Osnovna metoda analize operacijskih ojačevalnikov: virtualni odprti tokokrog, virtualni kratki stik. Za neznana vezja operacijskih ojačevalnikov uporabite to osnovno metodo analize.
Operacijski ojačevalniki so pogosto uporabljene naprave. Ko so priključeni na ustrezna povratna omrežja, se lahko uporabljajo kot natančni ojačevalniki izmeničnega in enosmernega toka, aktivni filtri, oscilatorji in primerjalniki napetosti.
- Uporaba operacijskih ojačevalnikov pri aktivnem filtriranju
Zgornja slika prikazuje tipično vezje aktivnega filtra (Saron-Kaylovo vezje, vrsta Butterworthovega vezja). Prednost aktivnega filtriranja je, da lahko signale, večje od mejne frekvence, hitreje upadajo, filtrirne značilnosti pa ne zahtevajo visoke kapacitivnosti in upornosti.
Točke načrtovanja tega vezja so: pod pogojem doseganja ustrezne mejne frekvence je treba vrednosti uporov R233 in R230 izbrati čim bolj enakomerno, prav tako pa je treba izbrati enakomerno tudi kapacitivnost C50 in C201 (ko sta vrednosti uporov in kapacitivnosti dvostopenjskega RC vezja enaki, se to imenuje Saron-Kaylovo vezje), tako da se lahko tipi naprav normalizirajo ob hkratnem doseganju učinkovitosti filtriranja. Med njimi upor R280 preprečuje, da bi vhod prekinjen, kar bi povzročilo nenormalen izhod operacijskega ojačevalnika.
Tri najpogosteje uporabljena vezja aktivnih nizkoprepustnih filtrov drugega reda za filtriranje so: Butterworth, monotono padajoč, z ravno in najgladkejšo krivuljo;
Pri Butterworthovem nizkoprepustnem filtriranju se najpogosteje uporablja Saron-Kaylovo vezje, ki je simulirano vezje.
Za filter morate poznati njegovo mejno frekvenco ali pa zapisati prenosno funkcijo in frekvenčni odziv.
Če ima filter tudi funkcijo ojačanja, morate poznati ojačanje filtra.
Ko sta vrednosti upora in kapacitivnosti dvostopenjskega RC vezja enaki, se to imenuje Serenkovo vezje. V aktivno vezje drugega reda se vnese negativna povratna zanka, ki povzroči hiter padec izhodne napetosti v visokofrekvenčnem območju.
Ojačanje pasovne širine aktivnega nizkoprepustnega filtra drugega reda je 1+Rf/R1, kar je enako kot pri nizkoprepustnem filtru prvega reda;
Upoštevajte, da je enota m ohm, enota N pa u.
Torej se mejna frekvenca izračuna kot
Čebišev, hitro propadajoč, vendar z valovi v pasovnem pasu;
Besselov (eliptični), fazni premik je sorazmeren s frekvenco, skupinska zakasnitev pa je v bistvu konstantna.
2. Uporaba operacijskega ojačevalnika v primerjalniku napetosti
To vezje je pravzaprav kombinacija primerjalnika z ničelnim prehodom in vezja z globokim ojačevalnikom.
Izhod je ojačan z (1+R292/R273). Višji kot je faktor ojačanja, strmejši je naraščajoči rob kvadratnega vala.
V tem vezju je treba biti pozoren tudi na ključno vrednost upora komponente, to je R275, ki določa hitrost naraščanja kvadratnega vala.
3. Zasnova vezja s konstantnim tokom
Kot je prikazano na sliki, je postopek analize načela konstantnega toka naslednji:
U5B (spodnji operacijski ojačevalnik na zgornji sliki) je sledilnik napetosti, zato je V1=V4;
V skladu z načelom virtualnega kratkega stika operacijskega ojačevalnika velja za operacijski ojačevalnik U4A (zgornji operacijski ojačevalnik na zgornji sliki): V3 = V5;
Če združimo zgornje enačbe, dobimo:
Ko je referenčna napetost Vref fiksna na 1.8 V, je upor R30 3.6, izhodni tok pa je konstanten pri 0.5 mA.
To vezje z virom konstantnega toka se lahko uporabi za načrtovanje virov konstantnega toka tudi za druge tokove. Osnovna ideja je: vsi upori morajo uporabljati visoko natančne upore z enakomerno upornostjo. Vhodna referenčna napetost (z uporabo posebnega čipa za referenčno napetost) se deli z upornostjo, da se dobi izhodni tok.
Vendar pa sta v dejanski uporabi za zaščito vezja vira konstantnega toka na izhodu običajno zaporedno vezana dioda in upor. Prva prednost tega je preprečevanje vdora zunanjih motenj v vezje vira konstantnega toka, kar bi lahko povzročilo poškodbe vezja vira konstantnega toka, in druga prednost je preprečevanje kratkega stika zunanje obremenitve, da se ne poškoduje vezje vira konstantnega toka.
5. Vezje za merjenje toplotne upornosti
Vezje na zgornji sliki je tipično merilno vezje za termični upor/par. Ideja meritve je naslednja: na obremenitev se doda vir konstantnega toka 1–10 mA, ki na njej ustvari določeno napetost, napetost pa se aktivno filtrira. Po obdelavi se signal prilagodi (ojačanje ali slabljenje signala) in na koncu se pošlje na vmesnik ADC.
Pri uporabi tega vezja bodite pozorni na zaščito na vhodu. TVS je mogoče priključiti vzporedno, vendar bodite pozorni na vpliv kondenzatorjev na natančnost meritev. Seveda lahko v nekaterih primerih z nizkimi stroški zgornji diagram vezja poenostavimo v naslednje vezje.
Pri uporabi operacijskih ojačevalnikov se pogosto uporablja sledilnik napetosti. Prednosti tega vezja so: prvič, zmanjša vpliv obremenitve na vir signala; drugič, izboljša sposobnost signala za prenašanje obremenitve.
7. Uporaba enojnega napajanja
Pri dejanski uporabi operacijskih ojačevalnikov običajno uporabljamo dvojna napajanja za ohranjanje frekvenčnih značilnosti operacijskih ojačevalnikov. Vendar pa včasih pri dejanski uporabi imamo le eno napajanje in lahko dosežemo normalno delovanje operacijskega ojačevalnika.
Najprej uporabimo sledilno vezje operacijskega ojačevalnika, da dosežemo delilnik napetosti VCC/2:
Seveda, če zahteve niso zelo visoke, lahko napetost neposredno delimo z upori, da dobimo +VCC/2, vendar bo zaradi značilnosti delitve napetosti upora njegova dinamična hitrost odziva zelo počasna, zato jo uporabljajte previdno.
Ko dosežemo +VCC/2, lahko uporabimo en sam napajalnik za dosego funkcije ojačanja signala, kot je prikazano spodaj:
V tem vezju je R66 = R67 // R68, izhodno ojačanje signala pa je G = -R67 / R68.
Specifična uporaba je prikazana na spodnji sliki: operacijski ojačevalnik se napaja iz enega samega +5V_AD, napetost AD čipa pa je 3.3V (dobljena z referenčno napetostjo REF3033). 3.3V se deli z upori in sledi operacijskemu ojačevalniku, da se dobi 1.65V, ki se dovede na fazni vhodni priključek operacijskega ojačevalnika.
