Per conoscere meglio gli amplificatori operativi, quanto segue 16 Domande e risposte possono familiarizzare rapidamente con le basi degli amplificatori operativi.
1. Generalmente, Ci sarà una resistenza all'equilibrio nell'invertenza / circuito amplificatore in fase. Qual è la funzione di questa resistenza di equilibrio?
(1) Fornire una polarizzazione statica adeguata per i transistor all'interno del chip.
I circuiti all'interno del chip sono solitamente accoppiati direttamente, che può regolare automaticamente il punto di lavoro statico. Tuttavia, se un pin di ingresso è collegato direttamente all'alimentazione o alla terra, la sua funzione di regolazione automatica è anormale, perché i transistor all'interno del chip non possono aumentare la tensione del filo di terra o abbassare la tensione dell'alimentatore, che porta al chip non può soddisfare le condizioni di breve virtuale e di pausa virtuale, Il circuito deve essere analizzato separatamente.
(2) Per eliminare l'influenza della corrente di base statica sulla tensione di uscita, l'entità deve essere bilanciata con la resistenza equivalente del percorso CC esterno sui due terminali di ingresso, che è anche il motivo del suo nome.
2. Qual è la funzione dell'amplificatore operazionale proporzionale in fase con un condensatore sulla resistenza di retroazione[/ H1] (1) il resistore di feedback e il condensatore formano un filtro passa alto, che è particolarmente potente per l'amplificazione locale ad alta frequenza.
(2) Prevenire l'autoeccitazione.
Comprensione di base dell'amplificatore operativo
3. Quali sono le conseguenze se il circuito amplificatore in fase dell'amplificatore operazionale non è collegato alla resistenza di bilanciamento?
Bruciare l'amplificatore operazionale potrebbe danneggiarlo, e la resistenza può svolgere il ruolo di divisione della tensione.
4. Quale ruolo può svolgere la resistenza di pull-down nell'alzare il condensatore all'ingresso dell'amplificatore operazionale?
Si tratta di ottenere il problema del feedback positivo e del feedback negativo, che dipende dalla connessione specifica. Per esempio, se prendo il segnale di tensione in ingresso corrente e il segnale di tensione in uscita, e poi estrarre un filo all'estremità di uscita per collegarlo alla sezione di ingresso, quindi a causa della resistenza di cui sopra, parte del segnale di uscita ottiene un valore di tensione dopo aver attraversato la resistenza, deviando la tensione di ingresso per ridurre la tensione di ingresso, che è un feedback negativo. Perché il segnale emesso dalla sorgente del segnale è sempre costante, il segnale di uscita può essere corretto mediante feedback negativo.
5. L'amplificatore operazionale è collegato a un integratore. Qual è il ruolo della resistenza parallela RF su entrambe le estremità del condensatore di integrazione?
Il resistore di scarica viene utilizzato per evitare che la tensione di uscita vada fuori controllo.
6. Perché resistori e condensatori sono solitamente collegati in serie all'ingresso degli amplificatori operazionali?
Se hai familiarità con il circuito interno dell'amplificatore operazionale, saprai che qualunque sia l'amplificatore operazionale è composto da diversi transistor o tubi MOS. In assenza di componenti esterni, l'amplificatore operazionale è un comparatore. Quando la tensione sul terminale in fase è alta, emetterà un livello simile alla tensione positiva, e viceversa… Ma questo amplificatore operazionale sembra essere di scarsa utilità. Solo quando si forma un circuito esterno sotto forma di feedback, l'amplificatore operazionale può avere le funzioni di amplificazione, inversione e così via
7. Quali sono le conseguenze se la resistenza di bilanciamento del circuito di amplificazione in fase dell'amplificatore operazionale è errata?
(1) Il terminale di inversione di fase è sbilanciato, e ci sarà anche un output quando l'input è 0. Quando viene immesso il segnale di ingresso, il valore di output è sempre un numero fisso maggiore (o più piccolo) rispetto al valore di uscita teorico.
(2) L'errore causato dalla corrente di polarizzazione in ingresso non può essere eliminato.
8. Qual è il fattore di amplificazione di un amplificatore operazionale integrato ideale, qual è l'impedenza di ingresso?, e qual è la tensione tra l'ingresso in fase e l'ingresso invertente?
L'ingrandimento è infinito, l'impedenza di ingresso è infinitesimale, e la tensione tra l'ingresso della stessa direzione e l'ingresso inverso è quasi la stessa (non 0!!! (10V all'estremità opposta e 9,99999v all'estremità opposta)
9. Mi scusi, perché il guadagno ad anello aperto di un amplificatore operazionale ideale è infinito?
(1) Il guadagno effettivo ad anello aperto dell'amplificatore operazionale è superiore a 100000, il che è molto, molto grande. Perciò, il guadagno ad anello aperto dell'amplificatore operazionale reale è immaginato come infinito, e si deriva il terreno virtuale.
(2) La terra virtuale derivata è solo per l'amplificatore invertente.
Nel libro si vede che il guadagno ad anello aperto dell'amplificatore operazionale è infinito, in modo che quando progettiamo il circuito, il guadagno ad anello chiuso non può essere limitato dal guadagno ad anello aperto, ma dipende solo dai componenti esterni. Significa sacrificare un grande guadagno ad anello aperto per la stabilità del guadagno ad anello chiuso.
(3) Ne deriva che la terra virtuale non è solo l'amplificatore invertente quando l'amplificatore operazionale è collegato con feedback negativo; Non esiste un fondamento virtuale nel feedback positivo.
(4) È ben inteso che se il guadagno è piccolo, per una tensione di uscita, la differenza tra le tensioni applicate ad entrambe le estremità dell'amplificatore operazionale è relativamente grande. Se è collegato allo stato di feedback negativo, la tensione su entrambe le estremità dell'amplificatore operazionale sarà incoerente, con conseguente errore di amplificazione.
(5) Ci sono due condizioni per la realizzazione dell' “corto virtuale” di amplificatore operazionale:
1) il guadagno ad anello aperto a dell'amplificatore operazionale dovrebbe essere sufficientemente grande;
2) ci sarà un circuito di feedback negativo.
Primo, sappiamo che la tensione di uscita Vo dell'amplificatore operazionale è uguale alla differenza vid tra la tensione di ingresso di fase positiva e la tensione di ingresso di fase inversa moltiplicata per il guadagno ad anello aperto a dell'amplificatore operazionale. Questo è, VO = video * un = (VI – VI -) * UN (1) poiché in pratica la tensione di uscita dell'amplificatore operazionale non supererà la tensione di alimentazione, è un valore limitato.
In questo caso, se a è grande, (VI – VI -) deve essere piccolo; Se (VI – VI -) è piccolo in una certa misura, possiamo effettivamente considerarlo come 0. In questo momento, ci sarà VI = VI -, questo è, la tensione all'ingresso in fase dell'amplificatore operazionale è uguale alla tensione all'ingresso invertente, che sembrano collegati tra loro. Questo si chiama “cortocircuito virtuale”. Tieni presente che non sono realmente collegati, e c'è resistenza tra loro, che deve essere tenuto presente.
Nella discussione sopra, come otteniamo il risultato di “corto virtuale”?
Il nostro punto di partenza è la formula (1), che è la caratteristica dell'amplificatore operazionale. Non c'è problema. Possiamo stare tranquilli. Poi, abbiamo fatto due presupposti importanti. Uno è che la tensione di uscita dell'amplificatore operazionale è limitata, il che non è un problema. Ovviamente, l'uscita dell'amplificatore operazionale non supererà l'alimentazione, quindi questa ipotesi è vera, quindi non ne parleremo in futuro. Il secondo è che il guadagno a ad anello aperto dell'amplificatore operazionale è molto elevato.
La a di un normale amplificatore operazionale è solitamente fino alla 6a, 7la potenza di 10 o anche superiore. Questa ipotesi generalmente non costituisce un problema, ma non dimenticare che il guadagno effettivo ad anello aperto dell'amplificatore operazionale è legato anche al suo stato di funzionamento. Se lasci la regione lineare, a non è necessariamente grande. Perciò, questa seconda ipotesi è condizionale. Ricordiamolo prima.
Perciò, sappiamo che quando il guadagno ad anello aperto a dell'amplificatore operazionale è elevato, l'amplificatore operazionale può avere “corto virtuale”. Ma questa è solo una possibilità, non automatico. Nessuno crederà che i due ingressi di un amplificatore operazionale lo siano “corto virtuale”“ “Corto virtuale” può essere realizzato solo in un circuito specifico.
Le condizioni per l'esistenza di “corto virtuale” Sono:
1) il guadagno ad anello aperto a dell'amplificatore operazionale dovrebbe essere sufficientemente grande;
2) ci sarà un circuito di feedback negativo.
Dopo aver compreso le condizioni di “corto virtuale”, possiamo facilmente giudicare quando possiamo e non possiamo usare “corto virtuale” per l'analisi dei circuiti. Infatti, condizione (1) è vero per la maggior parte degli amplificatori operazionali, e la chiave dipende dall'area di lavoro.
Se è il circuito nel libro, giudicare facendo calcoli; Se è un circuito vero e proprio, puoi sapere se la tensione di uscita dell'amplificatore operazionale è ragionevole misurando lo strumento. Un'altra situazione relativa a “corto virtuale” è chiamato “terreno virtuale”, questo è, IL “corto virtuale” quando un terminale di ingresso è messo a terra, che non è una situazione nuova.
Alcuni libri lo dicono “corto virtuale” può essere utilizzato solo a condizione di profondo feedback negativo. Non penso che questo sia accurato. Penso che il pensiero di fondo sia quello in caso di feedback profondamente negativo, è più probabile che l'amplificatore operazionale funzioni nella regione lineare. Ma questo non è vero. Quando il segnale di ingresso è troppo grande, l'amplificatore operazionale con feedback profondamente negativo entra ancora in saturazione.
Perciò, dovrebbe essere giudicato in modo affidabile dal valore della tensione di uscita.
10. Il segnale di ingresso viene aggiunto direttamente al terminale di ingresso in fase, e il terminale di ingresso invertente è collegato a terra tramite resistenza. Perché u_= U =Ui≠0? Non è un posto vuoto??
Supplemento per problemi: determinate condizioni devono essere soddisfatte per formare carenza e brevità. Deve soddisfare determinate condizioni per formare una terra virtuale? Che cos'è? Perché?
(1) Nel circuito dell'amplificatore in fase, l'output ti fa () traccia automaticamente U (-) attraverso il feedback, in modo che tu () – U (-) sarà vicino a 0. Sembra che entrambe le estremità siano in cortocircuito, così si chiama “corto virtuale”.
(2) A causa del fenomeno del cortocircuito virtuale e dell'elevata resistenza di ingresso dell'amplificatore operazionale, la corrente che scorre attraverso i due terminali di ingresso dell'amplificatore operazionale è molto piccola, vicino a 0. Questo fenomeno si chiama “pausa virtuale” (la pausa virtuale deriva dal corto virtuale, non pensare che i due siano contraddittori)
(3) La terra virtuale si trova nel circuito dell'amplificatore operazionale invertente, () il terminale è messo a terra, (-) rete di input e feedback. A causa dell'esistenza del corto virtuale, tu (-) e U () [potenziale pari a 0] sono molto vicini, quindi si chiama falsa messa a terra (-) FINE – “terreno virtuale”
(4) A proposito di condizioni: il corto virtuale è una caratteristica importante del circuito chiuso (insomma, con feedback) stato di funzionamento del circuito dell'amplificatore in fase, e la terra virtuale è una caratteristica importante del circuito dell'amplificatore inverso nello stato di funzionamento a circuito chiuso. Prestare attenzione a comprendere le condizioni del corto virtuale (ad esempio “vicino all’uguaglianza”), dovrebbe essere OK.
11. Penso sempre che ci sia qualcosa di strano nel modello di amplificatore operazionale. Il primo è “corto virtuale”, Perché “corto virtuale”. Quando l'amplificatore operazionale è collegato all'amplificatore in fase, i potenziali dei due ingressi sono gli stessi. In questo momento, se la forma d'onda dell'ingresso misurato è la stessa, è come un segnale di modo comune. Infatti, ci sono ancora piccoli segnali di modalità differenziale sui due ingressi, Tuttavia, in questo modo, IL “corto virtuale” artificialmente (perché il corto virtuale è il risultato di un profondo feedback negativo, che è artificiale) aumenta il segnale di modo comune ai due ingressi, che rappresenta una sfida per le prestazioni dell'amplificatore operazionale. Perché gli amplificatori operazionali dovrebbero essere usati in questo modo??
(1) Il segnale di modo comune dell'amplificatore in fase è molto più grande di quello dell'amplificatore invertente, e il requisito del rapporto di reiezione di modo comune è elevato.
(2) La mia opinione su “capacità di soppressione del segnale di modo comune degli stessi amplificatori e di quelli inversi” i vantaggi e gli svantaggi (Valore DB) del rapporto di soppressione del segnale di modo comune dell'amplificatore operazionale dipende principalmente dalla simmetria e dal guadagno interno (solo interno) amplificatore differenziale dell'amplificatore operazionale. È ovvio che nessun amplificatore operazionale fornisce il proprio rapporto di reiezione di modo comune e attribuisce le condizioni strutturali dei circuiti esterni.
Per ingresso a terminazione singola, sia in fase che inversa, il valore di modo comune equivalente è la metà del valore di ingresso. Tuttavia, perché l'impedenza di ingresso dell'amplificazione in fase è solitamente maggiore di quella dell'amplificazione inversa, la sua capacità anti-interferenza è sicuramente peggiore.
Come accennato in precedenza, quando si inverte l'ingresso, la tensione del terminale invertente è quasi zero, quindi c'è solo una variazione del tubo nella tensione del collettore del tubo differenziale. Durante l'ingresso in fase, la tensione all'estremità invertente è uguale a quella all'estremità in fase, quindi la tensione di modo comune è uguale alla tensione di ingresso! Cioè per dire, la tensione di collettore del transistor di coppia differenziale cambia nella stessa direzione oltre alle parti dei due transistor che cambiano in direzioni diverse contemporaneamente, che è la tensione di uscita di modo comune.
Viene aggiunto in fase con la tensione di uno dei tubi. Perciò, è facile portare alla saturazione (o tagliato) del tubo. Fortunatamente, l'amplificazione della tensione di modo comune è solo una decina di migliaia dell'ingrandimento di modo differenziale.
Quanto sopra non significa che il rapporto di reiezione di modo comune dell'ingresso in modo differenziale e dell'ingresso in modo comune dell'amplificatore sia diverso! Dovrebbe essere un ingresso in fase, e verrà aggiunto un segnale di modo comune equivalente all'ingresso! Perciò, la modalità di amplificazione in fase deve essere utilizzata con cautela quando il segnale di ingresso è elevato.
12. Perché gli amplificatori operazionali generalmente devono essere scalati inversamente?
La principale differenza tra il metodo di input inverso e il metodo di input in fase è:
Per il metodo di input invertente, un resistore di bilanciamento è collegato a terra sul terminale in fase, e non c'è corrente su questo resistore (perché la resistenza di ingresso dell'amplificatore operazionale è molto grande), quindi questo terminale in fase è approssimativamente uguale al potenziale di terra, che si chiama “terreno virtuale”, e il potenziale elettrico del terminale invertente e del terminale in fase è molto vicino, quindi c'è anche “terreno virtuale” al terminale invertente.
Il vantaggio della terra virtuale è che non esiste un segnale di ingresso di modo comune. Anche se il rapporto di reiezione di modo comune di questo amplificatore operazionale non è elevato, non esiste un'uscita in modalità comune. Il metodo di connessione con ingresso in fase non ha “terreno virtuale”. Quando viene utilizzato un segnale di ingresso a terminazione singola, verrà generato un segnale di ingresso in modo comune. Anche se viene utilizzato un amplificatore operazionale con un elevato rapporto di reiezione di modo comune, ci sarà ancora un'uscita in modalità comune.
Perciò, generalmente, il metodo di connessione dell'ingresso inverso verrà utilizzato il più lontano possibile.
13. Alcuni amplificatori operazionali emettono segnali in uscita anche se non viene immessa alcuna tensione dopo l'accensione, e l'output non è piccolo, quindi VCC / 2 viene spesso utilizzato come tensione di riferimento.
L'amplificatore operazionale ha un'uscita senza alcun ingresso, che è causato dalla struttura di progettazione asimmetrica dell'amplificatore operazionale stesso, questo è, la tensione di offset in ingresso Vos, che è un parametro prestazionale molto importante dell'amplificatore operazionale. VCC / 2 viene spesso utilizzato come tensione di riferimento dell'amplificatore operazionale perché l'amplificatore operazionale si trova nello stato di funzionamento di alimentazione singola. In questo momento, il vero riferimento dell'amplificatore operazionale è VCC / 2. Perciò, una polarizzazione CC di VCC / 2 è spesso fornito all'estremità positiva dell'amplificatore operazionale, e la terra viene spesso utilizzata come riferimento quando vengono fornite le alimentazioni positiva e negativa.
Molti aspetti devono essere presi in considerazione nella scelta dell'amplificatore operazionale. A condizioni non molto rigide, la tensione operativa, corrente di uscita, consumo di energia, ottenere un prodotto di larghezza di banda, prezzo, ecc. dell'amplificatore operazionale spesso devono essere presi in considerazione. Ovviamente, quando l'amplificatore operazionale viene utilizzato in condizioni speciali, devono essere considerati diversi fattori di influenza.
Comprensione di base dell'amplificatore operativo
14. Perché il circuito amplificatore composto da un amplificatore operazionale generalmente campiona la modalità di ingresso inversa?
(1) La principale differenza tra il metodo di input inverso e il metodo di input in fase è:
Per il metodo di input invertente, un resistore di bilanciamento è collegato a terra sul terminale in fase, e non c'è corrente su questo resistore (perché la resistenza di ingresso dell'amplificatore operazionale è molto grande), quindi questo terminale in fase è approssimativamente uguale al potenziale di terra, che si chiama “terreno virtuale”, e il potenziale elettrico del terminale invertente e del terminale in fase è molto vicino, quindi c'è anche “terreno virtuale” al terminale invertente.
Il vantaggio della terra virtuale è che non esiste un segnale di ingresso di modo comune. Anche se il rapporto di reiezione di modo comune di questo amplificatore operazionale non è elevato, non esiste un'uscita in modalità comune. Il metodo di connessione con ingresso in fase non ha “terreno virtuale”. Quando viene utilizzato un segnale di ingresso a terminazione singola, verrà generato un segnale di ingresso in modo comune. Anche se viene utilizzato un amplificatore operazionale con un elevato rapporto di reiezione di modo comune, ci sarà ancora un'uscita in modalità comune. Perciò, generalmente, il metodo di connessione dell'ingresso inverso verrà utilizzato il più lontano possibile.
(2) La fase positiva è l'oscillatore, la fase invertita può stabilizzare l'amplificatore, e il feedback negativo è collegato
(3) In linea di principio, è possibile collegare un circuito di amplificazione proporzionale in fase. Tuttavia, nell'applicazione pratica, il segnale amplificato (i.e. segnale di modalità differenziale) è spesso molto piccolo. In questo momento, occorre prestare attenzione alla soppressione del rumore (solitamente segnale di modo comune). Il circuito di amplificazione proporzionale in fase ha una scarsa capacità di soppressione del segnale di modo comune, e il segnale da amplificare verrà sommerso dal rumore, che non è favorevole alla post-elaborazione. Perciò, generalmente viene selezionato il circuito di amplificazione proporzionale inversa con buona capacità di soppressione.
15. Quali sono le caratteristiche importanti dell'amplificatore?
(1) Se la tensione su entrambi gli ingressi dell'amplificatore operazionale è 0 V, anche la tensione di uscita dovrebbe essere uguale a 0 V. Ma in effetti, c'è sempre una certa tensione in uscita, che è chiamata tensione di offset Vos. Se la tensione di offset in uscita viene divisa per il guadagno di rumore del circuito, il risultato è chiamato tensione di offset di ingresso o tensione di offset di riferimento di ingresso. Questa caratteristica è solitamente indicata in Vos nella tabella dati.
Il Vos è equivalente ad una sorgente di tensione collegata in serie all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale. È necessario applicare una tensione differenziale a entrambi gli ingressi dell'amplificatore per produrre un'uscita di 0 V.
(2) L'impedenza di ingresso dell'amplificatore operazionale ideale è infinita, quindi non ci sarà corrente che scorre nell'ingresso. Tuttavia, un vero amplificatore operazionale che utilizza transistor bipolare (BJT) nello stadio di ingresso richiede una certa corrente operativa, che si chiama corrente di polarizzazione (IB). Di solito ci sono due correnti di polarizzazione: IB e IB -, che confluiscono rispettivamente nei due ingressi. L'intervallo del valore IB è molto ampio, che è un tipo speciale di amplificatore operazionale
