מגברים תפעוליים

מהם מגברים תפעוליים?

מגברים תפעוליים הם אבני הבניין הבסיסיות של מעגלים אלקטרוניים אנלוגיים . הם מכשירים לינאריים עם כל המאפיינים של מגבר DC. אנו יכולים להשתמש בנגדים או בקבלים חיצוניים למגבר ה- Op הוא דרכים רבות ושונות להפוך אותם לצורות שונות של מגברים כגון מגבר היפוך, מגבר לא הפוך, עוקב מתח, משווה, מגבר דיפרנציאלי, מגבר סיכום, אינטגרטור וכו 'OPAMPs עשויים להיות בודדים, כפול, מרובע וכו 'OPAMPs כמו CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 וכו' יש ביצועים מצוינים עם זרם קלט נמוך מאוד ומתח. ל- Op Amp האידיאלי יש שלושה מסופים חשובים בנוסף למסופים אחרים. מסופי הקלט הם קלט הפוך וקלט לא הפוך. המסוף השלישי הוא הפלט שיכול לשקוע ולמקור זרם ומתח. אות הפלט הוא מגבר הרווח כפול הערך של אות הקלט.

5 דמויות אידיאליות של מגבר אופ:

1. פתח רווח לולאה

רווח לולאה פתוחה הוא הרווח של מגבר ה- Op ללא פידבק חיובי או שלילי. מגבר OP אידיאלי אמור להיות בעל רווח לולאה פתוח אינסופי אך בדרך כלל הוא נע בין 20,000 ל -2, 00000.

2. עכבת קלט

זהו היחס בין מתח הכניסה לזרם הכניסה. זה צריך להיות אינסופי ללא זליגת זרם מהאספקה ​​לתשומות. אבל יהיו כמה דליפות זרם אמפר של פיקו ברוב המגברים Op.

3. עכבת תפוקה

על המגבר האופטימלי האידיאלי להיות בעל עכבת פלט אפסית ללא התנגדות פנימית. כך שהוא יוכל לספק זרם מלא לעומס המחובר ליציאה.

4. רוחב הלהקה

על המגבר האופטימלי האידיאלי להיות בעל תגובת תדרים אינסופית כך שהוא יכול להגביר כל תדר מאותות DC לתדרי ה- AC הגבוהים ביותר. אבל לרוב המגברים האופניים יש רוחב פס מוגבל.

5. קיזוז

הפלט של מגבר ה- Op אמור להיות אפס כאשר הפרש המתח בין הכניסות הוא אפס. אך ברוב המגברים האופטיים, הפלט לא יהיה אפס כאשר הוא כבוי, אך יהיה ממנו מתח דקה.

תצורת פין OPAMP:

במגבר אופ אופייני יהיו 8 פינים. אלו הם

Pin1 - אופסט אפס

Pin2 - קלט הפוך INV

Pin3 - קלט לא הפוך שאינו INV

Pin4 - קרקע - היצע שלילי

Pin5 - אופסט אפס

Pin6 - פלט

Pin7 - היצע חיובי

Pin8 - Strobe

4 סוגים של רווח ב- OPAMPs:

רווח מתח - מתח פנימה והחוצה מתח

רווח נוכחי - זרם פנימה וזרם החוצה

מוליכות טרנסבולנס - מתח פנימי וזרם החוצה

התנגדות טרנס - זרם כניסה ומתח

עבודה של מגבר תפעולי:

כאן השתמשנו במגבר תפעולי של LM358. בדרך כלל יש לתת קלט שאינו הופך להטייה והקלט ההפוך הוא המגבר האמיתי המחבר זאת למשוב של 60k התנגדות מפלט לכניסה. ומנגד 10k מחובר בסדרה עם קבל וניתן אספקה ​​של גל סינוס 1V למעגל, כעת נראה כיצד הרווח ינוהל על ידי R2 / R1 = 60k / 10k = 6 רווח, ואז הפלט הוא 6V . אם נשנה את הרווח ב- 40 אז התפוקה היא 4V של גל סינוס.

וידאו על עבודה של מגבר תפעולי

בדרך כלל, מדובר במגבר אספקת חשמל כפול, והוא מוגדר בקלות לספק כוח יחיד באמצעות רשת נגד. בכך, ההתנגדות R3 ו- R4 מציבים מתח של חצי ממתח האספקה ​​על פני הקלט הלא-הפוך אשר גורם לכך שמתח היציאה יהיה גם מחצית ממתח האספקה ​​ויוצר מעין התנגדות מתח הטיה R3 ו- R4 יכול להיות כל ערך מ 1 עד 100 אלף אבל בכל המקרים הם צריכים להיות שווים. לקבל שאינו הפוך נוסף קבל נוסף של F 1 כדי להפחית את הרעש הנגרם על ידי התצורה. השימוש בקבלים צימוד לקלט ופלט נדרש לתצורה זו.

3 יישומי OPAMP:

1. הגברה

אות הפלט המוגבר ממגבר ה- Op הוא ההבדל בין שני אותות הקלט.

התרשים המוצג לעיל הוא החיבור הפשוט של Op Amp. אם שתי הכניסות מסופקות באותו מתח, מגבר ה- Op יקבל את ההפרש בין שני המתחים והוא יהיה 0. מגבר ה- Op יכפיל זאת עם הרווח שלו 1,000,000 כך שמתח היציאה הוא 0. כאשר 2 וולט הוא נתון לכניסה אחת ולוולט אחד בשני, ואז מגבר ה- Op יקבל את ההבדל ויתכפיל עם הרווח. כלומר 1 וולט x 1,000,000. אך רווח זה הוא גבוה מאוד ולכן כדי להפחית את הרווח, משוב מהפלט לקלט מתבצע בדרך כלל דרך נגד.

מגבר הפוך:

המעגל המוצג לעיל הוא מגבר הפוך עם כניסת ההיפוך המחוברת לקרקע. שני נגדים R1 ו- R2 מחוברים במעגל באופן כזה ש- R1 מזין את אות הכניסה בעוד R2 מחזיר את הפלט לקלט ההפוך. כאן כאשר אות הקלט חיובי הפלט יהיה שלילי ולהיפך. שינוי המתח ביציאה ביחס לקלט תלוי ביחס הנגדים R1 ו- R2. R1 נבחר כ- 1K ו- R2 כ- 10K. אם הקלט מקבל 1 וולט, יהיה זרם 1 mA דרך R1 והפלט יצטרך להפוך ל -10 וולט על מנת לספק זרם 1 mA דרך R2 ולשמור על מתח אפס בכניסה ההפוכה. לכן רווח המתח הוא R2 / R1. כלומר 10K / 1K = 10

מגבר לא הפוך:

המעגל המוצג לעיל הוא מגבר לא הפוך. כאן הקלט הלא היפוך מקבל את האות בעוד הקלט ההפוך מחובר בין R2 ל- R1. כאשר אות הקלט נע חיובי או שלילי, הפלט יהיה בשלב וישמור על המתח בכניסה ההפוכה זהה לזה של קלט שאינו הפוך. עליית המתח במקרה זה תהיה תמיד גבוהה מ -1 כך (1 + R2 / R1).

שתיים. עוקב מתח

המעגל שלמעלה הוא חסיד מתח. כאן הוא מספק עכבת כניסה גבוהה, עכבת יציאה נמוכה. כאשר מתח הכניסה משתנה, הפלט והכניסה ההפוכה ישתנו באותה מידה.

3. משווה

מגבר תפעולי משווה את המתח המופעל בכניסה אחת למתח המופעל בכניסה השנייה. כל הבדל בין המתחים אם הוא קטן מניע את המגבר לרוויה. כאשר המתחים המסופקים לשני הכניסות הם באותו גודל ובאותה קוטביות, אזי יציאת המגבר היא 0 וולט.

משווה מייצר מתח יציאה מוגבל שיכול להתממשק בקלות עם ההיגיון הדיגיטלי, למרות שיש לאמת תאימות.

וידאו על מגבר תפעולי כתרשים מעגלי משווה

כאן יש לנו מגבר-אופ המשמש כמשווה עם המסופים ההפוכים והלא-הופכים וחיברנו להם איזה מחלק ומד פוטנציאליים ומד מתח במוצא ו הוביל ל הפלט. הנוסחה הבסיסית עבור השוואה היא שכאשר '+' הוא יותר מה'-'ואז הפלט גבוה (אחד), אחרת הפלט הוא אפס. כאשר המתח על הקלט השלילי הוא מתחת למתח הייחוס, הפלט הוא גבוה וכאשר הקלט השלילי עולה על המתח על החיובי, הפלט הולך נמוך.

3 דרישות ל- OPAMPs:

1. קיזוז Nulling

לרוב ה- OPAMP יש מתח אופסט ביציאה, גם אם מתח הכניסה זהה. כדי להפוך את הפלט למתח אפס, נעשה שימוש בשיטת ביטול אופסט. ברוב המגברים האופציונליים יש קיזוז קטן בגלל המאפיין האינהרנטי שלהם ונובע מאי התאמות בהסדר הטיה קלט. אז מתח יציאה קטן זמין ביציאה של כמה מגברי אופ גם אם אות הכניסה הוא אפס. ניתן לתקן את החיסרון הזה באמצעות מתן קיזוז קטן לכניסות. זה ידוע בשם מתח הקזז הקלט. כדי להסיר או לבטל את הקיזוז, לרוב המגברים Op יש שני פינים כדי לאפשר את ביטול ההיסט. לשם כך, יש לחבר בין סיכות 1 ל -5 סיר או הגדרה קבועה מראש עם ערך אופייני של 100K עם המגב לקרקע. על ידי התאמת הקביעה המוגדרת מראש, ניתן לכוון את הפלט במתח אפס.

שתיים. סטרובינג או פיצוי שלב

מגברים אופ-פרטיים עשויים להיות לא יציבים לפעמים וכדי להפוך אותם ליציבים לכל רצועות התדרים, מחברים בדרך כלל כובע בין סיכת הסטרוב 8 לסיכה 1. בדרך כלל מתווסף קבל דיסק 47pF עבור פיצוי פאזה כך שה- OpAmp יישאר יציב. זה החשוב ביותר אם ה- OpAmp משמש כמגבר רגיש.

3. מָשׁוֹב

כידוע, ל- Op-Amp יש הגברה גבוהה מאוד בדרך כלל בסביבות 1,000,00 פעמים. נניח של- Op-Amp יש רווח של 10,000, ואז ה- Op-Amp יגביר את הפרש המתח בכניסתו הלא הפוכה (V +) ובקלט ההפוך (V-). אז מתח המוצא V הוא
10,000 x (V + - V-)

בתרשים, האות מוחל על הקלט הלא היפוך ובכניסה ההפוך מחובר ליציאה. אז V + = V פנימה ו- V- = Vout. לכן Vout = 10,000 x (Vin - Vout). מכאן שמתח המוצא כמעט שווה למתח הקלט.

עכשיו בואו נראה איך עובד המשוב. פשוט הוספת נגד בין הקלט ההפוך לפלט תפחית את הרווח באופן משמעותי. על ידי לקיחת חלק קטן ממתח היציאה לכניסה ההפוכה יכול להפחית את ההגברה באופן משמעותי.

לפי המשוואה הקודמת, V החוצה = 10,000 x (V + - V-). אבל כאן נוסף נגד משוב. אז הנה V + הוא Vin ו- V- הוא R1.R1 + R2 x V בחוץ. לכן V החוצה הוא 10,000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). אז V החוצה = R1 + R2.R1x Vin

משוב שלילי:

כאן הפלט של מגבר ה- Op-Amp מחובר לכניסת ההיפוך שלו (-), ולכן הפלט מוחזר לקלט בכדי להגיע לשיווי משקל. לפיכך אות הקלט בכניסה הלא היפוך (+) יבוא לידי ביטוי ביציאה. המגבר האופטי עם המשוב השלילי יניע את הפלט שלו לרמה הנחוצה ומכאן שהפרש המתח בין כניסותיו ההפוכות והלא-הופכות יהיה כמעט אפס.

משוב חיובי:

כאן מתח המוצא מוחזר לכניסת ההיפוך (+). אות הקלט מוזן לכניסה ההפוכה. בתכנון משוב חיובי, אם כניסת ההיפוך מחוברת לאדמה, אזי מתח המוצא ממגבר ה- Op יהיה תלוי בגודל ובקוטביות המתח בכניסה הלא היפוך. כאשר מתח הכניסה חיובי, אזי תפוקת ה- Amp מגבר תהיה חיובית ומתח חיובי זה יועבר לכניסה הלא הפוכה וכתוצאה מכך תפוקה חיובית מלאה. אם מתח הכניסה הוא שלילי, אז המצב יהיה הפוך.

יישום מגברים תפעוליים - מגבר קדם-שמע

מסננים ומגברים מקדימים:

מגברים כוח יגיעו אחרי המגברים המקדימים ולפני הרמקולים. נגני CD ו- DVD מודרניים אינם זקוקים למגברים מקדימים. הם זקוקים לבקרת עוצמת קול ובוחרי מקור. באמצעות פקדי מיתוג ונפח פסיבי אנו יכולים להימנע ממגברים מקדימים.

תן לנו לקבל סיכום על מגברי כוח שמע

מגבר הכוח הוא רכיב שיכול להניע את הרמקולים הרמים על ידי המרת האות ברמה נמוכה לאות גדול. תפקידם של מגברי הספק הוא לייצר מתח גבוה יחסית וזרם גבוה. בדרך כלל טווח העלייה במתח הוא בין 20 ל 30. מגברי הכוח הם בעלי התנגדות פלט נמוכה מאוד.

מפרט של מגבר כוח שמע

• הספק יציאה מרבי:

מתח המוצא אינו תלוי בעומס, עבור אותות קטנים וגדולים כאחד. המתח הנתון המופעל לעומס גורם לכמות הזרם כפולה. מכאן שכמות הכוח הכפולה תימסר. דירוג ההספק הוא הספק הממוצע הרציף של גל הסינוס כך שניתן למדוד את ההספק על ידי שימוש בגל סינוס שמתח ה- RMS שלו נמדד על בסיס ארוך טווח.

• תגובת תדר:

תגובת התדר חייבת להאריך את רצועת השמע המלאה 20 הרץ ל -20 קילוהרץ. הסובלנות לתגובת התדר היא ± 3db. הדרך הקונבנציונאלית לציין את רוחב הפס היא מגבר הוא למטה ב- 3db מה- 0db הנומינלי.

• רַעַשׁ:

מגברי ההספק אמורים לייצר רעש נמוך כאשר מגברי הספק משתמשים בתדרים גבוהים. פרמטר הרעש עשוי להיות משוקלל או לא משוקלל. רעש לא משוקלל יוגדר ברוחב הפס של 20 קילוהרץ. בהתבסס על מפרט הרעש המשוקלל של האוזן ייקח בחשבון. מדידת הרעש המשוקללת נוטה להחליש את הרעש בתדרים גבוהים יותר ולכן מדידת רעש משוקללת טובה למדי ממדידת רעש לא משוקללת.

• עיוות:

עיוות הרמוני מוחלט הוא העיוות הנפוץ המצוין בדרך כלל בתדרים שונים. זה יצוין ברמת הספק אשר ניתנת עם עכבת העומס המניע את מגבר הכוח.