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Verschiedene Arten von operativen Verstärkern

  • 2024/05/9
  • 24
Betriebsverstärker sind für elektronische Geräte für Aufgaben wie Verbesserung von Signalen, Filtergeräuschen und Konvertierungssignaltypen wichtig.Die Art und Weise, wie sie entworfen und gebaut werden, wirkt sich auf die Funktionsweise in einer Schaltung aus.Dieser Artikel beschreibt die grundlegenden Aspekte von operativen Verstärkern, die in realen Umgebungen verwendet werden und sich darauf konzentrieren, deren Betriebsprinzipien, Merkmale und ihrer Einrichtung zu verstehen.

Katalog

1. Überblick über operative Verstärker
2. Zwei grundlegende operative Verstärkerschaltungen
3. Übersicht über Spannungsfolger
4. Überblick über Differentialverstärker
5. Überblick über Integrator- und Differenzierungsschaltungen
6. OP -Verstärkergewinn
7. Differentialverstärker und Summieren des Verstärkers
8. Differentialverstärker und integraler Verstärker
9. Schlussfolgerung

Operational Amplifiers
Abbildung 1: Betriebsverstärker

Operative Verstärkerübersicht


Ein operativer Verstärker, der allgemein als operativer Verstärker bezeichnet wird, ist eine wesentliche Komponente im analogen Schaltungsdesign.Sie führen verschiedene Funktionen aus, einschließlich Signalverstärkung, Filterung und Signalumwandlung.Dieser Abschnitt beschreibt ihre Merkmale und ihre Funktionsweise in praktischen Anwendungen.

OP -Verstärker im offenen Schleifenmodus sind häufig idealisiert, um unendlich zu profitieren.In der Praxis beträgt der Gewinn typischerweise über 100.000 Mal, etwa 100 dB.Dies ermöglicht eine signifikante Verstärkung auch bei sehr niedrigen Eingangsspannungen.

Obwohl die theoretische Bandbreite eines Op-Ampere unendlich ist, ist die tatsächliche Bandbreite durch die innere Struktur des Op-Ampere und die verwendeten Materialien begrenzt.Das Gain-Bandwidth-Produkt (GBW) stellt die höchste Frequenz dar, die ein Op-Amper bei einer bestimmten Verstärkung verarbeiten kann.Beispielsweise kann ein OP-Ampere mit 1 MHz GBW bis zu 100 kHz mit einer Gewinneinstellung von 10 betreiben.

Ein typischer OP -Verstärker verfügt über drei Klemmen: Inverting -Eingang, Nichtinvertiereingang und Ausgabe.Diese Konfiguration erleichtert die Integration in komplexe Schaltkreise und unterstützt eine Vielzahl von Signalverarbeitungsanwendungen.

Der OP-AMP kann in einer Dual-Supply-Konfiguration oder einer einzelnen Konfiguration verwendet werden.Die Doppelstromversorgungsoptionen ermöglichen eine breitere Ausgangsspanne und bieten bidirektionale Leistung. Damit ist sie ideal für eine Vielzahl von Anwendungen.Ein einzelnes Stromversorgungs-Setup vereinfacht das Design und wird in tragbaren und geringen Stromgeräten bevorzugt.

Im Idealfall ist die Eingangsimpedanz eines Op-Ampere nahezu unendlich, wodurch die Stromauszeichnung der Signalquelle minimiert und die Belastungseffekte verringert wird, was es ideal für Spannungspufferanwendungen macht.

Im Idealfall ist die Ausgangsimpedanz sehr niedrig und hilft dem Operationsverstärker, unterschiedliche Lasten effizient zu treiben, ohne einen großen Einfluss auf die Ausgangsspannung zu haben, obwohl die tatsächliche Impedanz gering ist.

Ein operativer Verstärker verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen seinen beiden Eingangsanschlüssen grundsätzlich.Das Hinzufügen eines Feedback -Netzwerks, das normalerweise aus Widerständen besteht, kann die Verstärkung des Verstärkers steuern und die Schaltung auf eine bestimmte Funktion anpassen.

Das Feedback ist in positive und negative Typen unterteilt.Positives Feedback verstärkt den Gewinn und kann Schwingungen verursachen, was es für Oszillatoren und Speicherschaltungen geeignet ist.Negatives Feedback hingegen reduziert die Verstärkung, verbessert jedoch die Systemstabilität und Linearität und macht es zur ersten Wahl für die meisten Analogsignalverarbeitungsaufgaben.

Der OP-AMP kann je nach den Anforderungen der Anwendung in verschiedenen Konfigurationen eingerichtet werden.Eine invertierende Verstärkerkonfiguration umdreht die Phase eines Signals und verstärkt es.Ein nicht invertierender Verstärker hält die Signalphase konstant und verstärkt sie.Differentialverstärker sind in Anwendungen wertvoll, bei denen Unterschiede in den Signalen verstärkt werden müssen, z. B. bei Mess- und Überwachungsaufgaben.

Integrator- und Differenzierungsschaltungen unterstützen die mathematische Signalverarbeitung (z. B. Zeitintegration oder Differenzierung) und werden in Bereichen wie analogem Computer und Signalmodulation häufig verwendet.

Operational Amplifier Circuits
Abbildung 2: Betriebsverstärkerschaltungen

Zwei grundlegende operative Verstärkerschaltungen


Operative Verstärker (OP-Amps) spielen eine Schlüsselrolle bei verschiedenen Signalverarbeitungsanwendungen in der analogen Elektronik.Für alle, die an der Gestaltung und Erstellung elektronischer Schaltungen beteiligt sind, zeigt ein klares Verständnis der beiden Hauptkonfigurationen (invertierende und nicht invertierende Verstärker), die eingerichtet werden können, die Anpassungsfähigkeit von Op-Amps und zeigt die einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen jedes Typs hervor.

Ein invertierender Verstärker ist eine typische Verwendung von Op-Amps, wobei die Ausgangsspannung die Inversion des Eingangssignals ist.Dieses Setup ist bekannt für seine solide Leistung und ein verstellbarer Gewinn.

Das Eingangssignal ist durch den mit R_IN gekennzeichneten Widerstand mit dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des OP-Ampere verbunden.

Der nicht invertierende Eingang (+) ist mit dem Boden verbunden, wodurch ein stabiler Bezugspunkt festgelegt wird.

Der Rückkopplungswiderstand R_F verbindet die Ausgabe wieder mit dem invertierenden Eingang, wodurch die Verstärkungseinstellung und die Auswirkungen der Reaktion der Schaltung ermöglicht werden.

Die Verstärkung g wird von g = - (r_f / r_in) gegeben.Das negative Vorzeichen zeigt an, dass die Phase des Ausgangssignals im Vergleich zum Eingangssignal entgegengesetzt ist.

Invertierende Verstärker werden häufig für die Audioverarbeitung und Signalkonditionierung ausgewählt, wodurch sich eine präzise Verstärkungsregelung und die Phaseninversion hervorheben.Ihre hohe Eingangsimpedanz macht sie ideal für die Schnittstelle mit Sensor -Arrays und sorgt dafür, dass die Last nur einen minimalen Einfluss auf das Signal hat.

Inverting Amplifiers
Abbildung 3: Invertierende Verstärker

Nicht invertierende Verstärker bewahren die Polarität des Eingangssignals im Ausgang und machen sie ideal für Anwendungen, die das Signal steigern müssen, ohne die Richtung zu ändern.

Das Eingangssignal ist direkt mit dem nicht invertierenden Eingang (+) des OP-Amps verbunden.

Der invertierende Eingang (-) wird durch Widerstand R_F mit der Ausgabe angeschlossen und durch einen anderen Widerstand R_in erden, wodurch eine Rückkopplungsschleife erstellt wird.

Der Gewinn eines nicht invertierenden Verstärkers wird durch die Formel G = 1 + (r_f / r_in) definiert.Dies führt zu einer positiven Verstärkung, was darauf hinweist, dass die Amplitude des Ausgangssignals verstärkt wird, aber immer noch in Phase mit dem Eingang.

Diese Konfiguration wird häufig verwendet, um schwache Signale zu verbessern, wie z. B. solche von Sensoren, da sie ohne Änderung der Phase verstärkt werden kann.Es ist auch die Grundlage für die Erstellung von Spannungs-Addierern und Hochleistungspuffer, die für die Datenerfassung und die Testgeräte wichtig sind, um die Signalgenauigkeit aufrechtzuerhalten.

Non-Inverting Amplifier
Abbildung 4: Nichtinvertierer Verstärker

Spannungsfolgerübersicht


Ein Spannungsfolger oder ein Pufferverstärker ist ein Op-Ampere-Setup.Es ist so konzipiert, dass es perfekt der Ausgangsspannung mit der Eingangsspannung übereinstimmt und eine Spannungsverstärkung von genau 1 mit vernachlässigbarer Phasenverschiebung erreicht.Dies macht es ideal für Anwendungen, die eine Signalisolation erfordern, ohne die Spannung zu ändern.

Der nichtinvertierende Eingang (+) des OP-Ampere empfängt das Eingangssignal direkt.Diese direkte Verbindung stellt sicher, dass die Eingangsspannung ohne Änderungen auf dem Ausgang genau gespiegelt wird.Der invertierende Eingang (-) ist wieder mit der Ausgabe verbunden.Dadurch wird eine negative Rückkopplungsschleife erstellt, mit der der Operationsverstärker seine Ausgabe genau mit dem Eingang übereinstimmt, um die Spannungsdifferenz zwischen den beiden zu minimieren.

Idealerweise und in praktischen Anwendungen sehr hoch.Diese hohe Impedanz bedeutet, dass der Spannungsfolger fast keinen Strom aus der Versorgung zieht und die Auswirkungen auf die vorgelagerten Schaltkreise minimiert.

Theoretisch null, in der Praxis extrem niedrig.Diese niedrige Ausgangsimpedanz ermöglicht es dem Spannungsfolger, schwerere Lasten zu verarbeiten, ohne die Ausgangsspannungsstabilität zu beeinflussen.

Die Verstärkung wird auf 1 festgelegt. Dies bedeutet, dass die Ausgangsspannung die Eingangsspannung genau repliziert und nur dazu dient, das Signal zu puffern, wodurch die Signalintegrität und keine Verstärkungsfehler sichergestellt werden.

In einem idealen Setup beträgt die Verstärkung des Spannungsfolgers fast genau 1, um sicherzustellen, dass alle Eingangsänderungen im Ausgang genau reflektiert werden.

Die einfache Struktur des Spannungsfolies verleiht ihm einen sehr großen Frequenzgang, wodurch Phasenverzögerungen oder Signalschwächung vermieden wird, wodurch sie für hochfrequente Anwendungen geeignet ist.

Voltage Follower Circuit
Abbildung 5: Spannungsfolgerschaltung

Spannungsanhänger haben eine hohe Eingangs- und niedrige Ausgangsimpedanz, wodurch verschiedene Teile einer Schaltung effektiv isoliert und empfindliche Signalquellen vor nachfolgenden Schaltkreisen geschützt werden.

Spannungsanhänger können schwerere Lasten mit Strom versorgen, was für Geräte wie Audioverstärker wichtig ist, um sicherzustellen, dass die Signalübertragung zwischen mehreren parallelen Verbindungen stark bleibt.

Hilft bei der Verbindung von hohen Impedanzquellen reibungslos mit niedrigen Impedanzeingängen, wodurch die Signalschwächung aufgrund einer Impedanz-Fehlanpassung verhindert wird.

Spannungsanhänger können Strom gleichzeitig gleichzeitig auf mehrere Lasten verteilen, wodurch die Signalkonsistenz und -stabilität zwischen Systemen wie Sensornetzwerken und Signalverteilungsaufbauten beibehalten wird.

Überblick über Differentialverstärker


Ein Differentialverstärker ist eine spezielle Art des operativen Verstärkers, der die Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingangssignalen überträgt und gleichzeitig die Auswirkungen von Signalen minimiert, die bei beiden Eingängen üblich sind.In Bereichen wie Messtechnologie, Audio -Engineering und medizinischer Diagnostik trägt es in diesen Bereichen zur Genauigkeit und Signalintegrität bei.

Differential Amplifier
Abbildung 6: Differentialverstärker

Die Kernfunktion eines differentiellen Verstärkers besteht darin, sich auf die Differenz zwischen zwei Spannungseingängen zu konzentrieren.Dies geschieht durch eine sorgfältig gestaltete Schaltung, die einen operativen Verstärker (OP -Verstärker) und vier genau übereinstimmende Widerstände enthält.Common-Mode-Signale, die beide Eingaben gleichzeitig beeinflussen, werden effektiv ignoriert, wodurch die Genauigkeit der Ausgabe verbessert wird.

Der Verstärker verfügt über zwei Eingangsanschlüsse: Der eine ist mit dem nicht invertierenden Eingang (+) des Op-Amps verbunden und der andere ist mit dem invertierenden Eingang (-) verbunden.Die Widerstände R_1 und R_2 sind mit dem nicht invertierenden Eingang verbunden, wobei R_2 als Rückkopplungswiderstand vom Ausgang zu diesem Eingang fungiert.Ebenso sind R_3 und R_4 mit dem invertierenden Eingang verbunden und R_4 fungiert als Rückkopplungswiderstand aus der Ausgabe.

Die Ausgangsspannung, bezeichnet V_OUT, repräsentiert die amplifizierte Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen.Die Verstärkerverstärkung des Verstärkers beeinflusst, wie viel Eingangsunterschiede abhängig vom Widerstandsverhältnis verstärkt werden.Um die Verstärkung zu berechnen, ist die verwendete Formel::

Die Einfachheit und die beste Leistung ist üblich, (r_1 = r_3) und (r_2 = r_4), um die Verstärkungsformel zu vereinfachen zu:


Diese Einstellung verbessert die Fähigkeit des Verstärkers, das Rauschen des gemeinsamen Modus zu ignorieren und sich nur auf den Unterschied zwischen V_1 und V_2 zu konzentrieren.

Sensorsignalverarbeitung: Differentielle Verstärker sind gut darin, elektrische Rauschen im Sensorausgang zu minimieren, was in industriellen Umgebungen mit hohem Interferenz sehr wichtig ist.

Datenerfassungssysteme: Diese Verstärker sorgen für eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Datenerfassung, was in Umgebungen mit schwerwiegenden elektrischen Interferenzen besonders wichtig ist.

Audiogeräte: In professionellen Audioeinstellungen helfen differenzierte Verstärker bei der Verwaltung von Audiosignalen, reduzieren Rauschen und Linien induzierte Verzerrungen und verbessern dadurch die Klangqualität.

Medizinische Überwachungsgeräte: Für Geräte wie Elektrokardiographie ermöglichen Differentialverstärker eine genaue Erfassung der schwachen elektrischen Signale des Herzens, um klare und genaue Messwerte zu gewährleisten.

Überblick über Integrator- und Differenzierungsschaltungen


Integrator- und Differenzierungsschaltungen sind grundlegende Komponenten in der analogen Signalverarbeitung.Diese Schaltungen verwenden operative Verstärker, um kritische Funktionen durchzuführen, indem das Eingangssignal im Laufe der Zeit integriert oder differenziert wird.Sie unterstützen Steuerungssysteme, Kommunikation und komplexe Signalverarbeitungsaufgaben.

Die Integratorschaltung wandelt das Eingangssignal in seinen zeitintegrierten Wert um.Dieser Vorgang ist ein wesentlicher Bestandteil der analogen Berechnungen und der dynamischen Signalverarbeitung.

Der Integrator verwendet einen Op-Ampere, bei dem das Eingangssignal über einen Widerstand (mit R) an den invertierenden Eingang gerichtet ist.Ein Kondensator (gekennzeichnet C) verbindet diese Eingabe mit der Ausgabe und speichert das Integral der Eingabe.Der nicht invertierende Eingang wird normalerweise mit dem Boden verbunden, um eine stabile Basis für den Betrieb zu liefern.

Die Ausgangsspannung v_out wird als negatives Integral der Eingangsspannung über die Zeit berechnet, was die invertierende Konfiguration widerspiegelt:


Die Auswahl der richtigen Widerstände und Kondensatoren beeinflusst die Integrationsgenauigkeit und die Reaktionsgeschwindigkeit.Eine größere RC -Zeitkonstante verbessert die Genauigkeit, verlangsamt jedoch die Reaktion.Um die Schaltungsstabilität aufrechtzuerhalten und die Drift zu minimieren, kann der Konfiguration ein kleiner Rückkopplungswiderstand hinzugefügt werden.

Andererseits erzeugt eine Differenzierungsschaltung einen Ausgang, der die Ableitung des Eingangssignals darstellt.Diese Funktion ist besonders nützlich für Systeme, die Modulation und erweiterte Signalverarbeitung beinhalten.

Integrator Circuit Using Op-Amp
Abbildung 7: Integratorschaltung mit Op-Amp

Im Unterscheidungsmerkmal wird der Eingang durch einen Kondensator zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gespeist.Ein Widerstand verbindet diesen Punkt mit dem Ausgang und wandelt den Eingangsstrom in eine Spannung um, die die Änderungsrate des Eingangs darstellt.

Die Ausgangsspannung v_out ist gegeben durch:


Diese Formel besagt, dass die Ausgangsspannung proportional zur Ableitung des Eingangs ist, wobei das negative Vorzeichen die Phasenumkehr anzeigt.

Unterscheidungsmerkmale sind empfindlich gegenüber Hochfrequenzsignalen und daher anfällig für Rauschen.Filterkomponenten werden häufig integriert, um diese Empfindlichkeit zu dämpfen und Schwingungen zu vermeiden.Die ausgewählten Werte von R und C bestimmen, wie reaktionsschnell die Schaltung auf Änderungen des Signals ist.

Der Integrator wird in automatischen Steuerungssystemen verwendet, um Fehlersignale zu akkumulieren und die für die Systemanpassung erforderliche integrale Reaktion bereitzustellen.

Unterscheidungsmerkmale helfen dabei, Systeme zu kontrollieren, indem Signale differenzieren, um zukünftige Trends vorherzusagen und so die Fähigkeit des Systems zu verbessern, auf Veränderungen zu reagieren.

In praktischen Anwendungen müssen die theoretischen Konstruktionen dieser Schaltkreise angepasst werden, um Stabilität und Zuverlässigkeit sicherzustellen.Dies beinhaltet normalerweise das Hinzufügen von Filtern und das Vornehmen von Anpassungen zur Verbesserung der Stabilität und Leistung.

OP -Verstärkergewinn


Der Gewinn eines operativen Verstärkers (OP-Ampere) ist ein Schlüsselindikator für seine Leistung und beeinflusst seine Leistung in elektronischen Schaltkreisen erheblich.Es bestimmt die Fähigkeit des Betriebsverstärkers, Signale zu verstärken, und beeinflusst die Stabilität und Reaktionsfähigkeit der Schaltung.

Open Loop -Verstärkung bezieht sich auf den Gewinn, der durch einen OP -Verstärker ohne Feedback erzielt wird.Dieser Gewinn hängt stark von der inneren Struktur des Op-Ampere ab und kann theoretisch unendlich sein.In praktischen Anwendungen begrenzen jedoch Faktoren wie Design- und Fertigungskontrollen diesen Gewinn.

Theoretisch hat ein idealer OP-Verstärker eine unendliche Verstärkung mit offener Schleife, was bedeutet, dass selbst ein kleiner Eingangsunterschied die Ausgangsspannung auf ihren Maximum führen kann, nur durch die Stromversorgung begrenzt.Im Vergleich dazu bietet ein typischer Operationsverstärker (wie die 741 Modelle) typischerweise einen Open-Loop-Anstieg von 100.000 bis 1.000.000 Mal.Es ist erwähnenswert, dass dieser Gewinn bei höheren Frequenzen abnimmt.

In den praktischen Einstellungen werden OP-Verstärker häufig in Konfigurationen mit geschlossenem Regelkreis verwendet, um die Stabilität und Verwaltbarkeit zu verbessern.Diese Konfiguration umfasst das Hinzufügen eines externen Feedback -Netzwerks, um die Verstärkung festzulegen.

Inverting -Verstärker: Die Verstärkungsformel ist g = - (r_f)/r_in, wobei R_F der Rückkopplungswiderstand ist und R_in der Eingangswiderstand ist.Ein negatives Vorzeichen zeigt an, dass der Ausgang das Gegenteil des Eingangs ist.

Nicht invertierender Verstärker: Die Verstärkungsformel hier ist g = 1+(r_f)/r_in, was darauf hinweist, dass die Ausgabe in der gleichen Phase wie die Eingabe bleibt und die Verstärkung immer positiv ist.

Das Produkt des Gain-Bandwidth-Produkts definiert die höchste Frequenz, die ein Op-Amper bei einer bestimmten Verstärkung verarbeiten kann.Dies ist wichtig für Schaltungskonstruktionen, die Frequenzmodulation und Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung verarbeiten.

GBW entspricht dem Produkt von Gewinn und Bandbreite.Es ist ein konstanter Wert, was bedeutet, dass eine höhere Verstärkung zu weniger Bandbreite führt.Wenn der GBW beispielsweise 1 MHz beträgt und der Gewinn 10 beträgt, beträgt die maximal erreichbare Bandbreite 100 kHz.

Gain Bandwidth Product
Abbildung 8: Gewinne Bandbreitenprodukt

Beim Entwerfen einer Op-Amp-Schaltung ist es wichtig, Gewinn und Bandbreite basierend auf den Anwendungsanforderungen auszugleichen.

Stabilität: Eine hohe Verstärkung kann eine Instabilität verursachen, insbesondere bei hohen Frequenzen, sodass ein sorgfältiges Feedback -Netzwerkdesign erforderlich ist.

Phasenrand: Die Verstärkungseinstellung sollte auch den Phasenrand des OP -Verstärkers berücksichtigen, um Oszillationen zu vermeiden, die durch Phasenverzögerungen verursacht werden.

Frequenzgang: Es ist notwendig, den Frequenzgang des OP-Ampere zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die Schaltung effektiv innerhalb ihres beabsichtigten Frequenzbereichs arbeitet.

Differentialverstärker und Summieren des Verstärkers


Differentiale Verstärker und Summierverstärker sind zwei wichtige operative Verstärkerkonfigurationen, die bei der Verarbeitung von Hochverträgen und analogen Elektronik häufig verwendet werden.Diese Konfigurationen nutzen die hohe Eingangsimpedanz und die niedrige Ausgangsimpedanz von OP -Verstärkern, um komplexe Signaloperationen wie Amplifikation, Kombinieren oder Subtraktion von Signalen zu ermöglichen, ohne die Qualität des Quellsignals zu beeinflussen.

Differentialverstärker


Ein Differentialverstärker ist speziell ausgelegt, um die Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingangssignalen zu amplifizieren und gleichzeitig die Signalkomponente effektiv zu unterdrücken, die beider Eingänge gemeinsam sindSignale.

Schaltungszusammensetzung und technische Details:

Eingabesignale: V_1 und V_2, verbunden mit den invertierenden (-) und nicht-invertierenden (+) Eingangsanschlüssen des Op-Amps.

Widerstandskonfiguration:

R_1 und R_2 sind mit dem nicht invertierenden Eingang verbunden und steuern die Verstärkung von V_1.

R_3 und R_4 sind mit der invertierenden Eingabe verbunden, um die Verstärkung von V_1 zu steuern.

Ausgangsformel:



Wenn r_1 = r_3 und r_2 = r_4, wird die Verstärkung zu vereinfacht


Gewährleistung der maximalen Ablehnung von Common-Mode-Signalen.

Anwendungsfeldausdehnung:

Bei medizinischen Geräten wie Elektrokardiogrammen (EKGs) werden Differentialverstärker verwendet, um kleine physiologische Spannungsänderungen genau zu messen, ein klares Signalausgang zu liefern und den Einfluss von externen Rauschen zu verringern.

In professionellen Audiogeräten wird es verwendet, um Signale auszugleichen und die Klangqualität rein zu halten.

Verstärker summieren


Eine summierende Verstärker- oder Adder -Konfiguration ermöglicht es, mehrere Eingangssignale hinzuzufügen und die Summe dieser Signale zu verstärken.Diese Konfiguration ist ein Kernelement in Audio -Mischschülern und Datenverarbeitungssystemen.

Schaltungszusammensetzung und technische Details:

Mehrere Eingangssignale: Stellen Sie eine Verbindung zum invertierenden Eingang (-) des OP-Ampere über ihre jeweiligen Eingangswiderstände r_in1, r_in2, \ dots, r_inn her.

Rückkopplungswiderstand R_F: Angeschlossen vom Ausgangsanschluss mit dem invertierenden Eingangsanschluss, wodurch die Gesamtverstärkung gesteuert wird.

Ausgangsformel:



Das negative Vorzeichen zeigt an, dass das Ausgangssignal aufgrund der Konfiguration des invertierenden Eingangs in der Phase dem Eingangssignal entgegengesetzt ist.

Anwendungsfeldausdehnung:

Bei einem Digital-Analog-Wandler (DAC) wird ein summierender Verstärker verwendet, um mehrere digitale Signale zu einem analogen Ausgang zu kombinieren.

In der Audioverarbeitung können Audiosignale aus mehreren Eingangsquellen kombiniert werden, sodass der Mixer das Volumen und die Auswirkungen verschiedener Spuren einstellen kann.

Differentielle Verstärker und Summieren verbessern die Genauigkeit und Effizienz der Signalverarbeitung durch präzise Widerstandsanpassung und -konfiguration und verbessern den Widerstand des Schaltkreises gegen externe Interferenzen.Das Design und die Implementierung dieser Schaltkreise erfordern eine sorgfältige Auswahl der Widerstände und entsprechende Konfigurationsanpassungen, um eine hohe Leistung und den stabilen Betrieb der Schaltung zu gewährleisten.

Differentialverstärker und integraler Verstärker


Differentielle und integrale Verstärker spielen eine Schlüsselrolle bei der Verarbeitung analoge Signale mit operativen Verstärkern.Sie nutzen Widerstände und Kondensatoren, um ihre Funktionen auszuführen, die für Systeme wie automatische Steuerung und Kommunikation von grundlegender Bedeutung sind.

Unterscheidungsmerkmal


Eine Differenzierungsschaltung gibt die zeitliche Ableitung eines Eingangssignals aus, was beim Erkennen von Änderungen wie Kantenübergängen und Schallvibrationen hilfreich ist.

Eingangsverbindung: Ein Signal, V_in, verbindet über einen Kondensator C mit dem invertierenden Eingang (-) des OP-Verstärkers. Dieser Aufbau hilft bei der effektiven Erfassung von Signalschwankungen.

Spannungsumwandlung: Ein Widerstand R verbindet den invertierenden Eingang mit dem Boden.Dieser Widerstand ist dafür verantwortlich, die Stromschwankungen des Kondensators in einen Spannungsausgang umzuwandeln, wie in der Formel ausgedrückt:


Das negative Vorzeichen zeigt an, dass die Phase des Ausgangssignals aufgrund des Umkehrungsaufbaus relativ zum Eingang umgekehrt ist.

Rauschempfindlichkeit: Die Hochpasseigenschaften des Schaltkreises machen es anfällig für Hochfrequenzrauschen.Um dies zu beheben, werden Komponenten wie Serienwiderstände oder parallele Kondensatoren eingebaut, um Rauschen zu mildern und die Stabilität zu verbessern.

Komponentenauswahl: Die Auswahl geeigneter Werte für R und C ist der Schlüssel zum Anpassen des Frequenzgangs der Schaltung, um sicherzustellen, dass sie nicht übermäßig auf Hochfrequenzstörungen reagiert.

Differentiator Circuit Using Op-Amp
Abbildung 9: Differenzierungsschaltung mit Op-Amp

Integrator


Integratoren werden entwickelt, um die zeitliche Integration eines Signals auszugeben, das zur Glättung von Schwankungen und Überwachung im Laufe der Zeit geeignet ist, z. B. in analogen Computern oder Prozessteuerungen.

Eingangsverbindung: Das Signal v_in stellt eine Verbindung zum invertierenden Eingang (-) des Op-Ampere durch einen Widerstand R.

Rückkopplungsmechanismus: Ein Kondensator C -Verbindungen von der invertierenden Eingabe zum Ausgang und dient als integrale Rückkopplungskomponente.Diese Anordnung unterstützt die Integration, die durch die Ausgangsformel dargestellt wird:


Das negative Vorzeichen signalisiert eine Phasenumkehr im Ausgang.

Driftprobleme: Integratoren können die Ausgabedrift auf dem Eingangssperrstrom aufnehmen, das sich im Kondensator ansammelt.Um dem entgegenzuwirken, wird empfohlen, hochwertige Rückkopplungswiderstände einzubeziehen oder hochwertige Kondensatoren zu verwenden, um die Leckage zu verringern.

Stabilitätsverbesserungen: Einführung von begrenzenden Komponenten wie parallelen Widerständen beim Eingang hilft bei der Regulierung der Ladung und der Entladungsraten des Kondensators und fördert die Schaltungsstabilität.

Anwendungsszenario -Erweiterung


Differentialverstärker: In automatischen Steuerungssystemen zeichnet sie sich in schnellen Reaktionsaufgaben wie der D -Komponente in PID -Controllern aus und steigert die sofortige Anpassungsfähigkeit des Systems an Änderungen.

Integraler Verstärker: In der industriellen Automatisierung aggregiert es Fehler und dient als I -Komponente in PID -Controllern, was der anhaltenden Stabilität des Systems unterstützt.

Abschluss


In verschiedenen Konfigurationen sind Betriebsverstärker vorhanden, die jeweils auf bestimmte Anforderungen zugeschnitten sind.Die invertierenden und nicht invertierenden Verstärker sowie Differentialverstärker, Integratoren und Differenzierer zeigen die Anpassungsfähigkeit von OP-Ampern.Beispielsweise können Differentialverstärker in ähnlicher Weise Rauschen ignorieren, die das gesamte System beeinflussen, während Integratoren und Unterscheidungsmerkmale in die Signalverarbeitung innerhalb von Steuerungssystemen ein wesentlicher Bestandteil sind.Das Entwerfen dieser Setups erfordert ein tiefes Verständnis ihrer theoretischen Grundlagen und die Fähigkeit, sich auf der Grundlage der realen Anforderungen anzupassen.

Diese detaillierte Erkundung hilft uns dabei, die komplizierten Auswältigungsdesigner zu schätzen, um eine präzise Kontrolle und hohe Effizienz der Schaltungsleistung zu erreichen.Durch das Verständnis und Anwenden der detaillierten Merkmale und betrieblichen Nuancen von Betriebsverstärkern können Ingenieure Schaltkreise an die effektiven Anwendungsanforderungen anpassen.






Häufig gestellte Fragen [FAQ]


1. Wie heißt auch ein operativer Verstärker?


Ein operativer Verstärker wird oft als Op-Ampere bezeichnet.Es ist eine spezielle Art von Verstärker, die zur Erhöhung der Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingängen verwendet wird.Es heißt "operativ", weil es ursprünglich zur Durchführung grundlegender mathematischer Operationen in elektronischen Systemen verwendet wurde.

2. Was ist das Symbol für Op-Amper?


Das Symbol für einen Op-Ampere ist ein Dreieck, das nach rechts mit zwei Eingängen auf der linken Seite und einer Ausgabe auf der rechten Seite zeigt.Der mit einem Pluszeichen (+) gekennzeichnete obere Eingang ist das nicht invertierende Anschluss, und der untere Eingang, der mit einem Minuszeichen (-) gekennzeichnet ist, ist das invertierende Terminal.

3. Warum wird es als Op-Amper bezeichnet?


OP-AMP steht für "operativen Verstärker", da er ursprünglich in analogen Computern für Operationen wie Hinzufügen, Subtrahieren, Integrieren und Differenzieren verwendet wurde.Diese Computer waren unerlässlich, bevor die digitalen über die Übernahme von Röhren und die Einnahme von viel Platz einbezogen wurden.

4. Was sind die goldenen Regeln von Op-Amps?


Kein Strom fließt in die Eingangsanschlüsse des OP-Ampere, was bedeutet, dass der Eingangsstrom Null ist.

Die Spannung an den nicht invertierenden (+) und invertierenden (-) Anschlüssen ist gleich.

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