Panimula sa Mga Operational Amplifier: 7 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Sa Instructable na ito, magbibigay ako ng pagpapakilala sa Operational Amplifier, isa sa pinaka kapaki-pakinabang ng mga analog na aparato. Ang aparato na ito ay maaaring mai-configure bilang isang non-inverting o inverting amplifier, isang kumpare, boltahe amplifier, summing amplifier, instrumentation amplifier, buffer, aktibong filter, Wien bridge oscillator kasama ang maraming iba pang mga application. Ang opamp ay may iba't ibang mga pagsasaayos tulad ng solong LM741 8 pin DIP o ang LM324 14 pin quad op amp na ipinakita sa itaas. Mayroon ding mga uri na nagmumula sa iba't ibang mga pagkakaiba-iba ng mount.

Hakbang 1: Ano ang Isang Operational Amplifier?

Ang pagpapatakbo amplifier na kilala rin para sa maikling bilang isang op-amp, ay isang DC na isinama ang mataas na makakuha ng boltahe amplifier, na isinasama sa isang IC chip. Mayroon silang dalawang mga input (kaugalian na input) at isang output. Ginamit ang mga ito bilang mga bloke ng gusali sa mga analog electronics mula nang lumabas ang mga unang aparato noong huling bahagi ng 1960. Ang isa sa mga kagandahan ng mga aparatong ito ay na pinasimple nila ang elektronikong disenyo ayon sa likas na katangian ng kanilang pamantayan. Ang pagdidisenyo ng mga amplifier na may mga discrete na bahagi ay nagsasangkot ng maraming pag-aayos dahil sa mga pagkakaiba sa pagitan ng mga aktibong aparato. Kung ang mga amplifier ay binuo lahat mula sa parehong namatay na silikon, lahat sila ay maaaring gawing pareho at may magkatulad na mga katangian. Kapag ang pagdidisenyo sa mga pagpapatakbo na amplifier, isang tiyak na pakinabang para sa aparato ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-install ng dalawang panlabas na resistors na may isang tukoy na ratio ng paglaban. Halimbawa, kung ang isang boltahe na nakuha na 100 ay ninanais, isang 100k risistor at isang 1k risistor ay maaaring ilagay sa circuit upang makakuha ng isang ratio ng 100. Gamit ang diskarteng ito, ang kita ay pareho sa bawat oras. Ang pinakatanyag na op-amp sa lahat ng oras ay ang 741 na nasa paligid mula pa noong unang bahagi ng 70 at ginamit ng mga henerasyon ng mga libangan sa lahat mula sa mga audio amplifier hanggang sa mga power supply. Ang 741 ay hindi nagamit ng industriya sa loob ng maraming taon dahil ang mas mahusay na mga op-amp ay nabuo, ngunit mayroon pa rin silang sumusunod sa mga libangan at madaling makuha. Ang mga unang aparato ay lumabas sa alinman sa isang 8 pin na istilong dobleng inline na package o isang pabilog na metal na lata. Nang maglaon, magagamit ang mga mount mount device. Ang 741 at iba pang mga op-amp ng mga antigo nitong ginamit na bipolar transistors na may mga aparato na gumagamit ng mga field input transistor input na lalabas mamaya. Ang mga input ng transistor na epekto ng patlang ay nagsimulang magamit dahil sa pangangailangan na magkaroon ng mas malaking impedance sa pag-input at mas mababang kasalukuyang alisan ng tubig.

Hakbang 2: Ang Non-Inverting Amplifier

Ang non-inverting amplifier ay ang unang circuit na sasakupin namin. Sa diagram sa itaas, ang op amp ay wired na may input na pupunta sa positibong input na may resistor ng feedback na papunta sa negatibong pag-input. Ang ratio ng Rf sa Rg ay tumutukoy sa nakuha. Sa kaso ng circuit sa itaas, ang nakuha ng boltahe ay 10. Ang diagram sa gitna ng "mga limitasyong" totoong mundo "ng 741 op amp kapag ang isang 10 kHz square wave ay pinakain sa input ngunit lumabas bilang isang tatsulok na form ng alon dahil sa ang limitadong bilis ng paglipat ng aparato. Kapag ang input ay ibinaba sa isang 1 kHz square wave ang output ay nagpapabuti at mukhang isang tunay na square square. Ang pagsukat ng kakayahan ng op amp na sundin ang mga pagbabago ng input signal sa amplitude ay tinatawag na "Slew Rate" at sinusukat sa volts-per-microsecond. Ang 741 ay may napakahusay na rating sa.5 volts-per-microsecond. Ang mga high-speed op amp ay mayroong mga rating na kasing taas ng 5000 volts-per-microsecond bagaman ang isang tipikal na tulad ng TL081 ay magkakaroon ng average na rating na 13 volts-per-microsecond.

Hakbang 3: Ang Inverting Amplifier

Ang opamp ay maaaring mai-configure sa isang paraan tulad ng isang 1-volt na negatibong pagpunta sa form ng alon na maaaring baligtarin at palakasin upang magbigay ng isang 10-volt na positibong pagpunta sa form ng alon. Ang mga paggamit para sa pagsasaayos na ito ay maaaring kahit saan kailangan ng pagbabago ng yugto tulad ng sa mga yugto ng pagmamaneho ng mga discrete transistor amplifier.

Hakbang 4: Paggamit ng isang Op Amp Bilang isang Square Wave to Sine Wave Converter

Ang circuit sa itaas ay babaguhin ang isang 1000 Hz square square sa isang 1000 Hz sine wave. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pag-filter ng lahat ng mga bahagi ng dalas (harmonika) sa itaas at sa ibaba ng pangunahing, na isang alon ng sine. Sa halip na gumamit ng mga resistors sa circuit ng feedback, gumagamit kami ng mga selektibong bahagi ng capacitive (capacitor) na nagbibigay ng negatibong feedback upang kanselahin ang mga hindi nais na frequency. Ipinapakita ng gitnang diagram ang tunay na circuit na simulate at ang waveform na ginawa. Ipinapakita ng pangatlong diagram ang tugon ng dalas ng circuit. Ang pang-teknikal na pangalan ng ganitong uri ng circuit ay isang aktibong filter ng bandpass. Pinapayagan lamang ang isang makitid na banda ng mga frequency na dumaan nang hindi pinalalaki.

Hakbang 5: Paggamit ng isang Op Amp Bilang isang Maghahambing

Mayroong mga nakalaang chips na mas mahusay na mga kumpare, ngunit kung minsan ay wala kang isa sa kamay, kaya't laging kapaki-pakinabang na malaman kung paano gumawa ng isang kumpare sa isang opamp. Isang mabilis na repasuhin kung ano ang isang kumpare, ito ay karaniwang isang opamp na naka-set up bilang isang amplifier na walang feedback, pinapayagan ang amplifier na gumana sa maximum na pakinabang nito. Kapag ang isang input ay nakatali sa isang tukoy na boltahe tulad ng 3 volts na ipinakita sa diagram ang circuit ay magbibigay ng isang output na halos ang maximum na boltahe ng riles kapag ang dalawang input ay nasa parehong boltahe. Sa kaso ng circuit sa itaas, ang isang alon ng sine na 1 kHz ay nagbibigay ng isang output kapag tumaas ito sa itaas ng 3 volts at lumilipat muli kapag ang sine wave ay bumaba sa 3 volts. Ang mga kumpare ay karaniwang ginagamit sa (ADCs) at mga oscillator ng pagpapahinga.

Hakbang 6: Pagbuo ng isang Summing Amplifier Sa Isang Opamp

Ang summing amplifier sa itaas ay tumatagal ng dalawang 1 kHz signal, isa sa 10 mV na rurok hanggang sa rurok at isa pa na 20 mV na rurok hanggang sa rurok. Ang resulta na output ay 60 mV rurok sa rurok. Dahil ito ay isang inverting amplifier, naglalagay ito ng isang senyas ng kabaligtaran na bahagi.

Ginagamit ang mga summing amplifier sa mga audio mixer kung saan kailangang idagdag nang magkasama ang iba't ibang mga input. Sa pamamagitan ng pagpapakain ng mga signal sa potentiometers, ang mga signal ay maaaring iba-iba upang maibigay ang nais na output.

Hakbang 7: Tatlong Input Audio Mixer

Ang circuit na ito ay maaaring magamit upang paghaluin ang dalawang instrumento at isang vocal track, mas maraming mga input ang maaaring maidagdag kung kinakailangan. Ang bawat antas ng pag-input ay maaaring iakma nang nakapag-iisa sa mga potensyal.