Операционные усилители

Операционный усилитель, или операционный усилитель, является дифференциальным усилителем с очень высоким усилением с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением. Операционные усилители обычно используются для обеспечения изменения амплитуды напряжения, генераторов, схем фильтров и т. Д. Операционный усилитель может содержать несколько ступеней дифференциального усилителя для достижения очень высокого усиления по напряжению.

Это дифференциальный усилитель с высоким коэффициентом усиления, использующий прямую связь между выходом и входом. Это подходит как для постоянного, так и для переменного тока. Операционные усилители выполняют множество электронных функций, таких как измерительные устройства, генераторы сигналов, активные фильтры и т. Д. Помимо различных математических операций. Это универсальное устройство также используется во многих нелинейных приложениях, таких как компараторы напряжения, аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи, логарифмические усилители, генераторы нелинейных функций и т. Д.

Основной дифференциальный усилитель

На следующем рисунке показан основной дифференциальный усилитель —

На рисунке выше —

• V _DI = дифференциальный вход

• V _DI = V ₁ — V ₂

• V _DO = дифференциальный выход

• V _DO = V _C1 — V _C2

V _DI = дифференциальный вход

V _DI = V ₁ — V ₂

V _DO = дифференциальный выход

V _DO = V _C1 — V _C2

Этот усилитель усиливает разницу между двумя входными сигналами, V ₁ и V ₂ .

Дифференциальное усиление напряжения,

$$A_d = \ frac {V_ {DO}} {V_ {DI}}$$

а также

$$A_d = \ frac {(V_ {C1} - V_ {C2})} {V_ {DI}}$$

Как показано на следующем рисунке, основной операционный усилитель состоит из трех этапов:

Этап ввода

Это первый этап и имеет следующие характеристики.

• Высокая CMR (синфазное отклонение)
• Высокий входной импеданс
• Широкая ширина полосы
• Низкое (DC) входное смещение

Это некоторые важные характеристики для производительности операционного усилителя. Эта ступень состоит из ступени дифференциального усилителя и транзистора смещенного, так что он действует как источник постоянного тока. Источник постоянного тока значительно увеличивает CMR дифференциального усилителя.

Ниже приведены два входа для дифференциального усилителя:

• V ₁ = неинвертирующий вход
• V ₂ = инвертирующий вход

Промежуточная стадия

Это вторая ступень, предназначенная для улучшения коэффициента усиления по напряжению и току. Усиление тока требуется для подачи достаточного тока для возбуждения выходного каскада, где генерируется большая часть мощности операционного усилителя. Эта ступень состоит из одного или нескольких дифференциальных усилителей, за которыми следует повторитель излучателя и ступень смещения уровня постоянного тока. Схема сдвига уровня позволяет усилителю иметь два дифференциальных входа с одним выходом.

Выходной этап

Это последняя ступень операционного усилителя, которая имеет низкий выходной импеданс. Это обеспечивает необходимый ток для управления нагрузкой. Более или менее ток будет поступать от выходного каскада по мере изменения нагрузки. Поэтому важно, чтобы предыдущая ступень работала без влияния выходной нагрузки. Это требование удовлетворяется путем разработки этой ступени, чтобы иметь высокий входной импеданс и высокий коэффициент усиления по току, однако с низким выходным импедансом.

Операционный усилитель имеет два входа: неинвертирующий вход и инвертирующий вход .

На приведенном выше рисунке показан инвертирующий тип операционного усилителя. Сигнал, который подается на инвертирующий входной терминал, усиливается, однако выходной сигнал не совпадает по фазе с входным сигналом на 180 градусов. Сигнал, подаваемый на неинвертирующий входной терминал, усиливается, а выходной сигнал находится в фазе с входным сигналом.

Операционный усилитель может быть подключен в большом количестве цепей для обеспечения различных рабочих характеристик.