Amplificator operațional

Μa741, fabricat de Signetics .

În electronică , un amplificator operațional (în engleză operational amplifier sau op-amp) este un amplificator diferențial care are (de obicei) o singură ieșire cu un singur capăt . Datorită și versatilității sale, este unul dintre cele mai utilizate dispozitive atât în domeniile comerciale, cât și în cele științifice, în special în circuitele analogice .

Istorie

Termenul de amplificator operațional a fost produs pentru prima dată în anii 1940 pentru a identifica un tip special de amplificator care, printr-o alegere adecvată a componentelor externe, a efectuat o gamă largă de operații. Primii amplificatori au fost realizați folosind tuburi termionice ( supape ), care, cu toate acestea, moșteniseră toate defectele de la tuburi: erau foarte voluminoase, consumau multă energie, erau scumpe și imprecise până la punctul de a vedea offsetul la peste 1 V.

Un mare pas înainte în miniaturizarea amplificatoarelor operaționale a venit odată cu introducerea tranzistoarelor bipolare .

Cu toate acestea, evenimentul definitoriu pentru miniaturizare a fost dezvoltarea circuitelor integrate . Primul dintre aceste dispozitive a fost foarte rapid (lățimea de bandă de 20 ÷ 30 MHz) și foarte scump (300 $ la acea vreme) µA702 dezvoltat în octombrie 1964 de Robert J. Widlar în acel moment încă la Fairchild Semiconductor . În 1968, același producător a introdus popularul µA741 proiectat în 1968 de David Fullagar.

Descriere

Pinout tipic.

Model particular al unui amplificator operațional. În acest caz, intrarea are unul dintre terminalele opamp conectate la pot. de ref. (cazul amplificării intrării cu un singur capăt). Poate fi reprezentat ca un generator de tensiune controlat de tensiune

A_{V}V_{i}

{\ displaystyle A_ {V} V_ {i}}

A_ {V} V_ {i}

, cu un rezistor de intrare

R_{in}

{\ displaystyle R_ {în}}

R _ {{în}}

și un rezistor de ieșire

R_{out}

{\ displaystyle R_ {out}}

R _ {{out}}

.

În mod ideal, este un circuit caracterizat printr-un câștig de tensiune infinit, o impedanță de intrare de valoare infinită și o impedanță de ieșire zero. Din aceste ipoteze, care permit în practică efectuarea calculelor pentru verificarea funcționării feedback - ului , derivă două proprietăți ideale fundamentale: diferența dintre tensiunile de intrare aplicate este zero (dacă feedback-ul este negativ) și curenții de intrare (I părtinire ) sunt nule.

Numele se datorează faptului că, odată cu acesta, este posibil să se creeze circuite electronice capabile să efectueze numeroase operații matematice: adunarea , scăderea , derivata , integrala , calculul logaritmilor și antilogaritmilor . În majoritatea aplicațiilor, amplificatorul operațional constă dintr-un circuit integrat .

Majoritatea amplificatoarelor operaționale sunt proiectate să funcționeze cu o tensiune de alimentare dublă, adică cu o valoare pozitivă și negativă, simetrică față de sol . Cele două tensiuni de alimentare nu trebuie neapărat să aibă aceeași valoare: de exemplu, tensiunea pozitivă ar putea fi de 15 volți, cea negativă de 7 volți; versatilitatea acestor dispozitive este de așa natură încât pot exista aplicații în care tensiunea negativă poate fi setată la zero, adică componenta este alimentată de o singură tensiune. În sursa de alimentare dublă, nivelul semnalului de ieșire poate varia între cele două valori ale tensiunii de alimentare la o marjă mai mică decât cea mică, care poate varia în funcție de tipul operațional adoptat.

Din punct de vedere constructiv, amplificatorul operațional poate fi realizat cu tranzistoare de joncțiune bipolare (BJT) sau tranzistoare cu efect de câmp ( MOSFET , JFET ); acestea din urmă funcționează la frecvențe mai mari, permit, de asemenea, obținerea unei impedanțe de intrare mai mari și un consum mai mic de energie. Pachetul poate fi din plastic, ceramică sau metal și poate conține până la patru dispozitive identice. Un tip foarte special, proiectat și comercializat de unii producători mici pentru sectorul audiofil , folosește așa-numita tehnologie „discretă”, adică circuitul este realizat cu componente comune, oricum asamblate într-o formă extrem de miniaturizată, atât de mult astfel încât să poată fi înlocuit cu componenta integrată originală.

Amplificatorul operațional este un dispozitiv cu câștig ridicat (în dispozitivele integrate este adesea mai mare de 10 ^ 5) a cărui utilizare este permisă prin adăugarea unei rețele de feedback , care conectează ieșirea la intrare în așa fel încât să reducă valoarea semnalul de intrare (tensiune sau curent) (în cazul în care feedback-ul este negativ, așa cum se întâmplă de obicei. ^[1] ). În acest fel, comportamentul dispozitivului nu depinde de valoarea particulară a câștigului său, care din acest motiv se numește câștig în buclă deschisă , ci doar de caracteristicile rețelei de feedback. ^[2]

Amplificatorul operațional este un amplificator diferențial prevăzut cu o ieșire și două intrări care amplifică diferența de potențial între cele două intrări. O intrare se numește inversare și este indicată cu simbolul $-$ ${\ displaystyle -}$ $-$ , cealaltă se numește non-inversă și este indicată de simbol $+$ ${\ displaystyle +}$ $+$ . Amplificatorul operațional este de obicei descris cu un model ideal, în care câștigul este infinit, impedanța de intrare este infinită, impedanța de ieșire este zero șicâștigul în modul comun este zero. De asemenea, se presupune că într-un dispozitiv ideal răspunsul ieșirii la o solicitare de intrare este instantaneu și că dacă intrările au aceeași valoare, ieșirea este zero. Faptul că rezistența de intrare este infinită înseamnă că amplificatorul nu extrage niciun curent de la oricare dintre cele două terminale de intrare, ^[3] și faptul că rezistența de ieșire este zero înseamnă că un amplificator de operare ideal este un amplificator de tensiune perfect. În plus, utilizând o configurație adecvată, operaționalul este utilizat și ca amplificator de curent.

Funcționarea amplificatorului operațional se bazează pe valoarea mare a câștigului în buclă deschisă: chiar și o variație minimă a diferenței de tensiune între intrări este suficientă pentru a avea o valoare de ieșire pe care dispozitivul nu este capabil să o furnizeze. Prin urmare, ieșirea răspunde la o modificare a diferenței de tensiune între intrări în așa fel încât să anuleze această modificare. Cu alte cuvinte, amplificatorul se asigură că rețeaua de feedback păstrează diferența de potențial între cele două intrări (al căror potențial se numește masă virtuală ) minimă (în mod ideal zero), astfel încât să aibă un câștig limitat și să facă dispozitivul utilizabil. ^[4]

Ziceri $V_{+}$ ${\ displaystyle V _ {+}}$ $V _ {{+}}$ Și $V_{-}$ ${\ displaystyle V _ {-}}$ $V _ {{-}}$ valorile tensiunii la intrări, tensiunea de ieșire este dată de:

V_{\text{out}}=A(V_{+}-V_{-})

{\ displaystyle V _ {\ text {out}} = A (V _ {+} - V _ {-})}

V _ {{{\ text {out}}}} = A (V _ {{+}} - V _ {{-}})

unde este $LA$ ${\ displaystyle A}$ $LA$ este câștigul fără feedback (câștig în buclă deschisă).

Luați în considerare un amplificator operațional cu câștig de tensiune în buclă deschisă $A<\infty$ ${\ displaystyle A <\ infty}$ $A <\ infty$ astfel încât rețeaua de feedback scade intrarea cu un factor $B.$ ${\ displaystyle B}$ $B.$ . Avem:

V_{\text{out}}=A(V_{\text{in}}-BV_{\text{out}})

{\ displaystyle V _ {\ text {out}} = A (V _ {\ text {in}} - BV _ {\ text {out}})}

V _ {{{\ text {out}}}} = A (V _ {{{\ text {in}}}} - BV _ {{{\ text {out}}}})

adică:

V_{\text{out}}={\frac {A}{1+AB}}V_{\text{in}}

{\ displaystyle V _ {\ text {out}} = {\ frac {A} {1 + AB}} V _ {\ text {in}}}

V _ {{{\ text {out}}}} = {\ frac {A} {1 + AB}} V _ {{{\ text {in}}}}

Câștigul este definit ca câștig în buclă închisă $G.$ ${\ displaystyle G}$ $G.$ a amplificatorului cu feedback-ul introdus:

G={\frac {V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}={\frac {A}{1+AB}}

{\ displaystyle G = {\ frac {V _ {\ text {out}}} {V _ {\ text {in}}}} = {\ frac {A} {1 + AB}}}

G = {\ frac {V _ {{{\ text {out}}}}} {V _ {{{text {in}}}}}} = {\ frac {A} {1 + AB}}

În limita în care câștigul în buclă deschisă este considerat infinit, avem $G=1/B$ ${\ displaystyle G = 1 / B}$ $G = 1 / B$ , în timp ce pentru funcționarea corectă a unui dispozitiv real trebuie să aveți produsul $LA B.$ ${\ displaystyle AB}$ $AB$ mult mai mare decât unitatea.

Amplificator operațional ideal.

Unul dintre principalele avantaje care au dus la utilizarea pe scară largă a amplificatorului operațional în aproape fiecare domeniu al electronicii analogice și care îl face de multe ori preferabil unui dispozitiv similar care oferă același câștig $G.$ ${\ displaystyle G}$ $G.$ fără a fi nevoie de un feedback, este să ai un câștig global (buclă închisă) foarte puțin dependent de factori care contribuie la modificarea acestuia, cum ar fi frecvența semnalului de intrare sau temperatura. Din cauza acestei caracteristici a fost introdusă istoric utilizarea feedback-ului negativ, inventat de Harold Black pentru a obține o amplificare a unui semnal de telefon egal cu fiecare frecvență și independent de amplitudine (prima publicație în acest sens datează din 1934). . ^[5]

Discursul pentru amplificarea unui semnal de curent este complet analog: capacitatea de a amplifica tensiunea sau curentul este determinată de configurația rețelei de feedback. În special, în așa-numita configurație fără inversare (prezentată mai jos), rețeaua de feedback scade valoarea tensiunii semnalului de intrare, în timp ce în așa-numita configurație inversoare se întâmplă același lucru pentru curent.

Mai mult, dacă comportamentul de feedback depinde de frecvența semnalului , amplificatorul este un egalizator , în timp ce dacă depinde de amplitudinea semnalului, amplificatorul este neliniar .

Raportul de respingere a modului comun

Același subiect în detaliu: raportul de respingere a modului comun .

Tensiunea de ieșire a unui amplificator diferențial ideal este dată de $V_{\text{out}}=A(V_{+}-V_{-})$ ${\ displaystyle V _ {\ text {out}} = A (V _ {+} - V _ {-})}$ $V _ {{{\ text {out}}}} = A (V _ {{+}} - V _ {{-}})$ . Într-un dispozitiv real, ieșirea este descrisă mai precis prin relația:

V_{\text{out}}=A(V_{+}-V_{-})+{\tfrac {1}{2}}A_{\text{CM}}(V_{+}+V_{-})

{\ displaystyle V _ {\ text {out}} = A (V _ {+} - V _ {-}) + {\ tfrac {1} {2}} A _ {\ text {CM}} (V _ {+} + V_ {-})}

V _ {{\ text {out}}}} = A (V _ {{+}} - V _ {{-}}) + {\ tfrac {1} {2}} A _ {{{text { CM}}}} (V _ {+} + V _ {-})

unde este $A_{\text{CM}}$ ${\ displaystyle A _ {\ text {CM}}}$ $Un _ {{{\ text {CM}}}}$ este câștigul de mod comun , de obicei mult mai mic decât câștigul diferențial $LA$ ${\ displaystyle A}$ $LA$ . Raportul de respingere a modului comun (CMRR) este definit ca raportul:

\mathrm {CMRR} =10\log _{10}\left({\frac {A}{A_{\text{CM}}}}\right)^{2}=20\log _{10}\left({\frac {A}{|A_{\text{CM}}|}}\right)

{\ displaystyle \ mathrm {CMRR} = 10 \ log _ {10} \ left ({\ frac {A} {A _ {\ text {CM}}}} \ right) ^ {2} = 20 \ log _ { 10} \ left ({\ frac {A} {| A _ {\ text {CM}} |}} \ right)}

{\ mathrm {CMRR}} = 10 \ log _ {{10}} \ left ({\ frac {A} {A _ {{\ text {CM}}}}} \ right) ^ {2} = 20 \ log _ {{10}} \ left ({\ frac {A} {| A _ {{{text {CM}}}} |}} \ right)

În general, CMRR depinde de frecvența semnalului și este un parametru important în reducerea zgomotului pe liniile de transmisie. De exemplu, atunci când măsurați un termocuplu într-un mediu zgomotos (adică zgomotos), zgomotul ambiental apare ca un offset la ambele intrări și, prin urmare, poate fi reprezentat ca un semnal de tensiune în modul comun. CMRR al instrumentului de măsurare determină atenuarea aplicată zgomotului.

Amplificator operațional real

Într-un amplificator operațional nu există câștig infinit, chiar dacă are o valoare foarte mare, de obicei de ordinul $A\simeq 10^{5}-10^{6}$ ${\ displaystyle A \ simeq 10 ^ {5} -10 ^ {6}}$ $A \ simeq 10 ^ {5} -10 ^ {6}$ . De asemenea, pentru impedanța de intrare pe care o avem $R_{in}\simeq 1\,M\Omega$ ${\ displaystyle R_ {în} \ simeq 1 \, M \ Omega}$ $R _ {{în}} \ simeq 1 \, M \ Omega$ , în timp ce pentru ieșire: $Z_{out}\simeq 1\,\Omega$ ${\ displaystyle Z_ {out} \ simeq 1 \, \ Omega}$ $Z _ {{out}} \ simeq 1 \, \ Omega$ . Există, de asemenea, pe piață amplificatoare operaționale cu cost redus, cu impedanță de intrare de ordinul $10^{9}$ ${\ displaystyle 10 ^ {9}}$ $10 ^ {9}$ $\Omega$ ${\ displaystyle \ Omega}$ $\Omega$ . Într-un amplificator real, diferența de potențial care trebuie aplicată între intrări la zero ieșirea nu este zero și se numește tensiune offset . Aceasta este tensiunea de ieșire prin alimentarea amplificatorului (+ -Vcc) și conectarea terminalelor de intrare la referință. În plus, curenții curg în intrările amplificatoarelor operaționale care produc căderi de tensiune pe impedanțe sau pe rezistența de ieșire: amplificatorul nu este deci niciodată perfect echilibrat și nu există $V_{+}=V_{-}\,$ ${\ displaystyle V _ {+} = V _ {-} \,}$ $V _ {+} = V _ {-} \,$ . Din acest motiv curenții $I_{+},I_{-}\,$ ${\ displaystyle I _ {+}, I _ {-} \,}$ $I _ {{+}}, I _ {-} \,$ în bornele de intrare depind de tipul de tranzistor din care este compus amplificatorul: dacă este un tranzistor BJT acești curenți sunt de ordinul nanoamperului, în timp ce pentru JFET sunt de ordinul picoamperului.

Curentul de offset este definit ca:

I_{0}=|I_{+}-I_{-}|\,

{\ displaystyle I_ {0} = | I _ {+} - I _ {-} | \,}

I_ {0} = | I _ {+} - I _ {-} | \,

Multe opamp-uri de pe piață au intrări suplimentare pentru a reseta această tensiune.

Un parametru important este respingerea raportului de tensiune de alimentare (în limba engleză Power supply rejection ratio, prescurtat PSRR). Dacă tensiunile de alimentare variază, punctele de lucru ale tranzistoarelor interne variază și acest lucru provoacă la rândul său modificări ale tensiunii offset. Prin urmare, este definit:

\mathrm {PSRR} ={\Delta V_{\mathrm {alim} } \over {\Delta V_{\mathrm {offset} }}}

{\ displaystyle \ mathrm {PSRR} = {\ Delta V _ {\ mathrm {alim}} \ over {\ Delta V _ {\ mathrm {offset}}}}}

{\ mathrm {PSRR}} = {\ Delta V _ {{\ mathrm {alim}}} \ over {\ Delta V _ {{\ mathrm {offset}}}}}

care reprezintă variația tensiunii offset cauzată de o variație de 1 V a tensiunii de alimentare. PSRR poate fi indicat atât în dB cât și μV / V și are valori similare cu cele ale CMRR. Atunci când dispozitivul este alimentat de tensiuni bine reglementate, fără zgomot și constant simetrice, efectul valorii finite a PSRR este de obicei neglijabil în comparație cu alte surse de eroare. În unele dispozitive, tensiunea de compensare poate fi corectată acționând asupra unei perechi suplimentare de pini . În plus, există opampuri proiectate să funcționeze cu o singură tensiune față de sol , una dintre cele mai populare fiind LM358 .

Configurații de bază

Luați în considerare un amplificator operațional ideal, iar apoi cu impedanță de intrare infinită, impedanță de ieșire nimic, câștigul și lățimea de bandă au o valoare infinită.

Amplificator inversor

Amplificator operațional în configurație inversă.

Configurarea inversării se realizează prin aplicarea tensiunii de intrare $V_{\text{in}}$ ${\ displaystyle V _ {\ text {în}}}$ $V _ {{{\ text {în}}}}$ pe terminalul inversor și menținerea celuilalt terminal la potențialul de referință, așa cum se arată în figură. Un semnal periodic de ieșire este deci defazat cu 180 ° față de intrare, adică câștigul este negativ.

Liderilor rezistențelor $R_{\text{in}}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {în}}}$ $R _ {{{\ text {în}}}}$ Și $R_{\text{f}}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {f}}}$ $R _ {{{\ text {f}}}}$ există tensiuni, respectiv $V_{\text{in}}$ ${\ displaystyle V _ {\ text {în}}}$ $V _ {{{\ text {în}}}}$ Și $V_{\text{out}}$ ${\ displaystyle V _ {\ text {out}}}$ $V _ {{{\ text {out}}}}$ , și deoarece nu intră curent la intrare $V_{\text{out}}/R_{\text{f}}=-V_{\text{in}}/R_{\text{in}}$ ${\ displaystyle V _ {\ text {out}} / R _ {\ text {f}} = - V _ {\ text {in}} / R _ {\ text {in}}}$ $V _ {{{\ text {out}}}} / R _ {{{\ text {f}}}} = - V _ {{{\ text {in}}}} / R _ {{{\ text {în}}}}$ . Prin urmare, avem: ^[4]

G={\frac {V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}=-{\frac {R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}}}

{\ displaystyle G = {\ frac {V _ {\ text {out}}} {V _ {\ text {in}}}} = - {\ frac {R _ {\ text {f}}} {R _ {\ text {în}}}}}

G = {\ frac {V _ {{{\ text {out}}}}} {V _ {{{text {in}}}}}}} = - {\ frac {R _ {{\ text { f}}}}} {R _ {{{text {în}}}}}}

În această configurație, feedback-ul negativ scade valoarea curentului de intrare și, prin urmare, impedanța de intrare (adică măsurată între cele două intrări) este dată de impedanța amplificatorului fără feedback împărțit la un factor $1+AB$ ${\ displaystyle 1 + AB}$ $1 + AB$ , care motivează asumarea unei impedanțe de intrare infinite în cazul ideal, în care câștigul este infinit. În mod similar, valoarea impedanței de ieșire depinde de faptul că feedback-ul returnează o parte din curentul de ieșire la intrare: în această configurație, impedanța de ieșire este înmulțită cu $1+AB$ ${\ displaystyle 1 + AB}$ $1 + AB$ .

Amplificator fără inversare

Amplificator operațional în configurație fără inversare.

Un amplificator fără inversare se obține prin aplicarea tensiunii de intrare $V_{\text{in}}$ ${\ displaystyle V _ {\ text {în}}}$ $V _ {{{\ text {în}}}}$ pe terminalul neinversibil și menținerea celuilalt terminal la masă printr-un rezistor. Ieșirea este, de asemenea, în fază cu intrarea. Cele două rezistențe formează un divizor de tensiune și, deoarece intrările sunt la același potențial, avem: ^[6]

V_{\text{in}}={\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}V_{\text{out}}

{\ displaystyle V _ {\ text {in}} = {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} V _ {\ text {out}}}

V _ {{{\ text {in}}}} = {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} V _ {{{\ text {out}}}}

prin urmare:

G={\frac {V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}=1+{\frac {R_{2}}{R_{1}}}

{\ displaystyle G = {\ frac {V _ {\ text {out}}} {V _ {\ text {in}}}} = 1 + {\ frac {R_ {2}} {R_ {1}}} }

G = {\ frac {V _ {{{\ text {out}}}}} {V _ {{{text {in}}}}}} = 1 + {\ frac {R_ {2}} {R_ {1}}}

În această configurație feedback-ul negativ scade valoarea tensiunii de intrare și, prin urmare, impedanța de intrare este dată de impedanța amplificatorului fără feedback înmulțit cu un factor $1+AB$ ${\ displaystyle 1 + AB}$ $1 + AB$ , care motivează asumarea unei impedanțe de intrare infinite în cazul ideal, în care câștigul este, de asemenea, infinit. În mod similar, impedanța de ieșire este împărțită la $1+AB$ ${\ displaystyle 1 + AB}$ $1 + AB$ .

Adaptor de tensiune sau tampon sau adaptor de impedanță

În cazul particular al unui amplificator fără inversare cu $R_{1}=\infty$ ${\ displaystyle R_ {1} = \ infty}$ $R_ {1} = \ infty$ Și $R_{2}=0$ ${\ displaystyle R_ {2} = 0}$ $R_ {2} = 0$ primesti $G=1$ ${\ displaystyle G = 1}$ $G = 1$ . Este un amplificator de tensiune de câștig al unității (desemnat frecvent prin termenul englezesc amplificator tampon unitate sau adept de tensiune ), care datorită impedanței mari de intrare și a impedanței mici de ieșire este adesea folosit ca decuplator de impedanță între circuite. ^[7]

Aplicații de circuit

Același subiect în detaliu: Filtru (electronică) .

Amplificatorul operațional înainte de apariția digitalului a fost utilizat în numeroase aplicații. Din punct de vedere operațional, este folosit ca un adder analog și subtractor , ca diferențiator și integrator și, de asemenea, ca multiplicator analog . Din punct de vedere al circuitului, este un amplificator diferențial excelent și un amplificator logaritmic , în plus, poate fi folosit ca un generator de curent ideal , convertor de tensiune-curent și generator de formă de undă .

Datorită faptului că, cu amplificatorul operațional, este posibil să se efectueze toate operațiile matematice menționate mai sus, acesta a fost folosit, mai ales în trecut, când computerul electronic digital nu deținea încă puterea și viteza de calcul ale computerelor moderne, pentru realizarea de calculatoare analogice capabile să rezolve chiar ecuații diferențiale în timp real.

Mai mult, cu amplificatoare operaționale este posibil să se producă filtre , în special filtre active , adică, ca un high - pass, low - pass, band-pass și band-supresie filtru . Există însă și altele precum filtrul Butterworth și filtrul Čebyšëv . Toate aceste filtre sunt, de asemenea, liniare.

Alte filtre în care se utilizează amplificatoare operaționale sunt filtre neliniare .

Amplificatoarele operaționale sunt utilizate și ca comparatoare de tensiune și fază (vezi declanșatorul Schmitt ) și ca modulatoare . Alte utilizări includ circuitul de eșantionare și reținere și utilizarea în conversie analog-digital .

Integrator / diferențiator

Prin introducerea unui condensator în circuitul de feedback sau de intrare, obținem un amplificator capabil să efectueze operații de integrare sau derivare . Frecvența minimă a semnalului este limitată în anumite valori de parametrii componentelor utilizate (integrator limitat) și în special de timpul de încărcare al rețelei RC, $\tau =RC$ ${\ displaystyle \ tau = RC}$ $\ tau = RC$ . Odată ce aceste limite sunt depășite, circuitul devine saturat prin distorsionarea semnalului.

Operațiune de integrare:

v_{o}(t)=-{\frac {1}{RC}}\int v_{i}(t)dt

{\ displaystyle v_ {o} (t) = - {\ frac {1} {RC}} \ int v_ {i} (t) dt}

v_ {o} (t) = - {{\ frac {1} {RC}}} \ int v_ {i} (t) dt

Dacă la intrare se aplică un semnal sinusoidal, un semnal sinusoidal va fi detectat la ieșire, dar defazat cu + 90º, care este echivalent cu un semnal cosinus. Dacă se aplică o undă dreptunghiulară la intrare, se va emite un semnal de tip triunghiular. Dacă se aplică o undă triunghiulară la intrare, ieșirea va avea ca rezultat un semnal format din ramuri de parabolă.

Operație de derivare:

v_{o}(t)=-RC{\frac {dv_{i}(t)}{dt}}

{\ displaystyle v_ {o} (t) = - RC {\ frac {dv_ {i} (t)} {dt}}}

v_ {o} (t) = - RC {\ frac {dv_ {i} (t)} {dt}}

Comparator

Profitând de câștigul foarte mare prezentat de amplificatorul operațional în absența feedback-ului, se poate obține cu ușurință un comparator de tensiune. Un comparator este un circuit capabil să furnizeze o ieșire de tensiune directă, care poate presupune doar două niveluri și, astfel, semnalează o condiție specială de inegalitate între cele două tensiuni de intrare. Prin aplicarea celor două semnale care trebuie comparate cu cele două intrări, ieșirea va asuma o valoare de tensiune apropiată de tensiunea pozitivă de alimentare (saturație) dacă intrarea care nu inversează are o tensiune mai mare decât inversarea. În caz contrar, ieșirea va prezenta o tensiune apropiată de sursa de alimentare negativă. Cu toate acestea, pentru această funcție există dispozitive specifice (comparator de tensiune), dintre care unele sunt alimentate cu o singură tensiune în raport cu potențialul de referință, printre acestea unul dintre cele mai comune semnate LM339, conține 4 comparatoare identice în pachetul cu 14 pini .

Comparator cu histerezis

Prin introducerea unui feedback moderat la intrarea care nu inversează, pentru a adăuga semnalului de intrare, se poate obține un comparator cu histerezis sau declanșator Schmitt . Acest tip de comparator este utilizat pentru a elimina orice indecizie și comutare nedorită produsă de zgomotul electric. În practică, tensiunea de referință nu este constantă, dar depinde de starea de ieșire, astfel încât pragul de comutare în sus este mai mare cu o anumită marjă decât pragul de comutare în jos. Tensiunile de referință și pragurile de comutare sunt identificate într-un comparator Trigger / Schmitt. Aceste cantități sunt legate între ele prin următoarele relații (cu referire la figură):

Inversarea declanșatorului Schmitt:

V_{ts}={\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}V_{OH}+{\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}V_{ref}

{\ displaystyle V_ {ts} = {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} V_ {OH} + {\ frac {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}}} V_ {ref}}

V _ {{ts}} = {\ frac {R _ {{1}}} {R _ {{1}} + R _ {{2}}}} V _ {{OH}} + {\ frac { R _ {{2}}} {R _ {{1}} + R _ {{2}}}} V _ {{ref}}

V_{ti}=-{\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}|V_{OL}|+{\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}V_{ref}

{\ displaystyle V_ {ti} = - {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} | V_ {OL} | + {\ frac {R_ {2}} {R_ {1 } + R_ {2}}} V_ {ref}}

V _ {{ti}} = - {\ frac {R _ {{1}}} {R _ {{1}} + R _ {{2}}}} | V _ {{OL}} | + { \ frac {R_ {{2}}} {R _ {{1}} + R _ {{2}}}} V _ {{ref}}

Declanșator Schmitt fără inversare:

V_{ts}={\frac {R_{1}+R_{2}}{R_{2}}}V_{ref}-{\frac {R_{1}}{R_{2}}}V_{OL}

{\ displaystyle V_ {ts} = {\ frac {R_ {1} + R_ {2}} {R_ {2}}} V_ {ref} - {\ frac {R_ {1}} {R_ {2}}} V_ {OL}}

V _ {{ts}} = {\ frac {R _ {{1}} + R _ {{2}}} {R _ {{2}}}} V _ {{ref}} - {\ frac { R _ {{1}}} {R _ {{2}}}} V _ {{OL}}

V_{ti}={\frac {R_{1}+R_{2}}{R_{2}}}V_{ref}-{\frac {R_{1}}{R_{2}}}V_{OH}

{\ displaystyle V_ {ti} = {\ frac {R_ {1} + R_ {2}} {R_ {2}}} V_ {ref} - {\ frac {R_ {1}} {R_ {2}}} V_ {OH}}

V _ {{ti}} = {\ frac {R _ {{1}} + R _ {{2}}} {R _ {{2}}}} V _ {{ref}} - {\ frac { R _ {{1}}} {R _ {{2}}}} V _ {{OH}}

Notă

^ Feedbackul pozitiv, mult mai puțin frecvent, este folosit de exemplu la fabricarea oscilatoarelor .
^ Horowitz, Hill , p. 176 .
^ Datorită acestor proprietăți, un amplificator operațional este adesea reprezentat de un nul . În unele aplicații această proprietate lipsește, deoarece circuitul este proiectat pentru a exploata caracteristicile neliniare ale caracteristicii trans. De exemplu, acest lucru se întâmplă în circuitele de comparare.
^ ^a ^b Horowitz, Hill , p . 177 .
^ Horowitz, Hill , p. 233 .
^ Horowitz, Hill , p. 178 .
^ Horowitz, Hill , p. 179 .

Bibliografie

Howard M. Berlin, Proiectarea circuitelor de amplificare operaționale , Jackson Italiana Editrice, 1979.
( EN ) Paul Horowitz, Winfield Hill, The Art of Electronics , Ediția a II-a, Cambridge, Cambridge University Press, 1989, ISBN 0-521-37095-7 .
( EN ) Amplificatoare operaționale de bază și circuite integrate liniare ; Al 2-lea Ed; Thomas L Floyd; David Buchla; 593 pagini; 1998; ISBN 978-0-13-082987-0 .
( EN ) Proiectare cu amplificatoare operaționale și circuite integrate analogice ; Ed. 3; Sergio Franco; 672 pagini; 2002; ISBN 978-0-07-232084-8 . (site-ul cărții)
( EN ) Amplificatoare operaționale și circuite integrate liniare ; Ed. 6; Robert F Coughlin; 529 pagini; 2000; ISBN 978-0-13-014991-6 .
( EN ) Amplificatoare operaționale și circuite integrate liniare ; Ed. 4; Ram Gayakwad; 543 pagini; 1999; ISBN 978-0-13-280868-2 .
( EN ) Amplificatoare de operare și circuite integrate liniare ; Primul Ed; James M Fiore; 640 pagini; 2001; ISBN 978-0766817937 .
( EN ) Amplificatoare pentru toți ; Primul Ed; Ron Mancini; 464 pagini; 2002; Texas Instruments SLOD006B. (Descărcare PDF gratuită)

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikibooks conține texte sau manuale despre amplificatoare operaționale
Wikționarul conține lema dicționarului " amplificator operațional "
Wikiversitatea conține resurse privind amplificatorul operațional
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe amplificatorul operațional

linkuri externe

Amplificator operațional , pe Treccani.it - Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene .
( EN ) Amplificator operațional , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
( EN ) Măsurători simple ale amplificatorului op. Cum se măsoară tensiunea de offset, curentul de compensare și de polarizare, câștigul, CMRR și PSRR.
( RO ) Introducere în trepte de circuit op-amp, filtre de ordinul al doilea, filtre single- band op-amp și un interfon simplu , su bowdenshobbycircuits.info .
( EN ) Proiectare amplificator MOS op: o prezentare generală a tutorialului ( PDF ), pe lyle.smu.edu . Adus la 5 mai 2013 (arhivat din original la 16 iunie 2012) .
( RO ) Aplicații Amp Op Opțiune descărcabilă. Poate fi cumpărat și
( RO ) Predicția de zgomot a amplificatorului operațional (toate amplificatoarele de op) folosind zgomot spot
( RO ) Noțiuni de bază ale amplificatorului operațional , la williamson-labs.com .
( EN ) Istoria amplificatorului Op de la tuburile de vid până la aproximativ 2002. O mulțime de detalii, cu schemă. Partea IC este oarecum centrată pe ADI.
( EN ) www.PhilbrickArchive.org Un depozit gratuit de materiale de la George A Philbrick / Researches - Operational Amplifier Pioneer
( RO ) Care este diferența dintre amplificatoarele operaționale și amplificatoarele de instrumentație? , Revista de design electronic

Foi de date

( EN ) LM301, Single OpAmp, Texas Instruments / National Semiconductor , pe ti.com . Adus la 22 noiembrie 2020 (Arhivat din original la 14 aprilie 2016) .
( EN ) LM324, Quad OpAmp, Texas Instruments / National Semiconductor , pe ti.com .
( EN ) LM741, Single OpAmp, Texas Instruments / National Semiconductor , pe ti.com .
Amplificator operațional , în Treccani.it - Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene.

Controlul autorității	Thesaurus BNCF 21798 · LCCN ( EN ) sh85095014 · GND ( DE ) 4043590-8 · BNF ( FR ) cb11930882v (data) · NDL ( EN , JA ) 01130191

Portale Elettrotecnica : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di elettrotecnica

[1] Feedbackul pozitiv, mult mai puțin frecvent, este folosit de exemplu la fabricarea oscilatoarelor .

[2] Horowitz, Hill , p. 176 .

[3] Datorită acestor proprietăți, un amplificator operațional este adesea reprezentat de un nul . În unele aplicații această proprietate lipsește, deoarece circuitul este proiectat pentru a exploata caracteristicile neliniare ale caracteristicii trans. De exemplu, acest lucru se întâmplă în circuitele de comparare.

[ReferenceA-4] Horowitz, Hill , p . 177 .

[5] Horowitz, Hill , p. 233 .

[6] Horowitz, Hill , p. 178 .

[7] Horowitz, Hill , p. 179 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]