Операционный усилитель, также называемый операционным усилителем, представляет собой интегральную схему, которая может использоваться для выполнения различных линейных, нелинейных и математических операций. Операционный усилитель — это прямой усилитель с высоким коэффициентом усиления . Вы можете управлять операционным усилителем как с сигналами переменного, так и постоянного тока. В этой главе рассматриваются характеристики и типы операционных усилителей.
Конструкция операционного усилителя
Операционный усилитель состоит из дифференциального усилителя (ей), транслятора уровня и выходного каскада. Дифференциальный усилитель присутствует на входном каскаде операционного усилителя, и, следовательно, операционный усилитель состоит из двух входных клемм . Одна из этих клемм называется инвертирующей, а другая называется неинвертирующей . Терминалы названы на основе соотношения фаз между их соответствующими входами и выходами.
Характеристики операционного усилителя
Важные характеристики или параметры операционного усилителя следующие:
- Коэффициент усиления по разомкнутому контуру
- Выходное смещение напряжения
- Коэффициент отклонения синфазного режима
- Скорость нарастания
В этом разделе подробно рассматриваются эти характеристики, как указано ниже —
Коэффициент усиления по разомкнутому контуру
Коэффициент усиления по напряжению разомкнутого контура операционного усилителя — это его дифференциальное усиление без какой-либо обратной связи.
Математически усиление напряжения разомкнутого контура операционного усилителя представляется как —
$$ A_ {v} = \ frac {v_0} {v_1-v_2} $$
Выходное смещение напряжения
Напряжение, присутствующее на выходе операционного усилителя, когда его дифференциальное входное напряжение равно нулю, называется напряжением смещения на выходе.
Коэффициент отклонения синфазного режима
Коэффициент подавления синфазного сигнала ( CMRR ) операционного усилителя определяется как отношение дифференциального усиления замкнутого контура, $ A_ {d} $ и коэффициента усиления синфазного сигнала, $ A_ {c} $.
Математически CMRR можно представить как —
$$ CMRR = \ гидроразрыва {А_ {d}} {А_ {C}} $$
Обратите внимание, что усиление синфазного сигнала, $ A_ {c} $ операционного усилителя, представляет собой отношение выходного напряжения синфазного режима и входного напряжения синфазного режима.
Скорость нарастания
Скорость нарастания операционного усилителя определяется как максимальная скорость изменения выходного напряжения из-за ступенчатого входного напряжения.
Математически скорость нарастания (SR) может быть представлена как —
$$ SR = Максимальная \: из \: \ гидроразрыва {\ текст {d} V_ {0}} {\ текст {d} т} $$
Где $ V_ {0} $ — выходное напряжение. В общем случае скорость нарастания измеряется в $ V / \ mu \: Sec $ или $ V / m \: Sec $.
Типы операционных усилителей
Операционный усилитель представлен треугольным символом, имеющим два входа и один выход.
Операционные усилители бывают двух типов: Идеальный операционный усилитель и Практический операционный усилитель .
Они обсуждаются подробно, как указано ниже —
Идеальный операционный усилитель
Идеальный операционный усилитель существует только в теории и практически не существует. Эквивалентная схема идеального операционного усилителя показана на рисунке ниже —
Идеальный операционный усилитель обладает следующими характеристиками:
-
Входной импеданс $ Z_ {i} = \ infty \ Omega $
-
Выходной импеданс $ Z_ {0} = 0 \ Omega $
-
Напряжение разомкнутого контура gaine $ A_ {v} = \ infty $
-
Если (дифференциальное) входное напряжение $ V_ {i} = 0 В $, то выходное напряжение будет $ V_ {0} = 0 В $
-
Пропускная способность бесконечна . Это означает, что идеальный операционный усилитель будет усиливать сигналы любой частоты без какого-либо ослабления.
-
Коэффициент отклонения синфазного сигнала (CMRR) равен бесконечности .
-
Скорость нарастания (SR) равна бесконечности . Это означает, что идеальный операционный усилитель будет производить изменение выходной мощности мгновенно в ответ на входное ступенчатое напряжение.
Входной импеданс $ Z_ {i} = \ infty \ Omega $
Выходной импеданс $ Z_ {0} = 0 \ Omega $
Напряжение разомкнутого контура gaine $ A_ {v} = \ infty $
Если (дифференциальное) входное напряжение $ V_ {i} = 0 В $, то выходное напряжение будет $ V_ {0} = 0 В $
Пропускная способность бесконечна . Это означает, что идеальный операционный усилитель будет усиливать сигналы любой частоты без какого-либо ослабления.
Коэффициент отклонения синфазного сигнала (CMRR) равен бесконечности .
Скорость нарастания (SR) равна бесконечности . Это означает, что идеальный операционный усилитель будет производить изменение выходной мощности мгновенно в ответ на входное ступенчатое напряжение.
Практический операционный усилитель
Практически, операционные усилители не идеальны и отличаются от своих идеальных характеристик из-за некоторых недостатков в процессе производства. Эквивалентная схема практического операционного усилителя показана на следующем рисунке —
Практический операционный усилитель обладает следующими характеристиками:
-
Входной импеданс, $ Z_ {i} $ в мегомах .
-
Выходной импеданс, $ Z_ {0} $ порядка нескольких Ом. ,
-
Коэффициент усиления по разомкнутому контуру, $ A_ {v} $ будет высоким .
Входной импеданс, $ Z_ {i} $ в мегомах .
Выходной импеданс, $ Z_ {0} $ порядка нескольких Ом. ,
Коэффициент усиления по разомкнутому контуру, $ A_ {v} $ будет высоким .
Когда вы выбираете практичный операционный усилитель, вы должны проверить, удовлетворяет ли он следующим условиям:
-
Входной импеданс, $ Z_ {i} $ должен быть как можно выше.
-
Выходное сопротивление, $ Z_ {0} $ должно быть как можно ниже.
-
Коэффициент усиления по разомкнутому контуру, $ A_ {v} $ должен быть как можно выше.
-
Выходное смещение напряжения должно быть как можно ниже.
-
Рабочая пропускная способность должна быть максимально высокой.
-
CMRR должен быть как можно выше.
-
Скорость нарастания должна быть максимально высокой.
Входной импеданс, $ Z_ {i} $ должен быть как можно выше.
Выходное сопротивление, $ Z_ {0} $ должно быть как можно ниже.
Коэффициент усиления по разомкнутому контуру, $ A_ {v} $ должен быть как можно выше.
Выходное смещение напряжения должно быть как можно ниже.
Рабочая пропускная способность должна быть максимально высокой.
CMRR должен быть как можно выше.
Скорость нарастания должна быть максимально высокой.
Примечание. Операционный усилитель IC 741 — самый популярный и практичный операционный усилитель.