1.3: ОГЛЯД
- Page ID
- 31042
Операційний підсилювач є потужним, багатогранним аналоговим елементом обробки даних, і оптимальна експлуатація цього універсального будівельного блоку вимагає фону в декількох різних областях. Першочергове завдання цієї книги - допомогти читачеві застосувати операційні підсилювачі до власних проблем. Хоча використання підходу «довідника», який в основному зводить в таблиці ряд конфігурацій, які інші знайшли корисними, є привабливим завдяки своїй простоті, цей підхід має певні обмеження. Чудові результати незмінно отримуються, коли дизайнер адаптує схему, яку він використовує, до власних конкретних, детальних вимог та до конкретного операційного підсилювача, який він вибирає.
Збалансована презентація, яка поєднує практичні концепції проектування схем та систем із застосовною теорією, є важливою основою для типу творчого підходу, що призводить до оптимальних операційно-підсилювальних систем. У наступних розділах наведено необхідні поняття. Друга перевага цієї презентації полягає в тому, що багато методів легко застосовуються до широкого спектру проблем проектування схем та систем, а матеріал структурований, щоб заохотити цей тип передачі.
Зворотній зв'язок є центральним для практично всіх операційних підсилювачів додатків, і глибоке розуміння цієї важливої теми необхідно в будь-якій складній ситуації проектування. Глави з 2 по 6 присвячені концепціям зворотного зв'язку, з акцентом на прикладах, взятих з операційно-підсилювальних з'єднань. Однак презентація в цих розділах зберігається досить загальною, щоб дозволити її застосування до найрізноманітніших систем зворотного зв'язку. Теми, що охоплюються, включають моделювання, детальне вивчення переваг та обмежень зворотного зв'язку, визначення відповідей, стабільності та методів компенсації, спрямованих на підвищення стабільності. Також включені прості методи аналізу окремих типів нелінійних систем. Цей поглиблений підхід включений принаймні частково, тому що я переконаний, що детальне розуміння зворотного зв'язку є єдиною найважливішою передумовою успішного проектування електронних схем та систем.
Для реалізації операційних підсилювачів використовується кілька цікавих і широко застосовуваних методів конструювання схем. Конструкція операційно-підсилювальних схем ускладнюється вимогою отримання посилення на нульовій частоті з малим дрейфом і вхідним струмом. У главі 7 розглядається конструкція необхідних d-c підсилювачів. Наслідки топології на динаміку схем операційно-підсилювача обговорюються в розділі 8. Також включені конструкції каскадів з високим коефіцієнтом посилення, що використовуються в більшості сучасних операційних підсилювачів, та фактори, що впливають на продуктивність вихідного каскаду. Глава 9 ілюструє, як методи проектування схем та концепції системи зворотного зв'язку поєднуються в ілюстративній схемі операційного підсилювача.
Фактори, що впливають на конструкцію сучасних інтегральних операційних підсилювачів, які значно збільшили використання підсилювача, розглядаються в Главі 10. Наведено кілька прикладів репрезентативних сучасних дизайнів.
Різноманітні операційні підсилювачі посипаються протягом перших 10 глав, щоб проілюструвати важливі концепції. Розділи 11 і 12 зосереджені на подальших додатках, з великим акцентом на уточнення важливих методів і топологій, а не концентруватися на незначних деталями, які сильно залежать від специфіки даної програми та використовуваного підсилювача.
Глава 13 присвячена проблемі компенсації операційних підсилювачів для оптимальних динамічних характеристик в різних сферах застосування. Обговорення цього матеріалу відкладається до заключної глави, тому що тільки тоді зворотний зв'язок, схема і фон застосування необхідно повною мірою оцінити тонкощі компенсації сучасних операційних підсилювачів. Компенсація, мабуть, є найважливішим аспектом ефективного застосування операційних підсилювачів і часто представляє різницю між недостатньою та чудовою продуктивністю. Кілька прикладів того, як компенсація впливає на продуктивність реперативного оперативного підсилювача інтегральної схеми, використовуються для посилення теоретичної дискусії, включеної в цю главу.
ПРОБЛЕМИ
Вправа\(\PageIndex{1}\)
Спроектуйте схему з використанням одного операційного підсилювача, який забезпечує ідеальне співвідношення вхід-вихід
\[V_o = -V_{i1} - 2V_{i2} - 3V_{i3}\nonumber \]
Зберігайте значення всіх використовуваних резисторів між 10 і 100 кУ.
Визначте петлю передачі (припускаючи відсутність навантаження) для вашої конструкції.
Вправа\(\PageIndex{2}\)
Зверніть увагу, що можна забезпечити ідеальне співвідношення «вхід-вихід».
\[V_o = V_{i1} + 2V_{i2} + 3V_{i3}\nonumber \]
слідуючи конструкції для проблеми 1.1 з інвертором одиниці посилення. Знайдіть більш ефективну конструкцію, яка виробляє цю залежність, використовуючи лише один операційний підсилювач.
Вправа\(\PageIndex{3}\)
Підключається операційний підсилювач для забезпечення інвертуючого посилення з ідеальним значенням 10. На низьких частотах коефіцієнт посилення розімкнутого контуру амплі-волокна є незалежним від частоти і дорівнює\(a_0\). Припускаючи, що єдиним джерелом помилки є кінцеве значення коефіцієнта посилення розімкнутого контуру, наскільки великим має\(a_0\) бути, щоб фактичний коефіцієнт посилення підсилювача в замкнутому контурі відрізнявся від його ідеального значення менш ніж на 0,1%?
Вправа\(\PageIndex{4}\)
Спроектуйте підключення з одним підсилювачем, яке забезпечує ідеальне співвідношення вхід-вихід
\[v_o = -100 \int (v_{i1} + v_{i2}) dt \nonumber \]
Зберігайте значення всіх використовуваних резисторів між 10 і 100\(k\Omega\).
Вправа\(\PageIndex{5}\)
Спроектуйте підключення з одним підсилювачем, яке забезпечує ідеальне співвідношення вхід-вихід
\[v_o = +100 \int (v_{i1} + v_{i2} ) dt \nonumber \]
використовуючи тільки значення резистора між 10 і 100\(k\Omega\). Визначте цикл передачі вашої конфігурації, припускаючи незначне навантаження.
Вправа\(\PageIndex{6}\)
Визначте ідеальні відносини вхід-вихід для двох з'єднань, показаних на малюнку 1.7.
Вправа\(\PageIndex{7}\)
Визначте ідеальну функцію передачі вхід-вихід для підключення операційно-підсилювача, показану на малюнку 1.8. Оцінити значення коефіцієнта посилення розімкнутого контуру потрібно таким чином, щоб фактичний коефіцієнт посилення ланцюга наближався до свого ідеального значення при вхідній частоті 0,01 радіан в секунду. Ви можете знехтувати завантаженням.
Вправа\(\PageIndex{8}\)
Припустимо, що операційно-підсилювальне з'єднання, показане на малюнку 1.9, задовольняє двом умовам, зазначеним у розділі 1.2.2. Використовуйте ці умови для визначення вихідного опору з'єднання (тобто опору, яке бачить навантаження).
Вправа\(\PageIndex{9}\)
Визначте ідеальне співвідношення передачі вхід-вихід для схеми, показаної на малюнку 1.10. Припустимо, що змінні терміналу транзистора пов'язані як
\[i_C = 10^{-13} e^{40v_{BE}}\nonumber \]
де\(i_C\) виражається в амперах і\(v_{BE}\) виражається в вольтах.
Вправа\(\PageIndex{10}\)
Побудуйте ідеальні вхідно-вихідні характеристики для двох схем, показаних на малюнку 1.11. У частині а припустимо, що змінні діода пов'язані між собою\(i_D = 10^{-13} e^{40v_D}\), де\(i_D\) виражається в амперах і\(v_D\) виражається в вольтах. Частково припустимо\(b\)\(i_D = 0\), що\(v_D <0\),, і\(v_D = 0\),\(i_D > 0\).
Вправа\(\PageIndex{11}\)
Ми зосередилися на операційно-підсилювальних з'єднаннях із негативним зворотним зв'язком. Однак кілька корисних з'єднань, таких як показано на малюнку 1.12, використовують позитивний зворотний зв'язок навколо підсилювача. Припустимо, що лінійна область розімкнутого контуру посилення підсилювача дуже висока, але що його вихідна напруга обмежена\(\pm 10\) вольтами через насичення вихідного каскаду амплі-волокна. Приблизно і побудуйте вихідний сигнал для схеми, показаної на малюнку 1.12 з використанням цих припущень.
Вправа\(\PageIndex{12}\)
Спроектуйте схему операційно-підсилювача, яка забезпечує ідеальне співвідношення вхід-вихід форми
\[v_O = K_1 e^{v_I/K_2}\nonumber \]
де\(K_1\) і\(K_2\) є константами, залежними від значень параметрів, використовуваних у вашому дизайні.
