Op Amp is een elektronische component met hoge versterking die voornamelijk wordt gebruikt om spanningssignalen te versterken. Het is een verschilversterker en de uitgang is afhankelijk van het spanningsverschil tussen de twee ingangen (positief+en negatief −). De operationele versterker heeft de kenmerken van hoge versterking. Onder ideale omstandigheden is de open-lusversterking zeer hoog (theoretisch dichtbij oneindig). Wanneer de ingangsimpedantie hoog is, absorbeert deze bijna de ingangsstroom en voorkomt interferentie met het front-endcircuit. Wanneer de uitgangsimpedantie laag is, kan deze het posttrapcircuit rechtstreeks aansturen en dubbele invoer en enkele uitvoer implementeren. Uitgang=versterking × (positieve ingang - negatieve ingang).
Algemene toepassingen en typen operationele versterkers
Veel voorkomende toepassingen van operationele versterkers zijn onder meer spanningsversterkers, filters (laagdoorlaat, hoogdoorlaat, banddoorlaat), signaalvergelijkers (gerelateerd aan comparatoren), integratoren en differentiëlen, buffers (spanningsvolger), analoge berekeningen (optellen, aftrekken, integreren, enz.). Gemeenschappelijke circuits zijn onder meer inverterversterkers, waarvan de ingang is aangesloten op het inverteruiteinde en de omgekeerde versterkingsfunctie, en in-faseversterkers, waarbij de ingang is aangesloten op het positieve uiteinde en de uitgang en ingang in dezelfde fase zijn. In een spanningsvolgcircuit, positieve fase-ingang = uitgang, waardoor impedantieconversie wordt geboden zonder spanningsversterking.
Voorbeelden van in-fase versterkercircuits
Voorbeelden van in-fase versterkercircuits
Het in-fase versterkercircuit in de bovenstaande figuur wordt als voorbeeld genomen. De versterking in de gesloten lus wordt bepaald door de feedbackweerstand Rf en de spanningsdeler Rg. Het ingangssignaal en het uitgangssignaal van de in-faseversterker bevinden zich in dezelfde fase.
Voorbeelden van omgekeerde versterkercircuits
Voorbeelden van omgekeerde versterkercircuits
Neem als voorbeeld het inverterversterkercircuit in de bovenstaande afbeelding. Ervan uitgaande dat dit versterkercircuit een ideale versterker gebruikt, wordt de versterking in de gesloten lus bepaald door de feedbackweerstand Rf en de ingangsweerstand Rin. Het faseverschil tussen het ingangssignaal en het uitgangssignaal van de inverterversterker is 180 graden.
Ontwerp van instelbare lineair geregelde voeding met operationele versterker
Het doel van de instelbare lineair geregelde voeding is het leveren van een stabiele en instelbare uitgangsspanning, en de uitgang blijft stabiel, zelfs als de ingangsspanning of belasting verandert. De basisstructuur van de instelbare lineair geregelde voeding omvat een referentiespanningsbron (zoals TL431, zenerdiode of precisiereferentie-IC), een foutversterker (operationele versterker), een regulerende component (meestal vermogen BJT of MOSFET), een spanningsdelernetwerk met feedbackweerstand (instellen van de uitgangsspanning).
Voorbeeld van een instelbaar lineair geregeld voedingscircuit
Voorbeeld van een instelbaar lineair geregeld voedingscircuit
Als we het instelbare lineaire voedingscircuit in de bovenstaande afbeelding als voorbeeld nemen, bestaat de kern van dit circuit uit een LM358, een regelaardiode, een triode en een negatief feedbackcircuit. R9 en D9 vormen een spanningsstabiliserend circuit. De doorslagspanning van D9 bedraagt 2,5V. Vanwege de hoge ingangsimpedantie van de operationele versterker heeft deze geen spanningsstabiliserende diode nodig om veel stroom te leveren. Op dit moment is de IN1+ van de operationele versterker 2,5V. De operationele versterker, triode, R12 en RP3 vormen een negatieve feedbacklus. Het berekende spanningsbereik moet tussen 2,5 V en 15 V liggen. Omdat de werkelijke voedingsspanning van de operationele versterker ± 12 V bedraagt, is uit de gegevenstabel bekend dat de uitgangszwaai van de operationele versterker ten opzichte van de voedingsrail 1,35 V tot 1,61 V bedraagt. De maximale Vce-spanning van de D882 is 0,5V. Het berekende maximale uitgangsbereik van Vout moet tussen 9,89V en 10,15V liggen. Daarom moet het werkelijke bereik van de uitgangsspanning tussen 2,5 V en 10,15 V liggen.
Bij het ontwerpen van het instelbare lineair geregelde voedingscircuit moet aandacht worden besteed aan de stabiliteit van de referentiespanning. Er moet gebruik worden gemaakt van een referentiebron met lage temperatuurdrift en hoge stabiliteit (zoals TL431 of LM4040). Bij het selecteren van het type operationele versterker moet het uitgangsspanningsbereik het uitgangsuiteinde (rail-naar-rail) bestrijken, met een lage offsetspanning en lage driftkarakteristieken. Bij het selecteren van het type voedingscomponenten moet de juiste BJT of MOSFET worden geselecteerd op basis van de uitgangsstroom om de warmteafvoer en het veilige werkbereik te garanderen. Er moet ook aandacht worden besteed aan thermische bescherming en stabiliteit. Voor hoge stromen moet het koellichaam worden gebruikt en moet RC-compensatie worden overwogen om oscillatie te voorkomen. Voor het instellen van de feedbackimpedantie moeten te hoge R1- en R2-weerstandswaarden (binnen een bereik van enkele kΩ worden aanbevolen) worden vermeden om de stabiliteit en het anti-ruisvermogen te verbeteren. en de ingangsspanning moet hoger zijn dan de maximale uitgangsspanning + VCE (verzadigde spanningsval) of Vds (MOSFET). De huidige bemonsteringsweerstand en secundaire comparator kunnen worden toegevoegd om de overstroombeveiligingsfunctie te realiseren.
Dit ontwerp heeft de kenmerken van fijnafstelling van de uitgangsspanning, hoge warmteontwikkeling van de vermogenstransistor, laag rendement (lineaire kenmerken), weinig ruis en snelle respons, alleen van toepassing op de situatie waarin de ingangsspanning hoger is dan de uitgangsspanning, eenvoudige structuur, gemakkelijke integratie en beschermingsmechanisme en goede warmteafvoer zijn vereist voor toepassing met hoog vermogen.