Ievads darbības pastiprinātājos: 7 soļi

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Šajā pamācībā es iepazīstināšu ar darbības pastiprinātāju, kas ir viena no visnoderīgākajām analogām ierīcēm. Šo ierīci var konfigurēt kā neinvertējošu vai apgrieztu pastiprinātāju, salīdzinātāju, sprieguma pastiprinātāju, summējošo pastiprinātāju, instrumentu pastiprinātāju, buferi, aktīvo filtru, Vīnes tilta oscilatoru un daudzas citas lietojumprogrammas. Opampam ir dažādas konfigurācijas, piemēram, viens LM741 8 kontaktu DIP vai LM324 14 kontaktu četrkāršais pastiprinātājs. Ir arī veidi, kas pieejami virsmas montāžas variantos.

1. darbība: kas ir darbības pastiprinātājs?

Operatīvais pastiprinātājs, kas saukts arī kā op-amp, ir līdzstrāvas savienots augstsprieguma pastiprinātājs, kas iekļauts IC mikroshēmā. Tiem ir divas ieejas (diferenciāla ieeja) un viena izeja. Kopš pirmo ierīču iznākšanas 1960. gadu beigās tās tika izmantotas kā celtniecības bloki analogā elektronikā. Viens no šo ierīču skaistumiem ir tas, ka tās ievērojami vienkāršoja elektronisko dizainu pēc to standartizācijas rakstura. Pastiprinātāju projektēšana ar diskrētiem komponentiem bija saistīta ar daudzām izmaiņām, jo atšķiras aktīvās ierīces. Ja pastiprinātāji ir izgatavoti no viena un tā paša silīcija veidnes, tos visus var izgatavot vienādus un tiem ir vienādas īpašības. Projektējot ar operatīvajiem pastiprinātājiem, konkrētu ierīces pastiprinājumu var iegūt, uzstādot divus ārējos rezistorus ar noteiktu pretestības koeficientu. Piemēram, ja ir vēlams sprieguma pieaugums 100, ķēdē var ievietot 100k rezistoru un 1k rezistoru, lai iegūtu attiecību 100. Izmantojot šo stratēģiju, ieguvums katru reizi ir vienāds. Visu laiku populārākais op-amp ir 741, kas pastāv kopš 70. gadu sākuma, un to ir izmantojušas hobiju paaudzes, sākot no audio pastiprinātājiem līdz barošanas avotiem. Rūpniecība 741 nav izmantojusi daudzus gadus, jo ir izstrādāti labāki op-ampēri, taču tiem joprojām ir interesenti starp hobijiem un tos ir viegli iegūt. Pirmās ierīces iznāca vai nu 8 kontaktu divrindu iepakojuma stilā, vai apaļā metāla kārbā. Vēlāk kļuva pieejamas virsmas montāžas ierīces. 741 un citi tās vintage op-ampēri izmantoja bipolārus tranzistorus ar ierīcēm, kas izmanto lauka efektu tranzistoru ieejas, kas iznāks vēlāk. Lauka efektu tranzistoru ieejas sāka izmantot, jo vajadzēja lielāku ieejas pretestību un zemāku strāvas aizplūšanu.

2. solis: neinvertējošais pastiprinātājs

Neapgriežamais pastiprinātājs ir pirmā shēma, kuru mēs aptversim. Iepriekš redzamajā diagrammā op pastiprinātājs ir pieslēgts vadam ar ieeju uz pozitīvo ieeju, bet atgriezeniskās saites rezistors - uz negatīvo ieeju. Rf attiecība pret Rg nosaka ieguvumu. Iepriekš minētās shēmas gadījumā sprieguma pieaugums ir 10. Diagramma vidū 741 op pastiprinātāja "reālās pasaules" ierobežojumi, kad ieejā tiek ievadīts 10 kHz kvadrātveida vilnis, bet tas iznāk kā trīsstūrveida viļņu forma ierobežots ierīces pārslēgšanās ātrums. Kad ieeja tiek pazemināta līdz 1 kHz kvadrātveida vilnim, izeja uzlabojas un izskatās vairāk kā īsts kvadrātveida vilnis. Mērījumu par op pastiprinātāja spēju sekot ieejas signāla amplitūdas izmaiņām sauc par "Slew Rate" un mēra voltos / mikrosekundēs. 741 ir ļoti pieradināts vērtējums-5 volti / mikrosekunde. Ātrgaitas op pastiprinātājiem ir līdz 5000 volti mikrosekundē, lai gan tādam tipiskam kā TL081 vidējais vērtējums ir 13 volti mikrosekundē.

3. solis: apgrieztais pastiprinātājs

Opamp var konfigurēt tā, lai 1 voltu negatīvo viļņu formu varētu apgriezt un pastiprināt, lai iegūtu 10 voltu pozitīvu viļņu formu. Šai konfigurācijai var izmantot jebkur, kur nepieciešama fāzes maiņa, piemēram, diskrētu tranzistoru pastiprinātāju draivera stadijās.

4. darbība. Op pastiprinātāja izmantošana kā kvadrātveida viļņu sinusa viļņu pārveidotājs

Iepriekš minētā shēma mainīs 1000 Hz kvadrātviļņus uz 1000 Hz sinusoidālajiem viļņiem. Tas tiek darīts, filtrējot visus frekvences komponentus (harmonikas) virs un zem pamata, kas ir sinusa vilnis. Tā vietā, lai atgriezeniskās saites ķēdē izmantotu rezistorus, mēs izmantojam frekvences selektīvos komponentus (kondensatorus), kas nodrošina negatīvas atsauksmes, lai atceltu nevēlamās frekvences. Vidējā diagramma parāda simulēto faktisko ķēdi un radīto viļņu formu. Trešā diagramma parāda ķēdes frekvences reakciju. Šāda veida shēmas tehniskais nosaukums ir aktīvs joslas caurlaidības filtrs. Tas ļauj vājināt tikai ļoti šauru frekvenču joslu.

5. darbība. Op pastiprinātāja izmantošana kā salīdzinātājs

Ir īpašas mikroshēmas, kas ir labāki salīdzinātāji, taču dažkārt jums tās var nebūt pa rokai, tāpēc vienmēr ir lietderīgi zināt, kā no salīdzināšanas izgatavot opampu. Ātrs pārskats par to, kas ir salīdzinātājs, tas būtībā ir opamp, kas izveidots kā pastiprinātājs bez atgriezeniskās saites, ļaujot pastiprinātājam darboties ar maksimālo peļņu. Kad viena ieeja ir piesaistīta konkrētam spriegumam, piemēram, 3 voltiem, kas parādīti diagrammā, ķēde dos izeju, kas ir gandrīz maksimālais sliedes spriegums, ja abām ieejām ir vienāds spriegums. Iepriekš minētās shēmas gadījumā 1 kHz sinusa vilnis dod izeju, kad tas paceļas virs 3 voltiem, un atkal pārslēdzas, kad sinusa vilnis nokrītas zem 3 voltiem. Salīdzinātājus parasti izmanto (ADC) un relaksācijas oscilatoros.

6. darbība. Summēšanas pastiprinātāja izveide ar opamp

Iepriekš minētais summēšanas pastiprinātājs uztver divus 1 kHz signālus, vienu no 10 mV pīķa līdz maksimumam un otru no 20 mV pīķa līdz maksimumam. Rezultāts ir 60 mV no maksimuma līdz maksimumam. Tā kā tas ir apgriezts pastiprinātājs, tas nodod pretējas fāzes signālu.

Apkopojošie pastiprinātāji tiek izmantoti audio mikseros, kur dažādas ieejas ir jāsummē kopā. Barojot signālus potenciometros, signālus var mainīt, lai iegūtu vēlamo izvadi.

7. solis: trīs ieejas audio mikseris

Šo shēmu varētu izmantot, lai sajauktu divus instrumentus un vokālo celiņu, pēc vajadzības varētu pievienot vairāk ieeju. Katru ievades līmeni var regulēt neatkarīgi, izmantojot potenciometrus.