Amplificador operativo: circuitos de conmutación, principio de funcionamiento. Circuito amplificador en un amplificador operacional de un amplificador no inversor. El circuito del amplificador de una tensión de una corriente continua en el amplificador operacional

El artículo considerará el circuito amplificador estándar en el amplificador operacional, así como ejemplos de varios modos de funcionamiento de este dispositivo. Hasta la fecha, ningún dispositivo de control puede prescindir del uso de amplificadores operacionales. Estos son verdaderamente dispositivos universales que le permiten realizar varias funciones con una señal. Acerca de cómo funciona y qué específicamente le permite hacer este dispositivo, lo descubrirás más adelante.

Invertir amplificadores

El circuito del amplificador inversor en el amplificador operacional es bastante simple, se puede ver en la imagen. Se basa en el amplificador operacional (sus esquemas de inclusión se discuten en este artículo). Además, aquí:

1. En la resistencia R1 está presente la caída de tensión, en su valor es la misma que la entrada.
2. La resistencia R2 también tiene una caída de tensión – es la misma que la tensión de salida.

En este caso, la relación de la tensión de salida a la resistencia R2 es igual a la relación de la tensión de entrada a R1, pero de vuelta al mismo por el signo. Conociendo la resistencia y el voltaje, puede calcular la ganancia. Para ello, es necesario dividir la tensión de salida en una tensión de entrada. Al mismo tiempo, el amplificador operacional (sus circuitos de conmutación puede ser cualquiera) puede tener la misma ganancia independientemente del tipo.

Trabajo de retroalimentación

Ahora necesitamos analizar más detalladamente un punto clave: el trabajo de retroalimentación. Supongamos que hay algo de voltaje en la entrada. Para simplificar los cálculos tomamos su valor igual a 1 V. Supongamos también que R1 = 10 kΩ, R2 = 100 kOhm.

Y ahora supongamos que ha surgido alguna situación imprevista, por lo que el voltaje se fijó a 0 V a la salida de la cascada Entonces vemos una imagen interesante: dos resistencias empiezan a funcionar en parejas, juntas crean un divisor de tensión. A la salida de la cascada inversora, se mantiene al nivel de 0,91 V. En este caso, el amplificador operacional permite fijar el error en las entradas, ya la salida hay una disminución de la tensión. Por lo tanto, es muy sencillo diseñar un circuito en amplificadores operacionales que implemente la función de un amplificador de señal desde un sensor, por ejemplo.

Y este cambio continuará hasta el mismo tiempo hasta que se establezca el valor estable de 10 V. En este momento los potenciales en las entradas del amplificador operacional serán iguales. Y serán iguales que el potencial de la tierra. Por otro lado, si el voltaje continúa disminuyendo en la salida del dispositivo, y será menor que -10 V, el potencial en la entrada será menor que el del suelo. La consecuencia de esto es que el voltaje comienza a aumentar en la salida.

Este circuito tiene un gran inconveniente: la impedancia de entrada es muy pequeña, especialmente para amplificadores con un gran valor de la ganancia de tensión, en el caso de que el circuito de retroalimentación esté cerrado. Y la estructura considerada más lejos está desprovista de todos estos inconvenientes.

Amplificador sin inversión

La figura muestra el circuito del amplificador no inversor en el amplificador operacional. Después de analizarlo, podemos sacar varias conclusiones:

1. El valor de tensión UA es igual al voltaje de entrada.
2. La tensión UA, que es igual a la relación del producto de la tensión de salida y R1 a la suma de las resistencias R1 y R2, se elimina del divisor.
3. En el caso de que UA sea igual en valor a la tensión de entrada, la ganancia es igual a la relación de la tensión de salida a la tensión de entrada (o es posible añadir unidad a la relación de resistencia R2 y R1).

Este diseño se denomina amplificador no inversor, tiene una impedancia de entrada casi infinita. Por ejemplo, para los amplificadores operacionales de la serie 411 su valor es 1012 Ohm, el mínimo. Y para amplificadores operacionales en transistores semiconductores bipolares, por regla general, más de 108 ohmios. Pero la impedancia de salida de la cascada, así como en el esquema previamente considerado, es muy pequeña – la fracción de ohmio. Y esto debe tenerse en cuenta al calcular los circuitos en amplificadores operacionales.

Circuito amplificador de CA

Ambos circuitos considerados en el artículo anterior trabajan en corriente continua. Pero si la corriente alterna actúa como una conexión entre la fuente de señal de entrada y el amplificador , será necesario proporcionar tierra para la corriente en la entrada del dispositivo. Y hay que prestar atención al hecho de que el valor actual es extremadamente pequeño en magnitud.

En el caso de que se produzca la amplificación de las señales de CA, es necesario reducir la ganancia de la señal constante a la unidad. Esto es especialmente cierto para casos en los que la ganancia de voltaje es muy alta. Debido a esto, es posible reducir significativamente el efecto de la tensión de cizallamiento, que se aplica a la entrada del dispositivo.

El segundo ejemplo de un circuito para trabajar con una tensión alterna

En este circuito, a un nivel de -3 dB, se puede ver una frecuencia de 17 Hz. Tiene una impedancia de condensador de 2 kilos. Por lo tanto, el condensador debe ser lo suficientemente grande.

Para construir un amplificador de CA, es necesario utilizar un tipo de circuito no inversor en los amplificadores operacionales. Y debe tener una ganancia de voltaje suficientemente grande. Pero el condensador puede ser demasiado grande, por lo que es mejor dejar de usarlo. Es cierto que es necesario seleccionar correctamente la tensión de cizalla, equiparándola a cero en valor. Y puede aplicar un divisor en forma de T y aumentar las resistencias de ambas resistencias en el circuito.

Qué esquema es preferible usar

La mayoría de los desarrolladores dan su preferencia a los amplificadores no inversores, ya que tienen una impedancia muy alta en la entrada. Se descuidan esquemas de negligencia del tipo inversor. Pero este último tiene una gran ventaja – no es exigente para el amplificador operacional en sí, que es su "corazón".

Además, las características, de hecho, es mucho mejor. Y con la ayuda de una toma de tierra imaginaria, usted puede combinar todas las señales sin esfuerzo especial, y no ejercer ninguna influencia el uno en el otro. Se puede utilizar en los diseños y el circuito del amplificador de corriente continua en el amplificador operacional. Todo depende de las necesidades.

Y lo último es el caso, si todo el circuito, considerado aquí, está conectado a la salida estable de otro amplificador operacional. En este caso, el valor de la impedancia en la entrada no juega un papel importante – al menos 1 kOhm, al menos 10, aunque infinito. En este caso, la primera etapa siempre realiza su función con respecto a la siguiente.

Circuito del repetidor

Un repetidor opera sobre un amplificador operacional similar a un emisor construido sobre un transistor bipolar. Y realiza funciones similares. De hecho, es un amplificador no inversor, en el que la resistencia de la primera resistencia es infinitamente grande, mientras que la segunda resistencia es cero. La ganancia es unidad.

Hay tipos especiales de amplificadores operacionales que se utilizan en la tecnología sólo para circuitos de repetidor. Tienen características mucho mejores – por regla general, esto es de alta velocidad. Como ejemplo, podemos mencionar amplificadores operacionales tales como OPA633, LM310, TL068. Este último tiene un cuerpo, como un transistor, así como tres terminales. Muy a menudo tales amplificadores se llaman simplemente amortiguadores. El hecho es que tienen las propiedades de un aislador (impedancia de entrada muy alta y salida extremadamente baja). Aproximadamente por este principio, también se construye el circuito del amplificador de corriente en el amplificador operacional.

Modo de funcionamiento activo

De hecho, se trata de un modo de funcionamiento en el que las salidas y entradas del amplificador operacional no están sobrecargadas. Si se aplica una señal muy grande a la entrada del circuito, entonces a la salida simplemente comenzará a cortar de acuerdo con el nivel de voltaje del colector o emisor. Pero cuando la tensión de salida se fija en el nivel de corte – en las entradas del amplificador operacional, el voltaje no cambia. En este caso, el span no puede ser mayor que la tensión de alimentación del amplificador.

La mayoría de los circuitos de los amplificadores operativos se calculan de tal manera que este rango es menor que la tensión de alimentación en 2 V. Pero todo depende de qué circuito amplificador particular se utilice en el amplificador operacional. También hay una limitación en la estabilidad de una fuente de corriente basada en un amplificador operacional.

Supongamos que hay una caída de tensión en una fuente con carga flotante. Si la corriente tiene una dirección normal de movimiento, puede encontrar una carga extraña a primera vista. Por ejemplo, varias baterías re-polarizadas. Tal diseño puede utilizarse para obtener una corriente de carga directa.

Algunas precauciones

Un amplificador de voltaje simple en el amplificador operacional (el circuito se puede elegir cualquiera) se puede hacer literalmente "en la rodilla". Pero hay que tener en cuenta algunas características. Es necesario asegurarse de que la retroalimentación en el esquema es negativa. Esto también significa que es inaceptable confundir las entradas no inversora e inversora del amplificador. Además, debe haber un bucle de retroalimentación para corriente continua. De lo contrario, el amplificador operativo cambiará rápidamente al modo de saturación.

En la mayoría de los amplificadores operacionales, el voltaje diferencial de entrada es muy pequeño en valor. En este caso, la diferencia máxima entre las entradas no inversora e inversora puede limitarse a un valor de 5 V para cualquier conexión de fuente de alimentación. Si se ignora esta condición, aparecerán en la entrada valores más grandes de corrientes, lo que conducirá al hecho de que todas las características del circuito se deteriorarán.

Lo más terrible en esto es la destrucción física del propio amplificador operacional. Como resultado, el circuito amplificador del amplificador operacional deja de funcionar completamente.

Considere

Y, por supuesto, necesitamos hablar de reglas que merecen la pena observar para asegurar un funcionamiento estable y duradero del amplificador operacional.

Lo más importante, el amplificador operacional tiene una ganancia de voltaje muy alto. Y si el voltaje entre las entradas cambia a una fracción de milivoltios, la salida puede cambiar significativamente en la salida. Por lo tanto, es importante saber: en el amplificador operacional, la salida intenta esforzarse para asegurar que entre las entradas la diferencia de voltaje es cercana (idealmente igual) a cero.

La segunda regla es que el consumo de corriente por el amplificador operacional es extremadamente pequeño, literalmente nanoamperios. Si las entradas son transistores de efecto de campo, entonces se calcula mediante picoamperios. Por lo tanto se puede concluir que las entradas no consumen corriente, no importa qué amplificador operacional se utiliza, el circuito – el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo.

Pero no creo que los Op-Amps cambien constantemente las entradas en las entradas. Físicamente, esto es casi imposible, ya que no habría correspondencia con la segunda regla. Debido al amplificador operacional, se evalúa el estado de todas las entradas. Mediante el circuito de la conexión externa inversa, la tensión se transfiere a la entrada desde la salida. El resultado es que entre las entradas del amplificador operacional la diferencia de tensión está en el nivel cero.

El concepto de retroalimentación

Esta es una noción común, y ya se está aplicando en un sentido amplio en todas las áreas de la tecnología. En cualquier sistema de control, hay una retroalimentación que compara la señal de salida y el valor especificado (referencia). Dependiendo de qué valor es actual – hay un ajuste en la dirección correcta. Y el sistema de control puede ser cualquier cosa, incluso un coche que se pasea por el camino.

El conductor presiona los frenos, y la retroalimentación aquí es el comienzo de la desaceleración. Por analogía con un ejemplo tan simple, puede comprender mejor la retroalimentación en circuitos electrónicos. Y la retroalimentación negativa es si el coche aceleró cuando el pedal de freno se deprimió.

En la electrónica, la realimentación es el proceso durante el cual la señal se transmite desde la entrada a la entrada. En este caso, la señal en la entrada también se cancela. Por un lado, esta no es una idea muy sensata, porque puede parecer que el factor de ganancia disminuirá significativamente. Esta retroalimentación, por cierto, fue recibida por los fundadores del desarrollo de retroalimentación en la electrónica. Pero vale la pena examinar con más detalle su efecto sobre los amplificadores operacionales – esquemas prácticos a considerar. Y queda claro que realmente reduce ligeramente la ganancia, pero nos permite mejorar ligeramente los otros parámetros:

1. Suavizar las características de frecuencia (las conduce al requerido).
2. Le permite predecir el comportamiento del amplificador.
3. Puede eliminar la no linealidad y la distorsión de la señal.

Cuanto más profunda es la retroalimentación (es sobre lo negativo), menor es la influencia que se ejerce sobre el amplificador de la característica con el sistema operativo abierto. El resultado: todos sus parámetros dependen sólo de las propiedades del circuito.

Cabe señalar que todos los amplificadores operacionales funcionan en un modo con retroalimentación muy profunda. Un factor de ganancia de tensión (con su bucle abierto) puede llegar incluso a unos pocos millones. Por lo tanto, el circuito amplificador en el amplificador operacional es extremadamente exigente de observar todos los parámetros de potencia y el nivel de la señal de entrada.