Cos'è un amplificatore operazionale?

Gli amplificatori operazionali (Op-Amp) sono ampiamente utilizzati in elettronica e microcircuito. Ha eccellenti caratteristiche tecniche (TC) per amplificare i segnali. Per capire gli usi degli op-amp, è necessario conoscere il loro principio di funzionamento, lo schema elettrico e i TC di base.

Cos'è un amplificatore operativo

Un op-amp è un circuito integrato (IC) il cui scopo principale è quello di amplificare un valore dc. Ha solo un'uscita, che si chiama uscita differenziale. Questa uscita ha un alto fattore di amplificazione del segnale (CU). Gli Op-Amp sono principalmente utilizzati per costruire circuiti con feedback negativo (NF), che determina il Q del circuito originale durante il principale TC di amplificazione. Gli Op-Amp sono utilizzati non solo come singoli IC, ma anche in vari blocchi di dispositivi complessi.

Gli Op-Amp hanno 2 ingressi e 1 uscita, e hanno anche uscite per collegare un alimentatore (PSU). Il principio di funzionamento di un amplificatore operazionale è semplice. Ci sono 2 regole prese come base. Le regole descrivono i semplici processi che avvengono nell'op-amp e come funziona l'op-amp è chiaro anche ai manichini. All'uscita la differenza di tensione (U) è 0 e gli ingressi dell'op-amp non assorbono quasi nessuna corrente (I). Un ingresso è chiamato non-invertente (V+) e l'altro è invertente (V-). Inoltre, gli ingressi del DUT hanno un'alta resistenza (R) e consumano quasi zero I.

Il chip confronta i valori U degli ingressi ed emette il segnale preamplificandolo. L'op-amp ha un valore elevato fino a 1000000. Se si verifica un basso valore U all'ingresso, è possibile ottenere un valore uguale alla U dell'alimentazione (Uip) all'uscita. Se la U all'ingresso V+ è maggiore della V-, l'uscita avrà un valore massimo positivo. Se viene alimentato l'U positivo dell'ingresso invertente, l'uscita avrà il massimo valore di tensione negativo.

Il requisito di base per il funzionamento del DSP è l'uso di un'alimentazione bipolare. È possibile utilizzare un'alimentazione unipolare, ma questo limiterà fortemente la capacità del DSP. Se usate una batteria e prendete il lato positivo della batteria come 0, la misurazione mostrerà 1,5 V. Se si prendono 2 batterie e le si collega in serie, allora l'aggiunta di U avverrà, cioè il dispositivo mostrerà 3 V.

Se si prende il cavo meno della batteria come zero, lo strumento mostrerà 3 V. Nell'altro caso, se prendete il cavo più come 0, mostrerà -3 V. Usando il punto tra le due batterie come zero si ottiene una primitiva alimentazione bipolare. L'unico modo per verificare se il DUT funziona correttamente è collegarlo al circuito.

Tipi e simboli su un circuito

Con lo sviluppo dei circuiti elettrici, gli amplificatori operazionali vengono costantemente migliorati e appaiono nuovi modelli.

Sono classificati secondo la loro applicazione:

1. Industriale - l'opzione a basso costo.
2. Presincrono (apparecchiature di misurazione di precisione).
3. Elettrometrico (basso Iin).
4. Microalimentato (alimentazione a basso valore I).
5. Programmabile (le correnti sono impostate con I esterno).
6. Potente o ad alta corrente (emette un valore I più alto al consumatore).
7. Bassa tensione (funziona a U<3 V).
8. Alta tensione (progettato per alti valori U).
9. Ad azione rapida (alto slew rate e frequenza di amplificazione).
10. Tipo a basso rumore.
11. Tipo di audio (bassa distorsione armonica).
12. Per alimentazione di tipo bipolare e unipolare.
13. Differenziale (in grado di misurare basse U con alti disturbi). Usato in shunt.
14. Fasi di amplificazione off-the-shelf.
15. Specializzato.

Gli Op-Amp si dividono in 2 tipi a seconda dei segnali d'ingresso:

1. Con 2 ingressi.
2. Con 3 ingressi. Il terzo ingresso è utilizzato per estendere la funzionalità. Ha un feedback interno.

Il circuito di un amplificatore operazionale è abbastanza complesso e non ha senso costruirne uno e il radioamatore ha solo bisogno di conoscere il circuito corretto dell'amplificatore operazionale, ma per farlo bisogna capire l'assegnazione dei pin.

Le principali designazioni dei pin dell'IC sono le seguenti:

1. V+ - ingresso non invertente.
2. V- - Ingresso invertente.
3. Vout è l'uscita.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) è il terminale positivo dell'alimentazione.
4. Vs- (Vss, Vee, Vcc-) è il terminale meno dell'alimentazione.

Praticamente qualsiasi Op-Amp è dotato di 5 pin. Tuttavia, alcuni modelli potrebbero non avere V-. Ci sono modelli che hanno uscite aggiuntive che estendono le capacità del DT.

I cavi di alimentazione non hanno bisogno di essere etichettati, perché questo aumenta la leggibilità del circuito. Il cavo di alimentazione dal terminale positivo o polo dell'alimentazione è posto in cima al circuito.

Caratteristiche principali

I DUT, come altri componenti radio, hanno dei TC, che possono essere divisi in tipi:

1. Amplificare.
2. Ingresso.
3. Uscita.
4. Potenza.
5. Deriva.
6. Frequenza.
7. Guadagno.

Il guadagno è la caratteristica principale di un op-amp. È caratterizzato dal rapporto tra il segnale di uscita e quello di ingresso. Si riferisce anche all'ampiezza o al trasferimento TC, che viene rappresentato come un grafico di dipendenza. Le quantità d'ingresso includono tutte le quantità d'ingresso per l'op-amp: Rin, correnti di offset (Icm) e offset (Iin), deriva e il massimo differenziale di ingresso U (Udifmax).
Icm è utilizzato per il funzionamento dell'Op-Amp agli ingressi. Iinx è necessario per il funzionamento dello stadio d'ingresso dell'op-amp. Iinh shift è la differenza di Icm per i 2 semiconduttori d'ingresso del DUT.

Quando si costruiscono circuiti, è necessario considerare queste I quando si collegano le resistenze. Se non si tiene conto di Iinx, si può creare una U differenziale, che porterà a un funzionamento errato dell'op-amp.
Udifmax è la U che viene applicata tra gli ingressi dell'op-amp. Il suo valore caratterizza l'esclusione di danni ai semiconduttori dello stadio differenziale.

Per una protezione affidabile, 2 diodi e uno stabilizzatore sono collegati in controparte tra gli ingressi dell'op-amp. L'ingresso differenziale R è caratterizzato dalla R tra i due ingressi e l'ingresso di modo comune R è il valore tra i 2 ingressi del DT che sono interconnessi e la massa (terra). I parametri di uscita del DUT sono l'uscita R (Rout), l'uscita massima U e I. Il parametro R out dovrebbe avere un valore più piccolo per fornire le migliori caratteristiche di guadagno.

Un ripetitore di emettitore dovrebbe essere usato per ottenere un piccolo valore R. I Out viene cambiato con un collettore I. I TC di potenza sono valutati dalla potenza massima consumata dall'Op-Amp. La causa del funzionamento errato dell'op-amp è la dispersione del TC dei semiconduttori dello stadio amplificatore differenziale, che dipende dagli indici di temperatura (deriva della temperatura). I parametri di frequenza dell'Op-Amp sono fondamentali. Contribuiscono all'amplificazione dei segnali armonici e pulsati (risposta alla velocità).

Un condensatore è incluso in entrambi i circuiti integrati di apertura per uso generale e speciale per evitare che vengano generati segnali ad alta frequenza. Alle basse frequenze i circuiti hanno un alto fattore C senza feedback (OC). La commutazione non invertente è usata nel caso di OC. Inoltre, in alcuni casi, per esempio nella costruzione di un amplificatore invertente, non viene utilizzato alcun OC. Inoltre, gli op-amp hanno caratteristiche dinamiche:

1. Lo slew rate dell'aumento Ug (SN Ug).
2. Il tempo di regolazione di Uv (risposta dell'op-amp quando la U è spuntata).

Dove usare

Ci sono 2 tipi di circuiti Op-Amp che differiscono nel modo in cui sono collegati. Lo svantaggio principale degli Op-Amp è la variabilità di Q a seconda del modo di funzionamento. Le principali aree di applicazione sono gli amplificatori: invertenti (IU) e non invertenti (NIU). Nel circuito LUT, il Q su U è impostato con delle resistenze (il segnale deve essere applicato all'ingresso). L'op-amp contiene un op-amp di tipo serie. Questa connessione è fatta ad una delle resistenze. Si applica solo a V-.

In un DUT, i segnali sono sfasati. Per cambiare il segno della tensione di uscita negativa, è necessario un funzionamento in parallelo con U. L'ingresso, che è un ingresso non invertente, deve essere messo a terra. Il segnale d'ingresso è alimentato all'ingresso invertente tramite una resistenza. Se l'ingresso non invertente va a terra, la differenza U tra gli ingressi dell'op-amp è 0.

È possibile distinguere i dispositivi in cui vengono utilizzati i DUT:

1. Preamplificatori.
2. Amplificatori di segnali di frequenza audio e video.
3. U comparatori.
4. Difensori.
5. Differenziatori.
6. Integratori.
7. Elementi filtranti.
8. Raddrizzatori (migliore precisione dei parametri di uscita).
9. Stabilizzatori U e I.
10. Calcolatrici da analogico ad analogico.
11. ADC (convertitori analogico-digitali).
12. DAC (convertitori da digitale ad analogico).
13. Dispositivi per la generazione di vari segnali.
14. Ingegneria informatica.

Gli amplificatori operazionali e le loro applicazioni si sono diffusi in vari apparecchi.

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