Operationsverstärker-IC (Operational Amplifier OP-AMP)

Operationsverstärker-ICs (Op-Amp ICs) werden zur Verstärkung schwächerer Spannungen und Ströme eingesetzt.

Beispielsweise ist der Ausgang eines Signalgenerators ein Strom von 10 Mikroampere mit einer Schwingung von 3 Volt, aber unsere Schaltung benötigt ein 3-Volt-Signal mit einem Strom von 3 Milliampere. Durch den Einsatz eines Operationsverstärkers stellen wir den erforderlichen Strom bereit, ohne dass wir Änderungen an der Signalspannung vornehmen müssen.

***““Elektronik-, Programmier- und Arduino-Projekte, einschließlich Quellcodes, Schaltpläne und PCB-Pläne für Ingenieure, Studenten und Bastler““***

Struktur eines Operationsverstärker-ICs

In den vorherigen Artikeln habe ich die ICs (integrierte Schaltkreise) vorgestellt, und hier werde ich über die interne Struktur/Schaltung des OP-Verstärker-IC LM741 sprechen.

Die Leistung anderer Operationsverstärker-ICs ist im Allgemeinen gleich.

Wir beginnen mit der Pin-Reihenfolge dieses ICs:

Das schematische Diagramm dieses Operationsverstärkers ist im Folgenden dargestellt:

Pin 8 ist NC, was bedeutet, dass er nirgendwo angeschlossen werden sollte. Pin 1 ist der versetzte Pin, den wir im Allgemeinen nicht benötigen.

Auch in den vereinfachten/konzeptuellen Schaltplänen müssen die Stromversorgungspins (4 und 7) nicht gezeichnet werden.

Die Hauptaufgabe dieses IC besteht darin, mathematische Operationen an den Signalen durchzuführen, aber aufgrund der interessanten Eigenschaften dieses ICs kann er auch als Oszillator verwendet werden.

Die IC-Pins

7 (Vcc+) und 4 (Vcc-/Vss/GND): Diese Pins beziehen sich auf die IC-Stromversorgung. Die beste Spannung für LM741 liegt zwischen 9 V und 20 V.

3 (IN+): Die Eingangsspannung dieses Pins wird mit der gleichen Phase vom Ausgangspin ausgegeben. Dieser Eingangspin wird auch „Derselbe Phaseneingang“ genannt.

2 (IN-): Die Eingangsspannung dieses Pins wird mit umgekehrter Phase vom Ausgangspin ausgegeben. Dieser Eingangspin wird auch „Phasenschiebereingang“ genannt.

6 (Ausgang): Hier erscheint das Ergebnis des an den anderen Pins anliegenden Signals.

Schauen wir uns nun den Schaltplan des internen Schaltkreises dieses ICs an:

Nachdem Sie die obige Schaltung analysiert haben (tun Sie dies unbedingt), werden Sie feststellen, dass Pin 3 keine Rolle für den Ausgang spielt, wenn Pin 2 ausgeschaltet ist.

Wenn der IC mit Strom versorgt wird, reduziert Pin 2 den voreingestellten Ausgang des IC.

Die Aufgabe von Pin 3 besteht lediglich darin, die Eingangsspannung von Pin 2 an den Ausgang zu senden, wodurch der reduzierte Ausgang ansteigt.

Wenn der IC perfekt symmetrisch ist und die Eingangsspannungen gleich sind, hat der Ausgang die gleiche Spannung wie wenn kein Pin angeschlossen ist.

Um dies besser zu verstehen, probieren Sie verschiedene Spannungen an den Eingängen aus und messen Sie die Ausgangsspannung eines LM741CN-ICs mit einem Multimeter.

Wechselstromsignale und der Operationsverstärker

Angenommen, 2 V werden auf einer Route weitergeleitet und wir reduzieren sie mit diesem IC um die Hälfte. Jetzt haben wir einen 1-V-Ausgang. Wenn der Eingang 3 Volt beträgt, beträgt der Ausgang 1,5 Volt.

Beim Wechselsignal ist es dasselbe.

Wenn unser Ziel darin besteht, ein Signal zu verstärken, werden alle seine Punkte mit dem Verstärkungsfaktor multipliziert und in der Ausgabe angezeigt.

Mathematische Operationen an Spannungen werden vom Operationsverstärker-IC durchgeführt.

Rückkopplung (feedback)

Eine Rückkopplung ist eine Situation, in der einer der Eingangspins der Komponente von ihrem Ausgang gespeist wird.

Verbinden Sie beispielsweise in einem Operationsverstärker den Ausgangspin mit dem Phasenschiebereingang (entweder direkt oder mit einem Widerstand).

Durch die Verwendung von Feedback können Sie eine Logik über die Spannung zwischen den Pins erreichen, welche der Feedback-Anordnungen in der folgenden Schaltung vorliegt:

Gain = 1 + R1/R2

Wenn die Eingangsspannung des Phasenschiebers verringert wird, wird natürlich auch die Wirkung der Spannungsverstärkung verringert, und wenn sein Strom verringert wird, wird die Spannungsverstärkung aufgrund des hohen Widerstands des Eingangspins sehr hoch sein.

Mithilfe dieser Eigenschaft können mathematische Schaltkreise wie Addierer, Multiplikator, Subtrahierer, Integrator, Ableitung und viele andere Schaltkreise erstellt werden.

Spannungsfolger / Puffer (Voltage follower / buffer)

Wenn R1 0 Ohm hat (Kurzschluss) und wir R2 entfernen, wird die resultierende Schaltung als Spannungsfolger bezeichnet.

In diesem Fall ist die Ausgangsspannung gleich der Eingangsspannung, der Strom wird jedoch verstärkt.

• Das wichtigste Merkmal des Ausgangs des Operationsverstärker-ICs ist in diesem Fall seine Stromstabilität. Wird der Eingang schwach, bleibt der Ausgang nahezu konstant.

Filter

Wenn Sie nach LM741CN einen 330-Ohm-Widerstand einsetzen, können Sie davon ausgehen, dass der Ausgangswiderstand 1000 Ohm beträgt. Wenn der Widerstand nach dem IC mehr als 3300 Ohm beträgt, entspricht der Ausgangswiderstand des IC der gleichen Anzahl an Widerständen nach dem IC.

Der OP-Amp vereinfachte die Berechnungen. Zur einfacheren Berechnung können Sie auch einen Transistorverstärker verwenden.

Die obige Schaltung ist eine Mittelpassfilterschaltung, die auf eine Frequenz von 1000 Hz eingestellt ist und mit der Stromverstärkungsfunktion dieses ICs ausgestattet ist.

Es ist besser, einen Lastwiderstand für den positiven Eingang des IC zu verwenden.

Signalverstärkerschaltung

In der folgenden Schaltung wird der erzeugte Signalstrom in VG1 verstärkt: