Операционный усилитель
Очень часто сигнал (например с датчика) нужно усилить, инвертировать(перевернуть), сделать смещение, нужно сложить несколько сигналов или сделать изоляцию нагрузки, со всеми этими задачами справляется операционный усилитель, который после транзисторов занимает вторую строчку.
Первые операционные усилители использовались для математических операций дифференцирования(разделение сложного на простые) и интегрирования (суммирование из простых в сложную) отсюда и пошло название операционный
Принцип работы операционного усилителя
По своей сути операционный это усилитель постоянного тока, который имеет два входа и один выход. Питание операционного усилителя может быть как двухполярное(например +15 вольт и -15 вольт) так и однополярное (+5 v и GND). По принципу работу усилитель очень похож на реле (для простоты объяснения), которое переключает напряжение в одну сторону или в другую, в зависимости от напряжения на его управляющих контактах.
Операционный усилитель сравнивает напряжение на входе + (неивертирующий) и на входе - (инвертирующий) и в зависимости от того кто больше на выход подает напряжение + или - но уже с цепи питания. Т.е. если у нас питание операционника происходит от +5 вольт, а на вход + подали +0.01v, на вход - подали +0.00999V, то на выходе мы получим почти 5 вольт, при этом ток I входа многократно меньше тока выхода, что обусловленно очень высоким сопротивлением между входами и низким сопротивлением между выходом и + или - питания. Конечно же по факту будет падение, но усиление может быть в сотни и тысячи раз.
Обозначение на схемах
На схемах операционные усилители обозначаются в виде треугольника, который имеет два входа подписанные + и - , что не нужно путать с питанием + и - , так как это обозначение для инвестирующего и неинвертирующего входа, так же ОУ часто обозначают без питания, так как это только усложняет схему.
Если питание не обозначено, то подразумевается двуполярное питание +V и -V, помимо этого может быть обозначение и +E и -E, но гораздо более интересно обозначение Vcc и Vee. Если мы вспомним транзисторы, то у нас были три контакта :
-Collector (коллектор)
-Emitter (эмиттер)
-Base (база)
Обозначение Vcc и Vee как Вы уже догадались и берет оттуда свое происхождение, где Vcc это + питания, так как коллектор у нас на плюсе, а Vee -это производная от Emitter и - питания, такое обозначение применяется в схемах на биполярных транзисторах. Не менее популярно и схемы на полевых транзистора, но как мы помним там обозначение немного иное (D-drain(сток +), S- source(исток -), G-gate(затвор)). В таких микросхемах питание обозначается как Vdd для положительного и Vss для минуса
Повторитель напряжения
Самое простое, что можно сделать на операционном усилители это повторитель напряжения, при такой схеме мы замыкаем инвертирующий вход (-) на выход усилителя, по сути мы повторяем напряжение которое подается на неинвертирующий вход, т.е. если на него пришло +2 вольта, то на выходе мы получим так же +2 вольта и так до максимума, который определяется питанием микросхемы, если мы питаемся от +9 вольт, то на выходе может получить максимум (почти) 9 v. Зачем тогда нам нужна целая микросхема, Вы скажите, если можно сделать просто перемычку, все дело в силе тока и согласование сопротивлений входных и выходных, так же с помощью подобной схемы можно управлять большими нагрузками или развязать силовую часть схемы с перцизинной (обладающей высокой точностью).
Инвертирующий усилитель
Если вместо перемычки между инвестирующим входом и выходом усилителя мы поставим делитель напряжения на двух резисторах, 3Ком и 1Ком то мы получим усиление сигнала в три раза и его инверсию, т.е. если мы подадим +1 вольт то на выходе получим -3вольта, а если подадим -2вольта то на выходе получим +6 вольт и так далее до максимального напряжения питания, а если на вход мы подадим синусоиду в 40 герц, то на выходе мы получим перевернутую(отзеркаленную) эту же синусоиду, но у которой амплитуда будет в три раза выше.
Триггер Шмитта
Так же очень часто нужно исключить всевозможные наводки и сделать двоичный вывод, да или нет. Для таких целей можно собрать схему триггера Шмитта на операционном усилители. Как видно из рисунка у нас есть нужный нам сигнал в 40 герц, на него мы накладываем помехи в виде 1000 герц, все это с помощью трех резисторов соединяется в схему и на выходе мы видим четкий прямоугольный меандр, который говорит нам где сейчас синусоида, выше или ниже нуля, соответственно на выходе мы поулчаем +5 или 0 (1 истина или 0 лож), что в дальнейшем нам понадобиться для микроконтроллеров.
Вопросы 0
Для того чтобы задать вопрос нужно войти