Ey denge. Yeni başlayanlar için işlemsel kuvvetlendiriciler. Transistör işlemsel yükselteçler

Bir işlemsel amplifikatör (op-amp) ile ilk tanışmamı sık sık hatırlıyorum. Diyagramlardaki bu gizemli üçgenlerin hayatta bana faydalı olacağını hep biliyordum. Ancak, çalışma prensiplerini incelemek için harcanan uzun uykusuz geceler hiçbir şeye yol açmadı. Bu konuyla ilgili birçok makale var, ancak bana öyle geliyor ki temel bilgiler açık değil. Biraz diğer taraftan yaklaşmaya ve işletim sisteminin korkunç sırlarını ortadan kaldırmaya çalışacağım.

İşlemsel amplifikatörümüzün hangi "işlemleri" güçlendirdiğini bulmaya çalışalım.

Sorun: Mikrofondan veya gitar alıcısından gelen sinyal gibi bir sinyal kaynağı var. Mikrofon doğrudan kulaklığa bağlıysa, büyük olasılıkla hiçbir şey duymazsınız, en iyi ihtimalle zar zor algılanabilir bir ses olacaktır.

Düşünün ki mikrofon yerine ağır bir levhayı kaldırmaya çalışan bir insan tabi ki kaldıramıyor, tıpkı mikrofonun hoparlörü sallayamadığı gibi. Ancak bu kişi vinci çalıştırmak için çok az güç kullanırsa, o zaman vincin kapasitesi dahilinde herhangi bir yükü kaldırabilecektir. Onlar. bu durumda vinç yükseltici. Bir vincin kaldırma kapasitesinin bir benzeri, amplifikatörün gücüdür. Kazancın anlamı resimden anlaşılmalıdır. Frekans ve dalga biçimi aynı kalır, yalnızca genlik değişir.

Artık hoparlörlerden gelen sesi duymak için bir amplifikatöre ihtiyaç olduğunu biliyoruz. Nasıl çalıştığını ve içinde ne olduğunu bilmesek de, sinyalin uygulandığı, Uin'i yükseltmek istediğimiz bacakların yanı sıra güçlendirilmiş Uout sinyalinin kaldırıldığı bacaklar olması gerektiğini zaten biliyoruz. .

Soru, sinyalin hangi voltaja yükseltilebileceğidir? “220V'u 1000000V'a yükseltmek istiyorum” diyeceksiniz ama bu mümkün değil, neden? Çünkü, orijinal sinyal harici bir kaynak tarafından yükseltilir. Harici kaynak, op-amp'in besleme voltajı olacaktır. Benzer şekilde, bir vinç bir yükü yüksekliğinin üzerine kaldıramaz (kaldıramayacağı konusunda hemfikiriz :)). Bu nedenle, op-amp'in çıkışındaki voltaj, besleme voltajını aşamaz. Gerçekte, besleme voltajından biraz daha azdır. Örneğin, LM324 için besleme voltajı 3 ila 32V arasındadır.

Artık op-amp'in harici güce ihtiyacı olduğunu biliyoruz, hadi bu bacakları çizelim

Bu arada, güç kaynağımızın tek kutuplu + 5V ve topraklı olmasına alışkınız. Burada ince bir nokta, eğer negatif değerlere sahip bir sinyali yükseltmek istiyorsanız,

o zaman toprağa değil -Upit'e, yani negatif voltaj kaynağına bağlanmanız gerekir. Toprağı bağlarsanız, voltaj kaynağı olmadığı ve sinyalin "alt" (negatif) kısmının yükseltilemeyeceği, yani. sinyalin bir kısmı "kesilecektir", örnekte bu konuda daha fazla bilgi verilecektir.

Benzer şekilde, sinyal besleme voltajından daha fazla yükseltilirse, sinyalin besleme voltajını aştığı yerlerde sinyal “kesilir”, yani. sinüsoid yerine bunun gibi bir şey göreceğiz

Asıl soru kalır, kazanç nasıl ayarlanır? Çok basit - bir voltaj bölücü. Ama önce, daha gerçek gösterime geçelim. Herhangi bir op-amp, yukarıda belirtilen en az 5 bacak - 2 güç, ters giriş (-), ters olmayan giriş (+) ve bir çıkışa sahiptir.

Bu nedenle, orijinal sinyalin hangi girişe uygulandığına bağlı olarak, iki tür anahtarlama ayırt edilir: evirmeyen amplifikatör

K=(R4/R3)+1'e eşit olan kazanç. Bu durumda K=4. Bu durumda çıkış dalga formu değişmez.

Ve kazanç K=-(R2/R1) ile ters çevirme. Bu şema için K=3. Çıkış sinyali giriş ile aynı fazda olacaktır.

Sözden eyleme geçelim. İlk sinyal olarak 1 kHz frekanslı bir menderes alınmıştır. Sinyalin hem pozitif hem de negatif değerleri vardır (ekranın ortası 0'dır). Sinyal genliği 50mV.

Op-amp'i (L324) ters çevirmeyen bir amplifikatörün şemasına göre bağlarım. Gıda tek kutupludur. Op-amp çıkışında, aynı şekle sahip, ancak daha büyük bir genliğe sahip bir sinyal. Sinyalin neden bu kadar büyük olduğu ve neden yukarı doğru kaydığı muhtemelen tam olarak açık değil.

Anlamaya çalışalım. Orijinal sinyalin genliği 50mV, R4=30k, R3=10k, osiloskopta görülene çok benzer şekilde 50*(30/10+1)=200mV formülüne koyarız. Sinyal neden yükseldi? Tek kutuplu gücün dezavantajını hatırlayın, 0'ın altındaki herhangi bir şey yükseltilemez, bu nedenle sinyal 0'da kesilir.

Şimdi, güç pimine -5V gibi bir negatif voltaj kaynağı bağlanırsa, sinyal genliğinin iki katına çıkacağını hayal edin !!! Bu nedenle, hacim de önemli ölçüde artacaktır.

Aslında, bu küçük bir önsöz, OU'yu incelemeye başlamadan önce, yukarıdakilerin hepsi okyanusta sadece bir damla, beğendiyseniz, yazın, OU'nun diğer uygulamalarında yavaş yavaş ustalaşacağız. ve pratik planlar.

Modern analog devrenin ana aktif elemanı, entegre bir tasarımda (yani bir entegre devre) yapılmış karmaşık bir devre olan işlemsel bir amplifikatördür. "İşlemsel amplifikatör" (op-amp olarak kısaltılır) terimi, tarihsel olarak tüplü analog bilgisayarlara (AVM'ler) - elektriksel olmayan bazı işlemleri elektriksel büyüklüklerin (akımlar, voltajlar) zamandaki değişiklikleri olarak temsil etmeyi mümkün kılan cihazlara kadar uzanır; yani AVM'de akım ve gerilimler üzerinde “işlemler” gerçekleştirilir. AVM'nin ana bileşenleri, iletim katsayıları çalışma sırasında hızla değiştirilebilen (atlama telleri ve potansiyometreler kullanılarak) amplifikatörlerdir. İlk önce "operasyonel" adını alan bu amplifikatörlerdi.

OU'nun uygulama alanı artık önemli ölçüde genişledi,

üretimlerinin teknolojisi de değişti. Bununla birlikte, ana avantaj korunmuştur - hızlı ve yüksek maliyetler olmadan yalnızca amplifikatörün kazancını değiştirmekle kalmaz, aynı zamanda genel olarak elektronik devrenin amacını ve işlevini de değiştirir. Kural olarak, iki veya üç ek elemanla birlikte ortak bir amplifikatör kullanılır: dirençler, kapasitanslar, diyotlar vb. elde edilen elektronik devre. Sadece bir elemanı değiştirmek, devrenin işlevini ve amacını önemli ölçüde değiştirir.

Diyagramlarda, işletim sistemini gösteren şeklin yanına genellikle harfleri koyarlar. DA, bir analog mikro devreye karşılık gelir (bir harf tanımına sahip bir dijital, yani "ayrık" mikro devrenin aksine DD). Rusya Federasyonu endüstrisi tarafından üretilen işlemsel yükselteçler (mikro devreler) seridir (seri 140, seri 544, vb.); bir tür mikro devrenin bir op-amp olduğuna dair bir işaret, UD harfleridir (daha az sıklıkla - UT), örneğin 140UD8A. Böyle bir op-amp'in basitleştirilmiş bir blok şeması, Şek. 5.2. Şekilden de görüleceği üzere devrede diferansiyel yükselteç DU (1), doğrusal yükselteç LU (2), sınırlayıcı yükselteç UO (3) ve emitör takipçisi EP (4) olmak üzere dört ana blok bulunmaktadır. Uzaktan kumanda, op-amp'in evirmeyen ve evirmeyen girişlerine gelen iki sinyalin farkının yükseltilmesini sağlar (sırasıyla,
Ve
). LU birkaç yükseltme aşamasından oluşur ve büyük bir genel kazanca sahiptir. UO'nun varlığı, OA'nın bir sinyal şekli dönüştürücü olarak kullanılmasına izin verir, uygulamalarının kapsamını genişletir. Op-amp'in terminal bloğu - bir emitör takipçisi - bir direnç transformatörünün işlevini yerine getirir ve op-amp'in çıkış empedansının değerini belirler. R sen x . Genellikle R x, bireysel op-amp türleri için kilo-ohm birimleri sırasına sahiptir - yüzlerce ohm. EP değeri olmadan R x daha büyük olurdu: bu nedenle, bir ED'nin varlığı nedeniyle, op-amp, düşük dirençli bir yükle şöntlemeye karşı korunur.

İşletim sisteminin temel parametreleri ve özellikleri. Herhangi bir amplifikatör gibi, bir op-amp için önemli parametreler genlik (transfer) karakteristiği, kazanç, genlik-frekans karakteristiği (AFC), faz-frekans karakteristiği (PFC) ve ayrıca giriş ve çıkış dirençleridir. Açıkçası, op-amp iki girişe sahip olduğundan, listelenen parametrelerin her biri hariç RÇıkış, güçlendirilmiş sinyalin eviren girişe beslendiği durum (ters çevirmeli anahtarlama ile) ve evirmeyen bir girişin kullanılması durumu (ters çevirmeyen anahtarlama ile) için ayrı ayrı düşünülmelidir. Yukarıdaki parametre seti, amplifikatörü doğrusal bir modda, yani "küçük" bir sinyalle karakterize eder. Sinyal op-amp'ten geçtiğinde, doğrusal olmayan bozulmalar nedeniyle şekli değişirse, çıkış sinyalini bir darbe olarak tanımlayan diğer parametreleri kullanmanız gerekir. Bunlar, çıkış sinyalinin dönüş hızı, darbelerin genliği, darbe cephesinin şekli ve süresidir. "Küçük" ve "büyük" sinyaller için op-amp parametreleri, aynı amplifikatöre atıfta bulundukları için yakından ilişkilidir. İşletim sisteminin ana parametrelerini ve özelliklerini göz önünde bulundurun.

1. aktarım özelliği OU - çıkış sinyalinin genliğinin bağımlılığı sen giriş sinyalinin genliğinden dışarı.

ölçüm yöntemlerindeki farkı belirtin: transistör ve tüp amplifikatörlerde, kural olarak sabit bir sinyal yükseltilmez ve sinyal frekansında genlik karakteristiği alınır F  0. Aksine, op-amp'te transfer karakteristiğini şu noktada ölçmeye çalışırlar: F = 0. İkinci değerlendirme nedeniyle, transfer karakteristiği her iki polaritede ölçülür sen giriş

Normal çalışmadaki op amp'in transfer özellikleri, şekil 2'de gösterilmiştir. 5.3. Burada 1, giriş sinyali evirmeyen girişe uygulandığında transfer karakteristiğidir ( sen x'de =
); 2 - ters girişe uygulandığında aynıdır ( sen x'de =
). Komplo - sen x'de maks.< sen x'te< < sen x max'ta lineer amplifikasyona karşılık gelir, | sen x'te | > sen x max'ta doğrusal olmayan bozulmalar vardır, sinyal "yukarıdan" sınırlıdır. Kısıtlama seviyelerinin yaklaşık olarak +'ya eşit olduğunu varsayabiliriz. E Ve - E, A sen x'de maks= E/İLE, Nerede İLE OA kazancıdır.

2. Kazanmak kuruluş birimi İLE transfer karakteristiğinin doğrusal bölümünün eğimi ile belirlenebilir: kantitatif olarak α açısının tanjantına eşittir (Şekil 5.3). Aktarım özelliklerinin (Şekil 5.3) niteliksel olduğuna dikkat edin: kazancın gerçek değerleri dikkate alındığında, OS'nin endüstriyel örneklerinin aktarım özellikleri neredeyse dikey doğrusal bölümlere sahiptir.

3. Genlik-frekans özelliği.İşlemsel yükselteçlerde, örneklerin büyük çoğunluğunda, özellikler ters çeviren ve ters çevirmeyen inklüzyonlar için aynıdır (örneğin, her iki inklüzyon için kazanç faktörleri mutlak değerde eşittir). Farklı inklüzyonlar için op-amp'in özelliklerinin kimliği, iki değil, tek bir frekans cevabını (ayrıca faz cevabını) dikkate almamızı sağlar. Tipik bir op-amp'in frekans yanıtı, Şek. 5.4.

işlemsel yükselteç diferansiyel girişi ve genellikle bir çıkışı olan yüksek kazançlı bir elektronik voltaj yükselticisidir. Çıkış voltajı, girişlerdeki voltaj farkını yüzlerce hatta binlerce kez aşabilir.

İşlemsel yükselteçler, birçok doğrusal, doğrusal olmayan ve frekansa bağlı devrede kullanıldıkları analog bilgisayarlardan kaynaklanmıştır. Op amp devrelerinin performansı, yalnızca harici bileşenler tarafından ve üretim sırasında çok az sıcaklık bağımlılığı veya varyasyonu tarafından belirlenir, bu da op amp'leri elektronik devre tasarımında çok popüler bir unsur haline getirir.

İşlemsel yükselteçler, modern elektronik bileşenler arasında en popüler cihazlardır ve uygulamalarını tüketici elektroniği, endüstri ve bilimsel cihazlarda bulurlar. Birçok standart op-amp IC'nin maliyeti yalnızca birkaç senttir. Ancak, özel özelliklere sahip bazı düşük hacimli hibrit veya entegre op-amp'lerin maliyeti yüz dolardan fazla olabilir. İşlemsel yükselteçler genellikle ayrı bileşenler olarak üretilirler ancak daha karmaşık elektronik devrelerin öğeleri de olabilirler.

İşlemsel yükselteç, bir tür diferansiyel yükselteçtir. Diferansiyel amplifikatörün diğer çeşitleri şunlardır:

1. Tamamen diferansiyel amplifikatör (bu cihaz prensipte bir işlemsel amplifikatöre benzer, ancak iki çıkışı vardır);
2. Enstrümantasyon amplifikatörü (genellikle üç işlemsel amplifikatörden oluşur);
3. Yalıtılmış amplifikatör (bu amplifikatör, bir enstrümantasyon amplifikatörüne benzer, ancak o kadar yüksek voltajlara dayanır ki, geleneksel bir işlemsel amplifikatörü yok edebilir);
4. Negatif geri besleme amplifikatörü (genellikle bir veya iki işlemsel amplifikatör ve bir dirençli geri besleme devresi içerir).

Güç kaynağı terminalleri (V S+ ve V S-) farklı şekilde etiketlenebilir. Farklı atamalarına rağmen, işlevleri aynı kalır - sinyali yükseltmek için ek enerji sağlar. Çoğu zaman, bu sonuçlar, çizimi karıştırmamak için diyagramlarda gösterilmez ve bunların varlığı ya ayrı ayrı belirtilir ya da diyagramdan açık olmalıdır.

Diyagramdaki gösterimler

çalışma prensibi

Bir amplifikatörün diferansiyel girişleri iki çıkıştan oluşur - V + ve V -, ideal bir işlemsel amplifikatör sadece bu iki giriş arasındaki voltaj farkını yükseltir, bu farka diferansiyel giriş voltajı denir. İşlemsel yükselticinin çıkışındaki voltaj, formül ile belirlenir.

V çıkışı \u003d A OL (V + - V -)

burada V+ ters çevirmeyen (doğrudan) girişteki voltajdır, V- ters çeviren (ters) girişteki voltajdır ve A OL açık döngü geri beslemeli (yani, amplifikatörden geri besleme olmayan) amplifikatörün kazancıdır. girişe çıkış).

Negatif geri beslemesiz işlemsel kuvvetlendirici (karşılaştırıcı)

Op-amp yongalarının kazanç değeri genellikle büyüktür - 100.000 veya daha fazladır, bu nedenle, V + ve V - girişleri arasındaki oldukça küçük bir voltaj farkı, amplifikatörün çıkışındaki besleme voltajına neredeyse eşit bir voltaja yol açacaktır. denir doyma amplifikatör. A OL kazancının değeri teknolojik bir dağılıma sahiptir, bu nedenle diferansiyel amplifikatör olarak bir işlemsel amplifikatör kullanmamalısınız, üç amplifikatörlü bir devre kullanılması önerilir. Olumsuz geri besleme olmadan ve muhtemelen olumlu geri beslemeyle, op-amp bir karşılaştırıcı görevi görecektir. Evirici giriş doğrudan veya bir direnç aracılığıyla ortak bir kabloya (sıfır potansiyel) bağlıysa ve evirmeyen girişe uygulanan V gerilimi pozitif ise, çıkış gerilimi maksimum pozitif olacaktır. Girişe negatif bir V voltajı uygularsanız, çıkış voltajı mümkün olduğu kadar negatif olacaktır. Çıkıştan girişlere geri besleme olmadığından, böyle bir açık döngü geri besleme devresi bir karşılaştırıcı olarak çalışacaktır, devrenin kazancı işlemsel yükselticinin kazancına eşit olacaktır A OL .

Negatif Geri Besleme İşlemsel Yükselteç (Ters Çevirmeyen Yükselteç)

İşlemsel amplifikatörün çalışmasının tahmin edilebilir olması için, voltajın bir kısmının amplifikatörün çıkışından ters giriş girişine uygulanmasıyla oluşturulan negatif geri besleme kullanılır. Bu kapalı geri besleme döngüsü, amplifikatörün kazancını önemli ölçüde azaltır. Negatif geri besleme kullanıldığında, devrenin genel kazancı işlemsel yükselticinin parametrelerinden çok geri besleme devresinin parametrelerine bağlıdır. Geri besleme devresi nispeten kararlı parametrelere sahip bileşenler içeriyorsa, işlemsel yükselticinin parametrelerindeki değişiklikler devrenin özelliklerini önemli ölçüde etkilemez. Bir op-amp devresinin transfer karakteristiği transfer fonksiyonu ile matematiksel olarak belirlenir. İşlemsel yükselteçlerle belirli bir transfer fonksiyonuna sahip devrelerin tasarımı, radyo elektroniği alanına aittir. Aktarım işlevi, analog bilgisayarlar gibi op amp kullanan çoğu devrede önemli bir faktördür. Girişlerin yüksek giriş empedansı ve çıkışın düşük çıkış empedansı da op amp'lerin faydalı özellikleridir.

Örneğin, ters çevirmeyen bir amplifikatöre (sağdaki şekle bakın) bir voltaj bölücü Rf , Rg kullanılarak negatif geri besleme eklenirse, bu, devrenin kazancını azaltacaktır. Çıkış gerilimi Vout, evirici girişteki gerilimi Vin gerilimine değiştirmek için yeterli olduğunda denge geri yüklenecektir. Tüm devrenin kazancı formül 1 + Rf /Rg ile belirlenir. Örneğin, \u003d 1 volt cinsinden V voltajı ve R f ve R g dirençleri aynıysa (R f \u003d R g), o zaman V çıkışında 2 voltluk bir voltaj olacaktır, değer Bu voltajın 1 voltluk bir voltajın ters giriş V - alındığından emin olmak için yeterlidir. Dirençler Rf ve Rg, çıkıştan girişe bağlı bir geri besleme devresi oluşturduğundan, kapalı bir geri besleme döngüsüne sahip bir devre elde edilir. Genel devre kazancı Vout/Vin, kapalı döngü kazancı ACL olarak adlandırılır. Geri besleme negatif olduğu için, bu durumda A CL< A OL .

İki varsayımda bulunarak buna diğer yönden bakabiliriz:
İlk olarak, bir op amp lineer modda çalışırken, evirmeyen (+) ve evrenen (-) terminalleri arasındaki voltaj farkı ihmal edilebilecek kadar küçüktür.
İkinci olarak, hem (+) hem de (-) girişlerinin giriş empedanslarını çok yüksek (modern işlemsel amplifikatörler için birkaç megaohm) olarak değerlendireceğiz.
Böylece yandaki şekilde gösterilen devre evirmeyen lineer yükselteç olarak çalıştırıldığında (+) ve (-) girişlerinde görülen V in gerilimi bir akım oluşturacaktır. Ben, Rg direncinden akan, /Rg'deki V değeri. Bir düğüme akan akımların toplamının, bu düğümden çıkan akımların toplamına eşit olduğunu belirten Kirchhoff yasasına göre ve giriş direnci (-) neredeyse sonsuz olduğu için, hemen hemen hepsinin olduğu varsayılabilir. akımın Ben Rf direncinden akan , V in + i * Rf'ye eşit bir çıkış voltajı oluşturur . Terimleri formülde değiştirerek, bu tür bir devrenin kazancı kolayca belirlenebilir.

ben = V in / R g

V çıkışı = V girişi + ben * R f = V girişi + (V girişi / R g * R f) = V girişi + (V girişi * R f) / R g = V girişi * (1+ R f / R g )

G = V çıkışı / V girişi

G = 1 + Rf / Rg

İşlemsel yükselteçlerin özellikleri

İdeal işlemsel yükselteç

Bazı ideal olmayan dirençli parametrelerin modellendiği bir işlemsel yükselticinin eşdeğer devresi

İdeal bir işlemsel kuvvetlendirici herhangi bir giriş voltajında ​​çalışabilir ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Açık döngü kazancı sonsuzdur (teorik analizde, açık döngü kazancı A OL'nin sonsuza gitme eğiliminde olduğu varsayılır).
• V out çıkış voltajlarının aralığı sonsuza eşittir (pratikte, çıkış voltajlarının aralığı V s+ ve V s- besleme voltajının değeri ile sınırlıdır).
• Sonsuz geniş bant genişliği (yani, frekans tepkisi sıfır faz kayması ile tamamen düzdür).
• Sonsuz büyük giriş direnci (R in = ∞, V +'dan V -'ye akım akmaz).
• Sıfır giriş akımı (yani kaçak veya yan akım olmadığı varsayılır).
• Sıfır ön gerilim, yani girişler V + = V - birbirine bağlandığında, çıkışta sanal bir sıfır vardır (V out = 0).
• Sonsuz yüksek çıkış voltajı dönüş hızı (yani, çıkış voltajının değişim hızı sınırlı değildir) ve sonsuz büyük kapasite (gerilim ve akım tüm frekanslarda sınırlı değildir).
• Sıfır çıkış direnci (R out = 0, yani çıkış akımı değiştiğinde çıkış voltajı değişmez).
• İç gürültü yok.
• Sonsuz derecede yüksek ortak mod reddi.
• Besleme voltajı dalgalanmalarının sonsuz derecede yüksek derecede bastırılması.

Bu özellikler iki "altın kurala" indirgenir:

1. İşlemsel yükselticinin çıkışı, giriş voltajları arasındaki farkın sıfır olmasını sağlama eğilimindedir.
2. Op-amp'in her iki girişi de akım çekmiyor.

İlk kural, kapalı bir negatif geri besleme döngüsündeki bir op amp için geçerlidir. Bu kurallar genellikle ilk yaklaşımda işlemsel yükselteçli devrelerin analizine ve tasarımına uygulanır.

Uygulamada, ideal özelliklerin hiçbiri tam olarak elde edilemez, bu nedenle çeşitli uzlaşmalar yapılmalıdır. İstenilen parametrelere bağlı olarak, gerçek bir işlemsel yükselteç modellenirken, modelinde dirençlerin ve kapasitörlerin eşdeğer devreleri kullanılarak bazı ideal olmayan durumlar dikkate alınır. Tasarımcı, bu istenmeyen ancak gerçek etkileri, tasarlanan devrenin genel özelliklerine dahil edebilir. Bazı parametrelerin etkisi önemsiz olabilirken, diğer parametreler devrenin genel özellikleri üzerinde bir sınırlama getirebilir.

Gerçek işlemsel kuvvetlendirici

İdeal olandan farklı olarak, gerçek işlemsel yükselteç çeşitli parametrelerin ideal olmayanlığına sahiptir.

Doğru akım için ideal olmayan parametreler

Alternatif akım için ideal olmayan parametreler

DC'den hesaplanan op-amp kazancı, yüksek frekanslar için geçerli değildir. Yüksek frekans çalışması için op-amp devreleri tasarlarken, daha karmaşık hususlar dikkate alınmalıdır.

• İstikrar. Giriş ve çıkış sinyali arasındaki faz farkı, bant genişliği sınırlaması ile ilgilidir, bu nedenle bazı geri besleme devrelerinde bu, kendi kendine uyarılmaya yol açabilir. Örneğin, giriş sinyali ile faz dışı eklenmesi gereken çıkıştaki sinüzoidal bir sinyal 180° geciktirilirse, giriş sinyali ile aynı fazda eklenecektir, yani. olumlu bir geri bildirim oluşur. Bu durumlarda, geri besleme döngüsü açıkken kazancı veya faz kaymasını artıran bir frekans kompanzasyon devresi uygulanarak geri besleme döngüsü stabilize edilebilir. Bu telafi, harici bileşenler kullanılarak uygulanabilir. Ayrıca, bu telafi, yüksek frekanslarda kazancı yeterince azaltan bir baskın kutup eklenerek op-amp içinde uygulanabilir. Bu direğin konumu çip üreticisi tarafından dahili olarak ayarlanabilir veya her op-amp için özel yöntemler kullanılarak ayarlanabilir. Tipik olarak, baskın kutup, op amp'in bant genişliğini daha da azaltır. Yüksek bir kapalı döngü kazancı gerektiğinde, gerekli açık döngü kazancı oldukça düşük olduğu için frekans kompanzasyonuna genellikle ihtiyaç duyulmaz. Bu nedenle, yüksek bant genişliğine sahip op-amp'ler, yüksek kapalı döngü kazancı olan devrelerde kullanılabilir.
• Gürültü, bozulma ve diğer efektler. Bant genişliğinin azaltılması, yüksek frekanslarda geri besleme döngüsü kazancını da azaltır, bu da bozulma, gürültü, çıkış empedansında artışa yol açar ve ayrıca artan frekansla çıkış sinyalinin faz doğrusallığını azaltır.

Doğrusal olmayan parametreler

• Çift kutuplu bir besleme kullanılıyorsa, o zaman yüksek bir voltaj kazancıyla, sinyal amplitüdü pozitif besleme voltajını aşacak veya negatif besleme voltajından daha düşük olacak şekilde yükseltilmelidir, ki bu mümkün değildir, çünkü çıkış voltajı mümkün değildir. bu sınırların ötesine geçin.
• Tek bir kaynak kullanırken, ya iki kutuplu bir kaynak kullanırken olduğu gibi aynı şey olabilir ya da giriş sinyali, toprağa göre o kadar düşük bir voltaja sahip olabilir ki, amplifikatör kazancı onu alt eşiğin üzerine çıkarmak için yeterli olmayacaktır.

Akım ve gerilim limitleri

Modern FET ve MOSFET op amp'ler, giriş empedansı ve giriş öngerilim akımları önemli olduğunda, performans açısından ideal op amp'lere bipolar transistör modellerinden çok daha yakındır. BJT op amp'ler, daha düşük giriş ofset voltajı ve genellikle daha düşük gürültü tabanı gerektiğinde en iyi şekilde kullanılır. Bant genişliği sınırlı devrelerde, oda sıcaklığında çalışan FET ve MOSFET op amp'ler genellikle daha iyi performans gösterir.

Farklı üreticilerin farklı çip modellerinin tasarımı değişebilse de, tüm op-amp'ler temel olarak üç aşamadan oluşan aynı iç yapıya sahiptir:

1. Diferansiyel amplifikatör - sinyali yükseltmek için tasarlanmıştır, düşük seviyede kendi kendine gürültüye, yüksek giriş empedansına ve genellikle bir diferansiyel çıkışa sahiptir.
2. Voltaj Amplifikatörü - Yüksek voltaj sinyali amplifikasyonu sağlar, tek kutuplu yuvarlanma frekans yanıtına sahiptir ve tipik olarak tek bir çıkışa sahiptir.
3. Çıkış Amplifikatörü - Yüksek yük kapasitesi, düşük çıkış empedansı, akım sınırlama ve kısa devre koruması sağlar.

Op-amp IC'leri genellikle orta düzeyde karmaşıklığa sahiptir. Tipik bir örnek, önceki model LM301'den sonra Fairchild Semiconductor tarafından geliştirilen yaygın işlemsel amplifikatör yongası 741'dir (Sovyet analogu K140UD7'dir). 741 amplifikatörün temel mimarisi, 301 modelininkiyle aynıdır.

Giriş aşaması

Bir giriş aşaması olarak, aktif yükü bir akım aynası olan karmaşık bir önyargı devresine sahip bir diferansiyel amplifikatör kullanılır.

Diferansiyel Amplifikatör

Diferansiyel yükseltici, çelişen gereksinimleri karşılayan iki aşamalı bir kaskat üzerinde uygulanır. İlk aşama, yüksek bir giriş empedansı elde etmenizi sağlayan Q1 ve Q2 transistörleri üzerindeki n-p-n emitör izleyicilerinden oluşur. İkinci aşama, Miller etkisinin zararlı etkilerinden kurtulmanıza, voltaj seviyesini düşürmenize ve bir sonraki aşama için yeterli voltaj kazancı sağlamanıza olanak tanıyan ortak bir temel devreye göre bağlanan Q3 ve Q4 p-n-p transistörlerine dayanmaktadır - "A" sınıfı amplifikatör. P-n-p transistörlerin kullanılması, Vbe arıza voltajını artırmaya da yardımcı olur (baz verici n-p-n transistörleri Q1 ve Q2, yaklaşık 7 voltluk bir arıza voltajına sahiptir ve p-n-p transistörleri Q3 ve Q4'ün arıza voltajı yaklaşık 50 volttur).

Önyargı zincirleri

Yayıcı kuplajlı klasik bir diferansiyel katın yayıcıları, kararlı bir akım kaynağından ön gerilimle beslenir. Negatif geri besleme devresi, transistörleri voltaj regülatörleri olarak hareket etmeye zorlar ve onları voltajı Vbe değiştirmeye zorlar, böylece akım toplayıcı-emitör bağlantısından akabilir. Sonuç olarak, durağan akım, transistörlerin DC aktarım oranından (β) bağımsız hale gelir.

Q1, Q2 transistörlerinin yayıcılarından gelen sinyaller, Q3, Q4 transistörlerinin yayıcılarına beslenir. Kolektörleri ayrılmıştır ve kendileri akım kaynağı olarak işlev gördükleri için sabit bir akım kaynağından durgun bir akım sağlamak için kullanılamazlar. Bu nedenle, hareketsiz akım, yalnızca bazlara bir akım kaynağına bağlanarak uygulanabilir. Transistörlerin DC aktarım katsayısına bağımlılığı önlemek için negatif geri besleme kullanılır. Bunu yapmak için, hareketsiz akımın tamamı, Q8, Q9 transistörleri üzerinde yapılan bir akım aynası tarafından yansıtılır ve Q9 transistörünün toplayıcısından negatif geri besleme sinyali alınır. Bu, Q1-Q4 transistörlerini, gerekli hareketsiz akımın içlerinden akması için baz emitör voltajlarını Vbe değiştirmeye zorlar. Sonuç, klasik bir yayıcı-bağlı transistör çifti ile aynı etkidir - durgun akımın büyüklüğü, transistörlerin DC transfer katsayısından (β) bağımsız hale gelir. Bu devre, β'dan bağımsız bir kollektör akımı elde etmek için β'ya bağlı olarak gerekli büyüklükte bir temel akım üretir. Negatif voltajlı bir güç kaynağı, tipik olarak temel öngerilim akımlarını oluşturmak için kullanılır. Bu akımlar ortaktan transistörlerin tabanlarına gider, ancak mümkün olan en yüksek giriş empedansını elde etmek için, bu devrelerin sinyalin çıkış empedansı yoluyla kapanması beklendiğinden, taban öngerilim döngüleri taban ile ortak arasında dahili olarak kapalı değildir. kaynak toprağa. Bu nedenle, sinyal kaynağı, öngerilim akımlarının içinden akabilmesi için ortak bir kabloya galvanik olarak bağlanmalıdır ve ayrıca üzerinde önemli bir voltaj düşüşü olmaması için yeterince düşük bir dirence (onlarca veya yüzlerce kiloohm) sahip olmalıdır. Aksi takdirde, dirençleri Q1, Q2 transistörlerinin tabanları ile ortak kablo arasına bağlayabilirsiniz.

Hareketsiz akımın değeri, her iki akım aynası Q12-Q13 ve Q10-Q11 için ortak olan 39 kΩ'luk bir direnç tarafından ayarlanır. Bu akım, diğer devre öngerilim akımları için referans olarak kullanılır. Q10, Q11 transistörleri, Q10 transistörünün toplayıcı akımının (I ref) küçük bir kısmının 5 kΩ'luk bir dirençten aktığı form. Q10 transistörünün toplayıcısından akan bu küçük kollektör akımı, Q3 ve Q4 transistörlerinin yanı sıra Q9 transistörünün toplayıcısı için temel akım referansıdır. Negatif geri beslemenin yardımıyla, Q8 ve Q9 transistörlerindeki akım aynası, Q9 transistörünün kollektör akımını Q3 ve Q4 transistörlerinin kollektör akımına eşit yapmaya çalışır. Q9 transistörünün kollektör voltajı, Q3 ve Q4 transistörlerinin temel akımlarının kollektör akımlarına oranı β'ya eşit olana kadar değişecektir. Bu nedenle, Q3 ve Q4 transistörlerinin toplam temel akımı (bu, mikro devrenin giriş akımlarıyla aynı sıradaki akımdır), Q10 transistörünün düşük akımının küçük bir kısmıdır.

Böylece, hareketsiz akım, mevcut negatif geri besleme kullanılmadan Q10, Q11 transistörlerindeki akım aynası tarafından ayarlanır. Bu akım geri beslemesi yalnızca transistör Q9'un (ve Q3, Q4 transistörlerinin tabanı) kollektör voltajını stabilize eder. Ek olarak, geri besleme devresi Q3, Q4 transistörlerinin temel voltajını her iki giriş voltajının en yükseğinden kesinlikle 2V BE daha düşük ayarlayarak devrenin geri kalanını ortak mod sinyallerinden izole eder.

Q1-Q4 transistörleri tarafından oluşturulan diferansiyel yükseltici, giriş diferansiyel sinyalinin akımlarını voltaja dönüştüren Q5...Q7 transistörleri üzerindeki geliştirilmiş bir akım aynasına dayalı bir aktif yüke bağlanır ve burada her iki giriş sinyali de oluşturmak için kullanılır. takviyede önemli bir artış sağlayan bu voltaj. Bu, akım aynaları kullanılarak giriş sinyallerinin eklenmesiyle elde edilir, bu durumda, Q5 transistörünün toplayıcısı, Q3 transistörünün toplayıcısına (diferansiyel amplifikatörün sol çıkışı) ve mevcut aynanın çıkışı - transistör toplayıcısına bağlanır. Q6, diferansiyel amplifikatörün sağ çıkışına - Q4 transistörünün toplayıcısına bağlanır. Transistör Q7, Q5 ve Q6 transistörlerinin tabanlarını sürmek için Q3 transistöründen çekilen akımı azaltarak akım aynasının doğruluğunu artırır.

İşlemsel amplifikatör çalışması

Diferansiyel mod

Girişlere uygulanan sinyal kaynaklarının voltajları, Q1, Q3 ve Q2, Q4 transistörlerinin baz yayıcı bağlantılarının oluşturduğu iki "diyot" zincirinden Q3, Q4 transistörlerinin tabanlarının bağlantı noktasına geçer. Giriş voltajları biraz değişirse (bir girişteki voltaj diğerinde artar ve azalır), Q3, Q4 transistörlerinin tabanlarındaki voltaj neredeyse değişmez ve toplam taban akımı değişmeden kalır. Sadece Q3, Q4 transistörlerinin tabanları arasında akımların yeniden dağıtılması olacak, toplam hareketsiz akım aynı kalacak, toplayıcı akımları, taban akımlarıyla aynı oranlarda yeniden dağıtılacaktır.

Akım aynası kollektör akımını ters çevirecek, sinyal Q4 transistörünün tabanına geri dönecektir. Q4 ve Q6 transistörlerinin bağlantı noktasında, Q3 ve Q4 transistörlerinin akımları çıkarılır. Bu akımlar bu durumda faz dışıdır (diferansiyel sinyal durumunda). Dolayısıyla akımların çıkarılması sonucunda akımlar toplanacak (ΔI - (-ΔI) = 2ΔI) ve iki fazlı sinyalden tek fazlı sinyale dönüşüm kayıpsız gerçekleşecektir. Açık döngü devresinde, Q4 ve Q6 transistörlerinin bağlantı noktasında elde edilen voltaj, akımların çıkarılması ve devrenin toplam direncinin (Q4 ve Q6 transistörlerinin paralel kollektör dirençleri) sonucuyla belirlenir. Bu dirençler sinyal akımları için yüksek olduğundan (Q4 ve Q6 transistörleri akım üreteçleri gibi davranır), açık bir geri besleme döngüsü ile bu aşamanın kazancı çok yüksek olacaktır.

Başka bir deyişle, Q6 transistörünü Q3 transistörünün bir kopyası olarak düşünebilirsiniz ve Q4 ve Q6 transistörlerinin kombinasyonu, iki voltaj kontrollü dirençten oluşan ayarlanabilir bir voltaj bölücü olarak düşünülebilir. Diferansiyel girişler için, bu dirençlerin dirençleri zıt yönlerde büyük ölçüde değişecektir, ancak gerilim bölücünün genel direnci aynı kalacaktır (hareketli kontak potansiyometresine benzer). Sonuç olarak, akım değişmez, ancak orta noktada voltajda güçlü bir değişiklik olur. Dirençler eşit fakat zıt yönlerde değiştiğinden, ortaya çıkan voltaj değişimi, tek voltaj değişiminin iki katı olacaktır.

Girişlerdeki temel akımlar sıfır değildir ve bu nedenle 741 op amp'in etkin giriş empedansı yaklaşık 2 mΩ'dur. "Sıfır ayarı" pimleri, Q5, Q6 transistörlerinin akımlarını dengelemek için harici dirençleri dahili 1 kΩ dirençlere paralel olarak bağlamak için kullanılabilir (buraya genellikle bir potansiyometre bağlanır), böylece sıfır sinyalleri uygulandığında çıkış sinyalini dolaylı olarak ayarlar. girişler

Ortak mod reddi

Giriş voltajları eşzamanlı olarak değişirse, negatif geri besleme, Q3, Q4 transistörlerinin tabanlarındaki voltajı, giriş voltajı varyasyonlarını tekrarlamaya (transistörlerin taban yayıcı bağlantılarındaki voltaj düşüşünün iki katına eşit bir kayma ile) zorlar. Akım aynası Q10, Q11'in çıkış transistörü Q10, Q8, Q9 transistörlerinden akan toplam akımı sabit ve voltaj değişikliklerinden bağımsız tutar. Q3, Q4 transistörlerinin toplayıcı akımları ve buna bağlı olarak Q4 ve Q6 transistörleri arasındaki orta noktadaki çıkış voltajı değişmeden kalır.

Sonraki negatif geri besleme döngüsü, ortak mod reddetme modunda op-amp'in giriş empedansını etkili bir şekilde artırır.

"A" sınıfında çalışan yükseltici kademesi

Q15, Q19 Q22 transistörlerinde yapılan kaskad, "A" sınıfında çalışır. Q12, Q13 transistörlerinde yapılan akım aynası, bu aşamayı geniş bir aralıktaki çıkış voltajı değişimlerinden bağımsız olarak sabit bir akımla besler. Kaskad, toplayıcıda yüksek kazanç elde etmek için bir akım kaynağı şeklinde dinamik bir yükün kullanıldığı sözde bileşik darlington transistörü oluşturan Q15 ve Q19 olmak üzere iki npn transistöre dayanmaktadır. Transistör Q22, transistör Q15'in tabanını şöntleyerek amplifikatör aşamasını doygunluktan korur, yani bir Baker devresi gibi davranır.

Amplifikatör aşamasındaki 30 pF kapasitör, kapalı devre devrelerde çalışırken op-amp'in stabilize olmasını sağlayan seçici bir eşitleme geri besleme devresidir. Bu devre çözümüne "Miller kompanzasyonu" adı verilir ve prensibi bir entegratörün işlemsel yükselteç üzerindeki çalışmasına benzer. Bu devre tasarımı, "baskın kutup düzeltmesi" olarak da bilinir çünkü frekans tepkisine, geri besleme döngüsü açıkken frekans tepkisindeki diğer kutupları bastıran baskın bir kutup eklenir. Bu kutbun frekansı, 741 amplifikatöründe 10 Hz'den az olabilir ve bu frekansta kutup, açık döngü frekans yanıtında -3 dB zayıflama sağlar. Bu dahili kompanzasyonun uygulanması, işlemsel yükselticinin kazancının birden büyük veya ona eşit olduğu durumda reaktif olmayan negatif geri besleme ile çalışırken yükselticinin mutlak kararlılığını elde etmek için gereklidir. Bu nedenle, farklı çalışma modlarında aynı kararlılığı sağlamak için harici bir düzeltme kullanmak gerekli değildir, bu da bir işlemsel amplifikatörün kullanımını büyük ölçüde basitleştirir. K140UD1A gibi dahili düzeltmenin olmadığı işlemsel yükselteçler, harici düzeltme veya kapalı geri besleme döngüsüyle birden fazla kazanç kullanılmasını gerektirebilir.

Çıkış Aşaması Önyargı Devresi

Transistör Q16, iki dirençle birlikte, aynı zamanda kauçuk diyot, transistör zener diyot veya baz yayıcı bağlantı voltajı çarpanı (VBE) olarak da bilinen bir seviye yönlendirme devresi oluşturur. Bu devrede, Q16 transistörü, bu aşamadan geçen herhangi bir akım için toplayıcı-emitör bağlantısında sabit bir voltaj düşüşü sağladığından, bir voltaj regülatörü görevi görür. Bu, β = 7,5 kΩ / (4,5 kΩ + 7,5 kΩ) = 0,625 bölme faktörüne sahip iki dirençli bir voltaj bölücü şeklinde toplayıcı ve taban arasına negatif bir geri besleme getirilerek elde edilir. Transistörün temel akımının sıfır olduğunu varsayalım, bu nedenle negatif geri besleme, transistörü, toplayıcı-yayıcı voltajını, taban yayıcı voltajı 0,6 voltluk tipik bir iki kutuplu transistör değerine ulaşana kadar yaklaşık bir volta çıkarmaya zorlar. Bu devre, doğrusal olmayan distorsiyonu azaltırken çıkış transistörlerini yönlendirmek için kullanılır. Bazı düşük frekanslı amplifikatörlerin devrelerinde bunun için bir çift seri bağlı diyot kullanılır.

Bu öngerilim devresi, 0,625 voltluk bir DC giriş voltajına ve β = 0,625'lik bir geri besleme faktörüne (sırasıyla, kazanç 1/β = 1,6 olacaktır) sahip bir negatif geri besleme amplifikatörü olarak düşünülebilir. Aynı devre, ancak β = 1 ile, klasik iki kutuplu transistör akım yansıtma devresinde çalışma akımını ayarlamak için kullanılır.

Çıkış aşaması

Çıkış aşaması (Q14, Q17, Q20 transistörleri), "AB" sınıfında çalışan bir itme-çekme yayıcı takipçisidir, bu aşamanın önyargısı, Q16 transistörü üzerinde yapılan bir seviye önyargı devresi ve bunun tabanına bağlı iki direnç tarafından ayarlanır. transistör. Çıkış transistörleri Q14, Q20'ye giden sinyal, Q13 ve Q19 transistörlerinin toplayıcılarından sağlanır. Sıcaklıktaki değişikliklerden veya transistör parametrelerindeki değişiklikten kaynaklanan önyargı voltajındaki değişiklikler, doğrusal olmayan bozulmaya ve op-amp'in durgun akımında değişikliğe yol açabilir. Amplifikatörün çıkış voltajı, besleme voltajlarından (yani V - +1 ila V + -1) yaklaşık bir volt daha az aralığındadır, kısmen çıkış transistörleri Q14 ve Q20'nin baz yayıcı voltajı tarafından belirlenir. .

Çıkış aşamasındaki 25 ohm'luk bir direnç, o aşamanın izin verilen maksimum akımını sınırlamak için bir akım algısı görevi görür; 741 op amp'te bu direnç, yayıcı takipçisi Q14'ün çıkış akımını 25 mA ile sınırlar. Alt yayıcı takipçisi için akım sınırı, Q19 transistörünün yayıcı devresine takılı 50 Ohm'luk bir direnç kullanılarak, Q22 transistörü kullanılarak uygulanır, direnç boyunca voltaj düşüşü kritik olanın üzerine çıktıkça Q15 transistörünün tabanındaki voltaj azalır. Daha sonraki model 741 op amp'ler, çıkış akımını sınırlamak için biraz farklı bir yöntem kullanabilir.

İdeal bir op amp'in aksine, Model 741'in çıkış empedansı sıfır değildir, ancak düşük frekanslarda negatif geri besleme ile neredeyse sıfır olur.

741 op amp hakkında bazı düşünceler

Not: Model 741 op amp'ler geçmişte ses ve diğer yüksek hassasiyetli uygulamalarda kullanılmıştır, ancak modern op amp modellerinin daha düşük gürültü seviyeleri nedeniyle bu amfi günümüzde nadiren kullanılmaktadır. Çok fazla gürültüye ek olarak, 741 ve diğer eski modellerde ortak mod reddi zayıf olabilir ve genellikle şebeke uğultusunu ve diğer gürültüleri alabilir.

Model 741 op amp, genellikle bazı jenerik op amp anlamına gelir (örn. µA741, LM301, 558, LM324, TBA221 veya TL071 gibi daha yeni modeller). 741 amplifikatörünün çıkış aşamasının açıklaması, aşağıdakiler dışında (tamamen farklı giriş aşamalarına sahip olabilen) diğer birçok model için hemen hemen aynıdır:

• µA748, LM301, LM308 gibi bazı op amp modellerinde dahili düzeltme yoktur ve kapalı döngü ve düşük kazançlı çalışma için harici bir düzeltme kapasitörü gerektirir.
• Bazı modern işlemsel yükselteç modelleri için, çıkış voltajı neredeyse negatiften pozitif besleme voltajına kadar değişebilir.

İşlemsel yükselteçlerin sınıflandırılması

İşlemsel yükselteçler, tasarımlarının türüne göre sınıflandırılabilir:

• Ayrık - ayrı transistörlerden veya elektronik tüplerden oluşturulur;
• Çip - tümleşik işlemsel yükselteçler en yaygın olanlardır;
• Hibrit - düşük entegrasyon derecesine sahip hibrit mikro devreler temelinde yaratılmıştır;

Entegre op amp'ler, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok farklı şekilde sınıflandırılabilir:

• Güvenilirlikleri ve dış etkenlere (sıcaklık, basınç, radyasyon) karşı dirençleri ve dolayısıyla fiyatları ile ayırt edilen askeri, endüstriyel veya ticari tasarımlı mikroçiplere bölünme. Örnek: LM301 jenerik op amp, LM101'in ticari versiyonudur ve LM201, endüstriyel versiyondur.
• Kasa tipine göre sınıflandırma - farklı kasa tiplerindeki (plastik, metal, seramik) işlemsel yükselteç modelleri ayrıca dış etkenlere karşı farklı dirençlere sahiptir. Ayrıca DIP ve yüzeye montaj (SMD) paketleri de bulunmaktadır.
• Dahili düzeltme devrelerinin varlığına veya yokluğuna göre sınıflandırma. Bazı negatif geri besleme devrelerinde op-amp'ler kararsız hale gelebilir, bunu önlemek için genlik-frekans yanıtını düzeltmek için küçük bir kapasitör kullanılır. Böyle bir yerleşik kapasitöre sahip bir işlemsel yükselteç, dahili olarak düzeltilmiş bir işlemsel yükselteç olarak adlandırılır.
• Bir çip paketi bir, iki veya dört işlemsel amplifikatör içerebilir.
• Negatiften pozitif besleme voltajına giriş (ve / veya çıkış) voltaj aralığı - işlemsel amplifikatör, değerleri besleme voltajlarının değerlerine yakın olan sinyallerle çalışabilir.
• CMOS FET op amp'ler (AD8603 gibi), BJT op amp'lerden daha yüksek giriş empedansına sahip olan geleneksel FET op amp'lerden daha yüksek, çok yüksek giriş empedansı sağlar.
• Harici bir direnç kullanarak hareketsiz akım, kazanç, bant genişliği gibi bir dizi parametreyi ayarlayabileceğiniz sözde "programlanabilir" işlemsel yükselteçler vardır.
• Üreticiler genellikle op amfileri düşük gürültü, ön amfiler, geniş aralık vb. gibi uygulamaya göre sınıflandırır.

İşlemsel yükselteçlerin kullanımı

Elektronik sistem tasarımlarında kullanım

Model 741 İşlemsel Amplifikatör Pim Ataması

İşlemsel yükselteçlerin blok olarak kullanılması, devrelerin oluşturulmasını basitleştirir ve ayrı bileşenlerin (transistörler, dirençler, kapasitörler) kullanılmasından daha kolay okunmasını sağlar. Devreleri tasarlarken, op amp'ler ilk yaklaşım olarak ideal diferansiyel bileşenler olarak kabul edilir ve yalnızca sonraki adımlarda bu cihazların tüm kusurları ve sınırlamaları dikkate alınır.

Tüm devreler için devre aynı kalır. Spesifikasyon, devrenin amacını ve gerekli toleransları uygun toleranslarla gösterir. Örneğin, belirli bir sıcaklık aralığında %10 tolerans ve %2 kayma ile 1000 kat kazanç, en az 2 mΩ giriş direnci vb. gerekir.

Devrelerin bilgisayar simülasyonu, bazı ticari op-amp modellerine ve diğer bileşenlere sahip olan LTSpice devre simülasyon programı gibi tasarımda sıklıkla kullanılır. Modelleme sonucunda tasarlanan devrenin bazı parametrelerinin uygulanamayacağı ortaya çıkarsa, bu durumda spesifikasyonun düzeltilmesi gerekir.

Bilgisayar simülasyonundan sonra, bir prototip devre kurulur ve test edilir, gerekirse devreyi iyileştirmek veya devrenin spesifikasyonları karşıladığından emin olmak için devrede değişiklikler yapılır. Devre aynı zamanda maliyetini azaltmak ve işlevselliği geliştirmek için optimize edilmiştir.

İşlemsel yükselteçlerin geri besleme kullanılmadan devrelerde kullanılması

Tek beslemeli bir devrede işlemsel yükseltici 741 üzerindeki voltaj karşılaştırıcısı. V ref \u003d 6,6 V, V giriş sinyalinin genliği \u003d 8 V olarak. Kapasitör C1, güç devresinden gelen paraziti bastırmaya yarar.

Bu durumda, işlemsel yükselteç bir voltaj karşılaştırıcısı olarak kullanılır. Amplifikatör doygunluktan hızla kurtulabildiğinden, yüksek hıza veya geniş bir giriş voltajı aralığına ihtiyaç duyulduğunda, öncelikle bir karşılaştırıcı olarak çalışmak üzere tasarlanmış bir devre kullanılır.

İşlemsel yükselticinin girişlerinden biri örnek bir voltajla beslenirse Vref , o zaman bir sinyal seviyesi detektör devresi elde edilir, yani işlemsel yükseltici pozitif bir sinyal seviyesi algılar. Algılanan sinyal doğrudan bir girişe uygulanırsa, evirmeyen bir seviye dedektör devresi elde edilir - giriş voltajı referans voltajından yüksek olduğunda, çıkışta maksimum pozitif voltaj ayarlanır. Tespit edilen sinyal ve referans voltajı değiştirilirse, bu durumda, işlemsel yükselticinin çıkışında negatif besleme voltajına yakın bir voltaj oluşturulacak - ters bir seviye dedektörü devresi elde edilecektir.

Amplifikatörün girişindeki örnek voltajsızlık V ref = 0 V ise, örneğin sinüzoidal bir sinyali dikdörtgen bir sinyale dönüştürebilen bir sıfır dedektörü elde edilecektir.

Pozitif geri besleme kullanan devrelerde işlemsel yükselteçlerin kullanımı

Pozitif (R1, R3) ve negatif (R2, C1) geri besleme devrelerine sahip işlemsel yükselticiye dayalı kare dalga üreteci. Amplifikatörün etrafındaki pozitif geri besleme devresi, onu bir Schmitt tetikleyicisine dönüştürür. Çalışma frekansı yaklaşık 150 Hz'dir.

İşlemsel yükselteçler, çıkış sinyalinin bir kısmı evirmeyen bir girişe beslendiğinde, pozitif geri besleme devrelerinde de kullanılır. Bu konfigürasyonu kullanan tipik bir devre, Schmitt tetikleyici olarak adlandırılan histerezis karşılaştırma devresidir. Bazı devrelerde, aynı anda iki tür geri besleme kullanılabilir - hem pozitif hem de negatif, aynı amplifikatörü kapsar, bu konfigürasyon genellikle testere dişi jeneratör devrelerinde ve aktif filtre devrelerinde kullanılır.

Düşük dönüş hızı ve pozitif geri besleme olmaması nedeniyle, yukarıda açıklanan açık döngü sıfır dedektörünün ve sinyal seviyesi detektörünün frekans tepkisi nispeten düşük frekans olacaktır, yani devreler nispeten düşük frekans olacaktır. Devreyi pozitif geri besleme ile kapatmayı deneyebilirsiniz, ancak bu, giriş sinyalinin sıfırı geçtiği anı tespit ederken işlemin doğruluğunu önemli ölçüde etkileyecektir. 741 tipi geleneksel bir işlemsel amplifikatör kullanıyorsanız, sinüs-kare dalga dönüştürücü büyük olasılıkla 100 Hz'yi aşmayan bir çalışma frekansına sahip olacaktır.

Özel karşılaştırıcı devrelerde sinyal dönüş oranını artırmak için, çıkış aşamalarına pozitif geri besleme verilir, bu nedenle, seviye dedektör devrelerinin işlemsel yükselteçlerde değil, mikro devreler - karşılaştırıcılarda yapılması önerilir.

Negatif geri besleme devresinde bir işlemsel yükselticinin kullanımı

Ters çevirmeyen bir amplifikatör devresinde, çıkış voltajı giriş voltajı ile aynı yönde değişir (azalır veya artar).

Bir op-amp kazancını tanımlayan denklem şu şekilde yazılır:

V çıkışı \u003d A OL (V + - V -)

Bu devrede, V- parametresi Vout'un bir fonksiyonudur, çünkü R1 ve R2 dirençleri bir negatif geri besleme devresi oluşturur. Ayrıca bu dirençler voltaj bölücüdür ve yüksek dirençli olan V - girişine bağlı olduğu için voltaj bölücü pratik olarak yüklenmez. Buradan:

V - = β * V çıkışı

Nerede β = R1 / (R1 + R2)

Bu ifadeyi işlemsel yükselticinin kazanç denkleminde değiştirerek şunu elde ederiz:

V çıkışı \u003d A OL (V girişi - β * V çıkışı)

Ortaya çıkan ifadenin şuna göre dönüştürülmesi: V çıkışı, şunu elde ederiz:

V çıkışı = V girişi * (1 / (β + 1/A OL))

Eğer bir OLçok büyükse, denklem basitleştirilir:

V çıkışı ≈ V girişi / β = V girişi / (R1 / (R1 + R2)) = V girişi * (1 + R2/R1)

İşlemsel yükselticinin doğrudan girişine giden sinyalin ortak kabloya göre uygulandığına lütfen dikkat edin. Herhangi bir nedenle sinyal kaynağı ortak bir kabloya bağlanamıyorsa veya belirli bir dirence sahip bir yüke bağlanması gerekiyorsa, işlemsel yükselticinin doğrudan girişi ile ortak kablo arasına ek bir direnç takılması gerekecektir. Her durumda, R1 ve R2 geri besleme dirençlerinin değeri, işlemsel yükselticinin doğrudan girişindeki yük direnci dikkate alınarak yaklaşık olarak giriş direncine eşit olmalı, R1 ve R2 dirençleri ise paralel bağlı olarak düşünülmelidir. . Yani, R1 \u003d R2 \u003d 10 kOhm ise, sinyal kaynağı yüksek bir dirence sahipse, doğrudan giriş ile ortak kablo arasındaki ek direncin değeri 5 kOhm olmalıdır, bu durumda girişlerdeki öngerilim voltajı minimum olacaktır.

İşlemsel yükselteç bir ters devrede açıldığında, çıkışındaki voltaj giriş voltajı ile antifazda değişecektir.

İşlemsel yükselteç ters açıldığında kazancı açıklayan bir denklem bulalım:

V çıkışı \u003d A OL (V + - V -)

Bu denklem, ters çevirmeyen bir amplifikatörün denklemiyle tamamen aynıdır. Ancak bu durumda parametre V-çıkış voltajına bağlı olacaktır. V çıkışı ve giriş V girişi Bunun nedeni seri bağlı dirençlerin oluşturduğu gerilim bölücüdür. rf Ve R girişi giriş sinyali ile amplifikatörün çıkışı arasında bağlanır. Ters çevirme girişi yüksek bir dirence sahiptir ve bölücüyü yüklemez, bu nedenle:

V - = 1/(R f + R girişi) * (R f V girişi + R girişi V çıkışı)

Ortaya çıkan eşitliği kazanç denkleminde değiştirerek, buluruz V çıkışı:

V çıkışı = -V girişi * A OL R f / (R f + R girişi + A OL R girişi)

eğer değer bir OLçok büyükse, ifade basitleştirilir:

V çıkışı ≈ V girişi * R f / R girişi

Çoğu zaman, ters çevirmeyen giriş ile ortak kablo arasına, her iki girişin de aynı dirençlerden voltajı kaldıracağı şekilde, böyle bir değere sahip bir direnç yerleştirilir. Bu direncin kullanılması, öngerilim voltajını azaltır ve bazı işlemsel yükselteç modellerinde doğrusal olmayan bozulma miktarını azaltır.

DC voltajını yükseltmeye gerek yoksa, giriş direnci ile seri olarak R girişi sinyal kaynağından işlemsel yükselticinin girişine doğrudan voltajın geçişini engellemek için bir ayırıcı kondansatör takılabilir.

İşlemsel bir yükselticide ses frekansı yükselticisi

Sonuç olarak, tek kutuplu bir beslemeye sahip evirmeyen bir devreye göre yapılmış pratik bir ses frekansı yükseltici devresini ele alalım. Ters çevirmeyen bir devrenin kullanılması, R2 ve R3 dirençlerinin değerleri ile belirlenen amplifikatörün yüksek giriş empedansını ve işlemsel amplifikatörün doğrudan girişinin giriş empedansını sağlar (çok yüksek ve ihmal edilebilir), R2, R3 dirençleri hesaplanırken paralel bağlı olarak kabul edilir, bu nedenle giriş direnci yükselticisi 100 kOhm'a eşit olacaktır.

Amplifikatörün voltaj kazancı formül ile belirlenir. R4/R1+1, bu durumda 49/1+1 = 50 kez. C1 kondansatörünün kapasitansı, en düşük çalışma frekanslarındaki reaktansı, seri bağlı dirençler R1, R4'ün toplam direncinden en az on kat daha az olacak şekilde olmalıdır. Kondansatörler C2, C3 doğru akım için bölüyorlar, parametreleri sinyal kaynağının ve yükün direncine bağlı. Kondansatör C4, güç devresindeki dalgalanmaları engeller.

Amplifikatörün yükü, en az 1,5 kOhm dirençli, TON-2 tipi yüksek dirençli kulaklıklar olabilir. Düşük dirençli kulaklıkları veya dinamik bir başlığı bağlamak için, devreye KT502 ve KT503 transistörlerinde bir yayıcı takipçileri dizisi eklemeniz gerekecektir.

Doğrusal olmayan bozulmayı azaltmak için, devreye VT1, VT2 transistörlerinin hareketsiz akımını ayarlayan dirençler R6, R7 eklenir. Başka bir transistör anahtarlama devresi kullanabilirsiniz, örneğin, daha düşük bir doğrusal olmayan bozulma seviyesine sahip olan tarif edilen devre.

Bir şey bana sık sık analog elektronik hakkında sorular sormaya başladı. Öğrencilerin oturumu topları aldı mı? ;) Tamam, biraz eğitim programına geçmenin zamanı geldi. Özellikle, işlemsel yükselteçlerin çalışması hakkında. Nedir, ne ile yenir ve nasıl hesaplanır.

Bu nedir
Bir op-amp, iki girişli bir amp, nevie... uhm... büyük sinyal kazancı ve bir çıkıştır. Onlar. U out \u003d K * U in var ve K ideal olarak sonsuza eşittir. Uygulamada elbette daha mütevazı rakamlar var. 1000000 diyelim. Ama bu tür sayılar bile doğrudan uygulamaya kalkıldığında beyni patlatıyor. Bu nedenle, anaokulunda olduğu gibi, bir Noel ağacı, iki, üç, birçok Noel ağacı - burada çok fazla takviyemiz var;) İşte bu kadar.

Ve iki giriş var. Ve bunlardan biri doğrudan, diğeri ise ters.

Ayrıca, girişler yüksek empedanslıdır. Onlar. giriş empedansları ideal durumda sonsuzdur ve gerçek durumda ÇOK yüksektir. Oradaki hesap yüzlerce Megaohm'a ve hatta gigaohm'a kadar gidiyor. Onlar. girişteki voltajı ölçer, ancak minimum düzeyde etkilenir. Ve op-amp'teki akımın akmadığını varsayabiliriz.

Bu durumda çıkış voltajı şu şekilde hesaplanır:

U çıkışı \u003d (U 2 -U 1) * K

Açıkçası, doğrudan girişteki voltaj ters voltajdan büyükse, o zaman çıkış artı sonsuzdur. Aksi takdirde, eksi sonsuz olacaktır.

Elbette gerçek bir devrede artı ve eksi sonsuz olmayacak ve bunların yerini amplifikatörün en yüksek ve en düşük güç kaynağı voltajı alacak. Ve alacağız:

karşılaştırıcı
İki analog sinyali karşılaştırmanıza ve sinyallerden hangisinin daha büyük olduğuna karar vermenize izin veren bir cihaz. Zaten ilginç. Bunun için birçok uygulama düşünebilirsiniz. Bu arada, aynı karşılaştırıcı çoğu mikrodenetleyicide yerleşiktir ve nasıl kullanılacağını AVR'yi kullanarak örnek olarak oluşturma ile ilgili makalelerde gösterdim. Ayrıca, karşılaştırıcı, oluşturmak için harika bir şekilde kullanılır.

Ancak mesele bir karşılaştırıcıyla sınırlı değildir, çünkü geri bildirim eklerseniz, op-amp'ten çok şey yapılabilir.

Geri bildirim
Çıkıştan sinyali alıp doğrudan girişe gönderirsek geri besleme gerçekleşir.

olumlu geribildirim
Sinyali doğrudan çıkıştan doğrudan girişe alıp sürelim.

• U1 voltajı sıfırdan büyük - çıkış -15 volt
• U1 voltajı sıfırdan az - +15 volt çıkışında

Voltaj sıfır olursa ne olur? Teorik olarak çıktı sıfır olmalıdır. Ancak gerçekte voltaj ASLA sıfır olmayacaktır. Sonuçta, sağın yükü solun yükünden bir elektron daha ağır bassa bile, bu, potansiyeli sonsuz bir amplifikasyonda çıkışa döndürmek için zaten yeterlidir. Ve çıkışta, şekilli bir cehennem başlayacak - karşılaştırıcının girişlerinde indüklenen rastgele bozulmaların hızında sinyal burada burada atlar.

Bu sorunu çözmek için histerezis tanıtılır. Onlar. bir durumdan diğerine geçiş arasında bir tür boşluk. Bunu yapmak için, bunun gibi olumlu geri bildirimler verin:

Şu anda ters girişte +10 volt olduğunu düşünüyoruz. Op-amp çıkışında eksi 15 volt. Doğrudan girişte artık sıfır değil, bölücüden gelen çıkış voltajının küçük bir kısmıdır. Yaklaşık -1,4 volt Şimdi, ters girişteki voltaj -1,4 voltun altına düşene kadar, op-amp'in çıkışı voltajını değiştirmeyecektir. Ve voltaj -1,4'ün altına düşer düşmez, op-amp'in çıkışı keskin bir şekilde +15'e sıçrayacak ve doğrudan girişte zaten +1,4 voltluk bir önyargı olacaktır.

Ve karşılaştırıcının çıkışındaki voltajı değiştirmek için, U1 sinyalinin +1,4'lük üst çubuğa ulaşmak için 2,8 volt kadar artması gerekecektir.

1.4 ile -1.4 volt arasında hassasiyetin olmadığı bir çeşit boşluk var. Boşluk genişliği, R1 ve R2'deki dirençlerin oranları tarafından kontrol edilir. Eşik voltajı Uout/(R1+R2) * R1 şeklinde hesaplanır. 1'den 100'e +/- 0,14 volt verecek diyelim.

Ancak yine de, op-amp daha çok negatif geri besleme modunda kullanılır.

olumsuz geribildirim
Tamam, başka bir şekilde ifade edelim:

Olumsuz geri besleme durumunda, op amp'in ilginç bir özelliği vardır. Her zaman çıkış voltajını, girişlerdeki voltajlar eşit olacak ve sıfır farkla sonuçlanacak şekilde ayarlamaya çalışacaktır.
Horowitz ve Hill yoldaşların harika kitabında bunu okuyana kadar, OU'nun çalışmalarına giremedim. Ancak her şeyin basit olduğu ortaya çıktı.

Tekrarlayıcı
Ve bir tekrarlayıcımız var. Onlar. U1 girişinde, ters girişte Uout = U1 . Görünüşe göre U dışarı \u003d U 1.

Soru şu ki, biz neden bu kadar mutluyuz? Teli doğrudan atmak mümkündü ve hiçbir op-amp'e gerek kalmayacaktı!

Mümkün, ama her zaman değil. Böyle bir durum düşünün, dirençli bölücü şeklinde yapılmış bir sensör var:

Alt direncin değeri değişir, bölücüden gelen çıkış voltajının düzeni değişir. Ve ondan bir voltmetre ile okumalar almamız gerekiyor. Ancak voltmetrenin büyük de olsa kendi iç direnci vardır, ancak sensörden gelen değerleri değiştirecektir. Üstelik bir voltmetre istemiyorsak, ancak parlaklığı değiştirmek için bir ampul istiyorsak? Buraya ampul bağlamanın bir yolu yok! Bu nedenle, çıkış bir işlemsel yükselteç tarafından tamponlanır. Giriş direnci çok büyük ve minimum etkiye sahip olacak ve çıkış, ampulün çalışması için oldukça yeterli olan oldukça somut bir akım (onlarca miliamper, hatta yüzlerce) sağlayabilir.
Genel olarak, tekrarlayıcı uygulamaları bulunabilir. Özellikle hassas analog devrelerde. Veya bir aşamanın devresinin diğerinin çalışmasını etkileyebileceği, onları ayırabileceği yer.

Amplifikatör
Ve şimdi kulaklarımızla bir numara yapalım - geri bildirimimizi alıp bir voltaj bölücü aracılığıyla yere koyalım:

Şimdi ters girişe çıkış voltajının yarısı uygulanır. Ve amplifikatörün hala girişlerindeki voltajları eşitlemesi gerekiyor. Ne yapması gerekecek? Bu doğru - ortaya çıkan bölücüyü telafi etmek için çıkışınızdaki voltajı öncekinin iki katına yükseltin.

Şimdi düz hat üzerinde U 1 olacak. Tersine U çıkışı /2 \u003d U 1 veya U çıkışı \u003d 2 * U 1.

Farklı orana sahip bir bölen koyalım - durum aynı şekilde değişecektir. Gerilim bölücü formülünü aklınızdan döndürmemek için hemen vereyim:

U çıkışı \u003d U 1 * (1 + R 1 / R 2)

Neyin çok basit olana bölündüğünü anımsatıcı olarak hatırlanır:

Giriş sinyalinin U çıkışındaki R2, R1 direnç devresinden geçtiği ortaya çıktı. Bu durumda, amplifikatörün doğrudan girişi sıfıra ayarlanır. Op-amp'in alışkanlıklarını hatırlıyoruz - ters girişinde doğrudan girişe eşit bir voltajın oluşmasını sağlamaya çalışacak. Onlar. sıfır. Bunu yapmanın tek yolu, çıkış gerilimini sıfırın altına düşürmektir, böylece 1 noktasında sıfır oluşur.

Bu yüzden. U çıkışının = 0 olduğunu hayal edin. Sıfıra eşitken. Ve giriş voltajı, örneğin, U çıkışına göre 10 volttur. R 1 ve R 2'nin böleni onu ikiye bölecektir. Böylece, 1 noktasında beş volt vardır.

Beş volt sıfıra eşit değildir ve op amp çıkışını 1 noktasında sıfır olana kadar düşürür. Bunun için çıkış (-10) volt olmalıdır. Bu durumda, fark girişe göre 20 volt olacak ve bölücü bize 1 noktasında tam olarak 0 sağlayacaktır. Bir invertörümüz var.

Ancak bölücümüzün başka katsayılar vermesi için başka dirençler de seçebilirsiniz!
Genel olarak, böyle bir amplifikatör için kazanç formülü aşağıdaki gibi olacaktır:

U çıkışı \u003d - U girişi * R 1 / R 2

Xy'yi xy'den hızlı bir şekilde ezberlemek için anımsatıcı bir resim.

Diyelim ki U 2 ve U 1 her biri 10 volt olacak. Sonra 2. noktada 5 volt olacak. Ve çıkış, 1. noktada da 5 volt olacak şekilde olmalıdır. Yani sıfır. Böylece 10 volt eksi 10 voltun sıfıra eşit olduğu ortaya çıktı. Her şey doğru :)

U 1 20 volt olursa, çıkışın -10 volta düşmesi gerekir.
Kendiniz hesaplayın - U 1 ve U çıkışı arasındaki fark 30 volt olacaktır. R4 direncinden geçen akım (U 1 -U çıkışı) / (R 3 + R 4) = 30/20000 = 0,0015A olacaktır ve R 4 direnci üzerindeki voltaj düşüşü R 4 * I 4 = 10000 * olacaktır. 0,0015 = 15 volt. 20 girişinden 15 voltluk düşüşü çıkarın ve 5 volt elde edin.

Böylece, op-amp'imiz aritmetik problemi 10'dan 20 çıkararak -10 volt alarak çözdü.

Ayrıca problemde dirençler tarafından belirlenen katsayılar bulunmaktadır. Basit olması için, dirençler aynı değerdedir ve bu nedenle tüm katsayılar bire eşittir. Ama aslında, keyfi dirençler alırsak, çıkışın girişe bağımlılığı aşağıdaki gibi olacaktır:

U çıkışı \u003d U2 * K2 - U1 * K1

K 2 \u003d ((R 3 + R 4) * R 6) / (R 6 + R 5) * R 4
K 1 \u003d R3 / R4

Katsayı hesaplama formülünü ezberlemek için anımsatıcılar aşağıdaki gibidir:
Diyagrama doğru. Kesrin payı en üstte, bu nedenle akım akış devresindeki üst dirençleri toplayıp alttaki dirençle çarpıyoruz. Payda alttadır, bu nedenle alt dirençleri toplayın ve üstteki ile çarpın.

Burada her şey basit. Çünkü 1 noktası sürekli olarak 0'a düşürülür, o zaman içine akan akımların her zaman U / R'ye eşit olduğunu varsayabiliriz ve 1 numaralı düğüme giren akımlar toplanır. Giriş direncinin geri besleme direncine oranı, gelen akımın ağırlığını belirler.

İstediğiniz kadar dal olabilir ama ben sadece iki tane çizdim.

U çıkışı \u003d -1 (R3 * U1 / R1 + R3 * U2 / R2)

Giriş dirençleri (R 1 , R 2 ) akım miktarını ve dolayısıyla gelen sinyalin toplam ağırlığını belirler. Benimki gibi tüm dirençleri eşit yaparsanız, ağırlık aynı olur ve her terimin çarpma faktörü 1'e eşit olur. Ve U out \u003d -1 (U 1 + U 2)

Toplayıcı ters çevirmez
Her şey biraz daha karmaşık, ama öyle görünüyor.

Uout \u003d U 1 * K 1 + U 2 * K 2

K 1 \u003d R 5 / R 1
K2 \u003d R5 / R2

Ayrıca, geri besleme dirençleri, R3 / R4 \u003d K1 + K2 denklemi gözlenecek şekilde olmalıdır.

Genel olarak, işlemsel yükselteçlerde herhangi bir matematik oluşturabilir, toplayabilir, çarpabilir, bölebilir, türevleri ve integralleri sayabilirsiniz. Ve neredeyse anında. Analog bilgisayarlar kuruluş biriminde yapılır. Hatta bunlardan birini SUSU'nun beşinci katında gördüm - bir oda katı büyüklüğünde bir aptal. Birkaç metal dolap. Program farklı blokların tellerle bağlanması ile yazılmıştır :)

Bir işlemsel yükselteç (op-amp), karakteristikleri "ideal yükseltici" olarak adlandırılanlara yakın olan diferansiyel girişli bir DC yükselticidir. 4 - 10 6), büyük giriş (R in = 0,1-100 MΩ) ve düşük çıkış (R in = 10-100 Ohm) direnci.

Doğrusal amplifikatörlerde, bir op-amp, yalnızca K voltaj kazancını 1-10 3'e düşüren, ancak aynı zamanda K'nin sıcaklığa, besleme voltajına bağımlılığını azaltan, R'yi artıran negatif geri besleme devreleriyle (NFB) kullanılır. .us ve azalır R çıkış .us. Op-amp kararlılık ihlali riski arttığı ve geniş bir frekans bandında frekans yanıtı düzeltme devreleri daha karmaşık hale geldiği için, geri besleme devresi olmayan amplifikatörlerde op-amp kullanımı kabul edilemez.

OU (Şekil 15.1.), birinci aşama olarak bir diferansiyel amplifikatör içerir. Diferansiyel yükseltici, U2 - U1 giriş sinyallerinin farkı için yüksek bir kazanca ve ortak mod sinyalleri için düşük bir kazanca sahiptir, örn. aynı sinyaller her iki girişe aynı anda uygulanır. Bu, ortak mod sinyallerine (dış parazit) duyarlılığı ve op-amp kollarının özdeş olmamasıyla belirlenen kesme gerilimini azaltmayı mümkün kılar.

Şekil 15.1. İşlemsel yükselticinin iç yapısı.

Giriş aşamasını bir veya daha fazla ara aşama takip eder; gerekli voltaj ve akım amplifikasyonunu sağlarlar.

Tamamlayıcı çıkış aşaması, düşük bir op-amp çıkış empedansı ve beklenen yüklere güç sağlamak için yeterli akım sağlamalıdır. Çıkış aşaması genellikle basit veya tamamlayıcı bir yayıcı takipçisidir.

Devrenin ortak mod sinyallerine duyarlılığını azaltmak ve giriş direncini artırmak için, birinci diferansiyel aşamanın yayıcı akımı, kararlı bir akım kaynağı kullanılarak ayarlanır.

İşlemsel yükselteçlerin temel parametreleri

1. K - op-amp'in kendi kazancı (geri bildirim olmadan).

2. U kayması - Çıkış voltajı kayması. Her iki girişte sıfır voltajda op-amp kollarının asimetrisinden kaynaklanan küçük bir voltaj. Genellikle U kayması 10 - 100 mV değerindedir.

3. I cm - Giriş yanlılığı akımı. İşlemsel yükselticinin giriş aşamasını çalıştırmak için gereken yükselticinin girişlerindeki akım.

4. I shift - Giriş kaydırma akımı (). Önyargı akımlarındaki fark, giriş transistörlerinin yanlış eşleşmesi nedeniyle ortaya çıkar. .

5. R girişi - Giriş empedansı. Kural olarak, R in 1-10 megohm'a kadar bir değere sahiptir.

6. Çıkış - Çıkış empedansı. Genellikle Rout yüzlerce ohm'u geçmez.

7. Koss - Ortak mod sinyal zayıflama katsayısı. Her iki girişe aynı anda uygulanan sinyalleri zayıflatma yeteneğini karakterize eder.

8. Akım tüketimi. İşlemsel yükseltici tarafından tüketilen hareketsiz akım.

9. Güç tüketimi. İşlemsel yükseltici tarafından dağıtılan güç.

10. Maksimum dönüş hızı (V/µs) .

11. Evcil hayvanınız. - Besleme gerilimi.

12. Geçici yanıt. Girişine bir güç dalgalanması uygulandığında amplifikatörün çıkışındaki sinyal.

Op-amp, özelliklerinde önemli ölçüde farklılık gösteren devreleri değiştirmek için birkaç seçeneğe sahiptir.

Çalışmayı analiz etmek ve işletim sistemini açmak için çeşitli şemaların özelliklerini hesaplamak için, kontrol ünitesinin özelliklerine bağlı olarak şunları hatırlamanız gerekir:

1. Op-amp girişleri arasındaki voltaj farkı çok küçüktür ve sıfıra eşit alınabilir.

2. Op amp yüksek giriş empedansına sahiptir, bu nedenle çok az giriş akımı çeker (10 nA'ya kadar).

İşletim sistemini açmak için ana şemalar

İÇİNDE ters yükseltici(Şekil 15.2.), giriş ve çıkış sinyalleri fazda 180º kaydırılır. U in pozitif ise, o zaman A noktasındaki ve dolayısıyla U d'deki voltaj da pozitif olacak ve U out azalacak, bu da evirme girişinde U d = U out / K ≈ 0'a bir azalmaya yol açacaktır.

A noktası genellikle denir sanal dünya, çünkü potansiyeli neredeyse dünyanın potansiyeline eşittir, çünkü U d kural olarak çok küçüktür

Pirinç. 15.2. Op-amp ters yükseltici

Geri besleme kazancı için bir ifade elde etmek için, amplifikatörün R girişi çok büyük olduğu için dikkate alıyoruz. O zamandan beri ve , o zaman .

U d = 0 varsayarsak (çünkü K → ∞), elde ederiz. Söz konusu devrenin geri besleme kazancı,

Çıkış voltajı, K os'un negatif değeri ile kanıtlandığı gibi ters çevrilir.

Geri besleme nedeniyle, A noktasında yaklaşık olarak sıfır potansiyel korunduğundan, ters çeviren amplifikatör devresinin giriş direnci R1'dir.. Direnç R1, giriş sinyali kaynağını yüklemeyecek şekilde seçilmelidir ve doğal olarak R os işlemsel yükselticiyi aşırı yüklememek için yeterince büyük olmalıdır.

Ters çevirmeyen amplifikatör voltaj kazancı R 1 ve R os dirençleri kullanılarak da ayarlanabilen yüksek giriş empedansına sahip bir op-amp (Şekil 15.3) üzerinde de uygulanabilir.

Daha önce olduğu gibi, R in → ∞ olduğu için varsayıyoruz.

Amplifikatörün ters çevirme girişindeki voltaj eşittir, bu nedenle

15.3. Ters çevirmeyen op-amp amplifikatörü

Buradan, .

U out \u003d U d K ve U d \u003d U out / K olduğundan, K → ∞ ve U d ≈ 0 olarak yazabiliriz. Denklemi çözerek, kapalı geri besleme K os , (15.3) ile kazanç için bir ifade elde ederiz.

К » K os koşulu altında geçerlidir.

şemada op amp üzerinde voltaj takipçisi(Şekil 15.4) Uout geri beslemesi, amplifikatörün çıkışından eviren girişe gelir. Op-amp - Ud girişlerindeki voltaj farkı yükseltildiğinden, amplifikatörün çıkışındaki voltajın U out \u003d U d K olduğu görülebilir.

Şekil 15.4. Op-amp voltaj takipçisi

Op-amp U out \u003d U in + U d'nin çıkış voltajı U out \u003d U d K olduğundan, U d \u003d U out / K'yi elde ederiz. Buradan, . K büyük olduğundan (K → ∞), o zaman U out / K sıfır olma eğilimindedir ve sonuç olarak U in = U out eşitliğini elde ederiz.

Giriş voltajı, yalnızca çok yüksek olan amplifikatörün giriş empedansı aracılığıyla toprağa bağlanır, böylece takipçi iyi bir eşleştirme aşaması olarak hizmet edebilir.

Diferansiyel girişli amplifikatör iki girişi vardır ve eviren ve evirmeyen girişler aynı voltaj altındadır, bu durumda eviren ve evirmeyen girişler arasındaki voltaj farkı çok küçük olduğundan (genellikle 1mV'den az) U os'a eşittir.

Pirinç. 15.5. Diferansiyel girişli amplifikatör

U1 sıfıra ayarlanırsa ve U2'ye bir giriş sinyali uygulanırsa, amplifikatör, giriş voltajı R2 ve R? işletim sistemi. U 1 ve U 2 voltajlarının her ikisi de karşılık gelen girişlere aynı anda uygulanırsa, ters çevirme girişindeki sinyal, çıkış voltajında ​​öyle bir değişikliğe neden olur ki, R 1 ve R os dirençlerinin bağlantı noktasındaki voltaj U os'a eşit olur, burada .

Amplifikatör çok yüksek bir giriş empedansına sahip olduğundan,

Ortaya çıkan denklemi U out için çözerek, şunu elde ederiz:

U OS ifadesini değiştirerek şunları elde ederiz:

R 1 = R 2 ve R oc = R´ oc (en yaygın durum) koyarsak, elde ederiz. Çıkış voltajının polaritesi, U1 ve U2 voltajlarından büyük olanı tarafından belirlenir.

Açıkçası, Şekil 15.5'teki U2 sıfırsa, o zaman amplifikatör U1'e göre ters çeviren bir amplifikatör olarak hareket edecektir.

Op-amp devresi giriş empedansı aşağıdaki şekilde tanımlanabilir. OS r d'nin diferansiyel giriş direncine bir voltaj uygulanır. U d.Geri bildirimin varlığı nedeniyle, bu voltaj küçüktür.

U d \u003d U çıkışı / K U \u003d U 1 / (1 + K U b), (15.6)

nerede b \u003d R 1 / (R 1 + R 2) - geri besleme devresindeki bölücünün transfer katsayısı. Böylece, bu dirençten sadece U 1 /r d (1 + K U b)'ye eşit bir akım akar. Bu nedenle, geri besleme eylemi nedeniyle diferansiyel giriş empedansı, faktör 1 + K U b ile çarpılır.

Şek. 12, elde edilen devrenin giriş direnci için:

R in = r d (1 + K U b)||r in

Girişlerde iki kutuplu transistör bulunan işlemsel yükselteçler için bile bu değer 10 9 ohm'u aşıyor. Ancak unutulmamalıdır ki bu sadece diferansiyel değer; bu, giriş akımındaki değişikliklerin küçük olduğu ve giriş akımının ortalama değerinin kıyaslanamayacak kadar büyük değerler alabileceği anlamına gelir.

Pirinç. 15.6. Op-amp'in kendi dirençlerini hesaba katan ters çevirmeyen bir amplifikatörün şeması.

Op-amp çıkış empedansı geri besleme kapsamına girmeyen bir işlemsel yükselteç şu şekilde verilir:

Yük bağlandığında, devrenin çıkış voltajında, bir voltaj bölücü R1, R2 yoluyla amplifikatörün girişine iletilen rota boyunca bir voltaj düşüşünün neden olduğu hafif bir azalma olur. Diferansiyel gerilimde ortaya çıkan artış, çıkış gerilimindeki değişikliği telafi eder.

Genel olarak, çıkış empedansı oldukça yüksek olabilir (bazı durumlarda 100 ila 1000 ohm arası). İşletim sistemi devresinin bağlanması çıkış empedansını azaltacaktır.

Geri besleme kapsamındaki bir amplifikatör için bu formül şu şekli alır:

Bu durumda, U d'nin değeri sabit kalmaz, ancak değere göre değişir.

dU d = - dU n = -bdU çıkışı

Doğrusal transfer karakteristiğine sahip bir amplifikatör için, çıkış voltajındaki değişiklik

dU çıkışı = K U dU d - r çıkışı dI çıkışı

Bu durumda geri besleme gerilim bölücüsüne dallanan akımın büyüklüğü ihmal edilebilir. dU d değerini son ifadeye koyarak, istenen sonucu elde ederiz:

Örneğin, 10 kat giriş sinyali amplifikasyonuna karşılık gelen b \u003d 0.1 ve K U \u003d 10 5 ise, amplifikatörün çıkış empedansı 1 kOhm'dan 0.1 Ohm'a düşecektir. Yukarıdakiler, genel olarak konuşursak, yükseltici f p, Hz'nin bant genişliği içinde geçerlidir. Daha yüksek frekanslarda, kapalı döngü op-amp'in çıkış empedansı şu şekilde artacaktır: miktar |K U | artan frekansla, her on yılda 20 dB oranında azalacaktır (bkz. Şekil 3). Bu durumda, endüktif bir karakter kazanır ve f t'den daha büyük frekanslarda, geri besleme olmadan amplifikatörün çıkış empedansının değerine eşit olur.

İşletim sisteminin dinamik parametreleri, op-amp hızını karakterize eden, küçük ve büyük sinyaller için parametrelere ayrılabilir. Dinamik parametrelerin birinci grubu, bant genişliği fp, birim kazanç frekansı f t ve yerleşme süresi t y'yi içerir. Bu parametrelere düşük sinyal denir, çünkü op-amp basamaklarının doğrusal çalışma modunda ölçülürler (DU çıkışı< 1В).

İkinci grup, r çıkış voltajının dönüş hızını ve f p güç bant genişliğini içerir. Bu parametreler, op-amp'in büyük diferansiyel giriş sinyali (50 mV'den fazla) ile ölçülür. Bu seçeneklerden bazıları yukarıda tartışılmıştır. Yerleşme süresi, giriş voltajı adımının op-amp girişine uygulandığı andan |U çıkış.set - U çıkış(t) | \u003d d, burada U out.set - çıkış voltajının sabit değeri, d - izin verilen hata.

Çalışma bant genişliği veya bant genişliği Op amp, bozulmamış çıkış sinyalinin mümkün olan maksimum genliğinde alınan frekans yanıtının türü tarafından belirlenir. İlk olarak, düşük frekanslarda, harmonik salınım üretecinden gelen sinyalin böyle bir genliği, Uout.max çıkış sinyalinin genliği amplifikatörün doyma sınırlarına biraz ulaşmayacak şekilde ayarlanır. Ardından giriş sinyalinin frekansını artırın. Güç bant genişliği f p, orijinal değerin 0,707'sine eşit U vyh.max değerine karşılık gelir. Güç bant genişliğinin değeri, düzeltme kapasitörünün artan kapasitansı ile azalır.

Operasyon parametreleri Op-amp'ler, giriş ve çıkış devrelerinin izin verilen çalışma modlarını ve güç kaynakları gereksinimlerini ve ayrıca amplifikatörün sıcaklık aralığını belirler. Operasyonel parametrelerin sınırlamaları, op-amp transistörler aracılığıyla arıza gerilimlerinin ve izin verilen akımların sonlu değerlerinden kaynaklanmaktadır. Ana operasyonel parametreler şunları içerir: U p besleme voltajının nominal değeri; izin verilen besleme gerilimi aralığı; terlediğim kaynaktan tükettiğim akım; maksimum çıkış akımı I vyh.max; nominal güç kaynağında maksimum çıkış voltajı değerleri; izin verilen maksimum ortak mod ve diferansiyel giriş voltajları

Frekans tepkisi işlemsel yükselteç, böyle bir yükselticiye sahip gerçek devrelerin kararlılığının bağlı olduğu önemli bir faktördür. Çoğu işlemsel yükselteçte, münferit aşamalar birbirine galvanik kuplajlarla doğru akımla bağlanır, bu nedenle bu yükselticilerin düşük frekans bölgesinde kazanç azalması yoktur ve artan frekansla kazanç azalmasını analiz etmeleri gerekir.

Şekil 15.7 . İşlemsel yükselticinin frekans tepkisi

Şekil 15.7'de. bir işlemsel yükselticinin tipik frekans tepkisi gösterilmektedir.

Pirinç. 15.8. Basitleştirilmiş op amp eşdeğer devresi

Frekans arttıkça kapasitans düşer, bu da τ \u003d R n * C zaman sabitinde bir azalmaya yol açar. Açıktır ki, üzerinde U çıkışındaki voltajın KU d'den daha az olacağı bir frekans olmalıdır.

Herhangi bir frekansta kazanç K için ifade:

forma sahiptir, burada K, düşük frekanslarda açık döngü kazancıdır; f - çalışma frekansı; f 1 - kesme frekansı veya 3 dB'de frekans, yani K(f)'nin K'nin 3 dB altında veya 0,707 A'ya eşit olduğu frekans.

Genelde olduğu gibi, R n » R çıktıysa, o zaman .

Tipik olarak, frekans yanıtı genel terimlerle verilir. Nasıl:

burada f bizi ilgilendiren frekans, f 1 ise sabit bir frekanstır, buna kesme frekansı ve belirli bir amplifikatörün bir özelliğidir. Frekans arttıkça voltaj kazancı azalır. Ek olarak, θ ifadesinden, frekans değiştiğinde, çıkış sinyalinin fazının girişin fazına göre değiştiği görülebilir; - çıkış sinyali giriş ile aynı fazda değil.

Ters çeviren veya evirmeyen bir amplifikatörde yapıldığı gibi negatif geri besleme eklemek, op amp'in etkin bant genişliğini artırır.

Bunu görmek için, 6dB/oktav düşüşlü (frekans iki katına çıktığında) bir amplifikatörün açık çevrim kazancı ifadesini göz önünde bulundurun:

Burada K(f), f frekansındaki açık döngü kazancıdır; A, düşük frekanslarda geri beslemesiz kazançtır; f 1 - köşe frekansı. Bu ilişkiyi, geri bildirimin varlığındaki kazanç ifadesinde değiştirerek şunu elde ederiz:

Bu ifade f 1 oc = f 1 (1 + Аβ); K 1 - düşük frekanslarda kapalı geri besleme ile kazanç; f 1oc - geri besleme varlığında kesme frekansı.

Geri beslemeli kesme frekansı, geri beslemesiz kesme frekansının (1 + Kβ) > 1 ile çarpımına eşittir, dolayısıyla geri besleme kullanılırken etkili bant genişliği artar. Bu fenomen, 40 dB kazançlı bir amplifikatör için f 1oc > f 1 olduğu Şekil 8'de gösterilmiştir.

Amplifikatörün yuvarlanma oranı 6dB/oktav ise, kazanç-bant genişliği çarpımı sabittir: Kf 1 = sabit. Bunu görmek için, ideal düşük frekans kazancını, geri besleme varlığında aynı amplifikatörün yüksek kesme frekansı ile çarpalım.

Ardından kazanç-bant genişliği ürününü elde ederiz:

K, düşük frekanslarda geri besleme olmadan kazançtır.

Geri besleme ile bant genişliğini artırmak için kazancın azaltılması gerektiği daha önce gösterilmişken, şimdi türetilmiş ilişki, istenen bant genişliğini elde etmek için kazancın ne kadarının feda edilmesi gerektiğini bulmayı mümkün kılıyor.

İşlemsel yükselteç eşdeğer devresi amplifikatörün ideal olmamasının devrenin özellikleri üzerindeki etkisini hesaba katmanıza izin verir. Bunu yapmak için, amplifikatörü, önemli kusurlu öğeler içeren tam bir eşdeğer devre olarak temsil etmek uygundur. Küçük yavaş sinyal değişiklikleri için tam op-amp eşdeğer devresi, şekil 2'de gösterilmiştir. 15.9.

Pirinç. 15.9.. Küçük sinyaller için op-amp eşdeğer devresi

Girişte iki kutuplu transistörlere sahip işlemsel yükselteçler için, diferansiyel sinyal rd için giriş empedansı birkaç megaohm'dur ve ortak mod sinyali rin için giriş empedansı birkaç gigaohm'dur. Bu dirençler tarafından belirlenen giriş akımları, birkaç nanoamper mertebesindedir. Önemli ölçüde daha büyük değerler, işlemsel amplifikatörün girişlerinden akan ve diferansiyel aşamadaki transistörlerin yanlılığı ile belirlenen doğru akımlardır. Üniversal op-amp'ler için giriş akımları 10 nA ila 2 μA arasındadır ve alan etkili transistörlerde yapılan giriş aşamalarına sahip amplifikatörler için bunlar nanoamperlerin kesirleridir.

İşlemsel amplifikatör parametreleri

Op-amp evrensel bir cihaz olduğundan, özelliklerini tanımlamak için çok sayıda parametre kullanılır.

1. Kazanç faktörü K, geri besleme olmadığında bu artışa neden olan çıkış voltajının diferansiyel giriş sinyaline oranına eşittir (10 3-10 7'dir) ve çıkışta rölantide belirlenir. İLE = U çıkışı /U girişi

2. Sıfır ön gerilim U cm, çıkışta U çıkışı \u003d 0 elde etmek için op-amp girişine hangi voltajın uygulanması gerektiğini gösterir (0,5-0,15 mV'dir). Bu, giriş transistörlerinin yayıcı-temel voltajlarının yanlış eşleşmesinin bir sonucudur.

3. Giriş akımı I in, iki kutuplu transistörlerdeki giriş diferansiyel aşamasının normal çalışma modu tarafından belirlenir. Bu, giriş transistörü DU'nun temel akımıdır. Diferansiyel aşamada alan etkili transistörler kullanılıyorsa, bunlar kaçak akımlardır.

Op-ampin girişlerine farklı iç dirençlere sahip sinyal kaynakları bağlandığında bu dirençler üzerinde bias akımları ile çeşitli voltaj düşüşleri oluşturulur. Görünen diferansiyel sinyal, giriş voltajını değiştirir. Bunu azaltmak için, sinyal kaynaklarının direnci aynı olmalıdır.

4. DI in giriş akımlarındaki fark, çıkış voltajının belirli bir değerinde op-amp girişlerinden akan akımların değerlerindeki farka eşittir, 0.1-200 nA'dır.

5. Giriş direnci R bx (giriş terminalleri arasındaki direnç), belirli bir sinyal frekansında giriş voltajı artışının giriş akımı artışına oranına eşittir. Düşük frekans bölgesi için Rbx belirlenir. Uygulanan sinyalin yapısına bağlı olarak, giriş empedansı diferansiyel (diferansiyel sinyal için) ve ortak moddur (ortak mod sinyali için).

Diferansiyel giriş empedansı - bu, herhangi bir girişin giriş empedansıdır, diğer giriş ortak terminale bağlandığında, onlarca kΩ - yüzlerce MΩ'dir. Böyle büyük bir Rbx, giriş uzaktan kumandası ve kararlı bir DC voltaj kaynağı nedeniyle elde edilir. Ortak mod giriş empedansı, kısa devre giriş terminalleri ile toprak arasındaki dirençtir. Girişlere bir ortak mod sinyali uygulandığında ve farkta R'den birkaç kat daha yüksek olduğunda, ortalama giriş akımındaki bir değişiklik ile karakterize edilir.

6. Ortak mod sinyal zayıflama katsayısı K osl sf, her iki girişe uygulanan ortak mod sinyal voltajının, çıkış voltajı değerine de neden olan diferansiyel giriş voltajına oranı olarak tanımlanır. Zayıflama katsayısı, diferansiyel sinyalin kazancının ortak mod giriş sinyalinin kazancından kaç kat daha büyük olduğunu ve 60-120 dB olduğunu gösterir:

Ortak mod sinyal zayıflama katsayısındaki bir artışla, diferansiyel giriş sinyalini ortak mod gürültüsünün arka planından ayırt etmek daha doğru olur, op-amp'in kalitesi o kadar iyi olur. Ölçümler düşük frekans aralığında gerçekleştirilir.

7. Çıkış direnci Yön, çıkış voltajındaki artışın, belirli bir sinyal frekansı değerinde çıkış akımının aktif bileşenindeki artışa oranı ile belirlenir ve birkaç yüz ohm'dur.

8. Öngerilim voltajının sıcaklık sapması, öngerilim voltajındaki maksimum değişimin buna neden olan sıcaklık değişimine oranına eşittir ve μV / derece olarak tahmin edilir.

Ön gerilim ve giriş akımlarındaki termal kaymalar, op-amp cihazlarda termal hatalara neden olur.

9. Güç kaynağının kararsızlığının çıkış voltajı üzerindeki etkisinin katsayısı, besleme voltajı 1 V değiştiğinde çıkış voltajındaki değişimi gösterir ve μV / V olarak tahmin edilir.

10. Maksimum çıkış voltajı Uout max, belirli bir yük direnci için op-amp'in çıkış voltajının sınır değeri ve op-amp'in kararlı çalışmasını ve belirtilenleri aşmayan bozulmaları sağlayan giriş sinyali voltajı tarafından belirlenir. değer. U çıkışı, besleme geriliminin maksimum 1-5 V altında.

11. I out max maksimum çıkış akımı, op-amp'in çıkış aşamasının izin verilen kollektör akımı ile sınırlıdır.

12. Güç tüketimi - yük kapalıyken işletim sistemi tarafından dağıtılan güç.

13. Birlik kazanç frekansı f 1, op-amp kazancının 1'e eşit olduğu giriş sinyalinin frekansıdır: |K(f 1)| = 1. Entegre op amp'ler için, birim kazanç frekansının 1000 MHz'lik bir sınır değeri vardır. Bu frekanstaki çıkış voltajı, doğru akımdan yaklaşık 30 kat daha düşüktür.

14. Kesme frekansı f c OS - kazancın bir faktör azaltıldığı frekans. Op-amp'in bant genişliğini tahmin eder ve onlarca MHz'dir.

15. Vmax çıkış voltajının maksimum dönüş hızı, girişte giriş voltajının maksimum değerine eşit bir genliğe sahip bir dikdörtgen darbe uygulandığında op-amp'in çıkış voltajındaki en yüksek değişim oranı tarafından belirlenir. ve 0,1-100 V/μs aralığında yer alır. Maksimum giriş voltajına maruz kaldığında, op-amp'in çıkış aşaması her iki kutupta da doyma bölgesine düşer. Bu parametre, geniş bant ve darbeli op amp cihazları için belirtilir ve sonlu genişliklere sahip çıkış kenarlarına neden olur. V max, op-amp'in büyük sinyal modundaki performansını karakterize eder.

16. Çıkış gerilimi yerleşim süresi t yc t (geçici azalma süresi), amplifikatörün çıkış doyum durumundan doğrusal moda dönmesi için gereken süredir.

Yerleşme süresi, giriş gerilimi dalgalanmasından sonra çıkış geriliminin kararlı durum değerinden izin verilen bağıl hata dUout değeri kadar farklılık gösterdiği süredir. Kurulum süresi boyunca, op-amp'in çıkış voltajı, dikdörtgen bir giriş voltajına maruz kaldığında, sabit durum değerinin 0,1 seviyesinden 0,9 seviyesine değişir.

17. Girişe verilen gürültü voltajı, giriş sinyali sıfır ve sinyal kaynağının sıfır direnci olan amplifikatörün çıkışındaki voltajın op-amp kazancına bölünmesiyle belirlenir. Gürültü spektral yoğunluğu, gürültü voltajı ölçümünün yapıldığı frekans bandına bölünen azaltılmış gürültü voltajının karesinin karekökü olarak tahmin edilmektedir. Bu parametrenin boyutu. Op-amp spesifikasyonlarında, bazen dahili direnç R g'ye sahip bir kaynaktan çalışan bir amplifikatörün azaltılmış gürültü gücünün aktif direnç gürültü gücüne oranı olarak tanımlanan gürültü rakamı (dB) ayarlanır.

burada U w - R g = 0'da azaltılmış gürültü voltajı;

4kTR r, direncin termal gürültü spektral yoğunluğudur.

İşletim sisteminin parametreleri için gereksinimler, gerçekleştirdiği işlevlere bağlıdır. Tüm pratik durumlarda, gerçekleştirilen işlemlerin hatasını azaltmak, güvenilirliği ve hızı artırmak arzu edilir. Tüm parametrelerin eşzamanlı olarak iyileştirilmesi, devre ve üretimi için çelişkili gereksinimler ortaya koymaktadır. Tüm bunlar, yalnızca belirli parametrelerin başkalarının pahasına optimize edildiği çok çeşitli op amplerle açıklanmaktadır.

Bu nedenle, ölçüm ekipmanında, büyük kazanç, büyük giriş empedansı, düşük sıfır öngerilim voltajı ve düşük gürültüye sahip hassas op ampler kullanılır. Ve yüksek hızlı op amperlerin yüksek dönüş hızı, geniş bant genişliği ve kısa çıkış voltajı yerleşim süresi olmalıdır. Bu tür op amp'ler, darbe ve geniş bant yükseltme cihazlarında ve analogdan dijitale dönüştürücü cihazlarda uygulama bulmuştur.

İki voltajın anlık değerlerini karşılaştırmak için kullanılan karşılaştırıcılar oluşturmak için anahtarlama modunda çalışan yüksek hızlı op-amp'ler kullanılır.