Grundlegendes Verständnis des Operationsverstärkers

Um besser über operative Verstärker zu erfahren, die folgende 16 Fragen und Antworten können sich schnell mit den Grundlagen der operativen Verstärker vertraut machen.

1. Im Allgemeinen, Es wird einen Gleichgewichtsbeständigkeit im Inverting geben / Inphase-Verstärkerschaltung. Welche Funktion hat dieser Gleichgewichtswiderstand??

(1) Sorgen Sie für eine geeignete statische Vorspannung für die Transistoren im Chip.

Die Schaltkreise innerhalb des Chips sind normalerweise direkt gekoppelt, die den statischen Arbeitspunkt automatisch anpassen kann. Jedoch, wenn ein Eingangspin direkt mit der Stromversorgung oder Masse verbunden ist, Die automatische Anpassungsfunktion ist abnormal, weil die Transistoren im Chip die Spannung des Erdungskabels nicht erhöhen oder die Spannung der Stromversorgung senken können, Dies führt dazu, dass der Chip die Bedingungen eines virtuellen Kurzschlusses und einer virtuellen Unterbrechung nicht erfüllen kann, Die Schaltung muss separat analysiert werden.

(2) Um den Einfluss des statischen Basisstroms auf die Ausgangsspannung zu eliminieren, Die Größe sollte mit dem äquivalenten Widerstand des externen Gleichstrompfads an den beiden Eingangsanschlüssen abgeglichen sein, daher auch der Name.

2. Welche Funktion hat ein Inphase-Proportional-Operationsverstärker mit einem Kondensator am Rückkopplungswiderstand?[/ H1] (1) Rückkopplungswiderstand und Kondensator bilden einen Hochpassfilter, Das ist besonders leistungsstark für die lokale Hochfrequenzverstärkung.

(2) Selbsterregung vorbeugen.

3. Welche Folgen hat es, wenn die Inphase-Verstärkerschaltung des Operationsverstärkers nicht mit dem Ausgleichswiderstand verbunden ist??

Das Verbrennen des Operationsverstärkers kann zur Beschädigung des Operationsverstärkers führen, und der Widerstand kann die Rolle der Spannungsteilung spielen.

4. Welche Rolle kann der Pulldown-Widerstand beim Hochziehen des Kondensators am Eingang des Operationsverstärkers spielen??

It is to obtain the problem of positive feedback and negative feedback, which depends on the specific connection. Zum Beispiel, if I take the current input voltage signal and output voltage signal, and then take out a wire at the output end to connect it to the input section, then due to the resistance above, part of the output signal obtains a voltage value after passing through the resistance, shunting the input voltage to reduce the input voltage, which is a negative feedback. Because the signal output by the signal source is always constant, the output signal can be corrected by negative feedback.

5. The operational amplifier is connected into an integrator. What is the role of parallel resistance RF at both ends of the integrating capacitor?

Der Entladewiderstand dient dazu, zu verhindern, dass die Ausgangsspannung außer Kontrolle gerät.

6. Warum werden am Eingang von Operationsverstärkern üblicherweise Widerstände und Kondensatoren in Reihe geschaltet??

Wenn Sie mit der internen Schaltung eines Operationsverstärkers vertraut sind, Sie werden wissen, dass jeder Operationsverstärker aus mehreren Transistoren oder MOS-Röhren besteht. In Abwesenheit externer Komponenten, der Operationsverstärker ist ein Komparator. Wenn die Spannung am Inphase-Anschluss hoch ist, Es wird ein Pegel ausgegeben, der der positiven Spannung ähnelt, Und umgekehrt… Doch dieser Operationsverstärker scheint von geringem Nutzen zu sein. Erst wenn ein äußerer Stromkreis in Form einer Rückkopplung gebildet wird, Kann der Operationsverstärker die Funktionen der Verstärkung haben?, Inversion und so weiter

7. Welche Folgen hat es, wenn der Balancewiderstand der Inphase-Verstärkerschaltung des Operationsverstärkers falsch ist??

(1) Der In-Phase-Inverter-Anschluss ist unsymmetrisch, und es wird auch eine Ausgabe erfolgen, wenn die Eingabe erfolgt 0. Wenn das Eingangssignal eingegeben wird, Der Ausgabewert ist immer eine feste Zahl größer (oder kleiner) als der theoretische Ausgabewert.

(2) Der durch den Eingangsruhestrom verursachte Fehler kann nicht beseitigt werden.

8. Was ist der Verstärkungsfaktor eines idealen integrierten Operationsverstärkers?, Wie hoch ist die Eingangsimpedanz?, und wie groß ist die Spannung zwischen dem Inphase-Eingang und dem invertierenden Eingang??

Die Vergrößerung ist unendlich, Die Eingangsimpedanz ist verschwindend gering, und die Spannung zwischen dem gleichsinnigen Eingang und dem umgekehrten Eingang ist nahezu gleich (nicht 0!!! (10V am gegenüberliegenden Ende und 9,99999 V am gegenüberliegenden Ende)

9. Verzeihung, Warum ist die Leerlaufverstärkung eines idealen Operationsverstärkers unendlich??

(1) Die tatsächliche Verstärkung des Operationsverstärkers im offenen Regelkreis beträgt mehr als 100000, Das ist sehr, sehr groß. daher, Die Leerlaufverstärkung des tatsächlichen Operationsverstärkers kann man sich als unendlich vorstellen, und der virtuelle Boden wird abgeleitet.

(2) Die abgeleitete virtuelle Masse gilt nur für den invertierenden Verstärker.

Aus dem Buch geht hervor, dass die Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers unendlich ist, so dass, wenn wir die Schaltung entwerfen, Die Verstärkung im geschlossenen Regelkreis kann nicht durch die Verstärkung im offenen Regelkreis begrenzt werden, hängt aber nur von den externen Komponenten ab. Es geht darum, eine große Verstärkung im offenen Regelkreis zugunsten der Stabilität der Verstärkung im geschlossenen Regelkreis zu opfern.

(3) Daraus lässt sich ableiten, dass die virtuelle Masse nicht nur der invertierende Verstärker ist, wenn der Operationsverstärker mit Gegenkopplung verbunden ist; Positives Feedback hat keinen virtuellen Grund.

(4) Es versteht sich von selbst, dass der Gewinn gering ist, für eine Ausgangsspannung, der Unterschied zwischen den an beiden Enden des Operationsverstärkers anliegenden Spannungen ist relativ groß. Wenn es mit dem negativen Rückkopplungszustand verbunden ist, Die Spannung an beiden Enden des Operationsverstärkers ist inkonsistent, was zu einem Verstärkungsfehler führt.

(5) Es gibt zwei Bedingungen für die Verwirklichung “virtueller Kurzfilm” des Operationsverstärkers:

1) Die Leerlaufverstärkung a des Operationsverstärkers sollte groß genug sein;

2) Es muss eine negative Rückkopplungsschaltung vorhanden sein.

Erste, Wir wissen, dass die Ausgangsspannung Vo des Operationsverstärkers gleich der Differenz vid zwischen der positiven Phaseneingangsspannung und der umgekehrten Phaseneingangsspannung multipliziert mit der Leerlaufverstärkung a des Operationsverstärkers ist. Das heißt, VO = vid * a = (VI – VI -) * A (1) da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers in der Praxis die Versorgungsspannung nicht überschreitet, es ist ein begrenzter Wert.

In diesem Fall, wenn a groß ist, (VI – VI -) muss klein sein; Wenn (VI – VI -) ist bis zu einem gewissen Grad klein, wir können es tatsächlich als betrachten 0. Zu diesem Zeitpunkt, es wird VI = VI sein -, das heißt, die Spannung am Inphase-Eingang des Operationsverstärkers ist gleich der Spannung am invertierenden Eingang, die miteinander verbunden zu sein scheinen. Das heißt “virtueller Kurzschluss”. Beachten Sie, dass sie nicht wirklich miteinander verbunden sind, und es gibt Widerstand zwischen ihnen, was man im Hinterkopf behalten muss.

In der obigen Diskussion, Wie erhalten wir das Ergebnis von “virtueller Kurzfilm”?

Unser Ausgangspunkt ist die Formel (1), Das ist das Merkmal eines Operationsverstärkers. Es gibt kein Problem. Wir können beruhigt sein. Dann, Wir haben zwei wichtige Annahmen getroffen. Zum einen ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers begrenzt, Das ist kein Problem. Natürlich, Die Leistung des Operationsverstärkers wird die Stromversorgung nicht überschreiten, also ist diese Annahme wahr, Deshalb werden wir es in Zukunft nicht mehr erwähnen. Der zweite Grund ist, dass die Leerlaufverstärkung a des Operationsverstärkers sehr groß ist.

Der a eines gewöhnlichen Operationsverstärkers beträgt normalerweise bis zum 6, 7te Macht von 10 oder sogar höher. Diese Annahme ist im Allgemeinen kein Problem, Vergessen Sie jedoch nicht, dass die tatsächliche Verstärkung des Operationsverstärkers im offenen Regelkreis auch von seinem Betriebszustand abhängt. Wenn Sie den linearen Bereich verlassen, a ist nicht unbedingt groß. daher, Diese zweite Annahme ist bedingt. Erinnern wir uns zunächst daran.

daher, Das wissen wir, wenn die Leerlaufverstärkung a des Operationsverstärkers groß ist, der Operationsverstärker haben kann “virtueller Kurzfilm”. Aber das ist nur eine Möglichkeit, nicht automatisch. Niemand wird glauben, dass die beiden Eingänge eines Operationsverstärkers vorhanden sind “virtueller Kurzfilm”„ “Virtueller Kurzfilm” kann nur in einer bestimmten Schaltung realisiert werden.

Die Bedingungen für die Existenz von “virtueller Kurzfilm” Sind:

1) Die Leerlaufverstärkung a des Operationsverstärkers sollte groß genug sein;

2) Es muss eine negative Rückkopplungsschaltung vorhanden sein.

Nach dem Verständnis der Bedingungen von “virtueller Kurzfilm”, Wir können leicht beurteilen, wann wir es verwenden können und wann nicht “virtueller Kurzfilm” zur Schaltungsanalyse. Tatsächlich, Zustand (1) gilt für die meisten Operationsverstärker, und der Schlüssel hängt vom Arbeitsbereich ab.

Wenn es die Schaltung im Buch ist, nach Berechnung urteilen; Wenn es sich um eine tatsächliche Schaltung handelt, Sie können feststellen, ob die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers angemessen ist, indem Sie das Instrument messen. Eine andere Situation im Zusammenhang mit “virtueller Kurzfilm” heißt “virtueller Boden”, das heißt, Die “virtueller Kurzfilm” wenn ein Eingangsanschluss geerdet ist, Das ist keine neue Situation.

Manche Bücher sagen das “virtueller Kurzfilm” kann nur unter der Bedingung eines tiefgreifenden negativen Feedbacks verwendet werden. Ich glaube nicht, dass das korrekt ist. Ich denke, die zugrunde liegende Denkweise ist, dass es sich um ein tiefes negatives Feedback handelt, Der Operationsverstärker arbeitet eher im linearen Bereich. Aber das ist nicht wahr. Wenn das Eingangssignal zu groß ist, Der Operationsverstärker mit starker negativer Rückkopplung gelangt immer noch in die Sättigung.

daher, es sollte zuverlässig anhand des Ausgangsspannungswerts beurteilt werden.

10. Das Eingangssignal wird direkt zum Inphase-Eingangsanschluss addiert, und der invertierende Eingangsanschluss ist über einen Widerstand geerdet. Warum u_= U =Ui≠0? Ist es nicht ein leerer Ort??

Problemergänzung: Um Mangel und Mangel zu bilden, müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein. Muss es bestimmte Bedingungen erfüllen, um ein virtuelles Land zu bilden?? Was ist das? Warum?

(1) In der Inphase-Verstärkerschaltung, Die Ausgabe macht dich () U automatisch verfolgen (-) durch Feedback, damit du () – U (-) wird in der Nähe sein 0. Es scheint, dass beide Enden kurzgeschlossen sind, so heißt es “virtueller Kurzfilm”.

(2) Aufgrund des virtuellen Kurzschlussphänomens und des hohen Eingangswiderstands des Operationsverstärkers, Der durch die beiden Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers fließende Strom ist sehr gering, in der Nähe 0. Dieses Phänomen nennt man “virtuelle Pause” (Virtual Break leitet sich von Virtual Short ab, glaube nicht, dass die beiden widersprüchlich sind)

(3) Die virtuelle Masse liegt in der invertierenden Operationsverstärkerschaltung, () Anschluss ist geerdet, (-) Input- und Feedback-Netzwerk. Aufgrund der Existenz eines virtuellen Kurzfilms, u (-) und U () [Potenzial gleich 0] liegen ganz in der Nähe, daher spricht man von falscher Erdung (-) Ende – “virtueller Boden”

(4) Über Bedingungen: Der virtuelle Kurzschluss ist ein wichtiges Merkmal des geschlossenen Regelkreises (Zusamenfassend, mit Rückmeldung) Betriebszustand der Inphase-Verstärkerschaltung, und virtuelle Masse ist ein wichtiges Merkmal der Umkehrverstärkerschaltung im geschlossenen Betriebszustand. Achten Sie darauf, den Zustand des virtuellen Kurzschlusses zu verstehen (wie zum Beispiel “nah an der Gleichberechtigung”), es sollte in Ordnung sein.

11. Ich finde immer, dass das Modell des Operationsverstärkers etwas Seltsames hat. Das erste ist “virtueller Kurzfilm”, Weil “virtueller Kurzfilm”. Wenn der Operationsverstärker mit dem Inphase-Verstärker verbunden ist, Die Potentiale der beiden Eingänge sind gleich. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Wellenform des gemessenen Eingangs gleich ist, es ist wie ein Gleichtaktsignal. Tatsächlich, An den beiden Eingängen liegen immer noch kleine Gegentaktsignale an, Jedoch, auf diese Weise, Die “virtueller Kurzfilm” künstlich (denn der virtuelle Kurzschluss ist das Ergebnis einer tiefen negativen Rückmeldung, was künstlich ist) erhöht das Gleichtaktsignal an den beiden Eingängen, Dies stellt eine Herausforderung für die Leistung des Operationsverstärkers dar. Warum sollten Operationsverstärker so eingesetzt werden??

(1) Das Gleichtaktsignal eines Inphase-Verstärkers ist viel größer als das eines invertierenden Verstärkers, und die Anforderung an das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis ist hoch.

(2) Meine Meinung dazu “Gleichtaktsignalunterdrückungsfähigkeit derselben und inverser Verstärker” die Vor- und Nachteile (DB-Wert) Das Gleichtaktsignalunterdrückungsverhältnis des Operationsverstärkers hängt hauptsächlich von der Symmetrie und der Verstärkung des internen Verstärkers ab (nur intern) Differenzverstärker des Operationsverstärkers. Es ist offensichtlich, dass kein Operationsverstärker sein Gleichtaktunterdrückungsverhältnis bietet und die strukturellen Bedingungen externer Schaltkreise berücksichtigt.

Für Single-Ended-Eingang, ob gleichphasig oder invers, der äquivalente Gleichtaktwert ist die Hälfte des Eingangswerts. Jedoch, weil die Eingangsimpedanz der In-Phase-Verstärkung normalerweise größer ist als die der Umkehrverstärkung, seine Anti-Interferenz-Fähigkeit ist sicherlich schlechter.

Wie oben erwähnt, beim Invertieren des Eingangs, die invertierende Klemmenspannung ist nahezu Null, es gibt also nur eine Röhrenänderung in der Kollektorspannung der Differenzröhre. Bei phasengleicher Eingabe, die Spannung am invertierenden Ende ist gleich der am gleichphasigen Ende, Die Gleichtaktspannung ist also gleich der Eingangsspannung! Das heißt, Die Kollektorspannung des Differentialpaartransistors ändert sich zusätzlich zu den Teilen der beiden Transistoren, die sich gleichzeitig in unterschiedliche Richtungen ändern, in die gleiche Richtung, Das ist die Gleichtakt-Ausgangsspannung.

Sie wird phasengleich zur Spannung einer der Röhren addiert. daher, es ist leicht, zur Sättigung zu führen (oder abgeschnitten) der Röhre. Glücklicherweise, Die Verstärkung der Gleichtaktspannung beträgt nur ein Zehntausendstel der Gegentaktverstärkung.

Das oben Gesagte bedeutet nicht, dass das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des Differenzmoduseingangs und des Gleichtakteingangs des Verstärkers unterschiedlich ist! Es sollte ein phasengleicher Eingang sein, und ein dem Eingang entsprechendes Gleichtaktsignal wird hinzugefügt! daher, the in-phase amplification mode should be used with caution when the input signal is large.

12. Why do op amps generally have to be inversely scaled?

The major difference between the inverse input method and the in-phase input method is:

For the inverting input method, a balance resistor is connected to the ground at the in-phase terminal, and there is no current on this resistor (because the input resistance of the operational amplifier is very large), so this in-phase terminal is approximately equal to the ground potential, which is called “virtueller Boden”, and the electric potential of the inverting terminal and the in-phase terminal is very close, so there is also “virtueller Boden” at the inverting terminal.

The advantage of virtual ground is that there is no common mode input signal. Auch wenn das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis dieses Operationsverstärkers nicht hoch ist, Es gibt keinen Gleichtaktausgang. Die Inphase-Eingangsverbindungsmethode hat keine “virtueller Boden”. Wenn ein Single-Ended-Eingangssignal verwendet wird, Es wird ein Gleichtakt-Eingangssignal erzeugt. Auch wenn ein Operationsverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung verwendet wird, Es wird weiterhin ein Gleichtaktausgang vorhanden sein.

daher, im Allgemeinen, So weit wie möglich wird die umgekehrte Eingangsanschlussmethode verwendet.

13. Einige Operationsverstärker geben auch dann einen Ausgang aus, wenn nach dem Einschalten keine Spannung anliegt, und die Ausgabe ist nicht klein, also VCC / 2 wird oft als Referenzspannung verwendet.

Der Operationsverstärker hat einen Ausgang ohne Eingang, was durch die asymmetrische Designstruktur des Operationsverstärkers selbst verursacht wird, das heißt, die Eingangsoffsetspannung Vos, Dies ist ein sehr wichtiger Leistungsparameter des Operationsverstärkers. VCC / 2 wird häufig als Referenzspannung des Operationsverstärkers verwendet, da sich der Operationsverstärker im Betriebszustand einer Einzelstromversorgung befindet. Zu diesem Zeitpunkt, Die eigentliche Referenz des Operationsverstärkers ist VCC / 2. daher, eine DC-Vorspannung von VCC / 2 wird häufig am positiven Ende des Operationsverstärkers bereitgestellt, und die Erde wird oft als Referenz verwendet, wenn die positive und negative Stromversorgung zugeführt wird.

Bei der Auswahl eines Operationsverstärkers müssen viele Dinge beachtet werden. Unter nicht sehr strengen Bedingungen, die Betriebsspannung, Ausgangsstrom, Stromverbrauch, Bandbreitenprodukt gewinnen, Preis, usw. des Operationsverstärkers müssen oft berücksichtigt werden. Natürlich, wenn der Operationsverstärker unter besonderen Bedingungen eingesetzt wird, Es müssen verschiedene Einflussfaktoren berücksichtigt werden.

14. Warum tastet die aus Operationsverstärkern bestehende Verstärkerschaltung im Allgemeinen den inversen Eingangsmodus ab??

(1) The major difference between the inverse input method and the in-phase input method is:

For the inverting input method, a balance resistor is connected to the ground at the in-phase terminal, and there is no current on this resistor (because the input resistance of the operational amplifier is very large), so this in-phase terminal is approximately equal to the ground potential, which is called “virtueller Boden”, and the electric potential of the inverting terminal and the in-phase terminal is very close, so there is also “virtueller Boden” at the inverting terminal.

The advantage of virtual ground is that there is no common mode input signal. Auch wenn das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis dieses Operationsverstärkers nicht hoch ist, Es gibt keinen Gleichtaktausgang. Die Inphase-Eingangsverbindungsmethode hat keine “virtueller Boden”. Wenn ein Single-Ended-Eingangssignal verwendet wird, Es wird ein Gleichtakt-Eingangssignal erzeugt. Auch wenn ein Operationsverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung verwendet wird, Es wird weiterhin ein Gleichtaktausgang vorhanden sein. daher, im Allgemeinen, So weit wie möglich wird die umgekehrte Eingangsanschlussmethode verwendet.

(2) Die positive Phase ist der Oszillator, Die invertierte Phase kann den Verstärker stabilisieren, und die negative Rückkopplung ist verbunden

(3) Grundsätzlich, Es besteht die Möglichkeit, eine phasengleiche Proportionalverstärkungsschaltung anzuschließen. Jedoch, in der praktischen Anwendung, das verstärkte Signal (d.h. Differenzmodussignal) ist oft sehr klein. Zu diesem Zeitpunkt, Es sollte darauf geachtet werden, Geräusche zu unterdrücken (normalerweise Gleichtaktsignal). Die Inphase-Proportionalverstärkungsschaltung weist eine schlechte Unterdrückungsfähigkeit des Gleichtaktsignals auf, und das zu verstärkende Signal wird im Rauschen untergehen, was der Nachbearbeitung nicht förderlich ist. daher, Im Allgemeinen wird die umgekehrt proportionale Verstärkungsschaltung mit guter Unterdrückungsfähigkeit ausgewählt.

15. Was sind die wichtigen Merkmale des Verstärkers??

(1) Wenn die Spannung an beiden Eingängen des Operationsverstärkers 0V beträgt, Die Ausgangsspannung sollte ebenfalls 0V betragen. Aber tatsächlich, Am Ausgang liegt immer Spannung an, was als Offsetspannung Vos bezeichnet wird. Wenn die Offsetspannung am Ausgang durch die Rauschverstärkung der Schaltung geteilt wird, das Ergebnis wird Eingangs-Offsetspannung oder Eingangsreferenz-Offsetspannung genannt. Diese Funktion wird in der Datentabelle normalerweise in Vos angegeben.

Der Vos entspricht einer Spannungsquelle, die in Reihe mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geschaltet ist. An beide Eingänge des Verstärkers muss eine Differenzspannung angelegt werden, um einen 0-V-Ausgang zu erzeugen.

(2) Die Eingangsimpedanz des idealen Operationsverstärkers ist unendlich, Es fließt also kein Strom in den Eingang. Jedoch, ein echter Operationsverstärker mit Bipolartransistor (BJT) in der Eingangsstufe benötigt etwas Betriebsstrom, was als Vorstrom bezeichnet wird (IB). Normalerweise gibt es zwei Vorströme: IB und IB -, die jeweils in die beiden Eingänge fließen. Der Bereich der IB-Werte ist sehr groß, Dabei handelt es sich um eine spezielle Art von Operationsverstärker