Операционният усилвател (съкратено op-amp) е директно свързан, диференциален входен усилвател с висок коефициент на усилване и обикновено еднопосочен изход. Той може да генерира изходен потенциал (спрямо земята), който е стотици хиляди пъти по-голям от потенциалната разлика на входа. Получава името си, защото първоначално се използва главно в аналогови изчислителни схеми, като например операции за събиране и изваждане.

Принцип на работа на операционния усилвател

Диференциалният вход на операционния усилвател включва неинвертиращо входно напрежение и инвертиращо входно напрежение. Идеалният операционен усилвател усилва само разликата между двете напрежения, която се нарича входно напрежение на диференциалния режим. Изходното напрежение на операционния усилвател се дава от следната формула:

Vout = (V+ - V-) * Ado

където Ado е диференциалното усилване в отворен контур на операционния усилвател.

Идеален операционен усилвател

Идеалният операционен усилвател обикновено има следните характеристики:

1. Безкрайно усилване в отворен контур (Ado = +∞): Важно свойство на идеалния операционен усилвател е, че в състояние на отворен контур диференциалният сигнал на входа има безкрайно голямо усилване по напрежение, което прави операционния усилвател много подходящ за добавяне на конфигурация с отрицателна обратна връзка в практически приложения.

2. Безкраен входен импеданс (Zin/Rin = ∞): Входните клеми на идеалния операционен усилвател не позволяват протичането на ток, т.е. токовите сигнали на клемите V+ и V- са винаги нулеви, което означава, че входният импеданс е безкраен.

3. Нулево входно отместено напрежение

4. Безкрайна честотна лента (BW = ∞) с нулево фазово изместване и безкрайна скорост на нарастване: Идеалният операционен усилвател ще усилва входните сигнали с всяка честота със същото диференциално усилване, без да се променя поради промяната на честотата на сигнала.

5. Нулев изходен импеданс (Zout/Rout = 0): Изходният терминал на идеалния операционен усилвател е перфектен източник на напрежение. Независимо от това как се променя токът, протичащ към товара на усилвателя, изходното напрежение на усилвателя остава постоянно, т.е. изходният импеданс е нула.

6. Нулев шум

7. Безкрайно съотношение на потискане на синфазния сигнал (CMRR = ∞): Идеалният операционен усилвател може да реагира само на разликата в напрежението между клемите V+ и V-, т.е. усилва само частта (V+ - V-). Общата част на двата входни сигнала (т.е. синфазният сигнал) се игнорира напълно.

8. Коефициент на потискане на безкрайно захранване

Всички тези идеализации не могат да бъдат напълно реализирани. Еквивалентни резистори и кондензатори могат да се използват в модела на операционния усилвател, за да се симулират небезкрайните или ненулеви параметри на реален операционен усилвател. По този начин, проектантите могат да вземат предвид тези влияния при цялостното представяне на крайната схема. Влиянието на някои параметри върху крайния проект може да е незначително, но други параметри, които действително ограничават крайната производителност, трябва да бъдат изчислени.

Често срещани дизайни на приложения

(1) Инвертиращ усилвател със затворен контур

Горната фигура показва схема на инвертиращ усилвател със затворен контур. Ако приемем, че този усилвател със затворен контур използва идеален операционен усилвател, поради безкрайното му усилване в отворен контур, двата входни терминала на операционния усилвател са виртуална маса. Също така, тъй като входният импеданс е безкраен, токът от Vin до V- е равен на тока от V- до Vout, така че:

(2) Неинвертиращ усилвател със затворен контур

Горната фигура показва схема на неинвертиращ усилвател със затворен контур. Отрицателната обратна връзка определя коефициента на усилване в затворен контур Acl=Vout/Vin през резисторите на делителя на напрежение Rf и Rg. Балансът се установява, когато Vout е достатъчно, за да направи напрежението на инвертиращия терминал равно на Vin. Следователно, коефициентът на усилване на напрежението на цялата схема е 1 + Rf/Rg. Формулата за изходно напрежение е:

(3) Суматор

Горната фигура показва схема на суматор. При условие на идеален операционен усилвател, тъй като входният импеданс е безкраен, токът през R1 е равен на тока през R2 и по подобен начин токът през R3 е равен на тока през R4. Така че:

(V1-V+)/R1=(V+-V2)/R2

(Vout-V-)/R3=V_/R4

Също така, поради виртуално късо съединение, има: V+=V_

Тогава може да се заключи, че: Vout = V1 + V2

(4) Интеграторна схема

Горната фигура показва интеграторна схема. При условието на идеален операционен усилвател, коефициентът на усилване в отворен контур е безкраен, напрежението на инвертиращия вход е равно на това на неинвертиращия вход и тъй като входният импеданс е безкраен, токът през R1 е равен на тока през C1.

Токът, преминаващ през R1, е i=V?/R?

Токът, преминаващ през C1, е i=C·dU./dt

Така че Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt

Изходното напрежение е пропорционално на интеграла на входното напрежение във времето, поради което се нарича интеграторна схема.

(5) Диференцираща верига

Горната фигура показва диференцираща схема. При условието на идеален операционен усилвател, коефициентът на усилване в отворен контур е безкраен, напрежението на инвертиращия вход е равно на това на неинвертиращия вход и тъй като входният импеданс е безкраен, токът през R1 е равен на тока през C1.

Ако V1 е внезапно приложено постоянно напрежение, изходът Vout съответства на импулс в обратна посока на V1.

Slkor SL8634XS14 Общ операционен усилвател SOP-14

За нас SLKOR:

SLKOR, със седалище в Шънджън, Китай, е бързо развиващо се национално високотехнологично предприятие в сектора на силови полупроводници. С научноизследователски и развойни центрове в Пекин и Суджоу, основният технически екип произхожда от университета Цинхуа. Като новатор в технологията за силови устройства от силициев карбид (SiC), SLKORПродуктите на [име на компанията] се използват широко в превозни средства с нова енергия, фотоволтаично производство на енергия, индустриален интернет на нещата (IoT) и потребителска електроника, предоставяйки критични полупроводникови решения на над 10,000 XNUMX клиенти по целия свят.

Компанията доставя над 2 милиарда бройки годишно, като нейните SiC MOSFET транзистори и ултрабързо възстановяващи се SBD диоди от 5-то поколение задават индустриални стандарти по отношение на коефициент на ефективност и термична стабилност. SLKOR притежава над 100 патента за изобретения и предлага над 2,000 продуктови модела, като непрекъснато разширява портфолиото си от IP продукти, обхващащи захранващи устройства, сензори и интегрални схеми за управление на захранването. Сертификати, включително ISO 9001, EU RoHS/REACH и съответствие с CP65, демонстрират непоколебимия ангажимент на компанията към технологични иновации, щателно производство и устойчиво развитие.