Ein betrieblicher Verstärker ("Op-Ampere") ist ein Gleichstrom-verbundener hoher Gewinn elektronischer Stromspannungsverstärker mit einem Differenzialeingang und, gewöhnlich, eine einzeln beendete Produktion. Ein Op-Ampere erzeugt eine Produktionsstromspannung, die normalerweise Hunderttausende-Zeiten ist, die größer sind als der Stromspannungsunterschied zwischen seinen Eingangsterminals.

Betriebliche Verstärker hatten ihre Ursprünge in analogen Computern, wo sie in vielen geradlinigen, nichtlinearen und frequenzabhängigen Stromkreisen verwendet wurden. Eigenschaften eines Stromkreises mit einem Op-Ampere werden durch Außenbestandteile mit wenig Abhängigkeit von Temperaturänderungen oder Produktionsschwankungen im Op-Ampere selbst gesetzt, das Op-Ampere populäre Bausteine für das Stromkreis-Design macht.

Op-Ampere sind unter den am weitesten verwendeten elektronischen Geräten heute, in einer riesengroßen Reihe des Verbrauchers, industrieller und wissenschaftlicher Geräte verwendet. Viele IC Standardop-Ampere kosten nur einige Cents im gemäßigten Produktionsvolumen; jedoch können einige einheitliche oder hybride betriebliche Verstärker mit speziellen Leistungsspezifizierungen die Vereinigten Staaten von mehr als 100 $ in kleinen Mengen kosten. Op-Ampere können als Bestandteile paketiert, oder als Elemente von komplizierteren einheitlichen Stromkreisen verwendet werden.

Das Op-Ampere ist ein Typ des Differenzialverstärkers. Andere Typen des Differenzialverstärkers schließen den völlig unterschiedlichen Verstärker (ähnlich dem Op-Ampere, aber mit zwei Produktionen), der Instrumentierungsverstärker (gewöhnlich gebaut von drei Op-Ampere), der Isolierungsverstärker ein (ähnlich dem Instrumentierungsverstärker, aber mit der Toleranz zu Stromspannungen der allgemeinen Weise, die ein gewöhnliches Op-Ampere zerstören würden), und negativer Feed-Back-Verstärker (gewöhnlich gebaut von einem oder mehr Op-Ampere und einem widerspenstigen Feed-Back-Netz).

Die Macht-Versorgungsnadeln (V und V) können unterschiedlich etikettiert werden (Sieh IC Macht-Versorgungsnadeln). Trotz des verschiedenen Beschriftens bleibt die Funktion dasselbe - um zusätzliche Macht für die Erweiterung des Signals zur Verfügung zu stellen. Häufig werden diese Nadeln aus dem Diagramm für die Klarheit ausgeschlossen, und die Macht-Konfiguration wird beschrieben oder vom Stromkreis angenommen.

Stromkreis-Notation

Das Stromkreis-Symbol für ein Op-Ampere wird nach rechts, wo gezeigt:

• V: das Nichtumkehren des Eingangs
• V: das Umkehren des Eingangs
• V: Produktion
• V: positive Macht-Versorgung
• V: negative Macht-Versorgung

Operation

Die Differenzialeingänge des Verstärkers bestehen aus einem V Eingang und einem V Eingang, und ideal verstärkt das Op-Ampere nur den Unterschied in der Stromspannung zwischen den zwei, die die Differenzialeingangsstromspannung genannt wird. Die Produktionsstromspannung des Op-Amperes wird durch die Gleichung gegeben:

:

wo V die Stromspannung am Nichtumkehren-Terminal ist, V ist die Stromspannung am Umkehren-Terminal, und A ist die offene Schleifenverstärkung des Verstärkers (der Begriff "offene Schleife" bezieht sich auf die Abwesenheit einer Feed-Back-Schleife von der Produktion bis den Eingang).

Der Umfang von A ist — 10,000 oder mehr für einheitliche Stromkreis-Op-Ampere — und deshalb sogar ein ziemlich kleiner Unterschied zwischen V und V Laufwerken die Verstärker-Produktion fast zur Versorgungsstromspannung normalerweise sehr groß. Das wird Sättigung des Verstärkers genannt. Der Umfang von A wird vom Fertigungsverfahren nicht gut kontrolliert, und so ist es unpraktisch, um einen betrieblichen Verstärker als ein eigenständiger Differenzialverstärker zu verwenden. Ohne negatives Feed-Back, und vielleicht mit dem positiven Feed-Back für die Regeneration handelt ein Op-Ampere als ein comparator. Wenn der Umkehren-Eingang am Boden (0 V) direkt oder durch einen Widerstand gehalten wird, und die Eingangsstromspannung V angewandt auf den Nichtumkehren-Eingang positiv ist, wird die Produktion positiv sein maximal; wenn V negativ ist, wird die Produktion maximale Verneinung sein. Da es kein Feed-Back von der Produktion bis jeden Eingang gibt, ist das ein offener Schleife-Stromkreis, der als ein comparator handelt. Der Gewinn des Stromkreises ist gerade der A, R reduziert den Gewinn. Gleichgewicht wird gegründet, wenn V gerade genügend ist, um ringsherum zu reichen und den Umkehren-Eingang zu derselben Stromspannung wie V "zu ziehen". Die Spannungsverstärkung des kompletten Stromkreises wird durch 1 + R/R bestimmt. Als ein einfaches Beispiel, wenn V = 1 V und R = R, V 2 V, der Betrag sein wird, der erforderlich ist, V an 1 V zu behalten. Wegen des Feed-Backs, das durch R, R das zur Verfügung gestellt ist, ist ein Stromkreis des geschlossenen Regelkreises. Sein gesamter Gewinn V / V wird den Gewinn des geschlossenen Regelkreises A genannt. Weil das Feed-Back negativ ist, in diesem Fall ist A weniger als des Op-Amperes.

Eine andere Weise, darauf zu schauen, soll zwei relativ gültige Annahmen machen: Ein, dass, wenn ein Op-Ampere in der geradlinigen Weise, dem Unterschied in der Stromspannung zwischen dem Nichtumkehren (+) Nadel und dem Umkehren bedient wird (-), Nadel so klein ist, um unwesentlich betrachtet zu werden. Die zweite Annahme ist, dass der Eingangsscheinwiderstand sowohl an + als auch an - Nadeln (mindestens mehrere megohms mit modernen Op-Ampere) äußerst hoch ist. So, wenn der Stromkreis nach rechts als ein nichtumkehrender geradliniger Verstärker bedient wird, wird Vin an + und - Nadeln erscheinen und einen Strom i durch Vin/Rg gleichen Rg schaffen. Da das aktuelle Gesetz von Kirchoff feststellt, dass derselbe Strom einen Knoten verlassen muss, wie darin, und seit dem Scheinwiderstand in eingehen - ist Nadel nahe Unendlichkeit, wir können die überwältigende Mehrheit desselben Stroms i Reisen durch Rf annehmen, eine Produktionsstromspannung schaffend, die Vin + i*Rf gleich ist. Indem wir Begriffe verbinden, können wir den Gewinn dieses besonderen Typs des Stromkreises leicht bestimmen.

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Op-Ampere-Eigenschaften

Ideale Op-Ampere

Wie man

gewöhnlich betrachtet, hat ein ideales Op-Ampere die folgenden Eigenschaften, und, wie man betrachtet, halten sie für alle Eingangsstromspannungen:

• Unendliche offene Schleifenverstärkung (wenn man theoretische Analyse tut, eine Grenze kann als offene Schleifenverstärkung A genommen werden geht zur Unendlichkeit).
• Unendliche Stromspannungsreihe, die an der Produktion verfügbar ist (in der Praxis werden die von der Produktion verfügbaren Stromspannungen durch die Versorgungsstromspannungen und beschränkt). Die Macht-Versorgungsquellen werden Schienen genannt.
• Unendliche Bandbreite (d. h., wie man betrachtet, ist die Frequenzumfang-Antwort überall mit der Nullphase-Verschiebung flach).
• Unendlicher Eingangsscheinwiderstand (so, im Diagramm, und Nullstrom fließt von in).
• Nulleingangsstrom (d. h., dort wird angenommen, keine Leckage zu sein oder Strom ins Gerät zu beeinflussen).
• Nulleingang hat Stromspannung ausgeglichen (d. h., wenn die Eingangsterminals shorted sind, so dass die Produktion ein virtueller Boden oder ist).
• Unendlich hat Rate ermordet (d. h. die Rate der Änderung der Produktionsstromspannung ist unbegrenzt), und Macht-Bandbreite (volle Produktionsstromspannung und Strom, der an allen Frequenzen verfügbar ist).
• Nullproduktionsscheinwiderstand (d. h., so dass sich Produktionsstromspannung mit dem Produktionsstrom nicht ändert).
• Nullgeräusch.
• Unendliches Verwerfungsverhältnis der Allgemeinen Weise (CMRR).
• Unendliches Macht-Versorgungsverwerfungsverhältnis für beide Macht-Versorgungsschienen.

Diese Ideale können durch die zwei "goldenen Regeln" zusammengefasst werden:

:I. Die Produktion versucht zu tun, was auch immer notwendig ist, um den Stromspannungsunterschied zwischen der Eingangsnull zu machen.

:II. Die Eingänge ziehen keinen Strom.

Die erste Regel gilt nur im üblichen Fall, wo das Op-Ampere in einem Design des geschlossenen Regelkreises verwendet wird (negatives Feed-Back, wo es einen Signalpfad von etwas Sorte-Fütterung zurück von der Produktion bis den Umkehren-Eingang gibt). Diese Regeln werden als eine gute erste Annäherung allgemein verwendet, um Op-Ampere-Stromkreise zu analysieren oder zu entwerfen.

In der Praxis kann keines dieser Ideale vollkommen begriffen werden, und verschiedene Mängel und Kompromisse müssen akzeptiert werden. Abhängig von den Rahmen von Interesse kann ein echtes Op-Ampere modelliert werden, um einige der nichtunendlichen oder Nichtnullrahmen mit gleichwertigen Widerständen und Kondensatoren im Op-Ampere-Modell in Betracht zu ziehen. Der Entwerfer kann dann die Effekten von diesen unerwünschte aber echte, Effekten in die gesamte Leistung des Endstromkreises einschließen. Einige Rahmen können sich erweisen, unwesentliche Wirkung auf die Konstruktion zu haben, während andere wirkliche Beschränkungen der Endleistung vertreten, die bewertet werden muss.

Echte Op-Ampere

Echte Op-Ampere unterscheiden sich vom idealen Modell in der verschiedenen Hinsicht.

Gleichstrom-Schönheitsfehler

Echte betriebliche Verstärker leiden unter mehreren nichtidealen Effekten:

Begrenzter Gewinn

:Open-Schleifenverstärkung ist im idealen betrieblichen Verstärker unendlich, aber in echten betrieblichen Verstärkern begrenzt. Typische Geräte stellen Gleichstrom-Gewinn der offenen Schleife im Intervall von 100,000 zur mehr als 1 Million aus. So lange die Schleifenverstärkung (d. h., das Produkt der offenen Schleife und Feed-Back-Gewinne) sehr groß ist, wird der Stromkreis-Gewinn völlig durch den Betrag des negativen Feed-Backs bestimmt (d. h. es wird der offenen Schleifenverstärkung unabhängig sein). In Fällen, wo Gewinn des geschlossenen Regelkreises sehr hoch sein muss, wird der Feed-Back-Gewinn sehr niedrig sein, und der niedrige Feed-Back-Gewinn verursacht niedrige Schleifenverstärkung; in diesen Fällen wird der betriebliche Verstärker aufhören, sich ideal zu benehmen.

Begrenzte Eingangsscheinwiderstände

Der:The-Differenzialeingangsscheinwiderstand des betrieblichen Verstärkers wird als der Scheinwiderstand zwischen seinen zwei Eingängen definiert; der Eingangsscheinwiderstand der allgemeinen Weise ist der Scheinwiderstand von jedem Eingang, um sich zu gründen. Betriebliche Verstärker des MOSFET-Eingangs haben häufig Schutzstromkreise, dass effektiv kurzer Stromkreis irgendwelche Eingangsunterschiede, die größer sind als eine kleine Schwelle, so kann der Eingangsscheinwiderstand scheinen, in einigen Tests sehr niedrig zu sein. Jedoch, so lange diese betrieblichen Verstärker in einem typischen hohen Gewinn negative Feed-Back-Anwendung verwendet werden, werden diese Schutzstromkreise untätig sein. Die Eingangsneigung und Leckage-Ströme, die unten beschrieben sind, sind ein wichtigerer Designparameter für typische betriebliche Verstärker-Anwendungen.

Nichtnullproduktionsscheinwiderstand

:Low-Produktionsscheinwiderstand ist für niederohmige Lasten wichtig; für diese Lasten wird der Spannungsabfall über den Produktionsscheinwiderstand des Verstärkers bedeutend sein. Folglich beschränkt der Produktionsscheinwiderstand des Verstärkers die maximale Macht, die zur Verfügung gestellt werden kann. In Konfigurationen mit einem Stromspannung fühlenden negativen Feed-Back wird der Produktionsscheinwiderstand des Verstärkers effektiv gesenkt; so, in geradlinigen Anwendungen, stellen Op-Ampere gewöhnlich einen sehr niedrigen Produktionsscheinwiderstand tatsächlich aus. Negatives Feed-Back kann jedoch die Beschränkungen nicht reduzieren, die R in Verbindung mit R auf den maximalen und minimalen möglichen Produktionsstromspannungen legen; es kann nur Produktionsfehler innerhalb dieser Reihe reduzieren.

:Low-Scheinwiderstand-Produktionen verlangen normalerweise hoch ruhig (d. h., müßig) Strom in der Produktionsbühne und werden mehr Macht zerstreuen, so können Designs der niedrigen Macht niedrigen Produktionsscheinwiderstand vorsätzlich opfern.

Eingangsstrom

:Due zum Beeinflussen von Voraussetzungen oder Leckage, einem kleinen Betrag des Stroms (normalerweise ~10 nanoamperes für bipolar Op-Ampere, geben Zehnen von picoamperes für JFET Stufen und nur einige Papa für MOSFET-Eingangsstufen ein) Flüsse in die Eingänge. Wenn große Widerstände oder Quellen mit hohen Produktionsscheinwiderständen im Stromkreis verwendet werden, können diese kleinen Ströme große unmodellierte Spannungsabfälle erzeugen. Wenn die Eingangsströme verglichen werden, und der Scheinwiderstand, der zu beiden Eingängen hinausschaut, verglichen wird, dann werden die an jedem Eingang erzeugten Stromspannungen gleich sein. Weil der betriebliche Verstärker auf dem Unterschied zwischen seinen Eingängen funktioniert, werden diese verglichenen Stromspannungen keine Wirkung haben (wenn der betriebliche Verstärker schlechten CMRR nicht hat, der unten beschrieben wird). Es ist für die Eingangsströme (oder die Scheinwiderstände üblicher, die zu jedem Eingang hinausschauen), ein bisschen falsch angepasst zu werden, und so kann eine kleine Ausgleich-Stromspannung (verschieden von der Eingangsausgleich-Stromspannung unten) erzeugt werden. Diese Ausgleich-Stromspannung kann Ausgleiche schaffen oder im betrieblichen Verstärker treibend. Es kann häufig nulled äußerlich sein; jedoch schließen viele betriebliche Verstärker Ausgleich ungültig oder Gleichgewicht-Nadeln und ein Verfahren ein, um sie zu verwenden, um diesen Ausgleich zu entfernen. Einige betriebliche Verstärker versuchen, diesen Ausgleich automatisch ungültig zu machen.

Geben Sie Ausgleich-Stromspannung ein

:This-Stromspannung, die ist, was über die Eingangsterminals des Op-Amperes erforderlich ist, die Produktionsstromspannung zur Null zu steuern, ist mit den Fehlanpassungen im Eingangsneigungsstrom verbunden. Im vollkommenen Verstärker würde es keine Eingangsausgleich-Stromspannung geben. Jedoch besteht es in wirklichen Op-Ampere wegen Schönheitsfehler im Differenzialverstärker, der die Eingangsbühne der großen Mehrheit dieser Geräte einsetzt. Eingangsausgleich-Stromspannung schafft zwei Probleme: Erstens, wegen des Hochspannungsgewinns des Verstärkers, versichert es eigentlich, dass die Verstärker-Produktion in Sättigung eintreten wird, wenn es ohne negatives Feed-Back bedient wird, selbst wenn die Eingangsterminals zusammen angeschlossen werden. Zweitens, in einem geschlossenen Regelkreis, negativer Feed-Back-Konfiguration, wird die Eingangsausgleich-Stromspannung zusammen mit dem Signal verstärkt, und das kann ein Problem aufwerfen, wenn hohe Präzisionsgleichstrom-Erweiterung erforderlich ist, oder wenn das Eingangssignal sehr klein ist.

Gewinn der allgemeinen Weise

Vollkommener betrieblicher Verstärker von:A verstärkt nur den Stromspannungsunterschied zwischen seinen zwei Eingängen, völlig alle Stromspannungen zurückweisend, die für beide üblich sind. Jedoch ist die Differenzialeingangsbühne eines betrieblichen Verstärkers nie vollkommen, zur Erweiterung dieser identischen Stromspannungen zu einem gewissen Grad führend. Das Standardmaß dieses Defekts wird genannt das Verwerfungsverhältnis der allgemeinen Weise (hat CMRR angezeigt). Die Minimierung des allgemeinen Weise-Gewinns ist gewöhnlich im Nichtumkehren von Verstärkern wichtig (beschrieben unten), die bei der hohen Erweiterung funktionieren.

Produktionsbecken-Strom

: Der Produktionsbecken-Strom ist maximaler Strom, der erlaubt ist, in die Produktionsbühne zu sinken. Einige Hersteller zeigen, dass die Produktionsstromspannung gegen die Produktion aktuellen Anschlag versenkt, der eine Idee von der Produktionsstromspannung gibt, wenn es Strom von einer anderen Quelle in die Produktionsnadel versenkt.

Temperatureffekten

:All-Rahmen ändern sich mit der Temperatur. Der Temperaturantrieb der Eingangsausgleich-Stromspannung ist besonders wichtig.

Energieversorgungsverwerfung

Die:The-Produktion eines vollkommenen betrieblichen Verstärkers wird von Kräuselungen völlig unabhängig sein, die in seine Macht-Versorgungseingänge ankommen. Jeder echte betriebliche Verstärker hat ein angegebenes Macht-Versorgungsverwerfungsverhältnis (PSRR), das widerspiegelt, wie gut das Op-Ampere Änderungen in seiner Versorgungsstromspannung zurückweisen kann. Der reichliche Gebrauch von Umleitungskondensatoren kann den PSRR von vielen Geräten einschließlich des betrieblichen Verstärkers verbessern.

Antrieb

:Real-Op-Ampere-Rahmen sind unterworfen, um Änderung mit der Zeit und mit Änderungen in der Temperatur zu verlangsamen, Bedingungen usw. einzugeben.

Geräusch

:Amplifiers erzeugen zufällige Stromspannung an der Produktion, selbst wenn es kein angewandtes Signal gibt. Das kann wegen des Thermalgeräusches sein und Geräusch der Geräte flackern. Für Anwendungen mit dem hohen Gewinn oder der hohen Bandbreite wird Geräusch eine sehr wichtige Rücksicht.

AC Schönheitsfehler

Der am Gleichstrom berechnete Op-Ampere-Gewinn gilt an höheren Frequenzen nicht. So, für die Hochleistungsoperation, müssen hoch entwickeltere Rücksichten in einem Op-Ampere-Stromkreis-Design verwendet werden.

Begrenzte Bandbreite

:All-Verstärker haben begrenzte Bandbreite. Zu einer ersten Annäherung hat das Op-Ampere die Frequenzantwort eines Integrators mit dem Gewinn. D. h. der Gewinn eines typischen Op-Amperes ist zur Frequenz umgekehrt proportional und wird durch sein Produkt der Gewinn-Bandbreite (GBWP) charakterisiert. Zum Beispiel würde ein Op-Ampere mit einem GBWP von 1 MHz einen Gewinn 5 an 200 Kilohertz und einen Gewinn 1 an 1 MHz haben. Diese dynamische mit dem sehr hohen Gleichstrom-Gewinn des Op-Amperes verbundene Antwort gibt ihm die Eigenschaften eines Filters des niedrigen Passes der ersten Ordnung mit dem sehr hohen Gleichstrom-Gewinn und der niedrigen Abkürzungsfrequenz, die durch den durch den Gleichstrom-Gewinn geteilten GBWP gegeben ist.

:The begrenzte Bandbreite eines Op-Amperes kann die Quelle von mehreren Problemen sein, einschließlich:

:* Stabilität. Vereinigt mit der Bandbreite-Beschränkung ist ein Phase-Unterschied zwischen dem Eingangssignal und der Verstärker-Produktion, die zu Schwingung in einigen Feed-Back-Stromkreisen führen kann. Zum Beispiel wird sich ein sinusförmiges Produktionssignal, das beabsichtigt ist, um sich zerstörend mit einem Eingangssignal derselben Frequenz einzumischen, konstruktiv wenn verzögert, durch 180 Grade einmischen. In diesen Fällen kann der Feed-Back-Stromkreis mittels der Frequenzentschädigung stabilisiert werden, die den Gewinn oder Phasenrand des Stromkreises der offenen Schleife vergrößert. Der Stromkreis-Entwerfer kann diese Entschädigung äußerlich mit einem getrennten Stromkreis-Bestandteil durchführen. Wechselweise kann die Entschädigung innerhalb des betrieblichen Verstärkers mit der Hinzufügung eines dominierenden Pols durchgeführt werden, der genug den Hochfrequenzgewinn des betrieblichen Verstärkers verdünnt. Die Position dieses Pols kann innerlich vom Hersteller befestigt oder durch die zum Op-Ampere spezifischen Stromkreis-Entwerfer-Verwenden-Methoden konfiguriert werden. Im Allgemeinen reduziert Frequenzentschädigung des dominierenden Pols die Bandbreite des Op-Amperes noch weiter. Wenn der gewünschte Gewinn des geschlossenen Regelkreises hoch ist, ist Op-Ampere-Frequenzentschädigung häufig nicht erforderlich, weil die notwendige offene Schleifenverstärkung genug niedrig ist; folglich können Anwendungen mit dem hohen Gewinn des geschlossenen Regelkreises von Op-Ampere mit der höheren Bandbreite Gebrauch machen.

:* Geräusch, Verzerrung und Andere Effekten. Reduzierte Bandbreite läuft auch auf niedrigere Beträge des Feed-Backs an höheren Frequenzen hinaus, höhere Verzerrung, Geräusch, und Produktionsscheinwiderstand und auch reduzierte Produktionsphase-Linearität erzeugend, als die Frequenz zunimmt.

:Typical preisgünstige Mehrzweckop-Ampere stellen einen GBWP von einigen Megahertz aus. Spezialisierung und Hochleistungsop-Ampere bestehen, der einen GBWP von Hunderten des Megahertz erreichen kann. Für sehr Hochfrequenzstromkreise ein aktuelles Feed-Back wird betrieblicher Verstärker häufig verwendet.

Eingangskapazität

Für die hohe Frequenzoperation wichtiger:Most, weil es weiter die Bandbreite der offenen Schleife des Verstärkers reduziert.

Gewinn der allgemeinen Weise

:See-Gleichstrom-Schönheitsfehler, oben.

Nichtlineare Schönheitsfehler

Sättigung

:output-Stromspannung wird auf einen minimalen und maximalen Wert in der Nähe von den Macht-Versorgungsstromspannungen beschränkt. Sättigung kommt vor, wenn die Produktion des Verstärkers diesen Wert erreicht und gewöhnlich ist wegen:

:*In der Fall eines Op-Amperes mit einer bipolar Macht-Versorgung, eine Spannungsverstärkung, die eine Produktion erzeugt, die positiver oder negativer ist als dieses Maximum oder Minimum; oder

:*In der Fall eines Op-Amperes mit einer einzelnen Versorgungsstromspannung, entweder eine Spannungsverstärkung, die eine Produktion erzeugt, die positiver ist als dieses Maximum oder ein Signal so in der Nähe vom Boden, dass der Gewinn des Verstärkers nicht genügend ist, um es über der niedrigeren Schwelle zu erheben.

Seitlicher Schwenk

:the-Verstärker-Produktionsstromspannung erreicht seine maximale Rate der Änderung. Gemessen als hat Rate ermordet, sie wird gewöhnlich in Volt pro Mikrosekunde angegeben. Wenn seitlicher Schwenk vorkommt, haben weitere Zunahmen im Eingangssignal keine Wirkung auf die Rate der Änderung der Produktion. Seitlicher Schwenk wird gewöhnlich durch die innere Kapazität im Verstärker, besonders diejenigen verursacht, die verwendet sind, um seine Frequenzentschädigung durchzuführen.

Nichtlineare Eingangsproduktionsbeziehung

:The-Produktionsstromspannung kann zum Unterschied zwischen den Eingangsstromspannungen nicht genau proportional sein. Es wird Verzerrung allgemein genannt, wenn das Eingangssignal eine Wellenform ist. Diese Wirkung wird in einem praktischen Stromkreis sehr klein sein, wenn wesentliches negatives Feed-Back verwendet wird.

Macht-Rücksichten

Beschränkter Produktionsstrom

:The-Produktionsstrom muss begrenzt sein. In der Praxis werden die meisten Op-Ampere entworfen, um den Produktionsstrom zu beschränken, um ein angegebenes Niveau - ungefähr 25 mA für einen Typ 741 IC Op-Ampere - so Schutz des Op-Amperes und vereinigten Schaltsystemes vom Schaden nicht zu überschreiten. Moderne Designs sind elektronisch rauer als frühere Durchführungen, und einige können direkte kurze Stromkreise auf ihren Produktionen ohne Schaden stützen.

Beschränkte zerstreute Macht

:The-Produktionsstrom fließt durch den inneren Produktionsscheinwiderstand des Op-Amperes, Hitze zerstreuend. Wenn das Op-Ampere zu viel Macht zerstreut, dann wird seine Temperatur über etwas sicherer Grenze zunehmen. Das Op-Ampere kann in Thermalstilllegung eingehen, oder es kann zerstört werden.

Modern hat FET integriert, oder MOSFET Op-Ampere kommen näher dem idealen Op-Ampere näher als bipolar ICs, wenn es kommt, um Scheinwiderstand einzugeben und Neigung einzugeben und Ströme auszugleichen. Bipolars sind allgemein besser, wenn es kommt, um Stromspannungsausgleich einzugeben, und häufig niedrigeres Geräusch zu haben. Allgemein, bei der Raumtemperatur, mit einem ziemlich großen Signal und beschränkter Bandbreite, bieten FET und MOSFET Op-Ampere jetzt bessere Leistung an.

Inneres Schaltsystem von 741 Typ-Op-Ampere

Obwohl sich Designs zwischen Produkten und Herstellern ändern, haben alle Op-Ampere grundsätzlich dieselbe innere Struktur, die aus drei Stufen besteht:

1. Differenzialverstärker - stellt niedrige Geräuscherweiterung, hoch Eingangsscheinwiderstand, gewöhnlich eine Differenzialproduktion zur Verfügung.
2. Stromspannungsverstärker - stellt Hochspannungsgewinn, eine Frequenzrolle des einzelnen Pols - von, gewöhnlich einzeln beendete Produktion zur Verfügung.
3. Produktionsverstärker - stellt hohe aktuelle Fahrfähigkeit, niedrigen Produktionsscheinwiderstand, das Strom-Begrenzen und kurze Stromkreis-Schutzschaltsystem zur Verfügung.

IC Op-Ampere, sind wie durchgeführt, in der Praxis gemäßigt komplizierte einheitliche Stromkreise. Ein typisches Beispiel ist die allgegenwärtigen 741 Op-Ampere, die von Dave Fullagar in Halbleiter von Fairchild nach dem bemerkenswerten Widlar LM301 entworfen sind. So ist die grundlegende Architektur der 741 zu diesem der 301 identisch.

Eingangsbühne

Die Eingangsbühne ist ein gelassener Differenzialverstärker mit einem komplizierten Beeinflussen-Stromkreis und einem aktuellen Spiegel aktive Last.

Differenzialverstärker

Es wird durch zwei Kaskadenstufen durchgeführt, die die widerstreitenden Voraussetzungen befriedigen. Die erste Stufe besteht aus den NPN-basierten Eingangsemitter-Anhängern Q1 und Q2, die hoch Eingangsscheinwiderstand zur Verfügung stellen. Das folgende ist das PNP-basierte allgemeine Grundpaar Q3 und Q4, der die unerwünschte Wirkung von Miller beseitigt, den Spannungspegel abwärts auswechselt und eine genügend Spannungsverstärkung zur Verfügung stellt, um die folgende Klasse Ein Verstärker zu steuern. Die PNP Transistoren helfen auch, die Rückseite V Schätzung zu vergrößern (die Grundemitter-Verbindungspunkte der NPN Transistoren, die Q1 und Q2 um 7 V brechen, aber die PNP Transistoren Q3 und Q4 haben Durchbruchsstromspannungen ungefähr 50 V).

Das Beeinflussen des Stromkreises

Die klassische emittergekoppelte Differenzialbühne wird von der Seite der Emitter durch das Anschließen einer unveränderlichen aktuellen Quelle mit ihnen beeinflusst. Die Reihe negatives Feed-Back (die Emitter-Entartung) lässt die Transistoren als Stromspannungsausgleicher handeln; es zwingt sie, ihre V Stromspannungen anzupassen, so dass man den Strom durch ihre Verbindungspunkte des Sammlers-Emitters passiert. Infolgedessen ist der ruhige Strom β-independent.

Hier werden die Q3/Q4 Emitter bereits als Eingänge verwendet. Ihre Sammler werden getrennt und können als Eingänge für die ruhige aktuelle Quelle nicht verwendet werden, da sie sich als aktuelle Quellen benehmen. Also, der ruhige Strom kann nur von der Seite der Basen durch das Anschließen einer unveränderlichen aktuellen Quelle mit ihnen gesetzt werden. Um es von β als oben nicht abhängen zu lassen, wird ein negatives, aber paralleles Feed-Back verwendet. Für diesen Zweck wird der ruhige Gesamtstrom durch den Q8-Q9 aktuellen Spiegel widergespiegelt, und das negative Feed-Back wird vom Q9 Sammler genommen. Jetzt macht es die Transistoren Q1-Q4 passen ihre V Stromspannungen an, so dass man den gewünschten ruhigen Strom passiert. Die Wirkung ist dasselbe als am klassischen emittergekoppelten Paar - der ruhige Strom ist β-independent. Es ist interessante Tatsache, dass "im Ausmaß, dass der ganze PNP βs Match, dieser kluge Stromkreis gerade das Recht erzeugt, β-dependent Strom stützen, um einen β-independent Sammler-Strom zu erzeugen". Die Beeinflussen-Grundströme werden gewöhnlich nur durch die negative Macht-Versorgung zur Verfügung gestellt; sie sollten aus dem Boden kommen und in die Basen eingehen. Aber Maximum hoch Eingangsscheinwiderstände zu sichern, werden die Beeinflussen-Schleifen zwischen der Basis und dem Boden nicht innerlich geschlossen; es wird erwartet, dass sie äußerlich von den Eingangsquellen geschlossen werden. Also, die Quellen müssen (Gleichstrom) galvanisch sein, um Pfade für die Beeinflussen-Ströme und niedrig widerspenstig genug (Zehnen oder Hunderte kilohms) zu sichern, um bedeutende Spannungsabfälle über sie nicht zu schaffen. Sonst sollten zusätzliche Gleichstrom-Elemente zwischen den Basen und dem Boden (oder die positive Macht-Versorgung) verbunden werden.

Der ruhige Strom wird durch den 39 kΩ Widerstand gesetzt, der für die zwei aktuellen Spiegel Q12-Q13 und Q10-Q11 üblich ist. Der durch diesen Widerstand bestimmte Strom handelt auch als eine Verweisung für die anderen im Span verwendeten Neigungsströme. Der Widlar aktuelle Spiegel, der durch Q10, Q11 und den 5 kΩ Widerstand gebaut ist, erzeugt einen sehr kleinen Bruchteil am Q10 Sammler. Dieser kleine unveränderliche Strom durch den Q10's Sammler liefert die Grundströme für Q3 und Q4 sowie den Q9 Sammler-Strom. Der Q8/Q9 aktuelle Spiegel versucht, Q9 Sammler-Strom dasselbe als der Q3 und die Q4 Sammler-Ströme zu machen, und ist mit der Hilfe des negativen Feed-Backs erfolgreich. Die Q9 Kollektorspannungsänderungen bis zum Verhältnis zwischen der Q3/Q4-Basis und den Sammler-Strömen werden gleich β. So haben Q3 und Q4's Grundströme verbunden (die derselben Ordnung wie die Eingangsströme des gesamten Spans sind), sind ein kleiner Bruchteil des bereits kleinen Q10 Stroms.

So wird der ruhige Strom durch den Q10-Q11 aktuellen Spiegel gesetzt, ohne ein Strom fühlendes negatives Feed-Back zu verwenden. Das Stromspannung fühlende negative Feed-Back hilft nur diesem Prozess durch das Stabilisieren des Q9 Sammlers (Q3/Q4 Basis) Stromspannung. Die Feed-Back-Schleife isoliert auch den Rest des Stromkreises von Signalen der allgemeinen Weise, indem sie die Basisspannung von Q3/Q4 dicht unten höher der zwei Eingangsstromspannungen folgen lässt.

Aktueller Spiegel aktive Last

Der durch Q1-Q4 gebildete Differenzialverstärker steuert eine aktive Last durchgeführt als ein verbesserter aktueller Spiegel (Q5-Q7), dessen Rolle das aktuelle Differenzialeingangssignal zu einem einzelnen beendeten Stromspannungssignal ohne die inneren 50-%-Verluste umwandeln soll und äußerst den Gewinn zu vergrößern. Das wird durch das Kopieren des Eingangssignals vom links zur richtigen Seite erreicht, wo die Umfänge der zwei Eingangssignale beitragen (Widlar hat denselben Trick in μA702 und μA709 verwendet). Für diesen Zweck wird der Eingang des aktuellen Spiegels (Q5 Sammler) mit der linken Produktion verbunden (Q3 Sammler), und die Produktion des aktuellen Spiegels (Q6 Sammler) wird mit der richtigen Produktion des Differenzialverstärkers (Q4 Sammler) verbunden. Q7 vergrößert die Genauigkeit des aktuellen Spiegels durch das Verringern des Betrags des von Q3 erforderlichen Signalstroms, die Basen von Q5 und Q6 zu steuern.

Operation

Differenzialweise

Die Eingangsstromspannungsquellen werden durch zwei "Diode"-Schnuren, jeden von ihnen verbunden, aus zwei verbundenen in Reihe-Grundemitter-Verbindungspunkten (Q1-Q3 und Q2-Q4) zum allgemeinen Punkt von Q3/Q4-Basen bestehend. Also, wenn sich die Eingangsstromspannungen ein bisschen in entgegengesetzten Richtungen ändern, bleiben Q3/Q4 Basen an der relativ unveränderlichen Stromspannung, und der allgemeine Grundstrom ändert sich ebenso nicht; es steuert nur kräftig zwischen Q3/Q4 stützt und lässt den allgemeinen ruhigen Strom unter Q3/Q4 Sammler in demselben Verhältnis verteilen. Der aktuelle Spiegel kehrt Q3 Sammler-Strom und Versuche um, es durch Q4 zu passieren. Im mittleren Punkt zwischen Q4 und Q6, den Signalströmen (aktuelle Änderungen) Q3 und Q4 werden abgezogen. In diesem Fall (Differenzialeingangssignal), sie sind gleich und entgegengesetzt. So ist der Unterschied zweimal die individuellen Signalströme (ΔI - (-Δi) = 2ΔI), und das Differenzial zur einzelnen beendeten Konvertierung wird ohne Gewinn-Verluste vollendet. Die offene Stromkreis-Signalstromspannung, die an diesem Punkt erscheint, wird durch das Produkt der abgezogenen Signalströme und des Gesamtstromkreis-Scheinwiderstands (die angepassten Sammler-Widerstände von Q4 und Q6) gegeben. Da die Sammler von Q4 und Q6 so hohe Differenzialwiderstände gegen den Signalstrom erscheinen (Q4 und sich Q6 benehmen wie aktuelle Quellen), ist die offene Stromkreis-Spannungsverstärkung dieser Bühne sehr hoch.

Intuitiver kann der Transistor, der Q6 als ein Duplikat von Q3 und die Kombination von Q4 und Q6 betrachtet werden kann, bezüglich eines unterschiedlichen aus zwei spannungsgesteuerten Widerständen zusammengesetzten Spannungsteilers gedacht werden. Für Differenzialeingangssignale ändern sie kräftig ihre sofortigen Widerstände in entgegengesetzten Richtungen, aber der Gesamtwiderstand bleibt unveränderlich (wie ein potentiometer mit dem schnellen Bewegen slider). Infolgedessen bleibt der Strom unveränderlich ebenso, aber die Stromspannung am mittleren Punkt ändert sich kräftig. Da die zwei Widerstand-Änderungen gleich und entgegengesetzt sind, ist die wirksame Stromspannungsänderung zweimal die individuelle Änderung.

Der Grundstrom an den Eingängen ist nicht Null und der wirksame Differenzialeingangsscheinwiderstand 741 sind ungefähr 2 MΩ. Ungültige" Nadeln des "Ausgleichs können verwendet werden, um Außenwiderstände in die Parallele mit zwei 1 kΩ Widerstände (normalerweise in der Form der zwei Enden eines potentiometer) zu legen, um das Ausgleichen des Q5/Q6 aktuellen Spiegels anzupassen und so indirekt die Produktion des Op-Amperes zu kontrollieren, wenn Nullsignal zwischen den Eingängen angewandt wird.

Allgemeine Weise

Wenn die Eingangsstromspannungsänderung in derselben Richtung, das negative Feed-Back Q3/Q4 Basisspannung (mit 2V unten) den Eingangsstromspannungsschwankungen folgen lässt. Jetzt erhält der Produktionsteil (Q10) des Q10-Q11 aktuellen Spiegels den allgemeinen Strom durch die Q9/Q8 Konstante trotz der unterschiedlichen Stromspannung aufrecht. Q3/Q4 Sammler-Ströme und entsprechend, die Produktionsstromspannung im mittleren Punkt zwischen Q4 und Q6, bleiben unverändert.

Das folgende negative Feed-Back (das Urladeverfahren) vergrößert eigentlich den wirksamen Op-Ampere-Eingangsscheinwiderstand der allgemeinen Weise.

Klassifizieren Sie Eine Gewinn-Bühne

Die im Purpurrot entworfene Abteilung ist die Klasse Eine Gewinn-Bühne. Der spitzenrichtige aktuelle SpiegelQ12/Q13 liefert diese Bühne durch eine unveränderliche aktuelle Last über den Sammler von Q13, der der Produktionsstromspannung größtenteils unabhängig ist. Die Bühne besteht aus den zwei NPN Transistoren Q15/Q19, der in einer Konfiguration von Darlington verbunden ist, und verwendet die Produktionsseite eines aktuellen Spiegels als sein Sammler (dynamische) Last, um hohen Gewinn zu erreichen. Der Transistor, den Q22 diese Bühne davon abhält, durch das Umleiten des übermäßigen Q15 zu sättigen, stützt Strom (es handelt als eine Klammer von Baker).

Der 30 pF Kondensator stellt Frequenz auswählendes negatives Feed-Back um die Klasse Eine Gewinn-Bühne als ein Mittel der Frequenzentschädigung zur Verfügung, den Verstärker in Feed-Back-Konfigurationen zu stabilisieren. Diese Technik wird Entschädigung von Miller und Funktionen auf eine ähnliche Weise zu einem Op-Ampere-Integrator-Stromkreis genannt. Es ist auch bekannt als 'dominierende Pol-Entschädigung', weil es einen dominierenden Pol vorstellt (derjenige, der die Effekten anderer Pole maskiert) in die offene Schleife-Frequenzantwort. Dieser Pol kann mindestens 10 Hz in einem 741 Verstärker sein, und er führt einen 3-DB-Verlust in die offene Schleife-Antwort an dieser Frequenz ein. Diese innere Entschädigung wird zur Verfügung gestellt, um vorbehaltlose Stabilität des Verstärkers in negativen Feed-Back-Konfigurationen zu erreichen, wo das Feed-Back-Netz phasenfrei ist und der Gewinn des geschlossenen Regelkreises Einheit oder höher ist. Folglich wird der Gebrauch des betrieblichen Verstärkers vereinfacht, weil keine Außenentschädigung für die Einheitsgewinn-Stabilität erforderlich ist; Verstärker ohne diese innere Entschädigung wie die 748 können Außenentschädigung verlangen, oder geschlossener Regelkreis gewinnt bedeutsam höher als Einheit.

Produktionsneigungsschaltsystem

Die grüne entworfene Abteilung (gestützt auf Q16) ist ein Spannungspegel-Schichtarbeiter genannt Gummidiode, Transistor Zener oder Vermehrer von V. Im Stromkreis, wie gezeigt, stellt Q16 einen unveränderlichen Spannungsabfall über seinen Verbindungspunkt des Sammlers-Emitters unabhängig vom Strom dadurch zur Verfügung (es handelt als ein Stromspannungsausgleicher). Das wird durch das Einführen eines negativen Feed-Backs zwischen Q16 Sammler und seiner Basis, d. h. durch das Anschließen eines Spannungsteilers mit dem Verhältnis β = 7.5 kΩ / (4.5 kΩ + 7.5 kΩ) = 0.625 zusammengesetzte durch die zwei Widerstände erreicht. Wenn, wie man annimmt, der Grundstrom zum Transistor Null ist, zwingt das negative Feed-Back den Transistor, seine Stromspannung des Sammlers-Emitters bis zu 1 V zu vergrößern, bis seine Grundemitter-Stromspannung 0.625 V (ein typischer Wert für einen BJT im aktiven Gebiet) reicht. Das dient, um die zwei Produktionstransistoren ein bisschen in die Leitung zu beeinflussen, die Überkreuzungsverzerrung reduziert (in einigen getrennten Teilverstärkern, diese Funktion wird gewöhnlich mit einer Reihe von zwei Silikondioden erreicht).

Der Stromkreis kann als ein negativer Feed-Back-Stromspannungsverstärker mit der unveränderlichen Eingangsstromspannung 0.625 V und ein Feed-Back-Verhältnis von β = 0.625 (ein Gewinn von 1/β = 1.6) präsentiert werden. Derselbe Stromkreis, aber mit β = 1 wird im Eingangsteil des Strom-Setzens des klassischen BJT aktuellen Spiegels verwendet.

Produktionsbühne

Die Produktionsbühne (entworfen in Zyan) ist eine Klasse AB Emitter-Anhänger des Stoß-Ziehens (Q14, Q20) Verstärker mit der Neigung, die von der Vermehrer-Stromspannungsquelle Q16 und seine Grundwiderstände gesetzt ist. Diese Bühne wird von den Sammlern von Q13 und Q19 effektiv gesteuert. Schwankungen in der Neigung mit der Temperatur, oder zwischen Teilen mit derselben Typ-Zahl, sind so Überkreuzungsverzerrung üblich, und ruhiger Strom kann der bedeutenden Schwankung unterworfen sein. Die Produktionsreihe des Verstärkers ist ungefähr ein Volt weniger als die Versorgungsstromspannung, teilweise zur Produktionstransistoren Q14 und Q20 Schulden habend.

Der 25 Ω Widerstand in den Produktionsbühnennummern als ein aktueller Sinn, der Produktion strombegrenzende Funktion zur Verfügung zu stellen, die den Strom im Emitter-Anhänger Q14 zu ungefähr 25 mA für die 741 beschränkt. Das aktuelle Begrenzen für die negative Produktion wird durch die Abfragung der Stromspannung über den Q19's Emitter-Widerstand und das Verwenden davon getan, um den Laufwerk in die Q15'S-Basis zu reduzieren. Spätere Versionen dieses schematischen Verstärkers können eine ein bisschen verschiedene Methode des Produktionsstrom-Begrenzens zeigen.

Der Produktionswiderstand ist nicht Null, wie es in einem idealen Op-Ampere sein würde, aber mit dem negativen Feed-Back nähert es sich Null an niedrigen Frequenzen.

Einige Rücksichten

Zeichen: Während die 741 in der empfindlichen anderen und Audioausrüstung historisch verwendet wurden, ist solcher Gebrauch jetzt wegen der verbesserten Geräuschleistung von moderneren Op-Ampere selten. Abgesondert vom Erzeugen erkennbaren Zischens, 741s und andere ältere Op-Ampere kann schlechte Verwerfungsverhältnisse der allgemeinen Weise haben und wird häufig so kabelgeborenes Hauptsummen einführen, und andere Einmischung der allgemeinen Weise, wie Schalter 'klickt' in die empfindliche Ausrüstung.

"741" ist gekommen, um häufig ein allgemeines Op-Ampere IC (wie μA741, LM301, 558, LM324, TBA221 - oder ein modernerer Ersatz wie der TL071) zu bedeuten. Die Beschreibung der 741 Produktionsbühne ist für viele andere Designs qualitativ ähnlich (der ziemlich verschiedene Eingangsstufen haben kann), außer:

• Einige Geräte (μA748, LM301, LM308) werden nicht innerlich ersetzt (verlangen Sie einen Außenkondensator von der Produktion bis einen Punkt innerhalb des betrieblichen Verstärkers, wenn verwendet, in niedrigen Gewinn-Anwendungen des geschlossenen Regelkreises).
• Einige moderne Geräte haben Schiene-zu-Schiene-Produktionsfähigkeit (Produktion kann in die positive oder negative Macht-Versorgungsschiene innerhalb von einigen millivolts gebracht werden).

Klassifikation

Op-Ampere können durch ihren Aufbau klassifiziert werden:

• getrennt (gebaut von individuellen Transistoren oder Tuben/Klappen)
• IC (fabriziert in einem Einheitlichen Stromkreis) - allgemeinster
• Hybride

IC Op-Ampere können auf viele Weisen klassifiziert werden, einschließlich:

• Militärische, Industrielle oder Handelssorte (zum Beispiel: Der LM301 ist die Handelssorte-Version des LM101, der LM201 ist die Industrieversion). Das kann Betriebstemperaturreihen und andere Umweltfaktoren oder Qualitätsfaktoren definieren.
• Die Klassifikation durch den Paket-Typ kann auch Umweltwiderstandsfähigkeit, sowie Produktionsoptionen betreffen; KURZES BAD und andere Pakete durch das Loch neigen dazu, durch Oberflächengestell-Geräte ersetzt zu werden.
• Klassifikation durch die innere Entschädigung: Op-Ampere können unter der hohen Frequenzinstabilität in einigen negativen Feed-Back-Stromkreisen leiden, wenn ein kleiner Entschädigungskondensator die Phase und Frequenzantworten nicht modifiziert. Op-Ampere mit einem eingebauten Kondensator werden genannt hat "ersetzt", oder hat vielleicht Gewinne des geschlossenen Regelkreises unten ersetzt, um 5 (zu sagen). Alles werden andere unbezahlt betrachtet.
• Einzelne Doppel- und Viererkabelversionen von vielen kommerzielles Op-Ampere, das IC verfügbar sind, 1, 2 oder 4 betriebliche Verstärker bedeutend, werden in dasselbe Paket eingeschlossen.
• Schiene-zu-Schiene kann Eingang (und/oder Produktion) Op-Ampere mit dem Eingang (und/oder Produktion) Signale sehr in der Nähe von den Macht-Versorgungsschienen arbeiten.
• CMOS Op-Ampere (wie der CA3140E) stellen äußerst hoch Eingangswiderstände höher zur Verfügung als JFET-Eingangsop-Ampere, die normalerweise höher sind als Bipolar-Eingangsop-Ampere.
• andere Varianten des Op-Amperes schließen programmierbare Op-Ampere ein (einfach Bedeutung des ruhigen Stroms, Gewinns, Bandbreite kann und so weiter ein bisschen durch einen Außenwiderstand angepasst werden).
• Hersteller tabellarisieren häufig ihre Op-Ampere gemäß dem Zweck, wie rauscharme Vorverstärker, breite Bandbreite-Verstärker und so weiter.

Anwendungen

Verwenden Sie im Elektronik-Systemdesign

Der Gebrauch von Op-Ampere als Stromkreis-Blöcke ist viel leichter und klarer als das Spezifizieren aller ihrer individuellen Stromkreis-Elemente (Transistoren, Widerstände, usw.), ob die verwendeten Verstärker integriert oder getrennt werden. In der ersten Annäherung können Op-Ampere verwendet werden, als ob sie ideale Differenzialgewinn-Blöcke waren; in einer späteren Bühne können Grenzen auf der annehmbaren Reihe von Rahmen für jedes Op-Ampere gelegt werden.

Stromkreis-Design folgt denselben Linien für alle elektronischen Stromkreise. Eine Spezifizierung wird aufgerichtet regelnd, was der Stromkreis erforderlich ist, mit zulässigen Grenzen zu tun. Zum Beispiel kann der Gewinn erforderlich sein, 100mal, mit einer Toleranz von 5 %, aber Antrieb von weniger als 1 % in einer angegebenen Temperaturreihe zu sein; der Eingangsscheinwiderstand nicht weniger als ein megohm; usw.

Ein grundlegender Stromkreis, wird häufig mit der Hilfe des Stromkreis-Modellierens (auf einem Computer) entworfen. Spezifische gewerblich verfügbare Op-Ampere und andere Bestandteile werden dann gewählt, die den Designkriterien innerhalb der angegebenen Toleranz an annehmbaren Kosten entsprechen. Wenn nicht allen Kriterien kann entsprochen werden, die Spezifizierung muss eventuell modifiziert werden.

Ein Prototyp wird dann gebaut und geprüft; Änderungen, um die Spezifizierung sich zu treffen oder zu verbessern, verändern Sie Funktionalität, oder reduzieren Sie die Kosten, kann gemacht werden.

Anwendungen, ohne jedes Feed-Back zu verwenden

D. h. das Op-Ampere wird als eine Stromspannung comparator verwendet. Bemerken Sie, dass ein Gerät bestimmt in erster Linie als ein comparator besser sein kann, wenn, zum Beispiel, Geschwindigkeit wichtig ist oder eine breite Reihe von Eingangsstromspannungen gefunden werden kann, da sich solche Geräte voll auf oder voll von ("durchtränkten") Staaten schnell erholen können.

Ein Spannungspegel-Entdecker kann erhalten werden, wenn eine Bezugsstromspannung V auf einen der Eingänge des Op-Amperes angewandt wird. Das bedeutet, dass das Op-Ampere als ein comparator aufgestellt wird, um eine positive Stromspannung zu entdecken. Wenn die Stromspannung, die, E zu fühlen ist, auf das op Ampere (+) Eingang angewandt wird, ist das Ergebnis ein Nichtumkehren-Entdecker des positiven Niveaus: Wenn E oben V ist, V kommt +V gleich; wenn E unten V ist, V kommt-V gleich. Wenn E auf den Umkehren-Eingang angewandt wird, ist der Stromkreis ein Umkehren-Entdecker des positiven Niveaus: Wenn E oben V ist, V kommt-V gleich.

Ein Nullspannungsniveau-Entdecker (E = 0), kann zum Beispiel, die Produktion einer Sinuswelle von einem Funktionsgenerator in eine Quadratwelle der variablen Frequenz umwandeln. Wenn E eine Sinus-Welle, Dreieckswelle oder Welle einer anderer Gestalt ist, die um die Null symmetrisch ist, wird die Nulldurchgang-Entdecker-Produktion quadratisch sein. Nulldurchgang-Entdeckung kann auch im Auslösen von TRIACs in der besten Zeit nützlich sein, um Haupteinmischung und aktuelle Spitzen zu reduzieren.

Positive Feed-Back-Anwendungen

Eine andere typische Konfiguration von Op-Ampere ist mit dem positiven Feed-Back, das einen Bruchteil des Produktionssignals zurück zum Nichtumkehren-Eingang nimmt. Eine wichtige Anwendung davon ist der comparator mit der magnetischen Trägheit, dem Abzug von Schmitt. Einige Stromkreise können Positives Feed-Back und Negatives Feed-Back um denselben Verstärker, zum Beispiel Dreieck-Welle-Oszillatoren und aktive Filter verwenden.

Wegen der breiten Ermorden-Reihe und fehlen vom positiven Feed-Back, die Antwort aller Niveau-Entdecker der offenen Schleife, die oben beschrieben sind, wird relativ langsam sein. Positives gesamtes Außenfeed-Back kann angewandt werden, aber (verschieden vom inneren positiven Feed-Back, das innerhalb der letzten Stufen eines Zweck-entworfenen comparator angewandt werden kann), betrifft das deutlich die Genauigkeit des Nulldurchgang-Entdeckungspunkts. Mit einem Mehrzweckop-Ampere, zum Beispiel, sollte die Frequenz von E für den Sinus zum Quadratwelle-Konverter wahrscheinlich unter 100 Hz sein.

Negative Feed-Back-Anwendungen

Das Nichtumkehren des Verstärkers

In einem Nichtumkehren-Verstärker ändert sich die Produktionsstromspannung in derselben Richtung wie die Eingangsstromspannung.

Die Gewinn-Gleichung für das Op-Ampere ist:

:

Jedoch, in diesem Stromkreis ist eine Funktion wegen des negativen Feed-Backs durch das Netz. und bilden Sie einen Spannungsteiler, und wie ein Eingang des hohen Scheinwiderstands ist, lädt es es merkbar nicht. Folglich:

:

wo

:

Das in die Gewinn-Gleichung einsetzend, herrschen wir vor:

:

Das Lösen für:

:

Wenn sehr groß ist, vereinfacht das zu

:

V_ {\\Text }\

\approx \frac {V_ {\\Text {in}}} {\\Beta }\

\frac {V_ {\\Text {in}}} {\\frac {R_ {\\Text {1}}} {R_ {\\Text {1}} +R_ {\\Text {2}}} }\

V_ {\\Text {in}} (1 + \frac {R_2} {R_1})

</Mathematik>.

Bemerken Sie, dass der Nichtumkehren-Eingang des betrieblichen Verstärkers einen Pfad für den Gleichstrom brauchen wird, um sich zu gründen; wenn die Signalquelle das nicht geben könnte, oder wenn diese Quelle einen gegebenen Lastscheinwiderstand verlangt, wird der Stromkreis verlangen, dass sich ein anderer Widerstand - vom Eingang gründet. In jedem Fall wird der ideale Wert für die Feed-Back-Widerstände (um minimale Ausgleich-Stromspannung zu geben), solch sein, dass die zwei Widerstände in der Parallele grob dem Widerstand gleichkommen, um sich an der Nichtumkehren-Eingangsnadel zu gründen.

Das Umkehren des Verstärkers

In einem Umkehren-Verstärker ändert sich die Produktionsstromspannung in einer entgegengesetzten Richtung zur Eingangsstromspannung.

Als mit dem Nichtumkehren-Verstärker fangen wir mit der Gewinn-Gleichung des Op-Amperes an:

:

Dieses Mal, ist eine Funktion von beiden und wegen des Spannungsteilers, der durch gebildet ist und. Wieder wendet der Op-Ampere-Eingang keine merkliche Last, so an:

:

Das Ersetzen davon in die Gewinn-Gleichung und das Lösen für:

:Wenn sehr groß ist, vereinfacht das zu:V_ {\\Text }\

\approx - V_ {\\Text {in}} \frac {R_ {\\Text {f}}} {R_ {\\Text {in}} }\

</Mathematik>.

Ein Widerstand wird häufig zwischen dem Nichtumkehren-Eingang und Boden eingefügt (so "sehen" beide Eingänge ähnliche Widerstände), die Eingangsausgleich-Stromspannung wegen verschiedener Spannungsabfälle reduzierend, die erwartet sind, Strom zu beeinflussen, und Verzerrung in einigen Op-Ampere reduzieren kann.

Ein Gleichstrom blockierender Kondensator kann der Reihe nach mit dem Eingangswiderstand eingefügt werden, wenn eine Frequenzantwort unten auf den Gleichstrom nicht erforderlich ist und jede Gleichstrom-Stromspannung auf dem Eingang unerwünscht ist. D. h. der kapazitive Bestandteil des Eingangsscheinwiderstands fügt eine Gleichstrom-Null und einen niederfrequenten Pol ein, der dem Stromkreis einen bandpass oder Eigenschaft des hohen Passes gibt.

Die Potenziale an den betrieblichen Verstärker-Eingängen bleiben eigentlich unveränderlich (in der Nähe vom Boden) in der Umkehren-Konfiguration. Das unveränderliche Betriebspotenzial läuft normalerweise auf Verzerrungsniveaus hinaus, die niedriger sind als diejenigen, die mit der Nichtumkehren-Topologie erreichbar sind.

Andere Anwendungen

• Audio- und Videofrequenz-Vorverstärker und Puffer
• Differenzialverstärker
• differentiators und Integratoren
• Filter
• Präzisionsberichtiger
• Präzisionsmaximalentdecker
• Stromspannung und Regler
• analoge Rechenmaschinen
• Konverter des Analogons-zu-digital
• zum Analogon digitale Konverter
• Stromspannung klammert fest
• Oszillatoren und Wellenform-Generatoren

Die meisten einzelnen Doppel- und verfügbaren Viererkabelop-Ampere haben eine standardisierte Nadel, die einem Typ erlaubt, einen anderen ausgewechselt zu werden, ohne Änderungen anzuschließen. Ein spezifisches Op-Ampere kann für seine offene Schleifenverstärkung, Bandbreite, Geräuschleistung, Eingangsscheinwiderstand, Macht-Verbrauch oder einen Kompromiss zwischen einigen dieser Faktoren gewählt werden.

Historische Zeitachse

1941: Ein Vakuumtube-Op-Ampere. Ein Op-Ampere, das als ein hoher, Gleichstrom-verbundener Mehrzweckgewinn definiert ist, Feed-Back-Verstärker umkehrend, wird zuerst im "Summieren des Verstärkers gefunden, der" von Karl D. Swartzel dem Jüngeren abgelegt ist. Glockenlaboratorien 1941. Dieses Design hat drei Vakuumtuben verwendet, um einen Gewinn und bedient auf Stromspannungsschienen dessen zu erreichen. Es hatte einen einzelnen Umkehren-Eingang aber nicht das Differenzialumkehren und Nichtumkehren von Eingängen, wie in heutigen Op-Ampere üblich sind. Überall im Zweiten Weltkrieg hat das Design von Swartzel seinen Wert bewiesen, indem es im M9 an Glockenlaboratorien entworfenen Artillerie-Direktor liberal verwendet worden ist. Dieser Artillerie-Direktor hat mit dem SCR584 Radarsystem gearbeitet, um außergewöhnliche Erfolg-Raten zu erreichen (in der Nähe von 90 %), der sonst nicht möglich gewesen wäre.

1947: Ein Op-Ampere mit einem ausführlichen Nichtumkehren eingegeben. 1947 wurde der betriebliche Verstärker zuerst formell definiert und in einem Vortrag von Professor John R. Ragazzini von Universität von Columbia genannt. In dieser derselben Zeitung hat ein Kommentar ein Op-Ampere-Design durch einen Studenten erwähnt, der sich erweisen würde, ziemlich bedeutend zu sein. Dieses Op-Ampere, das von Loebe Julie entworfen ist, war in einer Vielfalt von Wegen höher. Es hatte zwei Hauptneuerungen. Seine Eingangsbühne hat ein Triode-Paar mit dem langen Schwanz mit Lasten verwendet, die verglichen sind, um Antrieb in der Produktion und viel wichtiger zu reduzieren, es war das erste Op-Ampere-Design, um zwei Eingänge (das ein Umkehren, das andere Nichtumkehren) zu haben. Der Differenzialeingang hat eine ganze Reihe der neuen Funktionalität möglich gemacht, aber es würde seit langem wegen des Anstiegs des Hackmesser-stabilisierten Verstärkers nicht verwendet.

1949: Ein Hackmesser-stabilisiertes Op-Ampere. 1949 hat Edwin A. Goldberg ein Hackmesser-stabilisiertes Op-Ampere entworfen. Diese Einstellung verwendet ein normales Op-Ampere mit einem zusätzlichen AC Verstärker, der neben dem Op-Ampere geht. Das Hackmesser bekommt ein AC-Signal vom Gleichstrom durch die Schaltung zwischen der Gleichstrom-Stromspannung und dem Boden an einer schnellen Rate (60 Hz oder 400 Hz). Dieses Signal wird dann verstärkt, berichtigt, gefiltert und in den Nichtumkehren-Eingang des Op-Amperes gefüttert. Das hat gewaltig den Gewinn des Op-Amperes verbessert, während es den Produktionsantrieb und Gleichstrom-Ausgleich bedeutsam reduziert hat. Leider konnte jedes Design, das ein Hackmesser verwendet hat, ihren Nichtumkehren-Eingang zu keinem anderen Zweck verwenden. Dennoch haben die viel verbesserten Eigenschaften des Hackmesser-stabilisierten Op-Amperes es die dominierende Weise gemacht, Op-Ampere zu verwenden. Techniken, die den Nichtumkehren-Eingang regelmäßig verwendet haben, würden bis zu den 1960er Jahren nicht sehr populär sein, als Op-Ampere ICs angefangen hat, im Feld aufzutauchen.

1953 sind Vakuumtube-Op-Ampere gewerblich verfügbar mit der Ausgabe des Modells K2-W von George A. Philbrick Researches, Incorporated geworden. Die Benennung auf den Geräten gezeigt, GAP/R, ist ein Akronym für den ganzen Firmennamen. Zwei Kegel 12AX7 wurden Vakuumtuben in einem Oktalpaket bestiegen und hatten eine verfügbare Hackmesser-Erweiterung des Modells K2-P, der den Nichtumkehren-Eingang effektiv "verbrauchen" würde. Dieses Op-Ampere hat auf einem Nachkommen des 1947-Designs von Loebe Julie und zusammen mit seinen Nachfolgern basiert, würde den weit verbreiteten Gebrauch von Op-Ampere in der Industrie anfangen.

1961: Ein getrenntes IC Op-Ampere. Mit der Geburt des Transistors 1947 und des Silikontransistors 1954 ist das Konzept von ICs eine Wirklichkeit geworden. Die Einführung des planaren Prozesses 1959 hat Transistoren und ICs stabil genug gemacht, um gewerblich nützlich zu sein. Vor 1961 wurden getrennte Halbleiterop-Ampere erzeugt. Diese Op-Ampere waren effektiv kleine Leiterplatten mit Paketen wie Rand-Stecker. Sie hatten gewöhnlich Widerstände handausgewählt, um Dinge wie Stromspannungsausgleich und Antrieb zu verbessern. Der P45 (1961) hatte einen Gewinn von 94 DB und ist auf ±15 V Schienen gelaufen. Es war beabsichtigt, um sich mit Signalen im Rahmen zu befassen.

1961: Ein varactor überbrückt Op-Ampere. Es hat viele verschiedene im Op-Ampere-Design genommene Richtungen gegeben. Op-Ampere der Varactor Bridge haben angefangen, am Anfang der 1960er Jahre erzeugt zu werden. Sie wurden entworfen, um äußerst kleinen Eingangsstrom zu haben, und sind noch unter den besten Op-Ampere, die in Bezug auf die Verwerfung der allgemeinen Weise mit der Fähigkeit verfügbar sind, sich mit Hunderten von Volt an ihren Eingängen richtig zu befassen.

1962: Ein Op-Ampere in einem eingemachten Modul. Vor 1962 erzeugten mehrere Gesellschaften eingemachte Modulpakete, die in gedruckte Leiterplatten eingesteckt werden konnten. Diese Pakete waren entscheidend wichtig, als sie den betrieblichen Verstärker in einen einzelnen schwarzen Kasten gemacht haben, der als ein Bestandteil in einem größeren Stromkreis leicht behandelt werden konnte.

1963: Ein monolithisches IC Op-Ampere. 1963 wurde das erste monolithische IC Op-Ampere, der μA702, der von Bob Widlar an Halbleiter von Fairchild entworfen ist, veröffentlicht. Monolithische ICs bestehen aus einem einzelnen Span im Vergleich mit einem Span und getrennten Teilen (ein getrennter IC) oder vielfache Chips, die verpfändet und auf einer Leiterplatte (ein hybrider IC) verbunden sind. Fast alle modernen Op-Ampere sind monolithischer ICs; jedoch hat sich das zuerst IC mit viel Erfolg nicht getroffen. Probleme wie eine unebene Versorgungsstromspannung, niedriger Gewinn und eine kleine dynamische Reihe haben die Überlegenheit von monolithischen Op-Ampere bis 1965 ferngehalten, als der μA709 (auch entworfen von Bob Widlar) veröffentlicht wurde.

1968: Ausgabe des μA741. Die Beliebtheit von monolithischen Op-Ampere wurde weiter nach der Ausgabe des LM101 1967 verbessert, der eine Vielfalt von Problemen und die nachfolgende Ausgabe des μA741 1968 gelöst hat. Der μA741 war dem LM101 äußerst ähnlich, außer dass die Möglichkeiten von Fairchild ihnen erlaubt haben, einen 30 pF Entschädigungskondensator innerhalb des Spans einzuschließen, anstatt Außenentschädigung zu verlangen. Dieser einfache Unterschied hat die 741 gemacht das kanonische Op-Ampere und viele moderne Ampere stützen ihren pinout auf 741s. Der μA741 wird noch serienmäßig hergestellt, und ist allgegenwärtig in der Elektronik geworden — viele Hersteller erzeugen eine Version dieses klassischen Spans, der durch Teil-Zahlen erkennbar ist, die 741 enthalten. Derselbe Teil wird von mehreren Gesellschaften verfertigt.

1970: Zuerst FET schnelllaufendes, niedrig eingegebenes aktuelles Design.

In den 1970er Jahren hohe Geschwindigkeit, niedrig eingegebene aktuelle Designs haben angefangen, durch das Verwenden von FETs gemacht zu werden. Diese würden durch Op-Ampere größtenteils ersetzt, die mit MOSFETs in den 1980er Jahren gemacht sind. Während der 1970er Jahre sind einzelne seitige Versorgungsop-Ampere auch verfügbar geworden.

1972: Einzelne seitige Versorgungsop-Ampere, die erzeugen werden. Ein einzelnes seitiges Versorgungsop-Ampere ist dasjenige, wo der Eingang und die Produktionsstromspannungen so niedrig sein können wie die negative Macht-Versorgungsstromspannung, anstatt um mindestens zwei Volt darüber sein zu müssen. Das Ergebnis besteht darin, dass es in vielen Anwendungen mit der negativen Versorgungsnadel auf dem Op-Ampere funktionieren kann, das mit dem Signalboden so wird verbindet, das Bedürfnis nach einer getrennten negativen Macht-Versorgung beseitigend.

Der LM324 (veröffentlicht 1972) war ein solches Op-Ampere, das in einem Viererkabelpaket (vier getrennte Op-Ampere in einem Paket) gekommen ist und ein Industriestandard geworden ist. Zusätzlich zum Verpacken vielfacher Op-Ampere in einem einzelnen Paket haben die 1970er Jahre auch die Geburt von Op-Ampere in hybriden Paketen gesehen. Diese Op-Ampere waren allgemein verbesserte Versionen von vorhandenen monolithischen Op-Ampere. Da sich die Eigenschaften von monolithischen Op-Ampere verbessert haben, wurden die komplizierteren hybriden ICs zu Systemen schnell verbannt, die erforderlich sind, äußerst lange Dienstleben oder andere Spezialisierungssysteme zu haben.

Neue Tendenzen. Kürzlich haben Versorgungsstromspannungen in analogen Stromkreisen abgenommen (wie sie in der Digitallogik haben) und Op-Ampere der niedrigen Stromspannung eingeführt worden sind, das widerspiegelnd. Bedarf ±5 V und zunehmend 3.3 V (manchmal mindestens 1.8 V) ist üblich. Um das Signal zu maximieren, erstrecken sich moderne Op-Ampere haben allgemein Schiene-zu-Schiene-Produktion (das Produktionssignal kann sich von der niedrigsten Versorgungsstromspannung bis das höchste erstrecken), und manchmal Schiene-zu-Schiene-Eingänge.

Siehe auch

• Betriebliche Verstärker-Anwendungen
• Differenzialverstärker
• Instrumentierungsverstärker
• Aktiver Filter
• Aktuelles Feed-Back betrieblicher Verstärker
• Betrieblicher transconductance Verstärker
• George A. Philbrick
• Bob Widlar
• Analoger Computer
• Negativer Feed-Back-Verstärker

Referenzen

Weiterführende Literatur

• Grundlegende Betriebliche Verstärker und Geradlinige Einheitliche Stromkreise; 2. Ed; Thomas L Floyd; David Buchla; 593 Seiten; 1998; internationale Standardbuchnummer 978-0130829870.
• Design mit Betrieblichen Verstärkern und Analogen Einheitlichen Stromkreisen; 3. Ed; Sergio Franco; 672 Seiten; 2002; internationale Standardbuchnummer 978-0072320848.
• Betriebliche Verstärker und Geradlinige Einheitliche Stromkreise; 6. Ed; Robert F Coughlin; 529 Seiten; 2000; internationale Standardbuchnummer 978-0130149916.
• Op-Ampere und Geradlinige Einheitliche Stromkreise; 4. Ed; Ram Gayakwad; 543 Seiten; 1999; internationale Standardbuchnummer 978-0132808682.
• Op Ampere Für Jeden; 1. Ed; Ron Mancini; 464 Seiten; 2002; Instrumente von Texas SLOD006B.

Links

• Einfache Op Ampere-Maße, Wie man Ausgleich-Stromspannung misst, gleichen aus und beeinflussen Strom, Gewinn, CMRR und PSRR.
• Einführung in Op-Ampere-Stromkreis-Stufen, die zweiten Ordnungsfilter, einzelnen Op-Ampere-Bandfilter und eine einfache Wechselsprechanlage
• MOS op Ampere-Design: Eine Tutorübersicht
• Op Ampere-Anwendungen Herunterladbares Buch. Kann auch gekauft werden
• Betriebliche Verstärker-Geräuschvorhersage (Alle Op Ampere), Punkt-Geräusch verwendend
• Betriebliche Verstärker-Grundlagen
• Geschichte des Op-Amperes von Vakuumtuben ungefähr bis 2002. Viel Detail, mit schematics. IC Teil ist etwas ADI-zentrisch.

• Loebe Julie historischer OpAmp interviewt durch Bob Pease
• www.PhilbrickArchive.org Ein freies Behältnis von Materialien von George A Philbrick / Forschungen - Betrieblicher Verstärker-Pionier