سلسلة الإشارات

وصف

1. مكبر الصوت التشغيلي IC (الدائرة المتكاملة لمكبرات الصوت التشغيلية) عبارة عن دائرة متكاملة ذات قدرة تضخيم عالية للغاية. فهو يتحكم في سلوك التضخيم الدقيق من خلال مكونات ردود الفعل المتصلة خارجيًا (مثل المقاومات والمكثفات)، وبالتالي تحقيق العمليات الرياضية وتضخيم الإشارات التناظرية.

يمكنك التفكير في الأمر على أنه "الصندوق الأسود للتضخيم القابل للبرمجة" أو "مضاعف العالم التناظري".إنها قوية من تلقاء نفسها، لكن سلوكها يتحدد بالكامل بواسطة دوائر خارجية.

2. كيف يعمل؟ - "المضخم التشغيلي المثالي" والقاعدة الذهبية

لفهم سلوك مكبرات الصوت التشغيلية، حدد المهندسون أولاً "النموذج المثالي" ولخصوا قاعدتين ذهبيتين، مما جعل تحليل الدوائر بسيطًا للغاية.

يتميز مكبر الصوت التشغيلي المثالي بعدة خصائص رئيسية:

1. كسب لا نهائي للحلقة المفتوحة: يكون عامل التضخيم لانهائيًا في حالة عدم وجود ردود فعل خارجية.

2. مقاومة الإدخال اللانهائية: لا تتطلب محطة الإدخال أي تيار، كما لو كانت مفصولة.

3. مقاومة الإخراج صفر: يمكن للإخراج أن يدفع أي حمل دون خسارته.

4. نطاق ترددي غير محدود: يمكن تضخيم الإشارات من أي تردد.

وبناء على هذه الخصائص المثالية، لدينا قاعدتان ذهبيتان لتحليل جميع دوائر التطبيق الخطية لمكبر الصوت التشغيلي تقريبًا:

5. افتراضي قصير: فرق الجهد بين مدخلي مضخم التشغيل هو صفر.

إنه: الخامس+ ≈ الخامس-

سبب: نظرًا لأن كسب الحلقة المفتوحة لا نهائي، فحتى فرق الجهد الصغير للغاية عند الإدخال سيتم تضخيمه إلى ما لا نهاية، مما يؤدي إلى تشبع الخرج. لكي يعمل مكبر الصوت التشغيلي في المنطقة الخطية (قيم الخرج المحدودة)، يجب على الدائرة أن تجبر الفولتية عند المدخلين على أن تكون قريبة بشكل لا نهائي من خلال ردود فعل سلبية.

6. فاصل كاذب: التيار المتدفق إلى مدخلي مكبر الصوت التشغيلي هو صفر.

إنه: أنا + = أنا - = 0

سبب: نظرًا لأن مقاومة الإدخال لا نهائية، فإن التيار ببساطة لا يمكن أن يتدفق إلى طرف الإدخال.

وتذكر أن "القصر الافتراضي" و"الانقطاع الافتراضي" ظواهر ونتائج وليست خصائص فيزيائية. السبب الجذري هو "ردود الفعل السلبية" و"المكاسب العالية".

ثالثا. المعلمات الرئيسية للمضخمات التشغيلية (ما الذي يجب النظر إليه في الاختيار الفعلي؟)

إن مضخم التشغيل الفعلي IC ليس جهازًا مثاليًا، والنماذج المختلفة لها تركيزات مختلفة على الأداء. كمكون إلكتروني، تشمل معالمه الرئيسية ما يلي:

4. التطبيقات الرئيسية لمضخمات العمليات (ماذا يمكنها أن تفعل؟)

من خلال مزاوجة المكونات الخارجية المختلفة، يمكن لمكبر الصوت التشغيلي تحقيق وظائف لا تعد ولا تحصى، بما في ذلك بشكل رئيسي:

1. دائرة التضخيم:

مكبر للصوت عكس: يتم عكس إشارة الإخراج من إشارة الإدخال.

مضخم غير مقلوب: تكون إشارة الخرج في الطور مع إشارة الدخل.

مكبر للصوت التفاضلي: يعمل على تضخيم الفرق بين إشارتي دخل ويمنع إشارات الوضع المشترك.

2. عمليات الإشارة (أصل الاسم):

الأفعى: ينفذ الجمع المرجح على إشارات الإدخال المتعددة.

التكامل/التمايز: ينفذ عمليات التكامل أو التمايز على إشارة الدخل.

المقارنة: عندما يكون مضخم التشغيل في حالة الحلقة المفتوحة (بدون ردود فعل)، فإنه يقارن بين مقادير جهدين دخلين ويخرج مستوى مرتفعًا أو منخفضًا.

3. معالجة الإشارات:

المرشحات: من خلال الجمع بين المقاومات والمكثفات، فإنها تشكل مرشحات نشطة مثل التمرير المنخفض، والتمرير العالي، وتمرير النطاق، وما إلى ذلك.

تابع الجهد: استخدام ردود فعل سلبية بنسبة 100% لتحقيق المدخلات والمخرجات المتساوية. وهو يتمتع بممانعة إدخال عالية للغاية ومقاومة خرج منخفضة للغاية، وغالبًا ما يستخدم في التخزين المؤقت للعزل لمنع الدائرة اللاحقة من التأثير على مصدر الإشارة الهش للمرحلة السابقة.

4. تحويل الإشارة:

محول الرابع: يحول الإشارات الحالية الناتجة عن الثنائيات الضوئية، وما إلى ذلك إلى إشارات الجهد.

تصحيح الدقة: تحقيق تصحيح بلا فقدان لإشارات التيار المتردد.

ملخص

مضخم تشغيلي IC يمكن تعريفها بدقة على النحو التالي:

تعد الدائرة المتكاملة ذات المدخلات التفاضلية ذات الكسب العالي والمقترنة بالتيار المستمر والتي يتم التحكم بدقة في قدرتها على تضخيم الجهد من خلال شبكة ردود فعل سلبية خارجية مكونًا أساسيًا لتضخيم الإشارة التناظرية والتشغيل والتكييف والتصفية. إنه جسر لا غنى عنه يربط بين أجهزة الاستشعار والعالم التناظري والأنظمة الرقمية مثل ADCs وMCUS.