Operationsverstärker: 5 wichtige Eigenschaften

Was ist ein Operationsverstärker?

Der Operationsverstärker ist eine Abkürzung für den Operationsverstärker, einen direkt gekoppelten Verstärker mit hoher Verstärkung. Im Begriff Operationsverstärker bedeutet "Operationsverstärker", dass der Verstärker bestimmte Operationen wie Summierung, Subtraktion, Vergleich usw. ausführen kann. Das Wort "Verstärkung" legt nahe, dass er das Eingangssignal verstärken kann.

Idealer Operationsverstärker

Ein idealer Operationsverstärker existiert praktisch nicht, hat aber die besten Eigenschaften. Alle praktischen Operationsverstärker sind so konstruiert, dass sie als idealer Operationsverstärker enge Eigenschaften erzielen. Lassen Sie uns einige der Merkmale eines idealen Operationsverstärkers diskutieren.

Ideale Eigenschaften des Operationsverstärkers

1. Der ideale Operationsverstärker bietet eine unendliche Spannungsverstärkung.
2. Es hat eine unendliche Eingangsimpedanz.
3. Es hat keinen Ausgangswiderstand.
4. Es hat unendlich viel Bandbreite.
5. Das Gleichtakt-Ablehnungsverhältnis ist unendlich.
6. Das Ablehnungsverhältnis des Netzteils ist unendlich.
7. Die Anstiegsgeschwindigkeit beträgt 0.

Operationsverstärker invertieren

Der Operationsverstärker verfügt über verschiedene Betriebsarten. Der invertierende Operationsverstärker repräsentiert die Art des Prozesses, bei dem das Eingangssignal über den invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers bereitgestellt wird. Die Phase des Verstärkerausgangs wird beim Verstärkungsprozess invertiert. Der invertierende Operationsverstärker hat eine höhere Verstärkung als der nicht invertierende Operationsverstärker.

Nicht invertierender Operationsverstärker

Nicht invertierend ist eine andere Betriebsart mit einem Operationsverstärker. Hier wird das Eingangssignal über den nichtinvertierenden Anschluss des Operationsverstärkers bereitgestellt. Somit bleibt die Ausgangsphase gleich und wird im Betrieb nicht invertiert. Aus diesem Grund wird dieser Vorgang mit einem Operationsverstärker als "nicht invertierender Operationsverstärker" bezeichnet. Dieser Operationsverstärker bietet aufgrund des negativen Rückkopplungssystems eine höhere Systemstabilität, hat jedoch eine geringere Verstärkung als ein invertierender Operationsverstärker. Zwischen einem nicht invertierenden Operationsverstärker und einem invertierenden Operationsverstärker erhält ein invertierender Verstärker mehr Präferenzen.

Operationsverstärkerschaltungen | Grundlegende Operationsverstärkerschaltungen

Die Schaltkreise von Operationsverstärkern sind spezifisch für ihren Betrieb. Ein Operationsverstärker kann mehrere mathematische Operationen ausführen. Schaltungen werden nach Bedarf hergestellt. Das folgende Bild zeigt ein typisches Schaltungssymbol eines Operationsverstärkers.

Wir können beobachten, dass ein Operationsverstärker zwei Eingänge hat (markiert als 1 und 2). Der mit '-' gekennzeichnete Eingang ist der invertierende Anschluss. Der mit dem Pluszeichen gekennzeichnete Eingang ist das nicht invertierende Terminal. Das Spannungsverbindungspaar, dargestellt als + Vsat und -Vsat, ist die positive Sättigungsspannung und die negative Sättigungsspannung und stellt die höchste und niedrigste Operationsverstärkergrenze dar; diese können am Ausgang beobachtet werden.

Die Sättigungsspannungen werden an den Operationsverstärker angelegt, um den Operationsverstärker in Bezug auf die Erde auszugleichen. Die Ausgabe wird vom 'O'-Terminal gesammelt.

741 Operationsverstärker

Operationsverstärker sind jetzt auf Märkten über ICs erhältlich. Ein solcher IC ist der Operationsverstärker 741. Es ist ein monolithischer IC (alle Verbindungen werden auf einem einzigen Stück kristallinem Silizium gebildet). Der IC besteht aus einem Operationsverstärker. Fairchild Semiconductor entwickelte es Anfang der sechziger Jahre zum ersten Mal. Die Nummer 741 zeigt an, dass der IC sieben Funktionspins, vier Eingangspins und einen Ausgangspin hat.

Pinbelegung des Operationsverstärkers 741

Das folgende Diagramm zeigt die Pinbelegung des IC. Die Terminologie des IC, die aus einem Operationsverstärker besteht, beschreibt auch die Pins. Die Nummer 7 von 741 steht für sieben Funktionsstifte, vier Eingangsstifte und einen Ausgangsstift.

741 Operationsverstärkerschema

Der folgende Magier repräsentiert das schematische Diagramm eines 741Operational Amplifier.

Operationsverstärker-Integrator

Wir haben bereits erwähnt, und ein Operationsverstärker kann mehrere mathematische Operationen ausführen. Lassen Sie uns herausfinden, wie ein Operationsverstärker eine Integrationsoperation über ein Eingangssignal ausführen kann. Um den Integrator mit einem Operationsverstärker zu implementieren, benötigen wir einen Kondensator und einige Widerstände sowie einen Operationsverstärker! Das folgende Schaltbild zeigt die Operationsverstärker-Integratorschaltung.

Bedienung des Integrators

Das Konzept des virtuellen Bodens – funktioniert aufgrund der Annahme OP-AMPs unendlicher Gewinn. Aus diesem Grund ist der „A“-Knoten im Bild ein virtueller Boden. Lassen Sie den Strom 'i' durch den Widerstand R fließen. Der Strom könnte also als i = V1/R gemessen werden.

 Hier ist V1 die Eingangsspannung, die in dem invertierenden Anschluss bereitgestellt wird, und der nicht invertierende Anschluss ist mit einem Widerstand geerdet, und aufgrund der hohen Eingangsimpedanz fließt der gleiche Strom durch den Rückkopplungspfad, der einen Kondensator aufweist. Die Ausgangsspannung kann also wie folgt geschrieben werden:

Vo = - 1 / C 0 t [i dt]

Oder Vo = - 1 / RC 0 t [V1 dt]

Wir können also sagen, dass die Ausgangsspannung proportional zum Zeitintegral der Eingangsspannung ist. Deshalb wird die Schaltung als Integrator oder Miller-Integrator bezeichnet.

Operationsverstärker-Komparator

Ein Operationsverstärkerkomparator oder ein Spannungskomparator oder ein Komparator ist ein elektronisches Gerät, das zwei Eingangsspannungen vergleicht und einen indikativen Ausgang liefert. Der Ausgang zeigt an, welche der beiden Eingangsspannungen außergewöhnlichere Werte aufweist.

Der Operationsverstärker ist in Leerlaufkonfigurationen ausgelegt, um einen Operationsverstärker als Komparator zu verwenden.

• Wenn die Spannung im nicht invertierenden Anschluss höher ist als die Spannung im invertierenden Anschluss, wird der Ausgang auf die positive Sättigungsspannung des Operationsverstärkers geschaltet.
• Wenn die invertierende Klemmenspannung größer ist als die Spannung in der nicht invertierenden Klemme, wird der O / P auf die -ve-Sättigungsspannung des Operationsverstärkers geschaltet.

Operationsverstärker-Komparatorschaltung

Das folgende Bild zeigt die Komparatorschaltung des Operationsverstärkers.

Operationsverstärkerverstärkung

Die Verstärkung des Operationsverstärkers bezieht sich auf das Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung, und der Operationsverstärker weist zwei Arten von Verstärkungen auf:

• Closed-Loop-Verstärkung: Wenn dem Operationsverstärkersystem ein Rückkopplungssystem zugeordnet ist, wird die Verstärkung des Systems als Regelverstärkung bezeichnet.
• Open-Loop-Verstärkung: Wenn der Operationsverstärkerschaltung kein Rückkopplungssystem zugeordnet ist, ist die Verstärkung eine Verstärkung im offenen Regelkreis.

Für einen idealen Operationsverstärker ist die Verstärkung für alle Frequenzen unendlich. Für echte Verstärker ist die Verstärkung eine absolute Konstante. Verstärkung ist der Leistungsparameter für den Verstärker.

Nicht invertierende Verstärkung des Operationsverstärkers

Der allgemeine Ausdruck der Ausgangsspannung des nicht invertierenden Verstärkers lautet: Vaus = k * Vin

Die Ausgangsgleichung des nichtinvertierenden Verstärkers lautet: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Wenn man also beide Gleichungen vergleicht, ist der Wert von k

k = [1 + (Rf / R1)]

Dieser Ausdruck des Widerstands ist als Verstärkung des nicht invertierenden Verstärkers bekannt. Wir können beobachten, dass wenn Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Die Eingangsspannung wird also um den Faktor 2 verstärkt. Das Verhältnis (Rf / R1) steuert typischerweise die Verstärkung. Das Erhöhen von Rf erhöht den Verstärkungswert.

Operationsverstärkerpuffer

Ein Operationsverstärkerpuffer oder ein Einheitsverstärkungspuffer oder eine Spannungsfolgerschaltung ist ein speziell entworfenes nichtinvertierendes Verstärkermodell. Beachten Sie die oben angegebene Schaltung des nichtinvertierenden Verstärkers. Wenn wir den Rückkopplungswiderstand auf Null und den unendlichen Widerstand des invertierenden Anschlusses auf Null setzen würden, wäre die Verstärkung des Verstärkers Eins. Aus diesem Grund wird diese Schaltung als Einheitsverstärkungspuffer bezeichnet. Dieser Puffer wird zur Impedanzanpassung verwendet.

Differential-Operationsverstärker

Der Differenzial-Operationsverstärker oder Differenzverstärker ist der Operationsverstärker, der die Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen verstärkt und als Ausgang bereitstellt und die Subtraktionsoperation ausführt, im Gegensatz zu einem Summierverstärker, der die Eingangsspannungen addiert.

Die folgende Schaltung zeigt die Schaltung eines Differenzverstärkers.

Einkauf & Prozesse

Unter Verwendung des Konzepts der virtuellen Masse können wir schließen, dass die Spannung am Knoten A dieselbe ist wie die Spannung am Knoten B. Mit KCL können wir schreiben, dass -

(V1 - Vx) / R1 = (Vx - VO) / R2

& (V2 - Vx) / R1 = Vx / R2

Hier ist V1 die Eingangsspannung. Vx ist die Spannung am A-Knoten (sowie an B). Vo ist die Ausgangsspannung. Nun nehmen wir an, dass der Operationsverstärker eine hohe Eingangsimpedanz hat. Wenn wir beide Gleichungen vergleichen und verwenden, können wir schreiben:

Vo = (V2 - V1) * R2 / R1

Diese Ausgabegleichung rechtfertigt die Operation.

Invertieren der Verstärkung des Operationsverstärkers

Der allgemeine Ausdruck der Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers lautet: Vout = -k * Vin

Die Ausgangsgleichung des invertierenden Verstärkers lautet: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Wenn wir nun beide Gleichungen vergleichen, können wir sagen:

k = (Rf / R1)

Dies ist die Regelverstärkung des invertierenden Verstärkers.

Summierender Operationsverstärker

Summier-Operationsverstärker oder Addierer-Operationsverstärker ist der Verstärker, der die Summierung der Eingangsspannungen verstärkt und als Ausgang liefert. Es führt eine Summations- oder Additionsoperation durch, im Gegensatz zu einem Differenzverstärker, der Subtraktionsoperationen ausführt.

Das folgende Bild zeigt den summierenden Operationsverstärker.

Produktion

Unter Verwendung des Konzepts der virtuellen Masse ist das Potential am A-Knoten dasselbe wie das Potential am B-Knoten. Bewirbt sich KCL, wir können schreiben -

I1 + I2 + I3 +… + IN = IO

Oder V1 / R1 + V2 / R2 +… + Vn / Rn = - Vo / Rf

Oder Vo = - [(V1 · Rf / R1) + (Rf · V2 / R2) +… + (Rf · Vn / Rn)

Wenn nun R1 = R2 =… = Rn = Rf, dann können wir schreiben -

Vo = - [V1 + V2 +… + Vn]

Spannungsfolger Operationsverstärker | Operationsverstärker-Follower

Ein Spannungsfolger-Operationsverstärker oder ein Unity-Gain-Puffer oder eine Spannungsfolgerschaltung ist ein speziell entwickeltes nicht invertierendes Verstärkermodell und wenn wir die Rückkopplung vorgenommen haben Widerstand Null und der invertierende Anschluss unendlich Widerstand, wäre die Verstärkung des Verstärkers Eins. Da die Ausgangsspannung ohne Verstärkung genau der Eingangsspannung folgt, wird der Verstärker als Spannungsfolger op ap bezeichnet. Deshalb wird diese Schaltung auch als Unity-Gain Buffer bezeichnet. Dieser Puffer wird zur Impedanzanpassung verwendet.

Diskreter Operationsverstärker

Der diskrete Operationsverstärker ist so aufgebaut, dass er den minimalen Rest zwischen den positiven und negativen Eingängen liefert und somit eine hohe Verstärkung verursacht. Diskrete Operationsverstärker werden im Allgemeinen eher für Audioanwendungen als für herkömmliche Operationsverstärker verwendet. Es hat mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Operationsverstärkern, da kundenspezifisches Design möglich ist, weniger Komponenten benötigt, eine bessere Temperaturstabilität bietet usw.

Lm741 Operationsverstärker

Der lm741 ist ein monolithischer IC mit einem Operationsverstärker. Es hat acht Stifte. Der IC benötigt keine externe Frequenzkompensation. Es bietet eine höhere CMRR und verbraucht weniger Strom. Die Pinbelegung von lm741 ist unten angegeben.

PIN Nummer	Beschreibung
1, 5	Offset NULL zum Entfernen des Offsets und zum Auswuchten mit dem Boden.
2	Eingangsanschluss invertieren
3	Nicht invertierendes Terminal
4	Negative Sättigungsspannung
6	Ausgang des Operationsverstärkers
7	Positive Sättigungsspannung
8	Keine Verbindung (NC)

Operationsverstärker-Unterscheidungsmerkmal

Operationsverstärker Differenzierer oder ein Differenzial-Operationsverstärker führt die Differenzierungsoperation über ein Eingangsspannungssignal aus. Um das Unterscheidungsmerkmal mit einem Operationsverstärker zu implementieren, benötigen wir einen Kondensator und einige Widerstände sowie einen Operationsverstärker! Das folgende Schaltbild zeigt die Differenzierungsschaltung des Operationsverstärkers.

Operationsverstärkergleichungen

Operationsverstärkergleichungen werden allgemein als Ausgangsgleichungen eines Operationsverstärkers bezeichnet. Die Ausgangsgleichungen repräsentieren die Beziehung zwischen den Eingangs- und Ausgangsspannungen. Der Verstärkungsfaktor kann auch aus den Ausgangsgleichungen bestimmt werden. Einige der Ausgangsgleichungen einiger Basisverstärker sind unten angegeben.

Nicht invertierende Operationsverstärkergleichungen: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Invertieren von Operationsverstärkergleichungen: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Operationsverstärkertypen

Der Operationsverstärker verfügt über mehrere Typen und nicht über verschiedene Betriebsarten. Verschiedene Arten von Operationsverstärkern führen verschiedene mathematische Operationen aus. Einige von ihnen sind -

1. Operationsverstärker invertieren
2. Nicht invertierender Operationsverstärker
3. Differenz-Operationsverstärker
4. Summierverstärker
5. Integrator
6. Differenzverstärker
7. Logarithmischer Verstärker
8. Comparator
9. Strom-Spannungs-Wandler
10. Spannungs-Strom-Wandler

Invertierender vs nicht invertierender Operationsverstärker

Lassen Sie uns eine vergleichende Analyse zwischen invertierendem und nicht invertierendem Operationsverstärker durchführen.

Gegenstand des Vergleichs.	Operationsverstärker invertieren	Nicht invertierender Operationsverstärker
Eingang Klemme	Die Eingabe erfolgt über die invertierende Klemme.	Die Eingabe erfolgt über eine nicht invertierende Klemme.
Ausgangspolarität	Die Polarität der Eingangsspannung ändert sich am Ausgang.	Die Polarität des Eingangs bleibt im Ausgang gleich.
Gewinnen	Der Gewinn ist gegeben als: Av = - (Rf / R1)	Der Gewinn ist gegeben als: Av = (1 + Rf / R1)
Eingangsimpedanzen	Die Eingangsimpedanz ist geringer als die des nicht invertierenden Operationsverstärkers.	Die Eingangsimpedanz ist höher als die des invertierenden Operationsverstärkers.
Ausgangsphase	Der Ein- und Ausgang ist in Phase.	Der Ein- und Ausgang ist phasenverschoben.

Negative Rückkopplung Operationsverstärker

Wenn bei einem System mit geschlossenem Regelkreis eines Operationsverstärkers das Rückkopplungssystem mit dem invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers verbunden ist, wird das Rückkopplungssystem als negative Rückkopplung bezeichnet. Ein Operationsverstärker, der mit negativer Rückkopplung arbeitet, wird als negative Rückkopplung bezeichnet. Operationsverstärker mit negativer Rückkopplung haben eine bessere Systemstabilität, aber die Verstärkung ist geringer als bei Operationsverstärkern mit positiver Rückkopplung.

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