Cum se utilizează un amplificator operațional într-un circuit?

Amplificatoarele operaționale, cunoscute în mod obișnuit sub denumirea de amplificatoare operaționale, sunt elemente fundamentale ale circuitelor electronice moderne. În calitate de furnizor de amplificatoare, am fost martor direct la versatilitatea și importanța acestor componente într-o gamă largă de aplicații. În această postare pe blog, vă voi ghida prin elementele de bază ale utilizării unui amplificator operațional într-un circuit, de la înțelegerea caracteristicilor acestuia până la implementarea practică.

Înțelegerea elementelor de bază ale amplificatoarelor operaționale

Un amplificator operațional este un amplificator electronic de tensiune mare cu intrări diferențiale și, de obicei, o singură ieșire. Simbolul de bază al unui amplificator operațional constă din două terminale de intrare (inversoare și neinversătoare) și un terminal de ieșire. Câștigul unui amplificator operațional ideal este infinit, iar impedanța sa de intrare este, de asemenea, infinită, în timp ce impedanța sa de ieșire este zero.

Aceste caracteristici fac amplificatoarele operaționale extrem de utile în diferite configurații de circuit. De exemplu, ele pot fi utilizate pentru a amplifica semnale slabe, pentru a efectua operații matematice precum adunarea, scăderea, integrarea și diferențierea și pentru a implementa filtre și oscilatori.

Parametrii cheie ai amplificatoarelor operaționale

Înainte de a utiliza un amplificator operațional într-un circuit, este esențial să înțelegeți parametrii cheie ai acestuia. Acești parametri determină performanța și adecvarea amplificatorului operațional pentru o anumită aplicație.

1. Câștig în buclă deschisă (Aol): Acesta este câștigul amplificatorului operațional fără feedback extern. Într-un amplificator operațional ideal, câștigul în buclă deschisă este infinit. Cu toate acestea, în amplificatoarele operaționale din lumea reală, câștigul în buclă deschisă este foarte mare, de obicei în intervalul de la 10^5 la 10^7.
2. impedanța de intrare (Zin): impedanța de intrare este rezistența văzută la bornele de intrare ale amplificatorului operațional. O impedanță mare de intrare este de dorit, deoarece minimizează efectul de încărcare asupra sursei semnalului de intrare.
3. impedanța de ieșire (sare): impedanța de ieșire este rezistența văzută la borna de ieșire a amplificatorului operațional. O impedanță scăzută de ieșire este de dorit, deoarece permite amplificatorului operațional să conducă sarcini fără atenuare semnificativă a semnalului.
4. Lățimea de bandă: Lățimea de bandă este gama de frecvențe pe care amplificatorul operațional poate funcționa eficient. De obicei, este definită ca frecvența la care câștigul în buclă deschisă scade la 70,7% din valoarea sa de frecvență joasă.
5. Slew rate: Rata de slew este rata maximă de modificare a tensiunii de ieșire a amplificatorului operațional. Se măsoară în volți pe microsecundă (V/µs). Pentru aplicațiile care implică semnale de înaltă frecvență sau care se schimbă rapid, este necesară o rată de slew mare.

Configurații comune ale circuitelor amplificatoarelor operaționale

Există mai multe configurații comune de circuite de amplificatoare operaționale, fiecare cu propriile caracteristici și aplicații.

Amplificator inversor

Amplificatorul inversor este unul dintre cele mai simple și mai utilizate circuite op-amp. Este alcătuit dintr-un amplificator operațional, un rezistor de intrare (Rin) și un rezistor de feedback (Rf). Semnalul de intrare este aplicat terminalului de intrare inversor al amplificatorului operațional, iar terminalul de intrare fără inversare este împământat.

Câștigul de tensiune al amplificatorului inversor este dat de formula:

Av = -Rf / Rin

Semnul negativ indică faptul că semnalul de ieșire este inversat față de semnalul de intrare. Amplificatorul inversor poate fi folosit pentru a amplifica semnale cu o gamă largă de amplitudini și frecvențe.

Amplificator non-inversoare

Amplificatorul non-inversător este un alt circuit obișnuit de amplificator operațional. Este alcătuit dintr-un amplificator operațional, un rezistor de intrare (Rin) și un rezistor de feedback (Rf). Semnalul de intrare este aplicat terminalului de intrare neinversător al amplificatorului operațional, iar terminalul de intrare inversor este conectat la un divizor de tensiune format din Rin și Rf.

Câștigul de tensiune al amplificatorului neinversător este dat de formula:

Av = 1 + Rf / Rin

Amplificatorul neinversător are un câștig de tensiune pozitiv, ceea ce înseamnă că semnalul de ieșire este în fază cu semnalul de intrare. Este adesea folosit în aplicații în care sunt necesare o impedanță mare de intrare și o ieșire fără inversare.

Urmator de tensiune

Adeptul de tensiune, cunoscut și sub denumirea de buffer de câștig unitar, este un caz special al amplificatorului neinversător unde Rf = 0 și Rin = ∞. În această configurație, tensiunea de ieșire a amplificatorului operațional este egală cu tensiunea de intrare, iar câștigul de tensiune este unitar.

Dispozitivul de tensiune are o impedanță de intrare foarte mare și o impedanță de ieșire foarte scăzută, ceea ce îl face ideal pentru tamponarea semnalelor între diferite etape ale unui circuit. Poate fi folosit pentru a izola sursa semnalului de intrare de sarcină și pentru a preveni atenuarea semnalului.

Amplificator de însumare

Amplificatorul de însumare este utilizat pentru a adăuga două sau mai multe semnale de intrare împreună. Este alcătuit dintr-un amplificator operațional, mai multe rezistențe de intrare (R1, R2, ..., Rn) și un rezistor de feedback (Rf). Fiecare semnal de intrare este aplicat terminalului de intrare inversor al amplificatorului operațional prin rezistența de intrare respectivă.

Tensiunea de ieșire a amplificatorului de însumare este dată de formula:

Vout = -Rf * (V1 / R1 + V2 / R2 + ... + Vn / Rn)

Amplificatorul de însumare poate fi utilizat în aplicații precum mixarea audio, procesarea semnalului și sistemele de control.

Considerații practice la utilizarea amplificatoarelor operaționale

Când utilizați amplificatoare operaționale într-un circuit, există mai multe considerații practice care trebuie luate în considerare.

1. Alimentare electrică: Amplificatoarele operaționale necesită o sursă de alimentare pentru a funcționa. Tensiunea de alimentare trebuie să fie în intervalul specificat al amplificatorului operațional. Este important să asigurați o sursă de alimentare stabilă și curată pentru a asigura funcționarea corectă a amplificatorului operațional.
2. Protecție la intrare și la ieșire: Pentru a preveni deteriorarea amplificatorului operațional, se recomandă utilizarea circuitelor de protecție de intrare și de ieșire. Aceste circuite pot include rezistențe, diode și condensatoare pentru a limita tensiunile și curenții de intrare și de ieșire.
3. Zgomot și interferențe: Amplificatoarele operaționale sunt sensibile la zgomot și interferențe. Pentru a minimiza efectele zgomotului și interferențelor, este important să utilizați tehnici adecvate de împământare, cabluri ecranate și componente cu zgomot redus.
4. Considerații termice: Amplificatoarele operaționale pot genera căldură în timpul funcționării, mai ales atunci când conduc sarcini de mare putere. Este important să asigurați o absorbție adecvată a căldurii pentru a preveni supraîncălzirea amplificatorului operațional.

Aplicații ale amplificatoarelor operaționale în sisteme audio

Amplificatoarele operaționale sunt utilizate pe scară largă în sistemele audio pentru diverse aplicații, cum ar fi preamplificarea, amplificarea de putere și procesarea semnalului. În calitate de furnizor de amplificatoare, oferim o gamă de amplificatoare operaționale de înaltă calitate, potrivite pentru aplicații audio.

De exemplu, al nostruDifuzor Active Line Array V10 dual de 10 inchifolosește amplificatoare operaționale în etapele preamplificatorului și amplificatorului de putere pentru a oferi o amplificare audio de înaltă calitate. Amplificatoarele operaționale sunt selectate cu atenție pentru a asigura zgomot redus, câștig mare și lățime de bandă largă, ceea ce are ca rezultat o reproducere clară și precisă a sunetului.

Un alt exemplu este al nostruDifuzor pasiv de 10 inchi și subwoofer activ de 18 inchi. Subwoofer-ul activ folosește amplificatoare operaționale în rețeaua sa crossover și amplificatorul de putere pentru a oferi un control precis al semnalelor audio de joasă frecvență. Amplificatoarele operaționale sunt proiectate pentru a gestiona semnale de mare putere și oferă performanțe excelente de liniaritate și distorsiune.

NoastreDifuzor Active Line Array V6 dual de 6,5 inchiutilizează, de asemenea, amplificatoare operaționale în circuitele sale de procesare audio pentru a îmbunătăți calitatea și performanța sunetului. Amplificatoarele operaționale sunt folosite pentru a implementa funcții de egalizare, filtrare și alte funcții de procesare a semnalului pentru a optimiza ieșirea audio.

Concluzie

Amplificatoarele operaționale sunt componente esențiale în circuitele electronice moderne. Ele oferă o gamă largă de caracteristici și aplicații, de la amplificarea semnalului până la operații matematice și procesare audio. În calitate de furnizor de amplificatoare, ne angajăm să oferim amplificatoare operaționale de înaltă calitate și produse conexe pentru a satisface nevoile clienților noștri.

Dacă sunteți interesat să utilizați amplificatoare operaționale în circuitele dumneavoastră sau aveți nevoie de mai multe informații despre produsele noastre, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați pentru achiziții și negocieri. Avem o echipă de ingineri cu experiență care vă poate oferi asistență tehnică și îndrumări pentru a vă ajuta să selectați amplificatoarele operaționale potrivite pentru aplicațiile dvs.

Referințe

• Sedra, AS și Smith, KC (2015). Circuite microelectronice. Oxford University Press.
• Horowitz, P. și Hill, W. (2015). Arta Electronicei. Cambridge University Press.
• Jung, WG (2005). Manual de aplicații Op Amp. Elsevier.