Op-amp grunderna (del 1) (1 / 9 steg)

Steg 1: teori

Om du verkligen bryr sig om teorin bakom op-förstärkare eller bara inte vill läsa just nu, hoppa över detta steg. Det brukar vara någon tung math involverad, bara några sammanfattar. Jag rekommenderar att du tar dig tid vid något tillfälle att läsa upp dem men eftersom de är så användbart i så många program. Några riktigt bra pedagogiska/instruktions material finns här, enligt kapitel 5.

OP-förstärkare är oftast dubbel inmatning, en-output enheter, med extra stift för +/-spänningstillförsel. Genom att titta på skillnaden mellan de två ingångarna och använda den +/-spänningstillförsel som max/min produktionsvärden, op-förstärkaren matas ett referensvärde för spänning som kan vara många gånger högre än ingående. Värdet av förstärkning kallas vinsten och ses ofta mätt i decibel (dB). Oavsett vad du förstärkande, vare sig det spänning, nuvarande, eller makt, divideras indata utdata ger dig din totala vinst. Olika op-amp mönster har olika högsta värden som de kan uppnå för vinsten, men för de allra flesta program, får du välja vilken vinst du vill använda för input differential. Du kan också välja att ha utdata vara inversen av indata eller matcha indata. Ingångarna är märkta "vända" och "icke-vända" och det finns två ekvationer för att fastställa vinsten värdet av din op-amp design, en för en icke-invertering konfiguration och den andra för en invertering konfiguration. Observera att för icke-invertering ekvation, du har en extra vinst 1 som du inte kan undvika. Om till exempel du ansluta icke-invertering PIN-koden till GND och inverterade PIN-koden till din signal, utdata blir fasen skiftat av 180 grader och förstärks av vinsten. På ett diagram, det skulle vara helt vänt upp och ner över x-axeln (se bild 2). Om du byter ingångarna och Anslut den inverterade pin till marken och icke-invertering PIN-koden till din signal, produktionen kommer att se ut precis som indata (se bild 3).

OP-förstärkare har vanligtvis en mycket hög vinst byggdes av standard som du användaren inte kan ändra, och om du inte skapar återkoppling i systemet, du ska mätta op-förstärkaren mycket snabbt och slog en av spänning leverans rälsen. Det innebär att en op-förstärkare med ingen feedback kommer att fungera som en komparator, vilket innebär att om det finns en skillnad i spänning mellan de två ingångarna (+ eller -), även av det minsta beloppet, utdata matchar värdet för motsvarande leverans spänning järnväg. I logik termer får du en 1 eller 0. Detta kan vara användbart i vissa program och som genererar en fyrkantsvåg från en sinus eller triangel våg, men inte i alla fall. Många gånger du utdata till en förminskad version av input, identiska med undantag magnitud. För att kontrollera vinsten, måste du implementera feedback, ansluter en ingång eller de andra till utgången genom en eller flera passiva komponenterna som resistorer, kondensatorer eller induktorer.

Några tillämpningar av op-förstärkare inkluderar spänning buffertar/anhängare, låg-, hög- och band-passera filter, kontrollapparater, integratörer, differentiators, peak detektorer, spänning/ström regulatorer, och analog-till-digital-omvandlare och digital-till-analog-omvandlare. Jag kommer att gå över några av dessa användningar i senare steg.

OP-förstärkare kommer också i många, många olika alternativ, så att välja rätt kan vara svårt. Om du använder en OP37 eller LM741? Du beslutar dig för riktigt höga hastighet, så att du väljer OP37. Men vilken version? Den OP37A, C, E, F, G, Nilsson, NT, GT eller GR? Behöver du mer än en i din design? I så fall bör du använda singlar, parallellpuckel eller fyrhjulingar? Naturligtvis har var och en eget datablad, så kan det vara svårt att göra jämförelser lätt. Bara för att ge dig en idé, har jag inkluderat ett Excel-kalkylblad med bara några parametrar som anges för att visa den breda utbud av ICs tillgängliga. Det är inte en uttömmande lista över alla specifikationer, bara några grundläggande uppgifter.

Genom att jämföra vissa uppgifter, kan vi se att 741 op-förstärkaren inte är mycket hög hastighet (låg slew rate), inte heller har det en hög vinst-bandbredd produkt (GBP). OP37 men har en mycket (mycket, mycket) högre dräpte takt och GBP, så det kan användas över ett mycket bredare urval av frekvenser än kan 741. Den andra ICs alla falla någonstans i spectrumen av hastighet vs tillförlitlighet vs... allt annat vill du jämföra. Var och en har egen ansökan, och det är upp till dig att bestämma hur du vill använda den. För de flesta program fungerar dock ganska mycket någon op-amp. Om du designar något som är på den extrema änden (t.ex. hög hastighet, hög spänning, hög vinst), titta igenom datablad för att hitta en som passar dig bäst. Som nämnts, jag kommer att visa några enkla op-amp kretsar som kan byggas med någon av dessa marker, men det kommer att finnas några punkter där jag påpeka styrkor/svagheter i vissa marker. Mer information om op-förstärkare, se denna hemsida.