Metode analisis dasar untuk penguat operasional: rangkaian terbuka virtual, rangkaian pendek virtual. Untuk rangkaian aplikasi penguat operasional yang belum dikenal, gunakan metode analisis dasar ini.
Penguat operasional merupakan perangkat yang banyak digunakan. Bila dihubungkan ke jaringan umpan balik yang sesuai, penguat ini dapat digunakan sebagai penguat AC dan DC presisi, filter aktif, osilator, dan pembanding tegangan.
- Aplikasi Op Amp pada Penyaringan Aktif
Gambar di atas adalah rangkaian filter aktif yang umum (rangkaian Saron-Kayl, sejenis rangkaian Butterworth). Keuntungan dari penyaringan aktif adalah dapat membuat sinyal yang lebih besar dari frekuensi batas meluruh lebih cepat, dan karakteristik penyaringan tidak memerlukan kapasitansi dan resistansi yang tinggi.
Titik desain rangkaian ini adalah: di bawah kondisi memenuhi frekuensi cutoff yang sesuai, nilai resistansi R233 dan R230 harus dipilih sekonsisten mungkin, dan kapasitansi C50 dan C201 harus dipilih secara konsisten (ketika nilai resistansi dan kapasitansi rangkaian RC dua tahap sama, maka disebut rangkaian Saron-Kayl), sehingga jenis perangkat dapat dinormalisasi sambil memenuhi kinerja penyaringan. Di antara mereka, resistor R280 mencegah input ditangguhkan, yang akan menyebabkan output op amp yang tidak normal.
Tiga rangkaian filter lolos rendah aktif orde kedua yang paling umum digunakan untuk penyaringan adalah: Butterworth, kurva menurun monotonik, datar, dan paling halus;
Yang paling banyak digunakan dalam penyaringan lolos rendah Butterworth adalah rangkaian Saron-Kayl, yang merupakan rangkaian simulasi.
Untuk filter, Anda perlu mengetahui frekuensi batasnya, atau Anda dapat menuliskan fungsi transfer dan respons frekuensi.
Jika filter juga memiliki fungsi amplifikasi, Anda perlu mengetahui penguatan filter.
Bila nilai resistansi dan kapasitansi dari rangkaian RC dua tahap sama, maka rangkaian tersebut disebut rangkaian Serenka. Umpan balik negatif dimasukkan ke dalam rangkaian aktif orde kedua untuk membuat tegangan keluaran turun dengan cepat dalam rentang frekuensi tinggi.
Penguatan pita pass dari rangkaian filter low-pass aktif orde kedua adalah 1+Rf/R1, yang sama dengan rangkaian filter low-pass orde pertama;
Perhatikan bahwa satuan m adalah ohm dan satuan N adalah u
Jadi frekuensi batasnya dihitung menjadi
Chebyshev, membusuk dengan cepat, namun dengan riak di jalur pita;
Bessel (elips), pergeseran fasa sebanding dengan frekuensi, dan penundaan grup pada dasarnya konstan.
2. Aplikasi Op Amp pada Pembanding Tegangan
Rangkaian ini sebenarnya merupakan gabungan antara pembanding zero-crossing dan rangkaian penguat dalam.
Output diperkuat oleh (1+R292/R273). Semakin tinggi faktor amplifikasi, semakin curam tepi naik gelombang persegi.
Ada juga nilai resistansi komponen utama dalam rangkaian ini yang perlu diperhatikan, yaitu R275, yang menentukan kecepatan naiknya gelombang persegi.
3. Perancangan rangkaian sumber arus konstan
Seperti yang ditunjukkan pada gambar, proses analisis prinsip arus konstan adalah sebagai berikut:
U5B (penguat operasi bawah pada gambar di atas) adalah pengikut tegangan, jadi V1=V4;
Menurut prinsip pendek virtual penguat operasional, untuk penguat operasional U4A (penguat operasional atas pada gambar di atas): V3=V5;
Dengan menggabungkan persamaan di atas, kita memperoleh:
Ketika tegangan referensi Vref ditetapkan pada 1.8V, resistor R30 adalah 3.6, dan arus keluaran konstan pada 0.5mA.
Rangkaian sumber arus konstan ini dapat digunakan untuk merancang sumber arus konstan dari arus lainnya. Ide dasarnya adalah: semua resistor perlu menggunakan resistor presisi tinggi dengan nilai resistansi yang konsisten. Tegangan referensi input (menggunakan chip tegangan referensi khusus) dibagi dengan nilai resistansi untuk mendapatkan arus output.
Namun, dalam penggunaan sebenarnya, untuk melindungi rangkaian sumber arus konstan, dioda dan resistor umumnya dihubungkan secara seri di ujung keluaran. Manfaat pertama dari hal ini adalah untuk mencegah gangguan eksternal memasuki rangkaian sumber arus konstan, yang menyebabkan kerusakan pada rangkaian sumber arus konstan, dan kedua, untuk mencegah beban eksternal mengalami hubungan arus pendek, sehingga tidak merusak rangkaian sumber arus konstan.
5. Rangkaian pengukuran resistansi termal
Rangkaian pada gambar di atas adalah rangkaian pengukuran resistor/kopel termal yang umum. Ide pengukurannya adalah: sumber arus konstan 1-10mA ditambahkan ke beban, yang akan menghasilkan tegangan tertentu pada beban, dan tegangan tersebut disaring secara aktif. Setelah diproses, sinyal disesuaikan (penguatan atau pelemahan sinyal), dan akhirnya sinyal dikirim ke antarmuka ADC.
Saat menggunakan rangkaian ini, perhatikan penerapan proteksi pada ujung input. TVS dapat dihubungkan secara paralel, tetapi perhatikan dampak kapasitor pada akurasi pengukuran. Tentu saja, jika dalam beberapa kesempatan berbiaya rendah, diagram rangkaian di atas dapat disederhanakan menjadi rangkaian berikut
Dalam penggunaan penguat operasional, pengikut tegangan merupakan aplikasi yang umum. Manfaat dari rangkaian ini adalah: pertama, mengurangi dampak beban pada sumber sinyal; kedua, meningkatkan kemampuan sinyal untuk membawa beban.
7. Aplikasi catu daya tunggal
Dalam penggunaan op amp yang sebenarnya, kita biasanya menggunakan catu daya ganda untuk mempertahankan karakteristik frekuensi op amp. Namun, terkadang dalam penggunaan yang sebenarnya, kita hanya memiliki satu catu daya dan juga dapat mencapai operasi op amp yang normal.
Pertama, kita menggunakan rangkaian pengikut penguat operasi untuk mencapai pembagi tegangan VCC/2:
Tentu saja, jika persyaratannya tidak terlalu tinggi, kita dapat langsung membagi tegangan dengan resistor untuk mendapatkan +VCC/2, tetapi karena karakteristik pembagian tegangan resistor, kecepatan respons dinamisnya akan sangat lambat, jadi harap gunakan dengan hati-hati.
Setelah memperoleh +VCC/2, kita dapat menggunakan catu daya tunggal untuk mencapai fungsi penguatan sinyal, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Pada rangkaian ini, R66=R67//R68, dan penguatan sinyal keluaran adalah G=-R67/R68.
Aplikasi spesifiknya ditunjukkan pada gambar di bawah ini: penguat operasional ditenagai oleh satu +5V_AD, dan tegangan chip AD adalah 3.3V (diperoleh oleh chip tegangan referensi REF3033). 3.3V dibagi oleh resistor dan diikuti oleh penguat operasional untuk memperoleh 1.65V, yang diberikan ke terminal masukan sefase penguat operasional.
