Operatyviniai stiprintuvai: „Inverting vs“ neverčiojančios topologijos

Operacinis stiprintuvas, esantis jo šerdyje, yra aukštos kokybės įtampos stiprintuvas, neatsiejamas nuo daugybės elektroninių sistemų.Šis įrenginys pasuka pagal projektavimo filosofiją, kuri panaudoja induktorius, kondensatorius ir rezistorius.Šie komponentai susipina su rafinuotumo šokiu, organizuojančio įtampos padidėjimą per sudėtingą grįžtamojo ryšio mechanizmą.Paprastai OP-AMP distiliuojamas į tris pagrindinius gnybtus: apvertimo įvestį, neinverzinį įvestį ir išvestį.Sudėtingas šių terminalų šokis diktuoja stiprintuvo veikimo ir taikymo apimtį.

Katalogas

Idealizuotame scenarijuje OP stiprintuvas yra tobulumo paragonas, galintis pasigirti tokiais požymiais kaip begalinis pasipriešinimas abiejuose įvestyse - tai liudija, kad dabar srovės praėjimas į terminalus.Tai užtikrina vienodą įtampą į įvestis, nulinį išėjimo varžą, beribį atvirojo ciklo padidėjimą, begalinį pralaidumą ir nereikšmingą poslinkį.Tačiau prieš gilindamiesi į veiklos stiprintuvų sritį, labai reikia suprasti neigiamų atsiliepimų pobūdį.Ši koncepcija nėra tik grandinės projektavimo ramstis;Tai yra aukšto našumo, stabilių elektroninių grandinių kertinis akmuo.

Mūsų straipsnyje siekiama išsiaiškinti neigiamų atsiliepimų niuansus, jo projektavimo aspektus ir grandinės našumo patobulinimą per jį optimizuojant.Kitas eilutėje yra kruopštus dviejų pagrindinių veikimo stiprintuvo topologijų išpjaustymas: apverstų ir nevertinami stiprintuvai.Mes gilinamės į jų principus, skaičiavimo metodus ir pagrindinius elementus kurdami grandinės projektavimą.Šis gilus nardymas suteiks mums panoraminį vaizdą, kaip šios stiprintuvo topologijos palengvins tikslią kontrolę ir nenutrūkstamą stabilumą realaus pasaulio programose.

Prieš suprasdami operatyvinius stiprintuvus (apvertimo ir nenugalimo topologijas), turime suprasti pagrindinę sąvoką, neigiamą atsiliepimą.

Neigiamas grįžtamasis ryšys yra ne tik grandinės projektavimo technika, bet ir kertinis akmuo, skirtas pasiekti aukštos kokybės, didelio stabilumo elektronines grandines.Pagrindinė neigiamo grįžtamojo ryšio koncepcija yra pridėti rezistorių tarp išvesties ir apvertimo įvesties, sukuriant uždaros ciklo valdymo sistemą.

OP stiprintuvai gali suteikti ypač didelį atvirojo ciklo pelną be neigiamų atsiliepimų, tačiau tokį didelį pelną dažnai lydi kontrolės sunkumai ir blogas stabilumas.

Pristatant grįžtamojo ryšio rezistorių tarp išvesties ir apvertimo įvesties, dalis stiprintuvo išvesties signalo yra „grįžtamasis ryšys“ atgal į įvestį.Šis metodas iš tikrųjų „išskleidžia“ dalį padidėjimo, taip kontroliuodamas bendrą stiprintuvo padidėjimą.

Grįžtamojo ryšio rezistoriaus pasirinkimas: Grįžtamojo rezistoriaus vertė daro tiesioginę įtaką uždaros ciklo padidėjimui.Norint pasiekti norimą pelną ir našumą, reikia pasirinkti tinkamą rezistoriaus vertę.

Ryšys tarp uždaro ciklo padidėjimo ir pralaidumo: Projektavimo metu reikia atsižvelgti į padidėjimo ir pralaidumo kompromisą.Padidėjus uždarojo ciklo padidėjimui, dažniausiai sumažėja pralaidumas.

Stabilumas ir iškraipymas: Tinkamas neigiamas grįžtamasis ryšys gali žymiai pagerinti grandinės stabilumą ir sumažinti signalo iškraipymą.

Tikslus grįžtamojo ryšio tinklo apskaičiavimas: Tiksliai apskaičiuojant grįžtamojo ryšio rezistorių ir kitų susijusių grandinės komponentų parametrus, galima optimizuoti stiprintuvo našumą, pavyzdžiui, tiesiškumą, triukšmo lygį ir dažnio atsaką.

Naudokite aukštos kokybės elektroninius komponentus: Pasirinkus didelio tikslumo, mažai triukšmo rezistorius ir kitus komponentus, galite pagerinti bendrą grandinės veikimą.

Neigiami grįžtamasis ryšys suteikia didesnį stabilumą ir geresnę kontrolę paaukojant tam tikrą atvirosios kilpos padidėjimą.

Tai taip pat padeda sumažinti grandinės našumo svyravimus, kuriuos sukelia išoriniai veiksniai, tokie kaip temperatūros pokyčiai ir maitinimo šaltinio nestabilumas.

Neigiami grįžtamasis ryšys yra pagrindinė veiklos stiprintuvo projektavimo technologija.Tai įgauna stabilumą ir valdymą, naudojant smulkiajame uždarojo ciklo valdyme, o tai yra labai svarbus siekiant pagerinti bendrą elektroninių grandinių veikimą ir patikimumą.Įgiję gilesnį supratimą apie neigiamų grįžtamojo ryšio darbo principus ir pritaikymą, elektroninės grandinės dizaineriai gali suprojektuoti tikslesnes ir stabilias grandinių sistemas.

Inverto stiprintuvo topologijoje grandinės šerdis yra operacinis stiprintuvas, kurio apverstinis įvestis gauna neigiamą grįžtamojo ryšio signalą iš išvesties per rezistorių RF.Šios topologijos bruožas yra tas, kad padidėjus išėjimo įtampai, sumažėja įtampa, esanti apversto įvesties gnybte, taip sumažina išėjimo įtampos padidėjimą ir sudarant neigiamą atsiliepimą.

Idealiame pasaulyje darome prielaidą, kad tarp OP-AMP įvesties gnybtų nėra įtampos, tai yra, apvertimo ir nevertinami gnybtai bus ta pačia įtampa.Ši būsena vadinama „virtualiu trumpuoju jungimu“.

Kadangi neįvertinantis įvesties gnybtas yra tiesiogiai prijungtas prie žemės (įtampa yra 0 V), apverstinis įvesties gnybtas taip pat turi būti laikomas 0 V, kad būtų patenkinta virtualios trumpojo jungimo sąlyga.

Tarp jų (0 - VIN)/R1 žymi srovę nuo įvesties gnybto iki apversto gnybto, o (0 - VOUT)/RF žymi srovę nuo išėjimo gnybto iki apversto gnybto.

Tai rodo, kad padidėjimo dydis nustatomas pagal RF ir R1 santykį, o dėl neigiamo ženklo išėjimo signalas yra iš fazės (180 laipsnių iš fazės) su įvesties signalu.

Įėjimo varžą daugiausia apibūdina įvesties rezistorius R1 inverto stiprintuve.Tam reikia atidžiai apsvarstyti įvesties signalo šaltinio išėjimo varžą, kad būtų galima efektyviai suderinti varžos.

Dažnio atsakas, gyvybiškai svarbus aspektas, susiduria su apribojimais dėl būdingų OP stiprintuvo pralaidumo apribojimų.Tai lemia niuansuotą balansavimo veiksmą tarp padidėjimo ir pralaidumo, kuris turi būti kruopščiai optimizuotas, kad jis atitiktų konkrečią taikymą.

Triukšmas ir stabilumas daro didelę įtaką grandinės našumui.Rezistorių ir OP stiprintuvų suformuotas grandinės triukšmo profilis gali sukelti susirūpinimą.Vis dėlto tai nėra neįveikiamas iššūkis.Pasirinkus mažai triukšmo komponentus ir panaudodami apgalvotą grandinės išdėstymą, šias problemas galima iš esmės sušvelninti.

Neapverčiamojo stiprintuvo topologijai pagrindinis principas yra prijungti įvesties signalą prie nevertinančio operacinio stiprintuvo įvesties, ir tuo pačiu metu naudokite grįžtamojo ryšio rezistorių (RF), kad galėtumėte prisijungti prie neinverzinio terminalo, kad būtų galima formuoti formąuždaro ciklo valdymas.Idealioje būsenoje daroma prielaida, kad neįvertinamojo įvesties gnybto įtampos ir operacinio stiprintuvo apversto įvesties gnybtas (apverstas įvestis) yra lygi, tai yra, jie yra nulinė įtampa be signalo būsenos.Tokiu atveju neįvertinančio įvesties įtampa yra lygi įvesties signalo įtampai (Vin), nes ji yra tiesiogiai prijungta prie įvesties signalo.

Taikant dabartinį Kirchhoffo įstatymą (KCL), apverstiniam terminalui, gali būti nustatyta mazgo lygtis.Šioje lygtyje atsižvelgiama į srovių, tekančių į apverstinį gnybtą, sumą, kuri turi būti lygi nuliui (kurios galima nepaisyti, atsižvelgiant į ypač mažą OP-AMP įvesties srovę).

Čia (VIN - VOUT)/RF yra srovė, tekanti per grįžtamojo ryšio rezistorių į apversto gnybtą, ir (Vin - 0)/R1 yra srovė, tekanti per įvesties rezistorių į apversto gnybtą.

Ši formulė rodo, kad neverčiančio stiprintuvo padidėjimas nustatomas atsižvelgiant į grįžtamojo ryšio rezistoriaus ir įvesties rezistoriaus santykį ir kad padidėjimas yra bent 1 (t. Y. Kai RF = 0).

Impedance suderinimas: siekiant pagerinti grandinės stabilumą ir sumažinti signalo iškraipymą, reikėtų atsižvelgti į įvesties signalo šaltinio išėjimo varžos atitikimą ir stiprintuvo įvesties varžą.

Dažnio atsakas: Dėl OP-AMP pralaidumo apribojimų, nesugadinančio stiprintuvo dažnio atsakas gali sumažėti padidėjus padidėjimui.Dizainas turėtų apsvarstyti galimybę pasirinkti tinkamą OP stiprintuvo modelį ir koregavimo grandinės parametrus, kad atitiktų programos reikalavimus.

Triukšmas ir stabilumas: rezistoriaus triukšmas ir op-amp vidinis triukšmas turi įtakos neverčiančio stiprintuvo našumui.Projektavimo metu turėtų būti pasirinkti mažai triukšmo rezistoriai ir OP stiprintuvai, o norint pagerinti bendrą grandinės stabilumą ir triukšmo atmetimą, turėtų būti naudojamos tinkamos maršruto ir įžeminimo strategijos.

Giliai gilindamiesi į neigiamų grįžtamojo ryšio niuansus, apvertimo stiprintuvą ir nevertinamąjį stiprintuvo topologiją, mes įgyjame turtingesnį jų pagrindinio vaidmens vertinimą šiuolaikinio elektroninės grandinės projekto srityje.Pirmiausia atkreipkime dėmesį į neigiamų atsiliepimų pranašumus.Tai žaidimų keitiklis: neigiami atsiliepimai iš esmės palaiko stabilumą ir tikslumą grandinėse, mažinant padidėjimą.Pavyzdžiui, apsvarstykite veiklos stiprintuvą.Neigiamas grįžtamasis ryšys yra stiprus įrankis, dramatiškai sumažinantis išvesties varžą, tuo pačiu padidinant įvesties varžą.Šis dvigubas veiksmas tiksliai sureguliuoja grandinės reakcijos charakteristikas.Šis patobulinimas yra dvejopas: jis ne tik padidina grandinės našumą, bet ir nepaprastai sušvelnina temperatūros svyravimų ir prietaisų senėjimo poveikį grandinės efektyvumui.

Dabar naršykime invertimo ir neverčiamosios stiprintuvo topologijų painiavą.Invertuojantys stiprintuvai, žinomi dėl savo 180 laipsnių fazės inversijos tarp įvesties ir išvesties signalų, yra neatsiejama garso sistemų ir signalo apdorojimo metu.Paimkite garso stiprintuvus kaip pavyzdį;Apvertimo stiprintuvai padeda pateikti nesugadintą, išmetimo išmetimo signalą, taip padidindami garso kokybę.Kita vertus, neinviliojami stiprintuvai vaidina lemiamą vaidmenį gaunant duomenų gavimą ir jutiklio sąsajas, nes jų fazę suderintas įvestis ir išvestis.Jie puikiai tinka sutrumpinant signalo kelius ir sutrumpina triukšmo trukdžius, o tai, savo ruožtu, sustiprina sistemos signalo ir triukšmo santykį.

Iš esmės šios pagrindinės elektroninės grandinės projekto žinios ne tik gilina mūsų supratimą apie grandinių principus;Tai sukuria tvirtą efektyvių, mažai triukšmo ir pritaikomų elektroninių sistemų kūrimo platformą.Išsamus šių koncepcijų suvokimas suteikia elektroniniams dizaineriams didelę drobę naujovėms, skatinančioms nuolatinį elektroninių technologijų pažangą.