomeni, da v R2 ni upora in je upor R1 enak neskončnosti, potem bo ojačevalnik enak 1 ali bo dosegel dobiček enotnosti. Ker v R2 ni upora, je izhod kratkostičen z negativnim ali obrnjenim vhodom op-ojačevalnika. Ker je ojačanje 1 ali enotnost, se ta konfiguracija imenuje konfiguracija ojačevalnika enotnosti ali nastavitev napetosti ali medpomnilnik.
Ko vhodni signal postavimo čez pozitivni vhod op-ojačevalnika in je izhodni signal v fazi z vhodnim signalom z ojačanjem 1x, dobimo enak signal prek izhoda ojačevalnika. Tako je izhodna napetost enaka vhodni napetosti. Izhodna napetost = napetost v.
Torej, sledil bo vhodni napetosti in na svojem izhodu ustvaril enak replikacijski signal. Zato se imenuje napetostno vezje.
Vhodna impedanca na op-amp je zelo visoka, ko je napetost Partizan ali enotnosti dobiček se uporabi konfiguracija. Včasih je vhodna impedanca veliko večja od 1 Megohm. Tako lahko zaradi visoke vhodne impedance na vhod uporabljamo šibke signale in noben tok ne bo tekel v vhodnem zatiču od vira signala do ojačevalnika. Po drugi strani pa je izhodna impedanca zelo nizka in bo na izhodu proizvedla enak vhodni signal.
Na zgornji sliki je prikazana konfiguracija sledilca napetosti. Izhod je neposredno povezan preko negativnega terminala op-amp. Dobiček te konfiguracije je 1x.
Kot vemo, Dobiček (Av) = Vout / Vin Torej, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.
Zaradi visoke vhodne impedance je vhodni tok 0, zato je tudi vhodna moč prav tako 0. Napetostni sledilnik zagotavlja veliko povečanje moči na celotnem izhodu. Zaradi tega vedenja se napetostni sledilnik uporablja kot vmesni krog.
Tudi konfiguracija medpomnilnika zagotavlja dober faktor izolacije signala. Zaradi te lastnosti se vezje sledilnika napetosti uporablja v aktivnih filtrih tipa Sallen-key, kjer so stopnje filtra med seboj ločene z uporabo konfiguracije ojačevalnika napetosti.
Na voljo so tudi digitalna medpomnilniška vezja, kot so 74LS125, 74LS244 itd.
Ker lahko nadzorujemo ojačanje neinvertirajočega ojačevalnika, lahko izberemo več vrednosti uporov in lahko izdelamo neobratni ojačevalnik s spremenljivim obsegom ojačanja.
Neinvertirni ojačevalniki se uporabljajo v sektorjih avdio elektronike, pa tudi v obsegu, mešalnikih in različnih krajih, kjer je potrebna digitalna logika z uporabo analogne elektronike.