Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny LM741 w obudowie DIP 8

Chocia doskonay model AOP moe obliczy funkcj transferu i zrozumie wikszo konfiguracji opartych na AOP, rzeczywiste AOP maj szereg ogranicze w porównaniu z tym modelem.

AOP ma nastpujce wady: obecno offsetu wejciowego, wpyw napicia wspólnego (rednia arytmetyczna napi dwóch wej) na napicie wyjciowe, niezerowa impedancja wyjciowa, nieskoczona impedancja wejciowa i zmienno wzmocnienia w funkcji czstotliwoci. Ponadto na napicie wyjciowe mog wpywa zmiany napicia zasilania i ma ono skoczon szybko narastania .

Wzmocnienie trybu rónicowego i wspólnego

Rzeczywista charakterystyka ChNP

Wzmocnienie rónicowe G _diff rzeczywistego AOP jest skoczone i zmienia si w funkcji czstotliwoci. W przypadku skompensowanego AOP zmienno czstotliwoci wzmocnienia rónicowego mona przyrówna do zmian w dolnoprzepustowym systemie pierwszego rzdu , którego iloczyn wzmocnienia i szerokoci pasma jest stay:

${\ displaystyle G _ {\ tekst {rónica}} = {\ frac {G_ {0}} {1 + j {\ frac {f} {f_ {1}}}}}}$

Przy G ₀ wzmocnienie cige i f ₁ , czstotliwo graniczna przy 3 dB . Wzmocnienie G ₀ jest zwykle midzy 100 i 130  dB do precyzyjnego AOP a midzy 60 a 70  dB dla szybkiego AOP. W przypadku aplikacji wymagajcych wikszej przepustowoci wystpuj niedostatecznie skompensowane lub, rzadziej, nieskompensowane AOP. Dla tych wzmacniaczy producent okrela minimalne wzmocnienie, dla którego AOP pozostaje bezwarunkowo stabilne (wicej informacji w rozdziale o kompensacji czstotliwoci ).

Napicie wyjciowe AOP zaley nie tylko od rónicy napi midzy tymi dwoma wejciami, ale take od redniej z tych dwóch wej (lub napicia wspólnego). Relacj wejcia-wyjcia ChNP ustala si w nastpujcy sposób:

${\ displaystyle V_ {s} = G _ {\ tekst {rónica}} \ razy (V_ {e ^ {+}} - V_ {e ^ {-}}) + G_ {mc} {\ frac {V_ {e ^ {+}} + V_ {e ^ {-}}} {2}}}$

Z G _mc wzmocnienie w trybie wspólnym. W celu okrelenia zdolnoci wzmacniacza do odrzucania trybu wspólnego definiujemy wspóczynnik tumienia trybu wspólnego (TRMC):

${\ displaystyle TRMC = {\ frac {G _ {\ tekst {rónica}}} {G_ {mc}}}}$

Cige TRMC waha si od 70 do 130  dB w zalenoci od wzmacniacza, ale spada gwatownie wraz ze wzrostem czstotliwoci i jest równie zalene od napicia zasilania.

Impedancje wejciowe i wyjciowe

Modelowanie AOP z uwzgldnieniem impedancji wejciowych i wyjciowych

Impedancja wejciowa AOP wynika z jego tranzystorów wejciowych. Wejcie AOP moe by modelowane przez trzy rezystory: dwa rezystory trybu wspólnego i jeden rezystor rónicowy. Rezystory trybu wspólnego s podczone midzy jednym z dwóch wej i zerem, podczas gdy rezystor rónicowy jest umieszczony midzy dwoma wejciami rónicowymi. Rezystory te maj wartoci od 10 ⁵ do 10 ¹² w zalenoci od technologii zastosowanych tranzystorów.

Dodatkowo z kadym z tych rezystorów jest równolegle kondensator, którego warto moe waha si od kilku pico Farad do 25  pF . Kondensatory te obniaj impedancj wejciow wzmacniacza wysokiej czstotliwoci. Zastosowanie ptli sprzenia zwrotnego zwielokrotnia impedancj wejciow przez wzmocnienie, dziki czemu ptla ta umoliwia zmniejszenie wpywu tych kondensatorów na wzmocnienie przy wysokiej czstotliwoci. Poniewa róda maj równie pojemnoci pasoytnicze powodujce spadek ich impedancji wysokiej czstotliwoci, wpyw impedancji wejciowej AOP, dostarczanego przez ródo o niskiej rezystancji, na system moe by generalnie pominity.

Dla AOP wykorzystaniem prdu sieci, impedancja na wejciu nieodwracajcym moe by modelowane przez rezystor od 10 ⁵ do 10 ⁹  Ohm równolegle z kondensatorem. Wejcie odwracajce moe by ze swej strony modelowane przez obcienie bierne (kondensator lub cewka zgodnie z AOP) poczone szeregowo z rezystancj midzy 10 a 100   .

Impedancja wyjciowa zauway, R _S , o AOP nie jest zerem. Jest midzy 50  a 200  . Ta impedancja wyjciowa powoduje spadek napicia wyjciowego wraz ze wzrostem prdu obcienia. W zespole wykorzystujcym sprzenie zwrotne impedancja wyjciowa jest dzielona przez wzmocnienie ptli sprzenia zwrotnego, co umoliwia jej powrót do wartoci bliskiej idealnemu zeru.

Przesunite napicie i prdy wejciowe

Konsekwencja przesunicia (Ua = Vs).

Gdy wzmacniacz operacyjny nie otrzymuje sygnau na swoich wejciach (gdy oba wejcia s zerowane), zwykle wystpuje napicie stae, które przesuwa napicie wyjciowe od zera. To przesunicie (lub przesunicie ) wynika z dwóch zjawisk: z jednej strony wasnego napicia niezrównowaenia do obwodów wewntrznych PDO oraz z wpywu prdów polaryzacji pary rónicowej tranzystorów wejciowych obwodu zewntrznego gdzie indziej.

Przesunicie napicia reprezentuje rónic napicia, która powinna by przyoona midzy dwoma wejciami AOP z otwart ptl, gdy jedno z wej jest podczone do zera, aby uzyska zerowe napicie wyjciowe. To napicie przesunicia moe by reprezentowane szeregowo z wejciem nieodwracajcym lub odwracajcym.

Modelowanie AOP z uwzgldnieniem prdów polaryzacji i napicia niezrównowaenia

Wada ta wynika z niedoskonaoci technologicznych wzmacniacza operacyjnego. Skutkuj one asymetri napi, zwizan na przykad z asymetri _VBE tranzystorów rónicowego stopnia wejciowego w AOP z tranzystorami bipolarnymi. Inne niedoskonaoci, takie jak asymetria wzmocnienia i skadowe wewntrzne, przyczyniaj si do tego braku równowagi. W rzeczywistoci bd wyjciowy mona zapisa jako iloczyn wzmocnienia przez wejciowe napicie niezrównowaenia plus napicie niezrównowaenia wzmacniacza wyjciowego. W zalenoci od montau AOP i podanego wzmocnienia, bd stopnia wejciowego lub stopnia wyjciowego bdzie przewaajcy. We wzmacniaczu pomiarowym wzmocnienie moe by due, co powoduje, e dominuje bd ze wzgldu na stopie wejciowy. W przypadku ustawie o niskim wzmocnieniu naley wzi pod uwag napicie przesunicia stopnia wyjciowego. Precyzyjne wzmacniacze s ustawione laserowo, aby ograniczy to przesunicie. Niektóre wzmacniacze oferuj równie anulowanie napicia niezrównowaenia za pomoc zewntrznego potencjometru.

Dla standardowych AOP, napicie niezrównowaenia wynosi od 50 do 500  µV , ale waha si od 1  µV dla wzmacniaczy typu chopper do 50  mV dla gorszych AOP CMOS. Ogólnie rzecz biorc, AOP typu bipolarnego to te, które oferuj najnisze napicia niezrównowaenia, zwaszcza gdy tranzystory wejciowego stopnia rónicowego s idealnie dopasowane. Napicie niezrównowaenia zaley od temperatury. Jest to wane kryterium wpywajce na wykonanie zgromadze, w szczególnoci integratorów. W zalenoci od modeli AOP waha si od kilkudziesiciu µV/°C dla klasycznych AOP do 0,1  µV/°C dla precyzyjnych AOP. W przypadku zespoów precyzyjnych naley równie uwzgldni wpyw starzenia na napicie niezrównowaenia.

Prdy pynce przez kade z wej AOP, gdy nie jest do niego doprowadzony aden sygna, pochodz z prdów polaryzacji tranzystorów wejciowych. Definiujemy prd polaryzacji, który jest redni midzy prdami polaryzacji przepywajcymi przez dwa wejcia i prdem offsetu zwanym prdem offsetowym, który jest rónic midzy prdami polaryzacji przepywajcymi przez dwa wejcia. Prd polaryzacji moe waha si od 60  fA do kilku µA. Prd offsetu zaley równie od temperatury. Moe waha si od kilkudziesiciu nA/°C do kilku pA/°C, a nawet niszych wartoci.

Prdko przemiatania

Efekt szybkoci narastania  : czerwony dane napicie, uzyskane napicie zielony

Szybko skanowania (lub szybko narastania ) to maksymalna szybko zmiany napicia, która moe wytworzy wzmacniacz. Gdy szybko zmian sygnau wyjciowego wzmacniacza jest wiksza ni jego szybko narastania, jego napicie wyjciowe jest lini nachylenia . ${\ styl wywietlania \ matematyka {SR}}$

${\ displaystyle \ mathrm {SR} = \ max \ lewo ({\ frac {dv_ {s} (t)} {dt}} \ prawo)}$.

Szybko skanowania jest wyraona w V / µs.

W AOP szybko narastania generalnie zaley od maksymalnego prdu, jaki moe dostarczy stopie rónicowy. Stopie rónicowy zasila stopie wzmocnienia napiciowego prdem proporcjonalnym do rónicy napi midzy dwoma wejciami. Prd ten jest uywany gównie do adowania wewntrznego kondensatora kompensacyjnego C obecnego w stopniu wzmocnienia napicia. Zaleno prd/napicie jest wtedy taka jak w przypadku kondensatora:

${\ displaystyle i = C {\ frac {dV_ {c}} {dt}}}$

Maksymalny prd, jaki moe zapewni stopie wejciowy, równy dwukrotnoci prdu polaryzacji przepywajcego przez kolektor jednego z tranzystorów wejciowych, szybko narastania mona uzyska w nastpujcy sposób: ${\ styl wywietlania {{\ tekst {I}} _ {C0}}}$

${\ styl wywietlania \ matematyka {SR} = {\ frac {2I_ {C0}} {C}}}$

Dla µA741 prd polaryzacji = 10  µA i wewntrzna pojemno kompensacji C = 30  pF, co daje szybko skanowania 0,67  V / µS i jest zgodne z tym, co mona zmierzy. Jeli AOP nie ma zdolnoci kompensacji, szybko narastania jest okrelana przez zdolnoci pasoytnicze wewntrzne dla AOP. Takie AOP maj szybko narastania i wiksz przepustowo ni kompensowane AOP, ale nie s stabilne, gdy s uywane jako follower . ${\ styl wywietlania {{\ tekst {I}} _ {C0}}}$

AOPy BiFET z kompensacj szybkiej czstotliwoci, seria TL071 - TL081 i pochodne, maj wysze szybkoci narastania , rzdu 10 do 20  V / µs .

Charakterystyka

Typowe cechy niektórych ChNP

wasno	Rzd wielkoci	Dwubiegunowy (LM741)	BiFET (TL081)	Bimos (CA3140)	Cmos (LMC6035)
Wzmocnienie A diff = V s / (V + -V - )	> 10 5	2*10 5	2*10 5	10 5	10 6
Zysk G diff = 20.log (A diff )	> 100	106	106	100	120
Impedancja wejciowa Re ()	> 10 5	2*10 6	10 12	1,5 * 10 12	> 10 13
Impedancja wyjciowa Rs ()	<200	75	100	60
Czstotliwo graniczna f1	10  Hz			~ 20  Hz
Prdy upywowe I + , I-	<500 nA	80 nA	30 pa	10 pa	0,02 Pa
Przesunicie napicia Voff (mV)	<10	1	3	8	0,5
TRMC G diff / G mc (dB)	> 70	90	86	90	96
Napicie szumu (nV / )${\ styl wywietlania {\ sqrt {Hz}}}$			18	40	27

Kompensacja przesunicia wejciowego

Prd polaryzacji

Redukcja offsetu z powodu prdów polaryzacji.

Prdy polaryzacji (zanotowane i na rysunku obok) powoduj spadek napicia na elementach obwodu, tworzc w ten sposób napicie niezrównowaenia. Jest to moliwe, aby zmniejszy to przesunicie napicia przez wstawienie midzy zerem a wejciem nieodwracajcym rezystor R ₃ o takiej samej wartoci jak równowanej opornoci obwodu patrzc od wejcia odwracajcego. W ten sposób midzy dwoma wejciami AOP powstaje równowany spadek napicia. ${\ styl wywietlania {{\ tekst {I}} _ {e-}}}$${\ styl wywietlania {{\ tekst {I}} _ {e +}}}$

Demonstracja wzmacniacza odwracajcego

Staramy si zlikwidowa offset wywoany przez prdy polaryzacji. W tym celu ustala si zaleno midzy napiciem wyjciowym V _S przy braku sygnau wejciowego a prdami polaryzacji i . W tym celu wyraa si zgodnie z parametrami obwodu: ${\ styl wywietlania {{\ tekst {I}} _ {e-}}}$${\ styl wywietlania {{\ tekst {I}} _ {e +}}}$${\ styl wywietlania {{\ tekst {I}} _ {e-}}}$${\ displaystyle I_ {e -} = {\ frac {V_ {S} -V _ {-}} {R_ {2}}} - {\ frac {V _ {-}} {R_ {1}}}}$

Nastpnie wyraamy V _S dziki poprzedniemu wyraeniu: ${\ displaystyle V_ {S} = R_ {2} I_ {e -} + V _ {-} \ cdot {\ frac {R_ {1} + R_ {2}} {R_ {1}}}}$

Jeli zaoymy, e wzmocnienie rónicowe jest wystarczajco due, aby pomin napicie rónicowe z przodu , moemy napisa = i podczy bezporednio do  : ${\ styl wywietlania {{\ tekst {V}} _ {-}}}$${\ styl wywietlania {{\ tekst {V}} _ {-}}}$${\ styl wywietlania {{\ tekst {V}} _ {+}}}$${\ styl wywietlania {{\ tekst {V}} _ {-}}}$${\ styl wywietlania {{\ tekst {I}} _ {e-}}}$${\ displaystyle V_ {S} = W_ {2} I_ {e -} - W_ {3} I_ {e +} \ cdot {\ frac {W_ {1} + W_ {2}} {W_ {1}}} }$

Wybierajc R ₃ = R ₁ R ₂ , wpyw prdów polaryzacji jest zminimalizowany. ${\ styl wywietlania \ równolegy}$

Przesunicie napicia

Napicie niezrównowaenia jest bezporednio wzmacniane przez zespó. Zatem AOP majcy przesunicie 10  mV, który jest uywany w zespole majcym wzmocnienie napiciowe 100, bdzie mia przesunicie 1  V na wyjciu. W AOP z ustawieniem zerowym to przesunicie mona obej, podczajc potencjometr do odpowiednich pinów. Jeli AOP nie jest wyposaony w koki do regulacji zera (w szczególnoci w przypadku skrzynek zawierajcych kilka AOP), konieczne jest przejcie przez zespó zewntrzny w celu anulowania tego przesunicia. Metoda ta umoliwia równie pokonanie rónic w trybie regulacji przesunicia zapewnianego przez producentów zgodnie z typami AOP, a tym samym popraw wymiennoci.

Niezalenie od wybranej metody kompensacji przesunicia, AOP zmienia si wraz z jego temperatur, a niektóre metody mog zwikszy t zmienno, a nawet j anulowa.

Kompensacja czstotliwoci

Wpyw kompensacji wewntrznej na wydajno ptli otwartej AOP.

Kady stopie wzmacniacza ma rezystor wyjciowy i pojemno wejciow. W ten sposób kady stopie wzmacniacza zachowuje si jak filtr dolnoprzepustowy pierwszego rzdu dla swojego poprzednika. Wyjania to zmiany wzmocnienia i fazy w funkcji czstotliwoci w AOP. Poniewa AOP zazwyczaj skadaj si z co najmniej trzech stopni wzmocnienia, zachowuj si w otwartej ptli jak filtr dolnoprzepustowy trzeciego rzdu. Jednak w AOP wzmocnienie cige jest takie, e wzmacniacz nadal ma wzmocnienie w otwartej ptli wiksze ni 1, gdy przesunicie fazowe wynosi 180°, co moe stwarza problemy ze stabilnoci podczas uytkowania w ptli zamknitej.

Aby wzmacniacz by stabilny, nawet gdy jest uywany jako wtórnik, wydajno wikszoci AOP jest degradowana przez dodanie kondensatora wewntrz AOP, aby zapewni wystarczajcy margines fazy, gdy jest uywany jako wtórnik. Takie wzmacniacze s bezwarunkowo stabilne, ale ich wydajno niekoniecznie jest wystarczajca do wszystkich zastosowa.

W przypadku zastosowa wymagajcych wikszego produktu o stosunku wzmocnienia do pasma, istniej nieskompensowane lub niedostatecznie skompensowane AOP, które oferuj lepsz wydajno, ale w tym przypadku to od projektanta obwodu zaley, czy wykona zewntrzn kompensacj, aby wzmacniacz by stabilny dla jego zastosowanie.

Sprzenie zwrotne

Gówny artyku: Kontrreakcja .

Sprzenie zwrotne odejmuje od sygnau wejciowego zredukowany obraz sygnau wyjciowego przed jego wzmocnieniem. Jego gównym efektem jest zmniejszenie wzmocnienia systemu. Jednak znieksztacenia wzmacniacza s równie odejmowane od sygnau wejciowego. Wzmacniacz wzmacnia w ten sposób zredukowany i odwrócony obraz znieksztace, co umoliwia zmniejszenie ich szybkoci, linearyzacj krzywej odpowiedzi napiciowo-czstotliwociowej oraz zwikszenie pasma przenoszenia. Sprzenie zwrotne umoliwia równie kompensacj dryftów termicznych lub nieliniowoci komponentów. Sprzenie zwrotne jest równie wykorzystywane do precyzyjnego okrelenia wzmocnienia, szerokoci pasma i wielu innych parametrów zespou wzmacniacza.

Istniej dwa rodzaje sprzenia zwrotnego: sprzenie zwrotne napiciowe i sprzenie zwrotne prdowe. Wzmacniacze wykorzystujce prdowe sprzenie zwrotne s równie nazywane wzmacniaczami transimpedancyjnymi, ale termin ten jest równie uywany dla przetworników prdowo-napiciowych, które mog wykorzystywa wzmacniacze z prdowym sprzeniem zwrotnym lub wzmacniacze ze sprzeniem zwrotnym napiciowym.

Pierwszy patent na wzmacniacze z prdowym sprzeniem zwrotnym zoyli w 1983 roku David Nelson i Kenneth Saller. Przed t dat wszystkie wzmacniacze wykorzystyway sprzenie zwrotne napicia. Zastosowanie prdowego sprzenia zwrotnego pozwala na szybsze AOP, które generuj mniej znieksztace. Gówn wad wzmacniaczy z prdowym sprzeniem zwrotnym jest to, e maj one wiksze napicie niezrównowaenia ni ich odpowiedniki z napiciowym sprzeniem zwrotnym. Ta wada czyni je mniej odpowiednimi do produkcji wzmacniaczy o wysokim wzmocnieniu lub wzmacniaczy instrumentacyjnych .

AOP wykorzystujce prdowe sprzenie zwrotne s wzmacniaczami bipolarnymi. Z zaoenia maj wysok impedancj wejciow dla wejcia nieodwracajcego i nisk impedancj dla wejcia odwracajcego (uywanego gównie jako wejcie sygnaowe w konfiguracjach wzmacniacza). W przypadku amperów z prdowym sprzeniem zwrotnym wzmocnienie w ptli otwartej jest mierzone w omach, a nie w V/V, jak w przypadku standardowych AOP. Niska impedancja wejcia nieodwracajcego skutkuje równie wysok odpornoci na zakócenia pasoytnicze w obwodach wzmacniacza.

Funkcja wewntrzna

Uproszczony schemat ChNP

AOP zazwyczaj skadaj si z co najmniej trzech stopni: stopnia rónicowego (kolor óty na rysunku), jednego lub wicej stopni wzmocnienia napicia (kolor pomaraczowy) i bufora napicia (kolor niebieski). Rónicowy stopie wejciowy zazwyczaj skada si z pary rónicowej. Zapewnia wzmocnienie rónicowe midzy dwoma wejciami, a take wysok impedancj wejciow. Stopie rónicowy moe zawiera ukad do kompensacji prdów polaryzacyjnych. W tym przypadku baza kadego tranzystora wejciowego jest poczona z kolektorem tranzystora, który nastpnie dostarcza prd niezbdny do polaryzacji wejciowej pary rónicowej. Stopie wzmocnienia to generalnie wzmacniacz klasy A o wysokim wzmocnieniu . Pojemno wystpujca w stopniu wzmocnienia napiciowego umoliwia wykonanie kompensacji czstotliwoci. Bufor napiciowy, który suy jako stopie wyjciowy, ma wzmocnienie napiciowe równe jeden. Dziki temu wzmacniacz moe dostarcza wysokie prdy wyjciowe przy niskiej impedancji wyjciowej. Obejmuje równie ograniczenia prdowe oraz ochron przeciwzwarciow.

Przykad schematu wewntrznego: 741

Schemat wewntrzny 741

Na niebiesko rónicowy stopie wejciowy, na czerwono prd zwierciadlany, na niebiesko stopie wyjciowy, na magenta stopie wzmocnienia napiciowego, a na zielono urzdzenie polaryzujce stopnia wyjciowego.

Aktualne róda

Trzy sekcje diagramu zakrelone na czerwono to obecne lustra. Prd lustro jest monta elektroniczny skada si z dwóch tranzystorów. Termin lustro prdowe pochodzi z faktu, e przez kady z tych dwóch tranzystorów przepywa ten sam prd, niezalenie od napicia na jego zaciskach.

Obecne lustro utworzone przez Q ₁₀ i Q ₁₁ jest zwierciadem prdu Widlara. Obecno 5  rezystor kohm umoliwia zmniejszenie prdu przepywajcego przez Q ₁₀ w porównaniu do przejcia przez Q ₁₁ .

Obecne wsteczne wytworzone przez Q ₁₀ Q ₁₁ i Q ₁₂ -Q ₁₃ umoliwiaj tranzystory P ₁₁ i P ₁₂ do przebycia przez prd zwizany tylko przechodzce przez opór 39  k oraz e to napicie na swych zaciskach. Prd pyncy przez 39  rezystor kohm zaley tylko od napicia zasilajcego AOP tranzystory Q ₁₀ i Q ₁₃ w zwizku z tym zachowuj si jako róda prdu w stosunku do czci zespou, do którego s przyczone.

Etap rónicowy

Na powyszym rysunku stopie rónicowego wejcia tego wzmacniacza jest zaznaczony na niebiesko. Tranzystory Q ₁ do Q ₄ postaci wzmacniacza rónicowego sygnau wejciowego. Wejcia tego stopnia wykonane s na bazie tranzystorów Q ₁ i Q ₂ . Wejcie nieodwracajce jest wykonany na bazie tranzystora Q ₁ , gdy wejcie odwracajce jest wykonany na bazie tranzystora Q ₂ .

Prd dostarczany przez tranzystor Q ₈ jest niezalene od napicia na zaciskach, e dziaa jako ródo prdu dla pary rónicowy utworzony przez tranzystory Q ₃ i Q ₄ , którego kierunek polaryzacji jest wspólnego typu podstawowego. Tranzystory Q ₁ i Q ₂ przeprowadzenia adaptacji impedancji (polaryzacja wtórnika emiterowego nawet wspólny kolektor ), aby zminimalizowa prd polaryzacji pobrane z wej wzmacniacza. Zastosowanie róda prdowego jako obcienia z par rónicow pozwala poprawi wspóczynnik odrzucenia wspólnego modu zespou.

Tranzystory Q ₅ i Q ₆ tworz lustro prdowe. Zastosowanie zwierciada prdowego zapewnia, e przez dwie gazie wzmacniacza rónicowego przepywa ten sam prd polaryzacji. Tranzystor Q ₇ sprawia, e moliwe jest zwikszenie wydajnoci obecnego zwierciada poprzez zmniejszenie prdu pobieranego z Q ₃ do zasilania bazy tranzystorów Q ₅ , a Q ₆ .

Etap wzmocnienia napicia

Na powyszym rysunku stopie wzmocnienia tego wzmacniacza jest zakrelony w kolorze magenta. Skada si on z tranzystorów Q ₁₅ i Q ₁₉ zamontowanych w konfiguracji   Darlington  . Wzmacniacz ten pracuje w klasie A , aby z moliwie najmniejszymi znieksztaceniami wzmocni sygna pochodzcy ze stopnia rónicowego. Kondensator 30  pF umoliwia przeprowadzenie lokalnego sprzenia zwrotnego na zaciskach stopnia wzmocnienia napiciowego, a tym samym zapewnienie kompensacji czstotliwoci AOP.

Stopie wyjciowy

Na powyszym rysunku stopie mocy wyjciowej jest zaznaczony na niebiesko. Skada si z push-pull klasy AB (Q ₁₄ i Q ₂₀ ). Push-pull polaryzacja jest przez V _BY mnonik zakrelony na zielono na rysunku.

25 rezystor  suy jako sondy do aktualnej wartoci prdu wyjciowego tranzystora Q przez ₁₄ . Napicie na zaciskach rezystora bezporednio steruje tranzystor Q ₁₇ . Zatem napicie na rezystorze 25  jest ograniczone do progowego napicia baza-emiter tranzystora (okoo 0,6  V przy 20  ° C ). Po przekroczeniu tego napicia, tranzystor Q ₁₇ wchodzi do przewodzenia, zmniejszajc w ten sposób prd bazy tranzystora Q ₁₄ , a zatem i prd wyjciowy. Dla maksymalnego napicia baza-emiter 0,6  V prd wyjciowy jest ograniczony do 25  mA . Ograniczenie prdu przez Q ₂₀ wykorzystuje te same zasady, jak w przypadku tranzystora Q ₁₄ . Odbywa si to za porednictwem napicia baza-emiter tranzystora Q ₁₄ napicie emiter-kolektor tranzystora Q ₁₆ i 50 rezystor  .

25 i 50  omów rezystory  doczone do emitera tranzystorów Q ₁₄ i Q ₂₀ pozwalaj równie na uniknicie ich niestabilnoci cieplnej. W rzeczywistoci im bardziej wzrasta temperatura tranzystora bipolarnego , tym bardziej wzrasta jego wzmocnienie prdowe . Ten wzrost powoduje wzrost prdu pyncego przez tranzystor, a tym samym wzrost temperatury elementu, co z kolei spowoduje wzrost prdu przepywajcego przez tranzystor i tak dalej, a do jego awarii. Opisany powyej monta pozwala w duym stopniu tego unikn. W strefie roboczej, gdzie na przykad P ₁₄ , P ₁₇ wchodzi do przewodzenia, etap kocowy zachowuje si jak róda prdu staego (25  mA, na przykad), ograniczajce rozpraszanej mocy tranzystora wyjciowego. To jest takie samo dla Q ₂₀ .

Aplikacje

Gówny artyku: Podstawowe zespoy wzmacniacza operacyjnego .

AOP jest komponentem bardzo obecnym w zespoach analogowych:

• realizacja filtrów aktywnych  : filtry oparte na AOP umoliwiaj osignicie wikszej precyzji ni filtry pasywne  ;
• wzmocnienie sygnau: AOP jest podstaw wielu schematów umoliwiajcych kondycjonowanie czujników, mówi si wtedy o dziedzinie oprzyrzdowania  ;
• wykonywanie oblicze analogowych: pomimo postpów w przetwarzaniu cyfrowym, AOP jest nadal uywany do wykonywania oblicze analogowych: dodawanie / odejmowanie, wzmocnienie, mnoenie, cakowanie / wyprowadzanie. Moe by stosowany na przykad w trybie automatycznym do slavings sobie spraw, e PID regulatorów ,  etc.

Uwagi i referencje

• (fr) Ten artyku jest czciowo lub w caoci zaczerpnity z anglojzycznego artykuu Wikipedii zatytuowanego   Wzmacniacz operacyjny   ( patrz lista autorów ) .
• (fr) Ten artyku jest czciowo lub w caoci zaczerpnity z artykuu w angielskiej Wikipedii zatytuowanego "  IC power supply pin  " ( patrz lista autorów ) .

1. Ten skrót bdzie czsto uywany w artykule.
2. Do zintegrowanego wzmacniacza liniowego.
3. Dla liniowego wzmacniacza zintegrowanego.
4. (w) Uwaga dotyczca aplikacji urzdze analogowych 106  : Zbiór aplikacji wzmacniaczy [PDF] .
5. (pl) Krajowe póprzewodniki AN-20  : Przewodnik po zastosowaniach wzmacniaczy operacyjnych [PDF] na stronie 5-15.
6. (pl) Krajowe póprzewodniki AN-30  : Konwertery logów [PDF] .
7. (w) Podrcznik zastosowa wzmacniaczy operacyjnych firmy Texas Instruments [PDF] , strony 87-81:   Obwody dodatkowe  .
8. "  Poniewa tak podczony wzmacniacz moe wykonywa matematyczne operacje arytmetyczne i matematyczne na napiciach przyoonych do jego wejcia, jest dalej nazywany" Wzmacniaczem Operacyjnym  " , Analiza problemów dynamiki przez obwody elektroniczne, Postpowanie IRE , vol. .  35, maj 1947, s.  444 .
9. (w) Walt Jung, Podrcznik zastosowa wzmacniaczy operacyjnych , Newnes,2004, 878  s. ( ISBN  0-7506-7844-5 i 978-0750678445 ) , "  Op Amp History - Vacuum Tubes Op Amps  " , s.  779:   Nazywanie wzmacniacza operacyjnego  .
10.   Operation Amplifier - Hundred Worries   na stronie set-worries.com (dostp 9 lutego 2020 r . ) .
11. GAP/R to akronim George A. Philbrick Researches od nazwiska zaoyciela firmy: George A. Philbrick.
12. (en) Walt Jung, Podrcznik zastosowa wzmacniacza operacyjnego , Newnes,2004( ISBN  0-7506-7844-5 i 978-0750678445 ) , "  Op Amp History - Vacuum Tubes Op Amps  " , s.  783-783: George Philbrick i GAP / R.
13. Informacje: karta katalogowa K2-W na krajowej stronie internetowej .
14. (w) Ron Mancini , Wzmacniacze operacyjne dla kadego: projekt referencyjny , Amsterdam Boston, Newnes,2003, 2 ^II  wyd. , 400  pkt. ( ISBN  978-0-7506-7701-1 , OCLC  249295147 , czytaj online ) , s.  1-3.
15. (en) Walt Jung, Podrcznik zastosowa wzmacniacza operacyjnego , Newnes,2004( ISBN  0-7506-7844-5 i 978-0750678445 ) ,   Op Amp Historia - IC Op Amp   , str.  808-909:   µA741  .
16. Tales of the Continuum: A Subsampled History of Analog Circuits , Thomas H. Lee, padziernik 2007.
17. Patrick Aldebert, plik technik inynierskich E320  : "Wzmacniacze niskiego poziomu". Akapit: Aby dowiedzie si wicej, 02-2002.
18. Definicja sowniczka elektrotechniki dla Vcc na stronie maksym .
19. (en) Ron Mancini, wzmacniacze operacyjne dla wszystkich , Newnes,2003( ISBN  0-7506-7701-5 i 978-0750677011 , czytaj online ) , " 3.1 Idealne zaoenia wzmacniacza operacyjnego  ".
20. (en) Walt Jung, Op Amp Applications Handbook , Newnes,2004( ISBN  0-7506-7844-5 i 978-0750678445 ) , 1-1: wstp   , s.  6:   Idealne atrybuty wzmacniacza operacyjnego  .
21. (w) John Irvine Smith, Modern Operational Circuit Design , Wiley ,1972( ISBN  0-471-80194-1 i 978-0471801948 ) , Rozdzia I: Inwertor jednoci  .
22. (w) Walt Jung, Podrcznik zastosowa wzmacniaczy operacyjnych , Newnes,2004( ISBN  0-7506-7844-5 i 978-0750678445 , czytaj online ) , "  Podstawy wzmacniaczy operacyjnych -- specyfikacje wzmacniaczy operacyjnych  " , s.  68-70:   Reakcja czstotliwociowa wzmacniacz operacyjny ze sprzeniem zwrotnym napicia, produkt zwikszajcy przepustowo  .
23. (en) Walt Jung, Podrcznik zastosowa wzmacniacza operacyjnego , Newnes,2004( ISBN  0-7506-7844-5 i 978-0750678445 ) , s.  59: "  Impedancja wejciowa  ".
24. (en) Jerald G. Graeme, Zastosowania Wzmacniacze operacyjne: Techniki trzeciej generacji (BB elektronika serii) , McGraw-Hill,1973, 233  s. ( ISBN  0-07-023890-1 i 978-0070238909 ) , s.  35-36: "  Zwikszanie impedancji wejciowej  ".
25. (w) David F. Stout i Milton Kaufman, Handbook of Operational Amplifier Circuit Design , McGraw-Hill,1976( ISBN  0-07-061797-X i 978-0070617971 ) , s.  2-12: "  Rezystancja wejciowa  ".
26. Idealnie ten opór wynosi zero.
27. (w) Ron Mancini, Wzmacniacze operacyjne dla kadego: Design Reference , Newnes,2003, 377  s. ( ISBN  0-7506-7701-5 i 978-0750677011 ) , s.  160: "  Impedancja wyjciowa  ".
28. JFGazin, Podrcznik Aplikacji CIL Wzmacniacze Operacyjne , t.  I , Thomson-Sescosem, s.  27 .
29. (w) Ron Mancini, wzmacniacze operacyjne dla wszystkich , Newnes,2003, 377  s. ( ISBN  0-7506-7701-5 i 978-0750677011 ) , 11.3.1 Napicie przesunicia wejciowego  .
30. (en) Ron Mancini, Wzmacniacze operacyjne dla kadego: referencje projektowe , Newnes,2003, 377  s. ( ISBN  0-7506-7701-5 i 978-0750677011 ) , s.  51: "  Wejciowe przesunicie napicia Vos  ".
31. Arkusz danych OP177 , Urzdzenia analogowe [PDF] ].
32. (w) Walt Jung, Podrcznik zastosowa wzmacniaczy operacyjnych , Newnes,2004( ISBN  0-7506-7844-5 i 978-0750678445 ) , "  Podstawy wzmacniaczy operacyjnych -- specyfikacje wzmacniaczy operacyjnych  " , s.  55-57:   Prd polaryzacji wejcia, Ib  .
33. (pl) Nota aplikacyjna A firmy National Semiconductors  : Monolityczny wzmacniacz operacyjny: studium samouczka [PDF] .
34. (en) Ron Mancini, Wzmacniacze operacyjne dla kadego: referencje projektowe , Newnes,2003, 377  s. ( ISBN  0-7506-7701-5 i 978-0750677011 ) , s.  162: "  Szybko narastania przy wzmocnieniu jednoci  ".
35. A741 ogólnego przeznaczenia Wzmacniacz operacyjny arkusza (Teksas) .
36. Karta danych wzmacniacza operacyjnego LM741 (Intersil) .
37. Okrelenie BiFET dotyczy AOP przy uyciu tranzystorów JFET wejciu i bipolarnych tranzystorów gdzie indziej.
38. Arkusz danych TL081 (Teksas) .
39. Arkusz danych CA3140 (Intersil) .
40. Arkusz danych LMC6035 (Teksas) .
41. Dla skompensowanego PDO.
42. przy 1  kHz .
43. (w) Jerald G. Graeme, Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych: technologia trzeciej generacji (elektronika Seria BB) , McGraw-Hill,1973, 233  s. ( ISBN  0-07-023890-1 i 978-0070238909 ) , s.  3-6: "  Efekt dryftu zerowania napicia niezrównowaenia  ".
44. (w) Jerald G. Graeme, Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych: technologia trzeciej generacji (elektronika Seria BB) , McGraw-Hill,1973, 233  s. ( ISBN  0-07-023890-1 i 978-0070238909 ) , s.  6-12:   Zerowa technika bez efektu dryfu  .
45. (en) Albert Paul Malvino, David J. Bates, Zasady elektroniczne , McGraw-Hill Science,2006, 1116  s. ( ISBN  0-07-322277-1 i 0071108467 ) , 18-1: Wprowadzenie do wzmacniaczy operacyjnych   .
46. (en) Patent USA 4,502,020 .
47. JFGazin, Podrcznik Aplikacji CIL - Wzmacniacze Operacyjne , t.  I , Thomson-Sescosem, s.  120 .
48. Michel Girard, Wzmacniacze operacyjne , tom.  1: Prezentacja, Idealizacja, Metoda badania , Auckland/Bogota/Pary, McGraw-Hill,1989, 198  s. ( ISBN  2-7042-1194-9 ) , s.  89-91: Wzmacniacz operacyjny 741.

Bibliografia

 : dokument uywany jako ródo tego artykuu.

Po francusku

• JF Gazin, CIL Applications Manual - Wzmacniacze operacyjne , t.  Ja, Thomson-Sescosem,1971
• Michel Girard, Wzmacniacze operacyjne , tom.  1: Prezentacja, Idealizacja, Metoda badania , Auckland/Bogota/Pary, McGraw-Hill,1989, 198  s. ( ISBN  2-7042-1194-9 )
• Michel Girard, Wzmacniacze operacyjne , tom.  2: Technologia, funkcja, wykorzystanie , Auckland/Bogota/Pary, McGraw-Hill,1989, 198  s. ( ISBN  2-7042-1186-8 )
• Paul Horowitz i Winfield Hill ( tum.  z jzyka angielskiego), Traktat o elektronice analogowej i cyfrowej [   The Art of Electronics  ], tom.  1: Techniki analogowe , Nieppe, Publitronic,1996, 538  pkt. ( ISBN  2-86661-070-9 )
• Tran Tien Lang , Analogowa elektronika ukadów scalonych , Pary/Mediolan/Barcelona, Masson,1997, 396  s. ( ISBN  2-225-85306-1 )
• Paul Albert Malvino, David J. Bates, zasady elektroniczne [ Zasady elektroniczne], Dunod ,2002( ISBN  2-10-005810-X )
  6 ^th  Edition (przekad 6 ^th  wydanie ksiki angielskiej)
  

Po angielsku

• (en) Jerald G. Graeme, Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych: techniki trzeciej generacji (seria elektroniki Burr-Brown) , Mcgraw-Hill,1973, 233  s. ( ISBN  0-07-023890-1 i 978-0070238909 )
• (en) Jerald G. Graeme, Projektowanie z wykorzystaniem wzmacniaczy operacyjnych: alternatywy zastosowa (seria elektroniki Burr-Brown) , Mcgraw-Hill,1976, 269  s. ( ISBN  0-07-023891-X i 978-0070238916 )
• (pl) Ron Mancini, wzmacniacze operacyjne dla wszystkich , Newnes,2003( ISBN  0-7506-7701-5 i 978-0750677011 , czytaj online )
• (pl) Walt Jung, Podrcznik zastosowa wzmacniacza operacyjnego , Newnes,2004( ISBN  0-7506-7844-5 i 978-0750678445 , czytaj online )
• (en) Albert Paul Malvino, David J. Bates, Zasady elektroniczne , McGraw-Hill Science,2006, 1116  s. ( ISBN  0-07-322277-1 i 0071108467 )
  wydanie siódme
  

Zaczniki

Powizane artykuy

• Wzmacniacz elektroniczny
• Wzmacniacz oprzyrzdowania
• Podstawowe zespoy wzmacniaczy operacyjnych
• Wspóczynnik odrzucenia trybu wspólnego
• Cykl histerezy
• Przefiltrowany
• Filtr elektryczny liniowy electric
• Transformata Laplace'a
• Schemat Bode

Linki zewntrzne

• Ewidencja organów  :

  • Biblioteka Narodowa Francji ( dane )
  • Biblioteka Kongresu
  • Gemeinsame Normdatei
  • Narodowa Biblioteka Dietetyczna
• Uwagi w ogólnych sownikach lub encyklopediach  : Encyclopædia Britannica   Treccani Encyclopedia   Gran Enciclopèdia Catalana
• Wzmacniacze
• Podstawowe konstrukcje liniowego wzmacniacza zintegrowanego
• Wzmacniacz operacyjny i jego podstawowe zespoy wzmacniaczy
• Komparatory w elektronice
• (pl) [PDF] Nota aplikacyjna A dotyczca póprzewodników krajowych: Monolityczny wzmacniacz operacyjny: studium samouczka
• (pl) [PDF] Opracowanie techniczne Texas Instruments SLOA011: Zrozumienie specyfikacji wzmacniacza operacyjnego
• (pl) [PDF] Raport aplikacji Texas Instruments slva043b: Analiza haasu w obwodach wzmacniacza operacyjnego
• (pl) [PDF] Texas Instruments nota aplikacyjna 20: Przewodnik po zastosowaniach wzmacniaczy operacyjnych (Rev.C)
• (pl) [PDF] Texas Instruments nota aplikacyjna 30: Log Converters (Rev. B)
• (pl) [PDF] Artyku techniczny dotyczcy urzdze analogowych: Praktyczny przegld wzmacniaczy trybu wspólnego i oprzyrzdowania

Wersja tego artykuu z 16 listopada 2007 zostaa uznana za   artyku jakoci  , co oznacza, e spenia kryteria jakoci dotyczce stylu, przejrzystoci, trafnoci, cytowania róde i ilustracji.