Входное сопротивление идеального операционного усилителя: Входное сопротивление схем ОУ-TINA и TINACloud Resources

Содержание

Входное сопротивление схем ОУ-TINA и TINACloud Resources

Входное сопротивление цепей ОУ

Входное сопротивление идеального операционного усилителя бесконечно. Однако входное сопротивление цепи, состоящей из идеального операционного усилителя, подключенного к внешним компонентам, не бесконечно. Это зависит от формы внешней цепи.

Сначала рассмотрим инвертирующий операционный усилитель. Эквивалентная схема для инвертирующего операционного усилителя на Рисунке (3) «Инвертирующий операционный усилитель» показана на Рисунке 10 (а).

Рисунок 10 — Входное сопротивление, инвертирующий усилитель

На рисунке 10 (b) показана та же схема, измененная для упрощения анализа. Обратите внимание, что мы подключили к входу «тестовый» источник напряжения, чтобы рассчитать эквивалентное сопротивление. Поскольку в схеме есть зависимый источник напряжения, мы не можем найти входное сопротивление простым объединением резисторов. Вместо этого мы находим входное сопротивление, заменяя источник входного сигнала и связанное с ним сопротивление тестовым источником заданного напряжения, vтести затем рассчитать ток, подаваемый тестовым источником в цепь, iтест, В качестве альтернативы, мы могли бы использовать текущий источник теста, iтести решить для напряжения, подаваемого в цепь, vтест. Используя любой метод, мы можем вычислить сопротивление по закону Ома.

Уравнение цикла задается как

(26)

Тогда эквивалентное входное сопротивление

(27)

Как усиление петли, G, приближается к бесконечности, первый член в уравнении (27) приближается к нулю, а входное сопротивление приближается Ra, Таким образом, входное сопротивление, видимое источником, равно значению внешнего сопротивления, Ra, Это проверяет свойство виртуального заземления, поскольку результат показывает, что инвертирующий вход эквивалентен земле.

Теперь рассмотрим инвертирующий усилитель с двумя входами.

Это показано на рисунке (11).

Рисунок 11 — инверторный усилитель с двумя входами

Это частный случай схемы на Рисунке (4) «Схема операционного усилителя», показанной ранее.

Поскольку напряжение на инвертирующем входе в операционный усилитель равно нулю (виртуальное заземление), входное сопротивление видно va is Raи это видно по vb is Rb. «Заземленный» инвертирующий вход также служит для изоляции двух входов друг от друга. То есть вариация в va не влияет на ввод vb, и наоборот.

Входное сопротивление для неинвертирующий усилитель можно определить, обратившись к схеме схемы на Рисунке (5) «Неинвертирующий усилитель». См. Эквивалентную схему на рисунке 12 (а).

Ток не проходит R1 С v+ Вход на операционный усилитель имеет бесконечное сопротивление. В следствии, Rin до неинвертирующего терминала бесконечность. Если проекту требуется большое входное сопротивление, мы часто используем неинвертирующий операционный усилитель с одним входом. Такая конфигурация называется неинвертирующий буфер если он имеет коэффициент усиления по напряжению, равный единице. 

Поэтому ситуация меняется, когда мы переходим к операционному неинвертирующему операционному усилителю с несколькими входами, как показано на рисунке 12 (b). Эквивалентная схема показана на рисунке 12 (c). Мы предполагаем, что сопротивление, связанное с каждым источником, (r1, r2 и r3) равен нулю. При применении тестового источника для расчета входного сопротивления для цепей с несколькими входами мы используем суперпозицию. Поэтому мы применяем тестовый источник на каждом входе отдельно, отключая другие входы (короткие замыкания для источников напряжения и разомкнутые цепи для источников тока в соответствии с принципом суперпозиции). Различные входные сопротивления тогда

(28)

Операционные усилители (на основе простейших примеров): часть 1 / Хабр

В курсе электроники есть много важных тем. Сегодня мы попытаемся разобраться с операционными усилителями.

Начнем сначала. Операционный усилитель — это такая «штука», которая позволяет всячески оперировать аналоговыми сигналами. Самые простейшие и основные — это усиление, ослабление, сложение, вычитание и много других (например, дифференцирование или логарифмирование). Абсолютное большинство операций на операционных усилителях (далее ОУ) выполняются с помощью положительных и отрицательных обратных связей.

В данной статье будем рассматривать некий «идеал» ОУ, т.к. переходить на конкретную модель не имеет смысла. Под идеалом подразумевается, что входное сопротивление будет стремиться к бесконечности (следовательно, входной ток будет стремиться к нулю), а выходное сопротивление — наоборот, будет стремиться к нулю (это означает, что нагрузка не должна влиять на выходное напряжение).

Также, любой идеальный ОУ должен усиливать сигналы любых частот. Ну, и самое важное, коэффициент усиления при отсутствующей обратной связи должен также стремиться к бесконечности.



Ближе к делу

Операционный усилитель на схемах очень часто обозначается равносторонним треугольничком. Слева расположены входы, которые обозначены «-» и «+», справа — выход. Напряжение можно подавать на любой из входов, один из которых меняет полярность напряжения (поэтому его назвали инвертирующим), другой — не меняет (логично предположить, что он называется неинвертирующий). Питание ОУ, чаще всего, двуполярное. Обычно, положительное и отрицательное напряжение питания имеет одинаковое значение (но разный знак!).

В простейшем случае можно подключить источники напряжения прямо ко входам ОУ. И тогда напряжение на выходе будет расчитываться по формуле:


, где

— напряжение на неинвертирующем входе,

— напряжение на инвертирующем входе,

— напряжение на выходе и

— коэффициент усиления без обратной связи.

Посмотрим на идеальный ОУ с точки зрения Proteus.


Предлагаю «поиграть» с ним. На неинвертирующий вход подали напряжение в 1В. На инвертирующий 3В. Используем «идеальный» ОУ. Итак, получаем:

. Но тут у нас есть ограничитель, т.к. мы не сможем усилить сигнал выше нашего напряжения питания. Таким образом, на выходе все равно получим -15В. Итог:


Изменим коэффициент усиления (чтобы Вы мне поверили). Пусть параметр Voltage Gain станет равным двум. Та же задача наглядно решается.


Реальное применение ОУ на примере инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Есть два таких

основных

правила:


I.Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы дифференциальное напряжение (разность между напряжением на инвертирующем и неинвертирующем входах) было равно нулю.
II.Входы ОУ не потребляют тока.

Первое правило реализуется за счет обратной связи. Т.е. напряжение передается с выхода на вход таким образом, что разность потенциалов становится равной нулю.

Это, так сказать, «священные каноны» в теме ОУ.

А теперь, конкретнее.

Инвертирующий усилитель

выглядит именно так (обращаем внимание на то, как расположены входы):


Исходя из первого «канона» получаем пропорцию:


, и немного «поколдовав» с формулой выводим значение для коэффициента усиления инвертирующего ОУ:


Приведенный выше скрин в комментариях не нуждается. Просто сами все подставьте и проверьте.

Следующий этап — неинвертирующий усилитель.
Тут все также просто. Напряжение подается непосредственно на неинвертирующий вход. На инвертирующий вход подводится обратная связь. Напряжение на инвертирующем входе будет:

, но применяя первое правило, можно утверждать, что

И снова «грандиозные» познания в области высшей математики позволяют перейти к формуле:
Приведу исчерпывающий скрин, который можете перепроверить, если хотите:

Пара интересных схем

Напоследок, приведу парочку интересных схем, чтобы у Вас не сложилось впечатления, что операционные усилители могут только усиливать напряжение.

Повторитель напряжения (буферный усилитель). Принцип действия такой же, как и у транзисторного повторителя. Используется в цепях с большой нагрузкой. Также, с его помощью можно решить задачку с согласованием импедансов, если в схеме есть нежелательные делители напряжения. Схема проста до гениальности:

Суммирующий усилитель. Его можно использовать, если требуется сложить (отнять) несколько сигналов. Для наглядности — схема (снова обращаем внимание на расположение входов):

Также, обращаем внимание на то, что R1 = R2 = R3 = R4, а R5 = R6. Формула расчета в данном случае будет: (знакомо, не так ли?)
Таким образом, видим, что значения напряжений, которые подаются на неинвертирующий вход «обретают» знак плюс. На инвертирующий — минус.

Заключение

Схемы на операционных усилителях чрезвычайно разнообразны. В более сложных случаях Вы можете встретить схемы активных фильтров, АЦП и устройств выборки хранения, усилители мощности, преобразователи тока в напряжение и многие многие другие схемы.

Список источников

Краткий список источников, который поможет Вам быстрее освоится как в ОУ, так и в электронике в целом:


Википедия

П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники»

Б. Бейкер. «Что нужно знать цифровому разработчику об аналоговой электронике»

Конспект лекций по электронике (желательно, собственный)


UPD.:

Спасибо

НЛО

за приглашение

Идеальный операционный усилитель. OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Читайте также

Усилитель с общим эмиттером и шунтирующим конденсатором

Усилитель с общим эмиттером и шунтирующим конденсатором Обычно в усилителе с общим эмиттером (ОЭ) используют шунтирующий конденсатор, подобный Се на рис. 4.5, включенный параллельно Re, что позволяет увеличить коэффициент усиления по напряжению. Проблема состоит в том,

Усилитель с общим эмиттером с параллельной обратной связью по напряжению

Усилитель с общим эмиттером с параллельной обратной связью по напряжению В качестве примера, относящегося уже не к колебательному контуру, а к усилителю, на рис.

4.18 показана упрощенная гибридная ?-модель для усилителя ОЭ с параллельной обратной связью по напряжению. Рис.

Трехкаскадный усилитель с параллельной обратной связью по напряжению

Трехкаскадный усилитель с параллельной обратной связью по напряжению Теперь рассмотрим более значительное изменение. Включим резистор обратной связи Rf=5 кОм между узлами 8 и 2 (то есть между коллектором последнего и базой первого каскадов). Это приведет к созданию

Неинвертирующий идеальный операционный усилитель

Неинвертирующий идеальный операционный усилитель На рис. 5.3 показана другая простая схема на ОУ. В ней напряжение vs подключено к неинвертирующему (+) входу. На рис. 5.4 показана модель и приведены параметры элементов. Рис. 5.3. Неинвертирующий усилитель на базе идеального

Операционный усилитель с дифференциальным входом

Операционный усилитель с дифференциальным входом Если входной сигнал подается между инвертирующим и неинвертирующим входами, на выходе ОУ получается усиленная разность входных напряжений. Чтобы упростить анализ, примем, что на рис. 5.5 Ri=R3=5 кОм и R2=R4=10 кОм. Модель PSpice для

Усилитель с общим эмиттером с нешунтированным эмиттерным резистором

Усилитель с общим эмиттером с нешунтированным эмиттерным резистором Когда усилитель ОЭ использует эмиттерный резистор, не шунтированный конденсатором, коэффициент усиления по напряжению схемы уменьшается, зато улучшается частотная характеристика. Схема с

Усилитель без эмиттерного конденсатора

Усилитель без эмиттерного конденсатора Обратимся к рис.

10.13, где приведена схема без СЕ. Входной файл для анализа: Phase Relations in СЕ AmplifierVCC 4 0 12VR1 4 1 40kR2 1 0 5kRC 4 2 1kRE 3 0 100Rs 6 5 100RB 1 1A 0.01C1 5 1 15uFQ1 2 1A 3 BJT.MODEL BJT NPN (BF=80)vs 6 0 sin (0 10mV 5kHz).TRAN 0.02ms 0.2ms.PROBE.END Проведите анализ и получите в Probe графики

Усилитель с эмиттерным конденсатором

Усилитель с эмиттерным конденсатором Однако обычно усилитель работает с конденсатором СЕ, подключенным параллельно RЕ. Давайте снова вставим во входной файл исключенную строкуСЕ 3 0 10uFи заново выполним анализ. Получите в Probe только график напряжения на эмиттере,

12.5. МОП-транзисторный усилитель как усилитель постоянного напряжения

12.5. МОП-транзисторный усилитель как усилитель постоянного напряжения Входной фильтр выходного МОП-транзисторного каскада, состоящий из R3, R4, С2 и С3, образует полосовой фильтр. Он настроен таким образом, что подходит для любых источников низкочастотных сигналов

Идеальный тренер

Идеальный тренер Как надежный слуга, редактор Visual Basic постоянно (но ненавязчиво) проверяет и подправляет вашу работу следующим образом.* Если вы напечатаете одну строку программного кода с отступом, тот же отступ автоматически будет установлен и для следующих строк (это

Идеальный любитель

Идеальный любитель Что нужно для полного счастья обычному фотолюбителю? Нужно, чтобы с фотоаппаратом было просто обращаться, нужно, чтобы он позволял легко искать и компоновать кадр, быстро подправлять вручную некоторые основные настройки, а главное — чтобы по

Голубятня: Идеальный мобильный звук.

Часть первая Сергей Голубицкий

Голубятня: Идеальный мобильный звук. Часть первая Сергей Голубицкий Опубликовано 07 февраля 2012 года Сегодня — первая часть давно обещанного видеорассказа о самом восхитительном «железном» моем открытии не только 2011 года, но, пожалуй, и последнего

Идеальный журнал

Идеальный журнал LinuxFormat, #78 (апрель 2006)Традиционно «толстые» компьютерные журналы разделяются на две части: блок новостей и, так сказать, «тело» журнала – собственно материалы номера. Оправдана ли такая организация в век тотальной интернетизации? В век, когда все, имеющие

Идеальный компьютер для Adobe Creative Suite

Идеальный компьютер для Adobe Creative Suite Дэниел С. Эванс За время, прошедшее после выпуска Adobe Creative Suite, этот программный комплекс успел получить немало хвалебных отзывов, в том числе и от сотрудников редакции PC Magazine. Это отличный продукт при условии, что вы располагаете

Усилители на микросхемах

Применение аналоговых микросхем

Усилители на микросхемах

В радиоэлектронике широкое применение нашли операционные усилители. Операционный усилитель имеет два входа и один выход. У него большое входное сопротивление, малое выходное сопротивление, большой коэффициент усиления постоянного напряжения.


Рис. 1

Рис. 2
У идеального операционного усилителя входное сопротивление равно бесконечности, выходное сопротивление равно нулю, коэффициент усиления бесконечно велик, выходное напряжение равно нулю при одинаковых напряжениях на обоих входах.
Операционные усилители питаются от двух одинаковых источников напряжения, имеющих общую точку. Один из входов операционного усилителя называется инвертирующим, а другой – неинвертирующим. Фаза сигнала на выходе усилителя совпадает с фазой сигнала на неинвертирующем входе и противоположна фазе сигнала на инвертирующем входе.

На рисунке 1 приведена схема неинвертирующего усилителя на микросхеме К140УД7. На рисунке показаны цепи подключения источников питания. Резистором R5 устраняется напряжение смещения нуля. Коэффициент усиления усилителя с глубокой отрицательной обратной связью определяется звеном отрицательной обратной связи на резисторах R2, R3 и R4. Коэффициент усиления по напряжению можно определить по формуле К=(R2+R3+R4)/R2. Полоса пропускания усилителя зависит от коэффициента усиления и достигает максимального значения 50 кГц при минимальном для данной схемы коэффициенте усиления. Минимальный коэффициент усиления получается при сопротивлении резистора R4 равном нулю. На рисунке 2 приведена схема неинвертирующего усилителя на микросхеме К140УД1А. Коэффициент усиления усилителя определяется звеном обратной связи R2, R4 и равен К=(R2+R4)/R2. Резисторы R3 и R5 необходимы для устранения напряжения смещения нуля. Конденсатор С1 и резистор R6 корректируют амплитудно-частотную характеристику усилителя.


Рис. 3
На рисунке 3 приведен пример использования микросхемы в усилителе для карманного радиоприемника. Потребляемый ток в режиме молчания ~ 5 мА. Коэффициент усиления по напряжению ~ 10 000.
Рис. 4
В схемах на рис. 3 и 4 усиление напряжения производится операционным усилителем А1, а транзисторы используются для согласования высокого выходного сопротивления микросхемы с низким сопротивлением звуковой катушки громкоговорителя. Настройка данной схемы сводится к подбору при помощи R3 и R4 нужного коэффициента усиления.
Данная схема имеет коэффициент усиления около 130 при выходной мощности 200 милливатт. Величина сопротивления резисторов R1, R2 может быть от 100 до 200 килоом, но она должна быть одинаковой. В качестве транзисторов можно использовать практически любую комплементарную пару, но обязательно — либо оба кремниевые, либо оба — германиевые. В качестве примера можно рекомендовать применение транзисторов типов КТ315+КТ361; КТ3107+КТ3102; МП38+МП41. Этот усилитель можно собрать на плате с размерами 20Х30 мм.

Изменяя глубину ООС, легко регулировать коэффициент усиления ОУ. Это позволяет конструировать УНЧ с довольно глубокой АРУ по звуковому сигналу, что может быть полезно как в приемной части трансивера, так и в микрофонном усилителе. Схема УНЧ приемника с АРУ приведена на рис. 5,а. Первый каскад, собранный на малошумящем транзисторе VI, усиливает сигнал и задает смещение ( + 6 В) на неинвертирующий вход ОУ. К инвертирующему входу подключен делитель обратной связи, составленный из резистора R6 и сопротивления канала полевого транзистора V3. Цепочка стандартной коррекции R5C3 предотвращает самовозбуждение ОУ при введении ООС. Конденсатор С4 увеличивает ООС на высоких частотах и тем самым ограничивает полосу пропускания сверху. Нижние частоты ослабляются благодаря сравнительно небольшой емкости разделительно¬го конденсатора С5. При понижении частоты его емкостное сопротивление возрастает, опять увеличивая ООС и снижая усиление. Выходной каскад собран по схеме двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах различной проводимости V4,V5.
Сигнал с выхода усили¬теля подается на разъем телефонов XI и на выпрямитель, собранный по схеме с удвоением напряжения на диодах V6,V7. Благодаря использованию кремниевых диодов с пороговым напряжением 0,5 В АРУ приобретает пороговые свойства и начинает действовать лишь при выходном напряжении более 1 В.


Рис. 5. УНЧ на операционном усилителе с АРУ:
a — схема; б — амплитудная характеристика

Выпрямленное напряжение отрицательной полярности приложено к затвору регулирующего транзистора V3. При возрастании выходного сигнала этот транзистор запирается, отчего возрастает глубина ООС и усиление ОУ падает. Резисторно-диодная цепочка R4V2 уменьшает нелинейные искажения при сильном сигнале.
У изготовленного образца УНЧ полоса пропускания при малом сигнале составила 400 Гц…5 кГц с максиму¬мом усиления на частотах около 2 кГц. Уровень шума, приведенный ко входу, не превосходил 0,5 мкВ. По мере возрастания уровня сигнала полоса пропускания расширяется, что несущественно, поскольку при этом отно-сительный уровень шума падает. Коэффициент усиления при малом сигнале превосходит 100 дБ (105 по напряжению). Амплитудная характеристика УНЧ показана на рис. 5,б. АРУ начинает работать при входном сигнале около 10 мкВ. Когда входной сигнал превосходит 10 мВ, регулирующий транзистор V3 запирается полностью, а усиление ОУ становится близким к единице. Поскольку дальнейшее регулирование невозможно, снова наблюдается рост выходного сигнала. Таким образом, диапазон регулирования составляет около 60 дБ. Полный же диа¬пазон входных сигналов УНЧ (от уровня шумов до на¬чала ограничения сигнала) достигает 90 дБ.


Рис. 6
Принципиальная схема еще одного линейного усилителя приведена на рис. 6. Он собран на операционном усилителе К1УТ401А. При данных деталях, указанных на схеме, диапазон рабочих частот устройства — от 10 Гц до 70 кГц на уровне — 6 дБ и от 27 Гц до 20 кГц на уровне — 1 дБ. Входное сопротивление усилителя, определяемое в данном случае сопротивлением параллельно соединенных резисторов делителя напряжения R1R2, равно 100 кОм, коэффициент усиления — около 100, напряжение шумов на выходе (при коротком замыкании на входе) не превышает 6—7 мкВ.
Верхняя граница диапазона рабочих частот зависит от емкости конденсатора СЗ, нижняя — от емкости конденсатора С2. Цепочка R5C4 служит для устранения самовозбуждения усилителя на высоких частотах. Для этого же предназначен и керамический конденсатор С5, припаиваемый при монтаже непосредственно к выводам 1 и 7 операционного усилителя MC1. При необходимости коэффициент усиления устройства можно изменить, увеличивая сопротивление резистора R3 (уменьшать его нельзя, так как в этом случае для сохранения нижней границы рабочего диапазона частот потребуется резкое увеличение емкости конденсатора С2 или изменяя сопротивление резистора R4. Вместо последнего можно включить частотно-корректирующую цепь, необходимо лишь помнить, что ее сопротивление постоянному току не должно превышать 1 МОм.

На рис.7 приведена принципиальная схема низкочастотного усилителя с выходной мощностью около 6 Вт на нагрузке 3 Ом. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц не превышает 2 дБ. Максимальная чувствительность усилителя 200 мВ.


Рис. 7. Схема усилителя НЧ с выходной мощностью до 6 Вт
Особенностью усилителя, построенного по такой схеме, является то, что выходные транзисторы работают без начального напряжения смещения. Усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью с выхода на инвертирующий вход операционного усилителя. Налаживание усилителя сводится к подбору элементов корректирующей цепи, устраняющей самовозбуждение усилителя и определяющей амплитудно-частотную характеристику устройства. На практике лучше применять ОУ с Fc около 3 кГц, тогда без ОС получаются необходимая полоса и высокий коэффициент усиления. Кроме того, ОУ без ОС менее склонен к самовозбуждению. К подобным типам ОУ относятся, например, К140УД1 (К1УТ401) и К153УД1 (К1УТ531).

(По материалам журнала «Радио» 1976 г.)

Ideal Op Amp — обзор

Атрибуты

Ideal Op Amp

Идеальный операционный усилитель имеет бесконечное усиление для дифференциальных входных сигналов . На практике реальные устройства будут иметь довольно высокое усиление (также называемое усилением без обратной связи ), но это усиление не обязательно будет точно известно. Что касается технических характеристик, коэффициент усиления измеряется в единицах V OUT / V IN и выражается в V / V, безразмерном числовом коэффициенте усиления. Однако чаще коэффициент усиления выражается в децибелах (дБ), что математически составляет дБ = 20 • log (числовое усиление).Например, числовое усиление 1 миллион (10 6 В / В) эквивалентно усилению 120 дБ. Коэффициенты усиления 100–130 дБ являются обычными для прецизионных операционных усилителей, в то время как высокоскоростные устройства могут иметь усиление в диапазоне 60–70 дБ.

Кроме того, идеальный операционный усилитель имеет нулевое усиление для сигналов , общего, , на оба входа, то есть синфазных сигналов (CM). Или, выражаясь в терминах подавления этих синфазных сигналов, идеальный операционный усилитель имеет бесконечное подавление CM (CMR).На практике реальные операционные усилители могут иметь характеристики CMR до 130 дБ для прецизионных устройств или до 60–70 дБ для некоторых высокоскоростных устройств.

Идеальный операционный усилитель также имеет нулевое напряжение смещения (V OS = 0) и потребляет нулевой ток смещения (I B = 0) на обоих входах. В реальных устройствах фактическое напряжение смещения может составлять от 1 мкВ или меньше до нескольких мВ. Токи смещения могут составлять от нескольких фА до нескольких мкА. Этот чрезвычайно широкий диапазон спецификаций отражает различные структуры ввода, используемые в различных устройствах, и более подробно рассматривается далее в этой главе.

Заголовки атрибутов на Рисунке 1-1 для INPUTS и OUTPUT резюмируют вышеупомянутые концепции в более сжатых терминах. С практической точки зрения, еще одним важным атрибутом является концепция низкого импеданса источника и на выходе. Как будет показано позже, низкий импеданс источника обеспечивает более высокие уровни полезного усиления в схемах.

Подводя итог этим идеализированным атрибутам усилителя обработки сигналов, некоторые характеристики могут сначала показаться странными. Однако критически важно повторить, что операционные усилители просто никогда не предназначены для использования без общей обратной связи.Фактически, как уже отмечалось, подключение подходящего внешнего контура обратной связи определяет коэффициент усиления и частотную характеристику усилителя замкнутого контура .

Обратите также внимание на то, что все операционные усилители имеют положительную и отрицательную клеммы источника питания, но редко (если вообще когда-либо) они имеют отдельное заземление. На практике выходное напряжение операционного усилителя относится к общей точке источника питания. Примечание. Этот ключевой момент дополнительно поясняется с учетом обычно используемых сетей обратной связи операционных усилителей.

При базовой схеме подключения операционного усилителя на рис. 1-2 сигнал подается на (+) вход, а (обобщенная) сеть подает часть выходного напряжения на вход (-). Это составляет обратной связи, с операционным усилителем, работающим в режиме с обратной связью, . Сеть обратной связи (показанная здесь в общем виде) может быть резистивной или реактивной, линейной или нелинейной или любой их комбинацией. Более подробный анализ покажет, что характеристика усиления схемы в целом следует обратной функции передаточной функции сети обратной связи.

Рисунок 1-2. Обобщенная схема операционного усилителя с примененной обратной связью

Концепция обратной связи является одновременно важным и важным моментом при использовании операционного усилителя. При наличии обратной связи характеристики чистого коэффициента усиления с обратной связью каскада, такого как рисунок 1-2, в первую очередь зависят от набора из внешних компонентов (обычно пассивных). Таким образом, поведение в меньшей степени зависит от относительно нестабильных характеристик разомкнутого контура усилителя.

Обратите внимание, что на Рисунке 1-2 входной сигнал применяется между входом операционного усилителя (+) и опорной точкой , общей или , , как обозначено символом заземления.Важно отметить, что эта контрольная точка также является общей для сети вывода и обратной связи. По определению, выходной сигнал каскада операционного усилителя появляется между выходной клеммой / входом сети обратной связи и этой общей массой. Этот единственный важный факт отвечает на вопрос: «Где заземлен операционный усилитель?» вопрос, который так часто задают новички в этом ремесле. Ответ прост: он заземлен косвенно, а — в силу общности входа, сети обратной связи и источника питания, как показано на Рисунке 1-2.

Чтобы подчеркнуть, как входные / выходные сигналы соотносятся с источником питания, соединения двойного источника питания показаны пунктиром, при этом средняя точка источника питания ± является общей для заземления входного / выходного сигнала. Но учтите, что хотя все прикладные схемы операционных усилителей могут не отображать полную информацию о подключениях источника питания, каждая настоящая схема всегда будет использовать источники питания.

Входное сопротивление схем операционного усилителя — TINA и TINACloud Resources

Входное сопротивление схем операционного усилителя

Входное сопротивление идеального операционного усилителя бесконечно. Однако входное сопротивление схемы, состоящей из идеального операционного усилителя, подключенного к внешним компонентам, не бесконечно. Это зависит от формы внешнего контура.

Сначала рассмотрим операционный усилитель , инвертирующий . Эквивалентная схема для инвертирующего операционного усилителя на Рисунке (3) «Инвертирующий операционный усилитель» показана на Рисунке 10 (а).

Рисунок 10- Входное сопротивление, инвертирующий усилитель

Рисунок 10 (b) показывает ту же схему, измененную для простоты анализа. Обратите внимание, что мы подключили к входу «тестовый» источник напряжения, чтобы рассчитать эквивалентное сопротивление.Поскольку схема содержит зависимый источник напряжения, мы не можем найти входное сопротивление, просто комбинируя резисторы. Вместо этого мы находим входное сопротивление, заменяя источник входного сигнала и связанное с ним сопротивление тестовым источником с заданным напряжением, v test , а затем вычисляем ток, подаваемый тестовым источником в схему, i test . В качестве альтернативы мы могли бы использовать источник тока для тестирования, i test , и решить для напряжения, подаваемого на схему, v test .Используя любой из этих методов, мы можем рассчитать сопротивление по закону Ома.

Уравнение контура задается следующим образом:

(26)

Эквивалентное входное сопротивление тогда составляет

(27)

По мере того, как коэффициент усиления контура G приближается к бесконечности, первый член в уравнении (27) приближается ноль, а входное сопротивление приближается к R a . Таким образом, входное сопротивление, видимое источником, равно значению внешнего сопротивления, R a .Это подтверждает свойство виртуального заземления, поскольку результат показывает, что инвертирующий вход эквивалентен заземлению.

Теперь рассмотрим инвертирующий усилитель с двумя входами.

Это показано на рисунке (11).

Рисунок 11- Инвертирующий усилитель с двумя входами

Это частный случай схемы на Рисунке (4) «Схема операционного усилителя», показанной ранее.

Поскольку напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя равно нулю (виртуальная земля), входное сопротивление, видимое для v a , составляет R a , а сопротивление на входе v b R b .«Заземленный» инвертирующий вход также служит для изоляции двух входов друг от друга. То есть изменение v a не влияет на ввод v b , и наоборот.

Входное сопротивление для неинвертирующего усилителя можно определить, обратившись к конфигурации схемы на Рисунке (5) «Неинвертирующий усилитель». См. Эквивалентную схему на рисунке 12 (а).

Ток не проходит через R 1 , поскольку вход v + к операционному усилителю имеет бесконечное сопротивление. В результате R в для неинвертирующего терминала равно бесконечности. Если в конструкции требуется большое входное сопротивление, мы часто используем неинвертирующий операционный усилитель с одним входом. Такая конфигурация называется неинвертирующим буфером , если она имеет коэффициент усиления по напряжению, равный единице.

Следовательно, ситуация меняется, когда мы переходим к неинвертирующему операционному усилителю с несколькими входами, как показано на рисунке 12 (b). Эквивалентная схема показана на Рисунке 12 (c). Мы предполагаем, что сопротивление, связанное с каждым источником ( r 1 , r 2 и r 3 ), равно нулю Ом.При применении тестового источника для расчета входного сопротивления для цепей с несколькими входами мы используем суперпозицию. Поэтому мы применяем тестовый источник к каждому входу отдельно, отключая другие входы (короткие замыкания для источников напряжения и разомкнутые цепи для источников тока в соответствии с принципом суперпозиции). Тогда различные входные сопротивления равны

(28)

Операционные усилители (OP AMPS) MCQ — Электронное устройство и схемы

В этом разделе электронных устройств и схем.Он содержит операционные усилители (OP AMPS) MCQ (ответы на вопросы с несколькими вариантами ответов). Все MCQ (ответы на вопросы с несколькими вариантами ответов) требуют углубленного изучения электронных устройств и схем, поскольку уровень жесткости MCQ поддерживается на повышенном уровне. Вопросы очень полезны при подготовке к различным конкурсным экзаменам и экзаменам университетского уровня.

В этом разделе рассматриваются следующие темы:

  1. Операционные усилители MCQ.
  2. OP AMPS в качестве усилителей напряжения, инвертирующий, неинвертирующий, повторитель напряжения, суммирующий усилитель, дифференциальные усилители MCQ.
  3. Интегратор операционного усилителя MCQs
  4. Дифференциатор OP AMP MCQs
  5. Схемы линейных операционных усилителей
  6. MCQ
  7. Инструментальные усилители MCQs

Практикуйтесь прямо сейчас, чтобы отточить свою концепцию.

3

. Коэффициент усиления идеального операционного усилителя по напряжению:

4

. Полоса пропускания идеального операционного усилителя:

5

. Выходное сопротивление идеального операционного усилителя:

6

.CMRR идеального операционного усилителя:

7

. Скорость нарастания идеального операционного усилителя:

10

. Виртуальная земля операционного усилителя означает:

12

. Значение синфазного усиления:

13

. Скорость нарастания определяется как:

14

. Интегратор операционного усилителя использует:

15

. Операционный усилитель может усилить

16

. Остаточный ток дифференциального усилителя составляет

17

.Напряжение узла в верхней части хвостового резистора наиболее близко к

18

. Входной ток смещения равен

19

. Хвостовой ток равен

20

. Коэффициент усиления по напряжению дифференциального усилителя с дифференциальным выходом равен RC, деленному на
.

21

. Входное сопротивление дифференциального усилителя равно re ‘, умноженное на

22

. Сигнал постоянного тока имеет частоту

23

.Когда две входные клеммы дифференциального усилителя заземлены,

24

. Один источник выходного напряжения ошибки —

25

. На
подается синфазный сигнал.

26

. Коэффициент усиления синфазного напряжения составляет

27

. Входной каскад операционного усилителя обычно

28

. Хвостовая часть дифференциального усилителя действует как

29

. Коэффициент усиления синфазного напряжения дифференциального усилителя равен RC, деленному на
.

30

.Когда две базы заземлены в дифференциальном усилителе, напряжение на каждом эмиттерном диоде составляет

31

. Коэффициент подавления синфазного сигнала составляет

32

. Типичный входной каскад операционного усилителя имеет

33

. Входной ток смещения обычно составляет

34

. Когда обе базы заземлены, единственное смещение, вызывающее ошибку, — это
.

35

. Что обычно регулирует частоту среза разомкнутого контура операционного усилителя?

36

.Компенсирующий конденсатор предотвращает

37

. На частоте с единичным усилением коэффициент усиления по напряжению без обратной связи составляет

38

. Частота среза операционного усилителя равна частоте единичного усиления, деленной на
.

39

. Если частота среза составляет 15 Гц, а коэффициент усиления по напряжению без обратной связи в средней полосе составляет 1000000, частота с единичным усилением составляет
.

40

. Входное сопротивление идеального операционного усилителя составляет

41

. Если частота с единичным усилением составляет 5 МГц, а усиление по напряжению разомкнутого контура в средней полосе составляет 200000, частота среза равна
.

42

. Операционный усилитель — это устройство со следующим количеством входных клемм

43

. Начальный наклон синусоиды прямо пропорционален

44

. Коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен
.

45

. Когда начальный наклон синусоидальной волны больше, чем скорость нарастания,

46

.OP-AMP может использоваться для генерации сигнала, имеющего форму

47

. Полоса мощности увеличивается, когда

48

. Коэффициент усиления повторителя напряжения операционного усилителя составляет

50

. 741C не может работать без

51

. Входное сопротивление операционного усилителя BIFET составляет

53

. Если два напряжения питания равны плюс и минус 15 В, значение MPP операционного усилителя ближе всего к
.

54

.Частота среза разомкнутого контура 741C контролируется

55

. 741C имеет частоту единичного усиления

56

. Частота с единичным усилением равна произведению коэффициента усиления по напряжению с обратной связью и

57

. Если единичная частота составляет 10 МГц, а коэффициент усиления по напряжению без обратной связи в средней полосе составляет 1000000, то частота среза ОУ без обратной связи составляет

58

. Начальный наклон синусоиды увеличивается, когда

59

.Если частота превышает ширину полосы пропускания,

60

. Операционный усилитель имеет резистор с открытой базой. Выходное напряжение будет

61

. Операционный усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению 500000. Если выходное напряжение 1 В, входное напряжение

62

. 741C имеет напряжения питания плюс и минус 15 В. Если сопротивление нагрузки велико, значение MPP равно
.

63

. Выше частоты среза коэффициент усиления по напряжению 741C уменьшается примерно на

64

.Коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя равен единице на

65

. Когда происходит искажение синусоиды со скоростью нарастания, выход

67

. Коэффициент усиления по напряжению обратной связи инвертирующего усилителя равен

68

. Неинвертирующий усилитель имеет

69

. Повторитель напряжения имеет

70

. Суммирующий усилитель может иметь

71

. В схеме линейного операционного усилителя

72

.В усилителе переменного тока, использующем операционный усилитель с конденсаторами связи и байпасом, выходное напряжение смещения составляет

73

. Чтобы использовать операционный усилитель, вам понадобится не менее

74

. В управляемом источнике тока с операционными усилителями схема действует как

75

. Инструментальный усилитель имеет высокий

76

. Усилитель тока на выходе операционного усилителя увеличит ток короткого замыкания на

77

.Учитывая опорное напряжение +2,5 В, мы можем получить опорное напряжение +15 В, используя

78

. В дифференциальном усилителе CMRR ограничивается в основном

79

. Входной сигнал для инструментального усилителя обычно поступает от

80

. В классическом инструментальном усилителе с тремя операционными усилителями дифференциальное усиление по напряжению обычно создается усилителем
.

81

. Охрана вождения уменьшает

82

.В цепи усреднения входные сопротивления
Ом.

83

. Цифро-аналоговый преобразователь — это приложение

84

. В источнике тока, управляемого напряжением,

85

. Источник тока Howland производит

86

. Назначение AGC —

87

. 1 ppm эквивалентно

88

. Входной преобразователь преобразует

89

.Термистор преобразует

90

. Когда мы подгоняем резистор, мы получаем

91

. Цифро-аналоговый преобразователь с четырьмя входами имеет

92

. Операционный усилитель с выходом rail-to-rail

93

. Когда JFET используется в цепи AGC, он действует как

94

. Если операционный усилитель имеет только положительное напряжение питания, его выход не может

Идеальный операционный усилитель | Характеристики

Усилители являются важным элементом многих электронных приложений.Возможно, наиболее распространенное использование усилителя — это преобразование низковольтного маломощного сигнала от цифрового аудиоплеера (например, iPhone или MP3-плеера) до уровня, подходящего для управления наушниками-вкладышами или наушниками, как показано в Рисунок 1.

Рисунок 1 Типичный цифровой аудиоплеер

Усилители

находят важное применение практически во всех областях техники, поскольку подавляющее большинство преобразователей и датчиков, используемых для измерения, вырабатывают электрические сигналы, которые затем усиливаются, фильтруются, дискретизируются и обрабатываются аналоговыми и цифровыми электронными приборами. Например, , инженеры-механики используют термисторы, акселерометры и тензодатчики для преобразования температуры, ускорения и деформации в электрические сигналы. Эти сигналы должны быть усилены перед передачей, а затем отфильтрованы (функция, выполняемая усилителями) перед выборкой данных для подготовки к созданию цифровой версии исходного аналогового сигнала.

Другие, менее очевидные функции, такие как изоляция импеданса, также выполняются усилителями. Теперь должно быть ясно, что усилители делают больше, чем просто воспроизводят увеличенную копию сигнала, хотя эта функция, безусловно, очень важна.

Характеристики идеального усилителя

Простейшая модель усилителя изображена на рис. 2 , , где сигнал v S усиливается постоянным коэффициентом G , который называется коэффициентом усиления по напряжению усилителя. В идеале входной импеданс усилителя равен бесконечному таким образом, что в в = в S ; если его выходное сопротивление равно ноль , v o будет определяться усилителем независимо от R , так что:

\ [\ begin {matrix} {{v} _ {0}} = G {{v} _ {in}} = G {{v} _ {S}} & Ideal \ text {} усилитель & (1) \\\ end {matrix} \]

Рисунок 2 Усилитель между источником и нагрузкой

Обратите внимание, что вход, воспринимаемый усилителем, является источником Тевенина ( v S последовательно с R S ), в то время как выходной сигнал, воспринимаемый усилителем, представляет собой одиночное эквивалентное сопротивление R .

Более реалистичная (но все же довольно простая) модель усилителя показана на рис. 3 . На этом рисунке концепции входного и выходного сопротивления усилителя объединены как одиночные сопротивления R в и R из соответственно. То есть с точки зрения нагрузки R усилитель действует как источник Thevenin ( A υ в последовательно с R из ), а с точки зрения внешнего источника ( v S последовательно с R S ) усилитель действует как эквивалентное сопротивление R в .Константа A — это множитель, связанный с зависимым (управляемым) источником напряжения, и известен как коэффициент усиления контура при разомкнутой цепи .

Рисунок 3 Простой усилитель напряжения модели

Используя модель усилителя , рис. 3 и применив деление напряжения, входное напряжение усилителя теперь составляет:

\ [{{v} _ {ab}} = {{v} _ {in}} = \ frac {{{R} _ {in}}} {{{R} _ {S}} + {{R } _ {in}}} {{v} _ {S}} \ begin {matrix} {} & {} & (2) \\\ end {matrix} \]

Выходное напряжение усилителя можно также найти, применив деление напряжения, где:

\ [{{v} _ {0}} = A {{v} _ {in}} \ frac {R} {{{R} _ {out}} + R} \ begin {matrix} {} & { } & (3) \\\ end {matrix} \]

Замените v на и разделите обе стороны на v S , чтобы получить:

\ [\ frac {{{v} _ {0}}} {{{v} _ {S}}} = A \ frac {{{R} _ {in}}} {{{R} _ {S }} + {{R} _ {in}}} \ frac {R} {{{R} _ {out}} + R} \ begin {matrix} {} & {} & (4) \\\ end { матрица} \]

, что представляет собой общий прирост напряжения от v S до v o .Коэффициент усиления по напряжению G самого усилителя составляет:

\ [G = \ frac {{{v} _ {0}}} {{{v} _ {in}}} = A \ frac {R} {{{R} _ {out}} + R} \ begin {matrix} {} & {} & (5) \\\ end {matrix} \]

Для этой модели коэффициент усиления по напряжению G зависит от внешнего сопротивления R , что означает, что усилитель работает по-разному для разных нагрузок. Причем входное напряжение v в усилителе является доработанной версией v S .Ни один из этих результатов не кажется желательным. Скорее, очевидно, что коэффициент усиления «качественного» усилителя не будет зависеть от его нагрузки и не повлияет на сигнал источника. Эти атрибуты достигаются, когда R из R и R из R S . В пределах R из → 0:

\ [\ underset {{{R} _ {out}} \ to 0} {\ mathop {\ lim}} \, \ frac {R} {{{R} _ {out}} + R} = 1 \ begin {matrix} {} & {} & (6) \\\ end {matrix} \]

такое, что:

\ [G \ Equiv \ frac {{{v} _ {0}}} {{{v} _ {in}}} \ приблизительно A \ begin {matrix} {} & когда \ begin {matrix} {} & {{R} _ {out}} \ to 0 \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \ begin {matrix} {} & {} & (7) \\\ end {matrix} \]

Кроме того, в пределах R в → ∞:

\ [\ underset {{{R} _ {in}} \ to \ infty} {\ mathop {\ lim}} \, \ frac {{{R} _ {in}}} {{{R} _ { in}} + {{R} _ {S}}} = 1 \ begin {matrix} {} & {} & (8) \\\ end {matrix} \]

такое, что

\ [{{v} _ {in}} \ приблизительно {{v} _ {S}} \ begin {matrix} {} & when \ begin {matrix} {} & {{R} _ {in}} \ в \ infty \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \ begin {matrix} {} & {} & (9) \\\ end {matrix} \]

Как правило, «качественный» усилитель напряжения будет иметь очень малый выходной импеданс и очень большой входной импеданс.

Входное и выходное сопротивление

Как правило, входной импеданс R в и выходной импеданс R out усилителя определяются как:

\ [{{R} _ {in}} = \ frac {{{v} _ {in}}} {{{i} _ {in}}} \ begin {matrix} {} & и \ begin {matrix } {} & {{R} _ {out}} = \ frac {{{v} _ {OC}}} {{{i} _ {SC}}} \\\ end {matrix} \\\ end { матрица} \ begin {matrix} {} & {} & (10) \\\ end {matrix} \]

, где v OC — напряжение холостого хода, а i SC — ток короткого замыкания на выходе усилителя.Идеальный усилитель напряжения имеет нулевой выходной импеданс и бесконечный входной импеданс, так что усилитель не страдает от нагрузочных эффектов на его входных или выходных клеммах. На практике усилители напряжения имеют большой входной импеданс и малый выходной импеданс.

Стоит попробовать показать, что идеальный усилитель тока имеет нулевое входное сопротивление и бесконечное выходное сопротивление. Кроме того, идеальный усилитель мощности спроектирован таким образом, чтобы его входное сопротивление соответствовало схеме источника, а его выходное сопротивление соответствовало импедансу нагрузки.

Обратная связь

Обратная связь, которая представляет собой процесс использования выхода усилителя для усиления или подавления его входа, играет важную роль во многих приложениях усилителя.

Говорят, что без обратной связи усилитель находится в разомкнутом состоянии контур ; с обратной связью усилитель находится в режиме замкнутый контур . Выход модели усилителя, показанной на рис. 3 не влияет на его вход (потому что нет пути от выхода к входу), поэтому обратная связь отсутствует, и модель является разомкнутой.

Как было предложено ранее, основной характеристикой усилителя является его коэффициент усиления , который представляет собой просто отношение выходного сигнала к входному. Коэффициент усиления разомкнутого контура A практического усилителя (например, операционного усилителя) обычно очень велик, тогда как усиление замкнутого контура G является уменьшенной версией усиления разомкнутого контура.

Существует два типа обратной связи , которые возможны в режиме замкнутого контура: положительная обратная связь , которая имеет тенденцию усиливать вход усилителя, и отрицательная обратная связь , которая имеет тенденцию блокировать вход усилителя.И положительные, и отрицательные отзывы имеют полезное применение; однако отрицательная обратная связь, безусловно, является наиболее распространенным типом обратной связи, встречающейся в приложениях.

В общем случае отрицательная обратная связь приводит к тому, что большое усиление A без обратной связи усилителя заменяется на меньшее усиление с обратной связью G . Хотя на первый взгляд такой обмен может показаться нежелательным, обмен сопровождается несколькими ключевыми преимуществами. Вот эти преимущества усилителя:

  1. Пониженная чувствительность к колебаниям параметров цепи и окружающей среды, особенно к температуре.
  2. Увеличенная пропускная способность.
  3. Повышенная линейность.
  4. Повышенное отношение сигнал / шум.

Кроме того, отрицательная обратная связь реализуется путем установления одного или нескольких путей от выхода ко входу усилителя. Импеданс каждого тракта обратной связи можно регулировать для получения улучшенных входных и выходных сопротивлений всей схемы усилителя. Эти входные и выходные импедансы являются ключевыми характеристиками для понимания эффектов нагрузки других цепей, подключенных к усилителю.

На рисунке 4 показана блок-схема сигнала усилителя, расположенного между источником и нагрузкой. Стрелки указывают направление потока сигнала. Показаны сигналы u s , u f , e и y . Выходной сигнал каждого прямоугольника кратен входному сигналу, где две константы, A и β , положительны, так что:

\ [y = Ae \ begin {matrix} {} & and \ begin {matrix} {} & {{u} _ {f}} = \ beta y \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \ begin {matrix} {} & {} & (11) \\\ end {matrix} \]

Рис. 4 Схема прохождения сигнала типового усилителя

Круг суммирует свои входы, u s и u f , чтобы произвести один результат, e .Знаки полярности (±) указывают на то, что u s и u f вносят положительный и отрицательный вклады в сумму соответственно. То есть:

\ [e \ begin {matrix} = {{u} _ {s}} & \ begin {matrix} — & {{u} _ {f}} = {{u} _ {s}} — \ beta y \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \ begin {matrix} {} & {} & (12) \\\ end {matrix} \]

Поскольку сигнал обратной связи u f вносит отрицательный вклад в сумму, говорят, что в диаграмме потока сигналов , рис. 4, используется отрицательная обратная связь.

Уравнения 11 и 12 можно объединить, чтобы получить:

\ [\ begin {matrix} y = Ae = & \ begin {matrix} A ({{u} _ {s}} — & {{u} _ {f}}) = A ({{u} _ { s}} — \ beta y \\\ end {matrix}) \\\ end {matrix} \ begin {matrix} {} & {} & (13) \\\ end {matrix} \]

, которое можно переставить, чтобы найти и . Тогда коэффициент усиления усилителя с обратной связью:

\ [G \ Equiv \ frac {y} {{{u} _ {s}}} = \ frac {A} {1 + A \ beta} \ begin {matrix} {} & {} & (14) \ \\ конец {матрица} \]

Величина известна как усиление контура . При выводе уравнения 14 подразумевается, что на поведение блоков внутри усилителя не влияют ни другие блоки, ни внешний источник и нагрузка. Другими словами, блоки равны , идеалу , так что эффектов нагрузки равны нулю .

Здесь можно сделать два важных наблюдения:

  1. Коэффициент усиления замкнутого контура G зависит от β , который известен как коэффициент обратной связи .
  2. Поскольку положительно, коэффициент усиления G с обратной связью меньше, чем коэффициент усиления без обратной связи A.

Кроме того, для большинства практичных усилителей достаточно велик, так что:

\ [G \ приблизительно \ frac {1} {\ beta} \ begin {matrix} {} & {} & (15) \\\ end {matrix} \]

Этот результат особенно важен (и, вероятно, удивителен!), Потому что он показывает, что коэффициент усиления G в замкнутом контуре усилителя в основном не зависит от коэффициента усиления A разомкнутого контура , пока 1, и что G , в свою очередь, в значительной степени определяется коэффициентом обратной связи β.

Когда 1, коэффициент усиления G с обратной связью усилителя определяется в основном коэффициентом обратной связи β .

Кроме того, уравнение 14 может использоваться для определения отношения двух входов, u s и u f .

\ [\ frac {{{u} _ {f}}} {{{u} _ {s}}} = \ frac {y} {{{u} _ {s}}} \ frac {{{u } _ {f}}} {y} = \ frac {A} {1 + A \ beta} \ beta = \ frac {A \ beta} {1 + A \ beta} \ begin {matrix} {} & {} & (16) \\\ end {matrix} \]

Таким образом, когда 1, другой важный результат:

\ [\ frac {{{u} _ {f}}} {{{u} _ {s}}} \ to 1 \ begin {matrix} {} & или \ begin {matrix} {} & {{u } _ {s}} — {{u} _ {f}} \ to 0 \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \ begin {matrix} {} & {} & (17) \\\ конец {матрица} \]

Этот результат показывает, что когда коэффициент усиления контура велик, разница между входным сигналом u s и сигналом обратной связи u f приводится к нулю.

Когда 1, разница между входным сигналом u s и сигналом обратной связи u f приводится к нулю.

Оба результата уравнений 15 и 17 будут многократно отображаться при анализе схем операционного усилителя в режиме замкнутого контура.

Преимущества отрицательной обратной связи

Отрицательная обратная связь дает несколько преимуществ в обмен на пониженное усиление.{2}}} \ begin {matrix} {} & {} & (18) \\\ end {matrix} \]

Разделите левую часть на G и правую часть на A / (1 + ), чтобы получить:

\ [\ frac {dG} {G} = \ frac {1} {1 + A \ beta} \ frac {dA} {A} \ begin {matrix} {} & {} & (19) \\\ конец {matrix} \]

Когда 1, этот результат указывает на то, что процентное изменение в G из-за процентного изменения в A относительно невелико. Другими словами, коэффициент усиления G в замкнутом контуре относительно нечувствителен к изменениям коэффициента усиления A.

Когда 1, коэффициент усиления замкнутого контура G относительно нечувствителен к изменениям коэффициента усиления разомкнутого контура A.

Для любого усилителя коэффициент усиления без обратной связи A является функцией частоты. Например, коэффициент усиления без обратной связи A ( ω ) операционного усилителя характеризуется таким простым полюсом, что:

\ [A (\ omega) = \ frac {{{A} _ {0}}} {1 + j \ omega / {{\ omega} _ {0}}} \ begin {matrix} {} & {} & (20) \\\ end {matrix} \]

, где ω o — частота прерывания 3 дБ.График характеристики амплитуды Боде показан на рис. 5 . Уравнение 20 можно подставить в уравнение 14 и получить:

\ [G (\ omega) = \ frac {A (\ omega)} {1 + A (\ omega) \ beta} = \ frac {{{A} _ {0}} (1 + j \ omega / { {\ omega} _ {0}})} {1 + {{A} _ {0}} \ beta (1 + j \ omega / {{\ omega} _ {0}})} \ begin {matrix} { } & {} & (21) \\\ end {matrix} \]

Рисунок 5 Типовая амплитудная характеристика усилителя Боде

Умножьте числитель и знаменатель в правой части уравнения 21 на 1 + / ω o , а затем выньте множитель 1 + A 0 β из знаменателя, чтобы получить:

\ [G (\ omega) = \ frac {{{A} _ {o}}} {1 + {{A} _ {o}} \ beta} \ frac {1} {1+ {j \ omega} / {{{\ omega} _ {g}}} \;} = {{G} _ {0}} \ frac {1} {1 + j \ omega / {{\ omega} _ {g}}} \ begin {matrix} {} & {} & (22) \\\ end {matrix} \]

Где ω g = ω o (1 + A 0 β ). Таким образом, частота прерывания 3 дБ замкнутого контура на (1 + A 0 β ) на больше, чем частота прерывания 3 дБ разомкнутого контура.

Частота прерывания 3 дБ замкнутого контура на (1 + A 0 β ) больше, чем частота прерывания 3 дБ разомкнутого контура.

Аналогично, если усилитель характеризуется простым нулем, его частота прерывания 3 дБ будет (1 + A 0 β ) на меньше , чем частота прерывания разомкнутого контура 3 дБ.Это стоящее упражнение, чтобы получить этот результат.

Аналогичный анализ может быть выполнен, чтобы показать повышенную линейность и увеличенное отношение сигнал / шум в результате отрицательной обратной связи. Все эти преимущества достигаются за счет усиления усилителя. Наконец, все особенности обычного усилителя с отрицательной обратной связью, описанные в этом разделе, также проявляются в усилителях с обратной связью, построенных с использованием операционных усилителей и других базовых компонентов.

Пешаварский университет

Автор (ы): Латиф-ур-Рахман, Анвар-уль-Хак Али Шах, Афзал Шах, Сайед Мухаммад Салман, Абдул Халик, январь
Год: 2022
Журнал: Biointerface Res.Прил. Chem.
Объем: 12
Выпуск: 1
Страниц: 377-390

Автор (ы): 2. Парвин, С., Л. Бадшах, А. Уллах, С.Г. Али, С.М. Шах, А. Заман и С. Х. Сиддики.
Год: 2021
Журнал: Этноботанические исследования и приложения
Том: 22
Выпуск: 30
Страниц: 1-16
Ссылка: Скачать

Автор (ы): 1.Аббас, К., С. Батул, С. В. Хан, А. Хуссейн, Су Дин, М. А. Нафис, С. Али, М. А. Файзи и А.
Год: 2021
Журнал: Пакистанский журнал серии научных и промышленных исследований Биологические науки,
Том: 64
Выпуск: 3
Страниц: 251-255
Ссылка: Скачать

Автор (ы): Раис Хан, Башир Хан, Абдур Рашид, Асад Уллах и Шейх Заин Ул Абидин
Год: 2021
Журнал: Microscopy Research & Technique
Том: 84
Выпуск: 12
Страниц: 1-7
Ссылка: Скачать

Автор (ы): Муджиб Ур Рахман, З. Мухаммад, Р. Уллах, В. М. Хан, А. Уллах, Т. Уллах, Х. Али, Г. Джелани и И. А.
Год: 2021
Журнал: Mitteilungen Klosterneuburg
Том: 71
Выпуск: 5
Страниц: 20-40
Ссылка: Скачать

Идеальный операционный усилитель Вопросы и ответы

Этот набор вопросов и ответов с множественным выбором (MCQ) для линейных интегральных схем посвящен «идеальному операционному усилителю».

1. Определите выходной сигнал следующей схемы

a) 180 o синфазен с входным сигналом
b) 180 o не совпадает по фазе с входным сигналом
c) То же, что и входной сигнал
d) Выходной сигнал не может быть определен
Посмотреть ответ

Ответ: b
Пояснение: Входной сигнал подается на инвертирующую входную клемму. Следовательно, выходной сигнал V o сдвинут по фазе на 180 o с входным сигналом V 2 .

2.Какие из следующих электрических характеристик не демонстрирует идеальный операционный усилитель?
a) Бесконечное усиление напряжения
b) Бесконечная полоса пропускания
c) Бесконечное выходное сопротивление
d) Бесконечная скорость нарастания напряжения
Просмотр ответа

Ответ: c
Пояснение: Идеальный операционный усилитель имеет нулевое выходное сопротивление, так что выход может управлять бесконечным количество других устройств.

3. Идеальный операционный усилитель требует бесконечной полосы пропускания, потому что
a) Сигналы могут усиливаться без ослабления
b) Выходное синфазное шумовое напряжение равно нулю
c) Выходное напряжение возникает одновременно с изменениями входного напряжения
d) Выход может работать бесконечно номер устройства
Посмотреть ответ

Ответ: a
Объяснение: Идеальный операционный усилитель имеет бесконечную полосу пропускания.Следовательно, любой частотный сигнал от 0 до ∞ Гц может быть усилен без ослабления.

4. Идеальный операционный усилитель имеет бесконечное усиление напряжения, потому что
a) Для управления выходным напряжением
b) Для получения конечного выходного напряжения
c) Для получения выходного напряжения с нулевым шумом
d) Ни одного из упомянутых
Посмотреть ответ

Ответ : b
Пояснение: Поскольку коэффициент усиления по напряжению бесконечен, напряжение между инвертирующей и неинвертирующей клеммами (т.е. дифференциальное входное напряжение) практически равно нулю для конечного выходного напряжения.

5. Определить выходное напряжение по следующей принципиальной схеме?

a)
b)
c)
d) Ни один из упомянутых
Посмотреть ответ

Ответ: c
Пояснение: В идеальном операционном усилителе, когда инвертирующий вывод равен нулю. Выход будет синфазен с входным сигналом.

6. Найдите выходное напряжение идеального операционного усилителя. Если V 1 и V 2 — два входных напряжения
a) V O = V 1 -V 2
b) V O = A × (V 1 -V 2 )
c) V O = A × (V 1 + V 2 )
d) V O = V 1 × V 2
Посмотреть ответ

Ответ: b
Пояснение: Выходное напряжение идеального операционного усилителя является произведением коэффициента усиления и алгебраической разницы между двумя входными напряжениями.

7. Каким образом будет получено выходное напряжение для идеального операционного усилителя?
a) Усиливает разницу между двумя входными напряжениями
b) Усиливает отдельные входные напряжения
c) Усиливает продукты двух входных напряжений
d) Ни одно из упомянутых
Посмотреть ответ

Ответ: a
Объяснение: ОУ усиливает разница между двумя входными напряжениями и полярность выходного напряжения зависит от полярности разности напряжений.

8.Сигнал на инвертирующем выводе идеального операционного усилителя равен нулю. Найдите выходное напряжение, если другое входное напряжение составляет

a)
b)
c)
d) Предоставленные данные недостаточны при входном сигнале коэффициент усиления усилителя не приведен.

9. Что не является идеальной характеристикой операционного усилителя?
a) Входное сопротивление -> 0
b) Выходное сопротивление -> 0
c) Полоса пропускания -> ∞
d) Коэффициент усиления разомкнутого контура -> ∞
Посмотреть ответ

Ответ: a
Объяснение: Входное сопротивление бесконечно, так что почти любой источник сигнала может управлять им, и нет никакой загрузки предыдущей ступени.

10. Найдите идеальную кривую передачи напряжения для обычного операционного усилителя.
a)
b)
c)
d)
Посмотреть ответ

Ответ: c
Пояснение: Идеальная кривая передачи напряжения была бы почти вертикальной из-за очень большого значения усиления.

11. Найдите входное напряжение идеального операционного усилителя. Это один из входов и выходное напряжение 2 В и 12 В. (Коэффициент усиления = 3)
a) 8v
b) 4v
c) -4v
d) -2v
Просмотреть ответ

Ответ: d
Пояснение: Выходное напряжение, В O = (Vin 1 — Vin 2 )
=> 12v = 3 × (2- Vin 2 )
=> Vin 2 = -2v.

12. Какой фактор определяет выходное напряжение операционного усилителя?
a) Положительное насыщение
b) Отрицательное насыщение
c) Как положительное, так и отрицательное напряжение насыщения
d) Напряжение питания
Просмотр ответа

Ответ: c
Объяснение: Выходное напряжение пропорционально входному напряжению только до тех пор, пока оно не достигнет напряжения насыщения. Выходное напряжение не может превышать положительное и отрицательное напряжение насыщения. Эти напряжения насыщения задаются номинальным размахом выходного напряжения операционного усилителя для заданных значений напряжения питания.

Sanfoundry Global Education & Learning Series — Линейные интегральные схемы.

Чтобы практиковаться во всех областях линейных интегральных схем, представляет собой полный набор из 1000+ вопросов и ответов с множественным выбором .

Примите участие в конкурсе сертификации Sanfoundry, чтобы получить бесплатную Почетную грамоту. Присоединяйтесь к нашим социальным сетям ниже и будьте в курсе последних конкурсов, видео, стажировок и вакансий!

PC / CP300 Лекция 1 — Операционные усилители

PC / CP300 Лекция 1 — Операционные усилители


Содержание
Вступление Терминология Идеальный операционный усилитель Настоящий операционный усилитель Типовые конфигурации схемы Усовершенствованный операционный усилитель Приложения Больше информации
Общее введение:
Усилители необходимы для усиления сигналов низкого уровня, например. грамм. термопара или выходное напряжение тензометрического моста до уровня, позволяющего обработанный. Операционные усилители — это интегральные схемы, которые принимают входной сигнал. сигнал и модифицируйте его в зависимости от конфигурации внешней схемы «операционного усилителя». На протяжении этой лекции мы будем сокращать «Операционный усилитель» термином «Операционный усилитель».
& nbsp
Терминология
Некоторая терминология, используемая при разговоре об операционных усилителях, кратко изложена в таблица ниже.
Входное сопротивление Обозначим входной импеданс Zin. Входное сопротивление операционного усилителя будет высоким, если он не потребляет большой ток.
Входное напряжение Входное напряжение операционного усилителя является исходным сигналом. принят операционным усилителем на доработку.
Выходное напряжение Выходное напряжение операционного усилителя — это измененный входной сигнал. Изменения, внесенные во входной сигнал с помощью операционного усилителя. являются, и результат называется выходным напряжением. Выход напряжение обозначается Vo на протяжении всей лекции.

Идеальные операционные усилители
Операционный усилитель можно рассматривать как основной строительный блок для современные усилители. Это усилитель на интегральной схеме с высоким коэффициентом усиления. для усиления сигналов от d.c. до многих кГц. Обычно он не используется сам по себе, но с внешними сетями обратной связи для получения точных передаточных характеристик которые почти полностью зависят от сети обратной связи. Обычно есть две входные клеммы и одна выходная клемма, напряжение на выходной клемме пропорционально разнице между напряжениями на входной клемме. В идеальном операционном усилителе Zin будет приближаться к бесконечности. Это означало бы что ток на самом деле не поступает в усилитель.Также V- V 0 = A v (V + — V ) = A v V d

На следующем рисунке показан символ схемы и упрощенная эквивалентная схема. для операционного усилителя.

Подводя итог основным характеристикам идеального операционного усилителя:
Цин бесконечность
Заут 0
Aol бесконечность


Реальные операционные усилители
На самом деле операционные усилители не так элегантны, как идеальные операционные усилители.Настоящий Операционные усилители имеют предопределенные пределы, которые позволяют ограниченные возможности усиление и ограничения для других различных применений операционных усилителей. Входное сопротивление Zin реального операционного усилителя обычно составляет высокое значение сопротивления. Обычно Zin составляет 2 МегаОма для настоящего операционного усилителя.

Чтобы суммировать некоторые типичные характеристики реальных операционных усилителей, мы используйте LM741 общего назначения в качестве примера:

Цин 2 МОм
Заут 0
Aol 100000

В следующей таблице приведены основные характеристики идеального рабочего усилитель вместе с таковыми из типичного реального усилителя.

Типовые конфигурации цепей
Существуют различные схемы, которые могут быть построены с использованием операционных усилителей. Каждый из этих схем имеет уникальную функцию и особые выходные характеристики. Для следующих уравнений мы использовали эти два идеальных условия:

i = i + = 0
V = V +
& nbsp
Неинвертирующий усилитель
Уравнения для неинвертирования следующие:



& nbsp
Инвертирующий усилитель общего назначения
Уравнения для инвертирования следующие:




Дифференциатор
Уравнения для дифференциатора будут обратное уравнение для интегратора.

& nbsp
Суммирующая схема
Уравнения суммирующей цепи:
Vo = (Zf / Z1) V1 + (Zf / Z2) V2 + (Zf / Z3) V3 + … + (Zf / Zn) Vn



Интегратор
Уравнения для схемы интегратора:


& nbsp

Повторитель напряжения
Уравнение для повторителя напряжения:
V из = V из

Типичные характеристики усиления / частоты для операционного усилителя

The a.c. производительность практического операционного усилителя определяется его динамические характеристики. Они адекватно представлены отставание, то есть


где A OL — постоянный ток. коэффициент усиления разомкнутого контура, тау постоянная времени и дельта (В + — V ), deltaV OUT соответствующие небольшие изменения на входе и вывод. Таким образом, изменение коэффициента усиления усилителя с разомкнутым контуром в зависимости от частоты f равно выдает:

, где f B — частота верхней полосы пропускания.

На следующем рисунке показано изменение коэффициента усиления в зависимости от частоты для открытого и усилители с обратной связью. Отметим, что чем ниже коэффициент усиления усилителя с обратной связью, тем больше пропускная способность. Это связано с тем, что произведение коэффициента усиления / пропускной способности замкнутого контура Усилитель также равен значению разомкнутого контура A OL f B .


и nbsp

Расширенные приложения для операционных усилителей
Операционный усилитель имеет множество применений.Особенно полезные приложения включают:
  • & nbsp Усиление выходного сигнала датчика (например, электрический микрофон)
  • & nbsp Регулировка напряжения
  • & nbsp Уменьшение импеданса на линии (широко известное как ведомая цепь)
  • & nbsp Фильтры высоких / низких / полосовых частот
    & nbsp
    На данный момент мы не будем комментировать первые три из этих приложений, поскольку они довольно сбивают с толку.Однако мы обсудим фильтры ненадолго.
    & nbsp
    Фильтры нижних частот
    Фильтр нижних частот принимает любой диапазон частот и допускает только частоты ниже некоторый расчетный верхний предел для прохождения через него. Обратите внимание, что самый низкий возможная частота составляет 0 Гц, поэтому 0 Гц теоретически является нижним пределом этого фильтр. Этот график может помочь более наглядно объяснить этот метод:

    & nbsp
    Фильтры высоких частот
    Фильтр высоких частот принимает любой диапазон частот, как и фильтр низких частот, но вместо этого имеет некоторый нижний предел, в котором он принимает только частоты выше этого предела.
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *