Цепочка сигналов

Описание

1. IC операционного усилителя (интегральная схема операционных усилителей) представляет собой интегральную схему с чрезвычайно высокой способностью усиления. Он контролирует точную характеристику усиления посредством внешних подключенных компонентов обратной связи (таких как резисторы и конденсаторы), тем самым выполняя математические операции и усиливая аналоговые сигналы.

Вы можете думать об этом как о «черный ящик программируемого усиления» или «умножитель аналогового мира».Он мощный сам по себе, но его поведение полностью определяется внешними цепями.

2. Как это работает? -- «Идеальный операционный усилитель» и золотое правило

Чтобы понять поведение операционных усилителей, инженеры сначала определили «идеальную модель» и сформулировали два золотых правила, которые сделали анализ схем чрезвычайно простым.

Идеальный операционный усилитель имеет несколько ключевых характеристик:

1. Бесконечное усиление разомкнутого контура: Коэффициент усиления бесконечен при отсутствии внешней обратной связи.

2. Бесконечное входное сопротивление: Входная клемма не требует никакого тока, как если бы она была отключена.

3. Нулевой выходной импеданс: Выход может управлять любой нагрузкой без собственных потерь.

4. Неограниченная пропускная способность: Может усиливать сигналы любой частоты.

Основываясь на этих идеальных характеристиках, мы имеем два золотых правила для анализа практически всех схем линейного применения операционных усилителей:

5. Виртуальный короткометражный фильм: Разность напряжений между двумя входами операционного усилителя равна нулю.

То есть: V+ ≈ V-

Причина: Поскольку коэффициент усиления в разомкнутом контуре бесконечен, даже очень небольшая разница напряжений на входе будет усиливаться до бесконечности, что приведет к насыщению выхода. Чтобы операционный усилитель мог работать в линейной области (конечные значения выходного сигнала), схема должна заставить напряжения на двух входах быть бесконечно близкими через отрицательный отзыв.

6. Ложный прорыв: Ток, протекающий на два входа операционного усилителя, равен нулю.

То есть: Я+ = Я- = 0

Причина: Поскольку входное сопротивление бесконечно, ток просто не может течь на входную клемму.

Помните, «виртуальная кратковременность» и «виртуальное прерывание» — это явления и результаты, а не физические характеристики. Основная причина — «отрицательная обратная связь» и «высокий коэффициент усиления».

III. Ключевые параметры операционных усилителей (на что обратить внимание при реальном выборе?)

Реальная микросхема операционного усилителя не является идеальным устройством, и разные модели имеют разные характеристики производительности. Как электронный компонент, его основные параметры включают в себя:

4. Основные области применения операционных усилителей (что они могут делать?)

Сочетая различные внешние компоненты, операционный усилитель может выполнять бесчисленное множество функций, в том числе:

1. Схема усиления:

Инвертирующий усилитель: Выходной сигнал инвертируется из входного сигнала.

Неинвертирующий усилитель: Выходной сигнал находится в фазе с входным сигналом.

Дифференциальный усилитель: Усиливает разницу между двумя входными сигналами и подавляет синфазные сигналы.

2. Сигнальные операции (происхождение названия):

Сумматор: Выполняет взвешенное суммирование нескольких входных сигналов.

Интегратор/дифференциатор: Выполняет операции интегрирования или дифференцирования входного сигнала.

Компаратор: Когда операционный усилитель находится в состоянии разомкнутого контура (без обратной связи), он сравнивает величины двух входных напряжений и выдает на выходе высокий или низкий уровень.

3. Обработка сигнала:

Фильтры: Комбинируя резисторы и конденсаторы, они образуют активные фильтры, такие как ФНЧ, ВЧ, полосовой и т. д.

Повторитель напряжения: Использование 100% отрицательной обратной связи для достижения равного ввода и вывода. Он имеет чрезвычайно высокий входной импеданс и чрезвычайно низкий выходной импеданс и часто используется для изолирующей буферизации, чтобы предотвратить влияние последующей схемы на хрупкий источник сигнала предыдущего каскада.

4. Преобразование сигнала:

IV-преобразователь: преобразует сигналы тока, генерируемые фотодиодами и т. д., в сигналы напряжения.

Прецизионное исправление: Достижение выпрямления сигналов переменного тока без потерь.

Краткое содержание

Микросхема операционного усилителя можно точно определить как:

Интегральная схема с дифференциальным входом и высоким коэффициентом усиления, связанная по постоянному току, способность усиления напряжения которой точно контролируется внешней цепью отрицательной обратной связи, является фундаментальным основным компонентом для усиления, работы, формирования и фильтрации аналогового сигнала. Это незаменимый мост, соединяющий датчики, аналоговый мир и цифровые системы, такие как АЦП и MCUS.