Op Amp Schaltungen und Schaltungsanalyse

Der Operationsverstärker-Schaltung ist eine leistungsfähige in modernen Schaltungsanwendungen nahm. Sie können grundlegende Operationsverstärker-Schaltungen zusammengestellt, um mathematische Modelle zu bauen, die komplexe, reale Verhalten vorherzusagen. Kommerzielle Operationsverstärker zuerst in den Markt als integrierte Schaltungen in der Mitte der 1960er Jahre und Anfang der 1970er Jahre, sie dominiert die aktive Gerätemarkt in analogen Schaltungen.

Der Operationsverstärker selbst besteht aus einer komplexen Anordnung von Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren zusammengesetzt und auf einem kleinen Siliziumchip eine integrierte Schaltung genannt gebaut. Sie können die Operationsverstärker mit einfachen Gleichungen mit wenig Interesse für das Modell, was im Inneren des Chips vor sich geht. Sie müssen nur einige grundlegende Kenntnisse über die Einschränkungen für die Spannungen und Ströme an den externen Anschlüssen des Gerätes.

Wie Operationsverstärker-Schaltungen zu zeichnen

Im Gegensatz zu Kondensatoren, Induktivitäten und Widerstände, Operationsverstärker benötigen Energie zu arbeiten. Op-Amps haben die folgenden fünf wichtigsten Terminals, hier:

• Der positive Anschluss, genannt der nichtinvertierende Eingang v_P

• Die negative Klemme, die so genannte invertierende Eingang v_N

• Der Ausgangsanschluß, die sich aus der angelegten Spannung zwischen den nichtinvertierenden und invertierenden Eingängen: v_O = EIN(v_P - v_N)

• Positive und negative Anschlüsse Stromversorgung, gekennzeichnet üblicherweise als +V_CC und -V_CC und die für die Operationsverstärker richtig bedienen

  

Obwohl viele Operationsverstärker mehr als fünf Terminals haben, werden diese Terminals nicht normalerweise symbolisch dargestellt. Auch, um die Unordnung zu reduzieren, wenn Sie einen Operationsverstärker-Schaltung sind dabei, die Netzteile sind nicht in der Regel entweder gezeigt.

Wenn die Netzteile sind nicht in einem Diagramm eines Operationsverstärkers Schaltung gezeigt, vergessen Sie nicht, dass die Netzteile obere liefern und die untere Grenze der Ausgangsspannung, deren Spannungsbereich zu beschränken. Barring jenseitige Kräfte kann man nicht mehr Leistung als Sie liefern.

Der ideale Operationsverstärker-Schaltung und seine Übertragungseigenschaften

Sie können die Operationsverstärker mit einer abhängigen Source-Modell, wenn Sie genaue Ergebnisse brauchen, aber das ideale Operationsverstärker ist gut genug für die meisten Anwendungen.

Der Operationsverstärker verstärkt die Differenz zwischen den beiden Eingängen, v_P und v_N, durch einen Gewinn EIN geben Sie einen Spannungsausgang v_O:

Die Spannungsverstärkung EIN für einen Operationsverstärker ist sehr groß - größer als 10⁵.

Wenn die Ausgangsspannung die zugeführte Leistung überschreitet, amp die op sättigt. Dies bedeutet, dass der Ausgang abgeschnitten wird oder an den gelieferten Spannungen ausgereizt und kann nicht weiter zu erhöhen. Wenn dies geschieht, ist der Operationsverstärker Verhalten nicht mehr linear, sondern arbeitet in dem nichtlinearen Bereich.

Sie können diese Idee sehen hier- die linke Diagramm, das die Übertragungscharakteristik zeigt, während das rechte Diagramm die ideale Übertragungscharakteristik eines Operationsverstärkers mit einer unendlichen Verstärkung zeigt. Das Diagramm zeigt drei Betriebsarten für den Operationsverstärker.

Sie haben positive und negative gesättigten Regionen, die nichtlinearen und linearen Bereiche zeigt. Wenn Sie Signale größer machen wollen, müssen Sie im linearen Bereich zu betreiben. Sie können die drei Regionen mathematisch wie folgt beschreiben

Um mathematische Funktionen (wie Addition und Subtraktion) auszuführen, muss der Operationsverstärker im linearen Modus arbeiten. Alle Operationsverstärker-Schaltungen im linearen aktiven Bereich arbeiten hier gezeigt.

Modell eine Operationsverstärker mit einer abhängigen Quelle

Wenn Sie genaue Ergebnisse benötigen, können Sie den Operationsverstärker mit einem spannungsgesteuerten abhängig Source-Modell, wie das hier gezeigt. Dieses Modell besteht aus einer großen Verstärkung A, einen großen Eingangswiderstand R_ich, und eine kleine Ausgangswiderstand R_O. Die Tabelle zeigt, ideal und typische Werte dieser Operationsverstärker Eigenschaften.

Hohe Verstärkung (oder Verstärkung) macht die Analyse einfacher, so dass Sie sich nicht darum kümmern, was im Inneren des Operationsverstärkers vor sich geht. Solange der Operationsverstärker mit hoher Verstärkung hat, arbeiten die Operationsverstärker Mathe-Schaltungen. High-Eingangswiderstand zieht wenig Strom von der Eingangsquellenschaltung, die Batterielebensdauer für tragbare Anwendungen zu erhöhen. Low- oder No-Ausgangswiderstand liefert an die Ausgangslast maximale Spannung.

Die abhängige spannungsgesteuerte Stromquelle ist hier ebenfalls gezeigt. Der Ausgang ist zwischen den positiven und negativen Spannungen beschränkt, wenn der Operationsverstärker im linearen Bereich arbeitet.

Untersuchen Sie die wesentlichen Gleichungen für ideale Operationsverstärker-Schaltungen zu analysieren

Die idealen Eigenschaften eines Operationsverstärkers erzeugen zwei wichtige Gleichungen:

Diese Gleichungen bilden die Analyse Operationsverstärker zu einem Kinderspiel und bieten Ihnen wertvolle Einblicke in das Schaltungsverhalten. Warum? Da Rückkopplung von den Ausgangsanschlüssen an einen oder beide Eingänge gewährleistet, dass v_P und v_N sind gleich.

Um die erste Bedingung zu erhalten, der Ansicht, dass der lineare Bereich eines Operationsverstärkers wird geregelt durch, wenn der Ausgang durch die Versorgungsspannungen beschränkt ist, wie folgt:

Sie können die Gleichung neu ordnen die Eingabe zu begrenzen, v_P - v_N:

Für einen idealen Operationsverstärker, die Verstärkung EIN unendlich ist, so wird die Ungleichung

Daher muss der ideale Operationsverstärker (mit unendlicher Verstärkung) diese Einschränkung haben:

Ein Operationsverstärker mit unendlicher Verstärkung wird immer die nichtinvertierenden und invertierenden Spannungen gleich. Diese Gleichung wird dann nützlich, wenn Sie eine Reihe von Operationsverstärker-Schaltungen, wie der Operationsverstärker noninverter, Inverter, Sommer und Subtrahierer zu analysieren.

Der andere wichtige Operationsverstärker Gleichung wirft einen Blick auf den Eingangswiderstand R_ich. Ein idealer Operationsverstärker hat unendlichen Widerstand. Dies bedeutet, dass keine Eingangsströme des Operationsverstärkers eingegeben werden:

Die Gleichung besagt, dass die Operationsverstärker-Eingangsanschlüsse als offene Schaltungen handeln.

Sie müssen den Ausgang mit dem invertierenden Anschluss zu verbinden negative Rückkopplung zu schaffen, um den Operationsverstärker Arbeit zu machen. Wenn Sie die Ausgabe auf die positive Seite zu verbinden, sind die Bereitstellung Sie positive Feedback, das für lineare Operation ist nicht gut. Mit positivem Feedback würde der Operationsverstärker entweder sättigen oder veranlassen, seine Ausgangs Schwingungen zu unterziehen.