Операційний підсилювач (скорочено ОП) — це підсилювач напруги з високим коефіцієнтом посилення та прямим диференціальним зв'язком на вході, зазвичай з несимметричним виходом. Він може генерувати вихідний потенціал (відносно землі), який у сотні тисяч разів перевищує різницю потенціалів на вході. Він отримав свою назву, оскільки спочатку використовувався переважно в аналогових обчислювальних схемах, таких як операції додавання та віднімання.

Принцип роботи операційного підсилювача

Диференціальний вхід операційного підсилювача містить неінвертуючу вхідну напругу та інвертуючу вхідну напругу. Ідеальний операційний підсилювач підсилює лише різницю між двома напругами, яка називається вхідною напругою диференціального режиму. Вихідна напруга операційного підсилювача визначається наступною формулою:

Vout = (V+ - V-) * Ado

де Ado – коефіцієнт диференціального підсилення операційного підсилювача у відкритому контурі.

Ідеальний операційний підсилювач

Ідеальний операційний підсилювач зазвичай має такі характеристики:

1. Нескінченне посилення в розімкнутому режимі (Ado = +∞): Важливою властивістю ідеального операційного підсилювача є те, що в розімкнутому режимі диференціальний сигнал на вході має нескінченно велике посилення за напругою, що робить операційний підсилювач дуже придатним для додавання конфігурації негативного зворотного зв'язку в практичних застосуваннях.

2. Нескінченний вхідний імпеданс (Zin/Rin = ∞): Вхідні клеми ідеального операційного підсилювача не пропускають струм, тобто сигнали струму на клемах V+ та V- завжди дорівнюють нулю, що означає нескінченний вхідний імпеданс.

3. Нульова вхідна напруга зміщення

4. Нескінченна смуга пропускання (BW = ∞) з нульовим фазовим зсувом та нескінченною швидкістю наростання частоти: Ідеальний операційний підсилювач підсилюватиме вхідні сигнали будь-якої частоти з однаковим диференціальним коефіцієнтом посилення, не змінюючись через зміну частоти сигналу.

5. Нульовий вихідний імпеданс (Zout/Rout = 0): Вихідний термінал ідеального операційного підсилювача є ідеальним джерелом напруги. Незалежно від того, як змінюється струм, що протікає до навантаження підсилювача, вихідна напруга підсилювача залишається постійною, тобто вихідний імпеданс дорівнює нулю.

6. Нульовий шум

7. Нескінченний коефіцієнт подавлення синфазного сигналу (CMRR = ∞): Ідеальний операційний підсилювач може реагувати лише на різницю напруги між виводами V+ та V-, тобто він підсилює лише частину (V+ - V-). Загальна частина двох вхідних сигналів (тобто синфазний сигнал) повністю ігнорується.

8. Нескінченний коефіцієнт подавлення помех від джерела живлення

Усі ці ідеалізації неможливо повністю реалізувати. Еквівалентні резистори та конденсатори можна використовувати в моделі операційного підсилювача для моделювання нескінченних або ненульових параметрів реального операційного підсилювача. Таким чином, розробники можуть враховувати ці впливи в загальній продуктивності кінцевої схеми. Вплив деяких параметрів на кінцеву конструкцію може бути незначним, але інші параметри, які фактично обмежують кінцеву продуктивність, необхідно розрахувати.

Поширені дизайни додатків

(1) Інвертуючий підсилювач із замкнутим контуром

На рисунку вище показано схему інвертуючого підсилювача із замкнутим контуром. Припускаючи, що цей підсилювач із замкнутим контуром використовує ідеальний операційний підсилювач, то через його нескінченний коефіцієнт посилення у розімкнутому контурі два вхідні виводи операційного підсилювача є віртуальною землею. Також, оскільки вхідний імпеданс нескінченний, струм від Vin до V- дорівнює струму від V- до Vout, тому:

(2) Неінвертуючий підсилювач із замкнутим контуром

На рисунку вище показано схему неінвертуючого підсилювача із замкнутим контуром. Негативний зворотний зв'язок визначає коефіцієнт посилення замкнутого контуру Acl=Vout/Vin через резистори дільника напруги Rf та Rg. Баланс встановлюється, коли Vout достатньо, щоб напруга на інвертуючому виводі дорівнювала Vin. Таким чином, коефіцієнт посилення за напругою всієї схеми дорівнює 1 + Rf/Rg. Формула для вихідної напруги:

(3) Суматор

Наведений вище малюнок показує схему суматора. За умови ідеального операційного підсилювача, оскільки вхідний опір нескінченний, струм через R1 дорівнює струму через R2, і аналогічно, струм через R3 дорівнює струму через R4. Отже:

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

(Vвих-V-)/R3=V_/R4

Також через віртуальне коротке замикання існує: V+=V_

Тоді можна зробити висновок, що: Vout = V1 + V2

(4) Схема інтегратора

Наведений вище малюнок показує схему інтегратора. За умови ідеального операційного підсилювача коефіцієнт підсилення розімкнутого контуру нескінченний, напруга на інвертуючому вхідному виводі дорівнює напрузі на неінвертуючому виводі, а оскільки вхідний імпеданс нескінченний, струм через R1 дорівнює струму через C1.

Струм, що проходить через R1, i=V?/R?

Струм, що проходить через C1, i=C·dU./dt

Отже, Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt

Вихідна напруга пропорційна інтегралу вхідної напруги з плином часу, тому її називають схемою інтегратора.

(5) Схема диференціатора

Наведений вище малюнок показує схему диференціатора. За умови ідеального операційного підсилювача коефіцієнт підсилення розімкнутого контуру нескінченний, напруга на інвертуючому вхідному виводі дорівнює напрузі на неінвертуючому виводі, а оскільки вхідний імпеданс нескінченний, струм через R1 дорівнює струму через C1.

Якщо V1 є раптово прикладеною постійною напругою, вихідний сигнал Vout відповідає імпульсу в напрямку, протилежному напрямку V1.

Загальний операційний підсилювач Slkor SL8634XS14 SOP-14

Про нас SLKOR:

SLKORзі штаб-квартирою в Шеньчжені, Китай, є швидкозростаючим національним високотехнологічним підприємством у секторі силових напівпровідників. Маючи науково-дослідні центри в Пекіні та Сучжоу, її основна технічна команда походить з Університету Цінхуа. Як новатор у технології силових пристроїв з карбіду кремнію (SiC), SLKORПродукція компанії широко використовується в транспортних засобах на нових джерелах енергії, фотоелектричних системах, промисловому Інтернеті речей та побутовій електроніці, забезпечуючи критично важливі напівпровідникові рішення понад 10,000 XNUMX клієнтів у всьому світі.

Компанія щорічно постачає понад 2 мільярди одиниць, а її SiC MOSFET та надшвидкісні SBD-діоди 5-го покоління встановлюють галузеві стандарти коефіцієнта ефективності та теплової стабільності. SLKOR має понад 100 патентів на винаходи та пропонує понад 2,000 моделей продукції, постійно розширюючи свій портфель інтелектуальної власності, охоплюючи пристрої живлення, датчики та мікросхеми керування живленням. Сертифікати, включаючи відповідність ISO 9001, EU RoHS/REACH та CP65, демонструють непохитну відданість компанії технологічним інноваціям, бережливому виробництву та сталому розвитку.