Operationele versterker: 5 belangrijke kenmerken

Wat is opamp?

Op-amp is een afkorting van de Operation-versterker, een direct gekoppelde versterker met hoge versterking. In de term operationele versterker betekent 'operationeel' dat de versterker bepaalde bewerkingen kan uitvoeren, zoals optellen, aftrekken, vergelijken, enz. Het woord 'versterking' suggereert dat het het ingangssignaal kan versterken.

Ideaal op Amp

Een ideale opamp bestaat praktisch niet maar heeft de beste eigenschappen. Alle praktische operationele versterkers zijn gebouwd om dichte karakteristieken te bereiken als een ideale opamp. Laten we enkele van de kenmerken van een ideale op-amp bespreken.

Ideale opamp-kenmerken

1. Ideale opamp biedt oneindige spanningsversterking.
2. Het heeft een oneindige ingangsimpedantie.
3. Het heeft geen uitgangsweerstand.
4. Het heeft een oneindige bandbreedte.
5. Common Mode Rejection Ratio is oneindig.
6. De afwijzingsverhouding van de voeding is oneindig.
7. De slew rate is 0.

Omkeren op amp

Op-amp heeft verschillende bedieningsmodi. Inverterende operationele versterker vertegenwoordigt het type proces waarin het ingangssignaal wordt geleverd via de inverterende aansluiting van de op-amp. De fase van de output van de versterker wordt tijdens het versterkingsproces omgekeerd. De inverterende op-amp heeft een hogere versterking dan de niet-inverterende operationele versterker.

Niet-inverterende opamp

Niet-inverterend is een andere manier van werken met een opamp. Hier wordt het ingangssignaal geleverd met behulp van de niet-inverterende aansluiting van de opamp. De uitgangsfase blijft dus hetzelfde en wordt tijdens het gebruik niet omgekeerd. Daarom staat deze bewerking met een opamp bekend als een 'niet-inverterende opamp'. Deze opamp biedt een hogere systeemstabiliteit dankzij het negatieve feedbacksysteem, maar heeft minder versterking dan een inverterende opamp. Tussen een niet-inverterende opamp en een inverterende opamp, krijgt een inverterende versterker meer voorkeuren.

Opamp-circuits | Basis opamp-circuits

De circuits van op-amps zijn specifiek voor hun bewerkingen. Een operationele versterker kan verschillende wiskundige bewerkingen uitvoeren. Circuits worden gemaakt op basis van de behoefte. De onderstaande afbeelding vertegenwoordigt een typisch circuitsymbool van een op-amp.

We kunnen zien dat een op-amp twee ingangen heeft (gemarkeerd als 1 en 2). De ingang met het label '-' is de inverterende terminal. De ingang met het '+' teken is de niet-inverterende terminal. Het spanningsaansluitingspaar, weergegeven als + Vsat en -Vsat, zijn de positieve verzadigingsspanning en de negatieve verzadigingsspanning, vertegenwoordigen de hoogste en laagste operationele versterkerlimiet; die zijn te zien aan de uitgang.

De verzadigingsspanningen worden op de op-amp toegepast om de operationele versterker ten opzichte van de aarde in evenwicht te brengen. De uitvoer wordt verzameld van de 'O'-terminal.

741 op versterker

Op-amps zijn nu beschikbaar in markten via IC's. Een van die IC's is de 741 Operational Amplifier. Het is een monolithisch IC (alle verbindingen worden gevormd op een enkel stuk kristallijn silicium). Het IC bestaat uit één op-amp. Fairchild Semiconductor ontwikkelde het in de vroege jaren zestig voor het eerst. Het nummer 741 geeft aan dat het IC zeven functionele pinnen, vier invoerpinnen en één uitvoerpin heeft.

741 opamp pinout

Het volgende diagram geeft de pin-out van het IC weer. De terminologie van het IC, bestaande uit een operationele versterker, beschrijft ook de pinnen. Het nummer 7 van 741 staat voor zeven functionele pinnen, vier invoerpinnen en één uitvoerpin.

741 op amp schema

De volgende afbeelding geeft het schematische diagram van een 741Operational Amplifier weer.

Opamp-integrator

We hebben eerder vermeld, en een operationele versterker kan verschillende wiskundige bewerkingen uitvoeren. Laten we eens kijken hoe een operationele versterker een 'integratie'-bewerking kan uitvoeren via een ingangssignaal. Om de integrator te implementeren met een op-amp, hebben we een condensator en een paar weerstanden nodig, en een op-amp! Het onderstaande schakelschema toont het opamp-integratorcircuit.

Werking van integrator

Het concept van virtuele grond - werkt vanwege de aanname dat de OP AMP's oneindige winst. Daarom is de 'A'-knoop in de afbeelding een virtuele grond. Laat de stroom 'i' door de weerstand R stromen. De stroom kan dus worden gemeten als i = V1/R.

 Hier is V1 de ingangsspanning die wordt geleverd in de inverterende aansluiting, en de niet-inverterende aansluiting is geaard met een weerstand en vanwege de hoge ingangsimpedantie zal dezelfde stroom door het feedbackpad stromen, met daarin een condensator. De uitgangsspanning kan dus worden geschreven als:

Vo = - 1 / C 0 t [i dt]

Of: Vo = - 1 / RC 0 t [V1 dt]

We kunnen dus zeggen dat de uitgangsspanning evenredig is met de tijdintegraal van de ingangsspanning en daarom wordt het circuit integrator of Miller-integrator genoemd.

Op amp-comparator

Een op-amp-comparator of een spanningscomparator, of een comparator, is een elektronisch apparaat dat twee ingangsspanningen vergelijkt en een indicatieve output levert. De uitgang geeft aan welke van de twee ingangsspanning het meest buitengewoon is in waarden.

De op-amp is ontworpen in configuraties met open circuit om een ​​operationele versterker als vergelijker te gebruiken.

• Als de spanning in de niet-inverterende aansluiting hoger is dan de spanning in de inverterende aansluiting, wordt de uitgang geschakeld naar de positieve verzadigingsspanning van de op-amp.
• Als de spanning van de inverterende klem groter is dan de spanning in de niet-inverterende klem, wordt de o / p geschakeld naar de -ve verzadigingsspanning van de operationele versterker.

Op amp-vergelijkingscircuit

De onderstaande afbeelding geeft het vergelijkingscircuit van de operationele versterker weer.

Opamp-versterking

De op-amp-versterking verwijst naar de verhouding van de uitgangsspanning tot de ingangsspanning en de operationele versterker heeft als volgt twee soorten versterking.

• Gain met gesloten lus: Als aan het operationele versterkersysteem een ​​feedbacksysteem is gekoppeld, staat de versterking van het systeem bekend als de gesloten-lusversterking.
• Open lusversterking: Als aan het operationele versterkercircuit geen feedbacksysteem is gekoppeld, is de versterking een open-lusversterking.

Voor een ideale operationele versterker is de versterking oneindig voor alle frequenties. Voor echte versterkers is de versterking een absolute constante. Gain is de prestatieparameter voor de versterker.

Niet-inverterende opamp-versterking

De algemene uitdrukking van de uitgangsspanning van de niet-inverterende versterker is: Vuit = k * Vin

De uitgangsvergelijking van de niet-inverterende versterker is: VO = [0 + (Rf / R1)] * Vin

Dus als je beide vergelijkingen vergelijkt, zal de waarde van k zijn

k = [1 + (Rf / R1)]

Deze uitdrukking van de weerstand staat bekend als de versterking van de niet-inverterende versterker. We kunnen zien dat als Rf = R1, Vo = 2 * Vin. De ingangsspanning wordt dus versterkt met een factor 2. De (Rf / R1) -verhouding regelt doorgaans de versterking. Het verhogen van Rf verhoogt de versterkingswaarde.

Opamp-buffer

Een op-amp-buffer of een eenheidsversterkingsbuffer of een spanningsvolgerschakeling is een speciaal ontworpen niet-inverterend versterkermodel. Bekijk het circuit van de niet-inverterende versterker die hierboven wordt gegeven. Als we de feedbackweerstand nul zouden maken en de inverterende terminal oneindige weerstand, zou de versterking van de versterker één zijn. Dat is de reden waarom dit circuit bekend staat als eenheidsversterkingsbuffer. Deze buffer wordt gebruikt voor aanpassing van de impedantie.

Differentiële opamp

Differentiële operationele versterker of verschilversterker is de op-amp die het verschil tussen de twee ingangsspanningen versterkt en die als uitvoer levert en de aftrekkingsoperatie uitvoert, in tegenstelling tot een sommerende versterker die de ingangsspanningen optelt.

Het onderstaande circuit geeft het circuit van een differentiële versterker weer.

Operations

Met behulp van het concept van virtuele aarde kunnen we concluderen dat de spanning op knooppunt A hetzelfde is als de spanning op knooppunt B.Met KCL kunnen we schrijven dat -

(V1 - Vx) / R1 = (Vx - VO) / R2

& (V2 - Vx) / R1 = Vx / R2

Hier is V1 de ingangsspanning. Vx is de spanning op A-knooppunt (evenals B). Vo is de uitgangsspanning. Nu gaan we ervan uit dat de operationele versterker een hoge ingangsimpedantie heeft. Als we beide vergelijkingen vergelijken en gebruiken, kunnen we schrijven -

Vo = (V2 - V1) * R2 / R1

Deze outputvergelijking rechtvaardigt de operatie.

Opamp gain omkeren

De algemene uitdrukking van de uitgangsspanning van de inverterende versterker is: Vuit = -k * Vin

De uitgangsvergelijking van de inverterende versterker is: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Als we beide vergelijkingen vergelijken, kunnen we zeggen -

k = (Rf / R1)

Het is de gesloten lusversterking van de inverterende versterker.

Samenvattend op amp

Sommerende operationele versterker of opteller op-amp is de versterker die de sommatie van de ingangsspanningen versterkt en als output levert. Het voert sommatie- of optelbewerkingen uit, in tegenstelling tot een differentiële versterker die aftrekkingsbewerkingen uitvoert.

De onderstaande afbeelding stelt de sommerende operationele versterker voor.

Werking

Met behulp van het virtuele grondconcept is de potentiaal op het A-knooppunt hetzelfde als het potentieel op het B-knooppunt. Toepassen KCL, we kunnen schrijven -

I1 + I2 + I3 +… + IN = IO

Of V1 / R1 + V2 / R2 +… + Vn / Rn = - Vo / Rf

Of, Vo ​​= - [(V1 * Rf / R1) + (Rf * V2 / R2) +… + (Rf * Vn / Rn)

Als R1 = R2 =… = Rn = Rf, dan kunnen we schrijven -

Vo = - [V1 + V2 +… + Vn]

Spanningsvolger op amp | Op amp volger

Een spanningsvolger-opamp of een eenheidsversterkingsbuffer, of een spanningsvolgercircuit is een speciaal ontworpen niet-inverterend versterkermodel en als we de feedback hebben gemaakt weerstand nul en de inverterende terminal oneindig weerstand, zou de versterking van de versterker eenheid zijn. Omdat de uitgangsspanning de ingangsspanning zonder versterking volgt, staat de versterker bekend als spanningsvolger op ap. Daarom wordt deze schakeling ook wel unity-gain buffer genoemd. Deze buffer wordt gebruikt voor impedantie-aanpassing.

Discrete opamp

De discrete op-amp is gebouwd om het minimale residu tussen de positieve en negatieve ingangen te bieden, en veroorzaakt dus verder een hoge versterking. Discrete op-amps worden over het algemeen gebruikt voor audiotoepassingen in plaats van conventionele op-amps. Het heeft verschillende voordelen ten opzichte van de conventionele op-amps, omdat een aangepast ontwerp mogelijk is, minder componenten nodig heeft, een betere temperatuurstabiliteit biedt, enz.

LM741 op amp

De lm741 is een monolithisch IC met één opamp erin. Het heeft acht pinnen. De IC vereist geen externe frequentiecompensatie. Het biedt een hogere CMRR en verbruikt minder stroom. De pinout van lm741 wordt hieronder weergegeven.

Op-amp differentiator

Operationele versterker differentiator of differentiële op-amp voert de differentiatiebewerking uit over een ingangsspanningssignaal. Om de differentiator te implementeren met een op-amp, hebben we een condensator en een paar weerstanden nodig, en een op-amp! Het onderstaande schakelschema toont het opamp-differentiatorcircuit.

Op amp-vergelijkingen

Op-amp-vergelijkingen worden over het algemeen de uitgangsvergelijkingen van een op-amp genoemd. De uitgangsvergelijkingen vertegenwoordigen de relatie tussen de ingangs- en uitgangsspanningen. De versterkingsfactor kan ook worden bepaald uit de outputvergelijkingen. Enkele uitgangsvergelijkingen van enkele basisversterkers worden hieronder gegeven.

Niet-inverterende opamp-vergelijkingen: VO = [0 + (Rf / R1)] * Vin

Opamp-vergelijkingen omkeren: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Op amp-typen

Op-amp heeft verschillende typen in plaats van verschillende bedieningsmodi. Verschillende soorten op-amp voeren verschillende wiskundige bewerkingen uit. Sommige ervan zijn -

1. Omkeren op amp
2. Niet-inverterende opamp
3. Verschil op amp
4. Sommerende versterker
5. integrator
6. Differentiële versterker
7. Logaritmische versterker
8. Comparator
9. Stroom-naar-spanningsomvormer
10. Spanning naar stroomomvormer

Omkeren versus niet-inverterende opamp

Laten we een vergelijkende analyse maken tussen inverterende en niet-inverterende opamp.

Negatieve feedback op amp

Voor een gesloten-lussysteem van een op-amp, als het feedbacksysteem is aangesloten op de inverterende terminal van de op-amp, staat het feedbacksysteem bekend als de negatieve feedback. Een op-amp die werkt met ingebouwde negatieve feedback, staat bekend als negatieve feedback. Negatieve feedback-op-amps hebben een betere systeemstabiliteit, maar de versterking is lager dan een operationele versterker met positieve feedback.

Voor meer elektronica gerelateerd artikel klik hier

Lees ook:

• Wat is het verschil tussen een voorversterker en een eindversterker?
• Heeft de amplitude van een signaal invloed op de energie ervan?
• Hebben hpf's altijd een niet-lineaire faserespons?
• Waar worden diodes vaak gebruikt in elektronische circuits?
• Waarom zou een hpf worden geïntegreerd in de tweetersectie van een luidsprekersysteem?
• Heeft de kwaliteitsfactor q invloed op het overgangsgebied van een hpf?
• Kunnen zenerdiodes samenwerken met andere diodes voor specifieke toepassingen?
• Wat is spanningsval in een parallelschakeling?
• Hoe parallelle weerstand te vinden
• Hoe los je problemen op met een niet-reagerende flip-flop?

Soedipta Roy

Hallo, ik ben Sudipta Roy. Ik heb B. Tech in elektronica gedaan. Ik ben een elektronica-liefhebber en houd mij momenteel bezig met elektronica en communicatie. Ik heb een grote interesse in het verkennen van moderne technologieën zoals AI en Machine Learning. Mijn geschriften zijn gewijd aan het verstrekken van nauwkeurige en bijgewerkte gegevens aan alle leerlingen. Iemand helpen bij het opdoen van kennis geeft mij enorm veel plezier.
Laten we verbinding maken via LinkedIn –