Операционного усилителя (OP-AMP)
Микросхемы операционного усилителя (ИС ОУ) можно использовать для усиления более слабых напряжений и токов.
Например, на выходе генератора сигналов есть ток 10 микроампер с колебанием 3 В, но нашей схеме нужен сигнал 3 В с током 3 миллиампера. Используя операционный усилитель, мы обеспечиваем необходимый ток, при этом нам не нужно вносить изменения в напряжение сигнала.
Структура ИС операционного усилителя
В предыдущих статьях я представил ИС (интегральные схемы), а здесь я собираюсь поговорить о внутренней структуре/схеме ИС операционного усилителя LM741.
Характеристики других микросхем операционных усилителей в целом такие же.
Начнем с порядка выводов этой микросхемы:
Принципиальная схема этого операционного усилителя показана ниже:
Контакт 8 — NC, что означает, что его не следует никуда подключать. Контакт 1 — это смещенный контакт, который обычно нам не нужен.
Также на упрощенных/концептуальных схемах нет необходимости рисовать контакты источника питания (4 и 7).
Основная задача этой микросхемы — выполнять математические операции над сигналами, но благодаря интересным свойствам этой микросхемы ее также можно использовать в качестве генератора.
Выводы микросхемы
7 (Vcc+) и 4 (Vcc-/Vss/GND): эти контакты относятся к источнику питания микросхемы. Лучшее напряжение для LM741 составляет от 9 до 20 В.
3 (IN+): входное напряжение этого контакта будет выходить из выходного контакта с той же фазой. Этот входной контакт также называется «Вход той же фазы».
2 (IN-): входное напряжение этого контакта будет выходить из выходного контакта с обратной фазой. Этот входной контакт также называется «Вход фазовращателя».
6 (Выход/output): Здесь отображается результат подачи сигнала на другие контакты.
Теперь рассмотрим схему внутренней схемы этой микросхемы:
Проанализировав приведенную выше схему (обязательно сделайте это), вы обнаружите, что если контакт 2 отключен, контакт 3 не играет никакой роли в выходе.
Если на микросхему подается питание, контакт 2 уменьшит заданный выходной сигнал микросхемы.
Роль контакта 3 заключается только в передаче входного напряжения с контакта 2 на выход, что приводит к увеличению уменьшенного выходного сигнала.
Если микросхема идеально сбалансирована, если входные напряжения равны, на выходе будет то же напряжение, что и при отсутствии подключенных выводов.
Чтобы лучше это понять, попробуйте разные напряжения на входах и измерьте и выходное напряжение микросхемы LM741CN с помощью мультиметра.
Сигналы переменного тока и операционный усилитель
Предположим, по маршруту проходит 2 В, и мы уменьшаем его вдвое с помощью этой микросхемы, теперь у нас есть выход 1 В. Если входное напряжение становится 3 Вольт, выходное напряжение составит 1,5 Вольт.
В переменном сигнале то же самое.
Если наша цель — усилить сигнал, все его точки умножаются на коэффициент усиления и будут показаны на выходе.
Математические операции над напряжениями выполняет операционный усилитель IC.
обратная связь (feedback)
Обратная связь — это ситуация, когда на один из входных выводов компонента подается питание с его выхода.
Например, в операционном усилителе соедините выходной вывод со входом фазовращателя (напрямую или через резистор).
Используя обратную связь, вы можете определить логику напряжения между выводами, какая из схем обратной связи находится в следующей схеме:
Прирост/Gain = 1 + R1/R2
Очевидно, что если уменьшить входное напряжение фазовращателя, то уменьшится и эффект усиления напряжения, а если уменьшить его ток, то усиление напряжения будет очень большим из-за высокого сопротивления входного вывода.
Используя это свойство, можно создать математические схемы, такие как сумматор, умножитель, вычитатель, интегратор, производная и многие другие схемы.
Повторитель напряжения (буфер)
Если сопротивление R1 равно 0 Ом (короткое замыкание) и мы удалим R2, полученная схема называется повторителем напряжения.
В этом случае выходное напряжение будет равно входному, но ток будет усилен.
- Важнейшей характеристикой выхода ИС операционного усилителя в этом случае является стабильность его тока, если входной сигнал становится слабым, выходной сигнал остается практически постоянным.
Фильтры
Если после LM741CN поставить резистор сопротивлением 330 Ом, то можно считать выходное сопротивление 1000 Ом, а если сопротивление после ИМС более 3300 Ом, то выходное сопротивление ИМС будет равно такому же количеству резисторов после ИМС.
Операционный усилитель упростил расчеты. Также вы можете использовать транзисторный усилитель для облегчения расчета.
Вышеуказанная схема представляет собой схему фильтра средних частот, настроенную на частоту 1000 Гц и выполненную с функцией усиления тока этой микросхемы.
Лучше использовать нагрузочный резистор для положительного входа микросхемы.
Схема усилителя сигнала
В следующей схеме ток генерируемого сигнала в VG1 усиливается:
Автор: М. Мahdi К. Кanan — инженер по электронике и программированию полного цикла, основатель WiCardTech