วิธีการวิเคราะห์พื้นฐานสำหรับออปแอมป์: วงจรเปิดเสมือน วงจรลัดวงจรเสมือน สำหรับวงจรแอปพลิเคชันออปแอมป์ที่ไม่คุ้นเคย ให้ใช้การวิเคราะห์พื้นฐานนี้
อ็อปแอมป์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เมื่อเชื่อมต่อกับเครือข่ายป้อนกลับที่เหมาะสมแล้ว สามารถใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณ AC และ DC ที่แม่นยำ ตัวกรองแอ็คทีฟ ออสซิลเลเตอร์ และตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าได้
- การประยุกต์ใช้ op amps ในการกรองแบบแอ็คทีฟ
รูปด้านบนเป็นวงจรกรองแอ็คทีฟทั่วไป (วงจร Saron-Kayl ซึ่งเป็นวงจรประเภทหนึ่งของวงจร Butterworth) ข้อดีของการกรองแอ็คทีฟคือสามารถทำให้สัญญาณที่มากกว่าความถี่ตัดลดลงได้เร็วขึ้น และลักษณะการกรองไม่ต้องการความจุและความต้านทานสูง
จุดออกแบบของวงจรนี้คือ: ภายใต้เงื่อนไขการพบความถี่ตัดที่เหมาะสมควรเลือกค่าความต้านทานของ R233 และ R230 ให้สม่ำเสมอที่สุดและควรเลือกความจุของ C50 และ C201 ให้สม่ำเสมอ (เมื่อค่าความต้านทานและความจุของวงจร RC สองขั้นตอนเท่ากันเรียกว่าวงจร Saron-Kayl) เพื่อให้สามารถทำให้ประเภทของอุปกรณ์เป็นมาตรฐานได้ในขณะที่ตรงตามประสิทธิภาพการกรอง ในจำนวนนั้น ตัวต้านทาน R280 ป้องกันไม่ให้อินพุตถูกระงับซึ่งจะทำให้เอาต์พุตของ op amp ผิดปกติ
วงจรกรองความถี่ต่ำแบบแอคทีฟลำดับที่สองที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสามวงจรสำหรับการกรอง ได้แก่ Butterworth ซึ่งลดลงแบบเอกภาพ เส้นโค้งแบนและเรียบที่สุด
วงจร Saron-Kayl ซึ่งใช้กันมากที่สุดในวงจรกรองความถี่ต่ำแบบ Butterworth ซึ่งเป็นวงจรจำลอง
สำหรับตัวกรอง คุณจำเป็นต้องทราบความถี่ตัด หรือคุณสามารถเขียนฟังก์ชันการถ่ายโอนและการตอบสนองความถี่ได้
หากตัวกรองมีฟังก์ชั่นขยายเสียงด้วย คุณจำเป็นต้องทราบค่าเกนของตัวกรอง
เมื่อค่าความต้านทานและความจุของวงจร RC สองขั้นตอนเท่ากัน เรียกว่าวงจรเซเรนก้า วงจรแอ็คทีฟลำดับที่สองจะป้อนฟีดแบ็กเชิงลบเพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกลดลงอย่างรวดเร็วในช่วงความถี่สูง
ค่าเกนแบนด์ผ่านของวงจรตัวกรองโลว์พาสแอ็คทีฟลำดับที่สองคือ 1+Rf/R1 ซึ่งเท่ากับวงจรตัวกรองโลว์พาสลำดับที่หนึ่ง
สังเกตว่าหน่วยของ m คือ โอห์ม และหน่วยของ N คือ u
ดังนั้นความถี่ตัดจึงคำนวณได้ดังนี้
เชบีเชฟ เสื่อมสลายอย่างรวดเร็วแต่มีริ้วคลื่นในแถบผ่าน
เบสเซล (รูปวงรี) การเลื่อนเฟสเป็นสัดส่วนกับความถี่ และความล่าช้าของกลุ่มเป็นค่าคงที่โดยพื้นฐาน
2. การนำ op amp มาประยุกต์ใช้ในการเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า
วงจรนี้เป็นการผสมผสานระหว่างวงจรเปรียบเทียบจุดตัดศูนย์และวงจรขยายเสียงลึก
เอาต์พุตจะขยายด้วย (1+R292/R273) ยิ่งปัจจัยการขยายสูงขึ้น ขอบขาขึ้นของคลื่นสี่เหลี่ยมก็จะชันขึ้น
ในวงจรนี้ยังมีองค์ประกอบหลักที่ต้องใส่ใจอีกตัวหนึ่ง นั่นคือ R275 ซึ่งเป็นตัวกำหนดความเร็วที่เพิ่มขึ้นของคลื่นสี่เหลี่ยม
3. การออกแบบวงจรแหล่งจ่ายกระแสคงที่
ตามที่แสดงในภาพ กระบวนการวิเคราะห์หลักการกระแสคงที่เป็นดังนี้:
U5B (op amp ล่างในรูปด้านบน) เป็นตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า ดังนั้น V1=V4
ตามหลักการลัดวงจรเสมือนของเครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ สำหรับออปแอมป์ U4A (ออปแอมป์ตัวบนในรูปด้านบน): V3=V5;
เมื่อรวมสมการข้างต้นเข้าด้วยกันเราจะได้:
เมื่อแรงดันอ้างอิง Vref ถูกกำหนดไว้ที่ 1.8V ตัวต้านทาน R30 จะเท่ากับ 3.6 และเอาต์พุตกระแสไฟฟ้าจะคงที่ที่ 0.5mA
วงจรแหล่งจ่ายกระแสคงที่นี้สามารถใช้ออกแบบแหล่งจ่ายกระแสคงที่ของกระแสอื่นๆ ได้ แนวคิดพื้นฐานคือ ตัวต้านทานทั้งหมดต้องใช้ตัวต้านทานที่มีความแม่นยำสูงซึ่งมีค่าความต้านทานที่สม่ำเสมอ แรงดันอ้างอิงอินพุต (โดยใช้ชิปแรงดันอ้างอิงพิเศษ) จะถูกหารด้วยค่าความต้านทานเพื่อให้ได้กระแสเอาต์พุต
อย่างไรก็ตามในการใช้งานจริง เพื่อปกป้องวงจรแหล่งจ่ายกระแสคงที่ โดยทั่วไปแล้วไดโอดและตัวต้านทานจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่ปลายเอาต์พุต ประโยชน์ประการแรกของสิ่งนี้คือเพื่อป้องกันการรบกวนจากภายนอกเข้าสู่วงจรแหล่งจ่ายกระแสคงที่ ซึ่งจะทำให้วงจรแหล่งจ่ายกระแสคงที่เสียหาย และประการที่สอง เพื่อป้องกันไม่ให้โหลดภายนอกเกิดไฟฟ้าลัดวงจร เพื่อไม่ให้วงจรแหล่งจ่ายกระแสคงที่เสียหาย
5.วงจรวัดความต้านทานความร้อน
วงจรในรูปด้านบนเป็นวงจรวัดตัวต้านทานความร้อน/คู่แบบทั่วไป แนวคิดในการวัดคือ เพิ่มแหล่งจ่ายกระแสคงที่ 1-10mA ให้กับโหลด ซึ่งจะสร้างแรงดันไฟฟ้าบางอย่างบนโหลด และแรงดันไฟฟ้าจะถูกกรองอย่างแข็งขัน หลังจากประมวลผลแล้ว สัญญาณจะถูกปรับ (ขยายหรือลดทอนสัญญาณ) และในที่สุดสัญญาณจะถูกส่งไปยังอินเทอร์เฟซ ADC
เมื่อใช้วงจรนี้ ให้ใส่ใจกับการใช้การป้องกันที่ปลายอินพุต TVS สามารถเชื่อมต่อแบบขนานได้ แต่ต้องใส่ใจกับผลกระทบของตัวเก็บประจุต่อความแม่นยำในการวัด แน่นอนว่า หากในบางโอกาสที่มีต้นทุนต่ำ แผนผังวงจรด้านบนสามารถลดความซับซ้อนลงเป็นวงจรต่อไปนี้ได้
ในการใช้งานเครื่องขยายสัญญาณแบบปฏิบัติการ วงจรตามแรงดันไฟเป็นการใช้งานทั่วไป ประโยชน์ของวงจรนี้มีดังนี้ ประการแรก ช่วยลดผลกระทบของโหลดที่มีต่อแหล่งสัญญาณ ประการที่สอง ปรับปรุงความสามารถในการรับโหลดของสัญญาณ
7.การประยุกต์ใช้แหล่งจ่ายไฟแบบเดี่ยว
ในการใช้งานออปแอมป์จริง เรามักใช้แหล่งจ่ายไฟคู่เพื่อรักษาลักษณะความถี่ของออปแอมป์ อย่างไรก็ตาม บางครั้งในการใช้งานจริง เรามีแหล่งจ่ายไฟเพียงตัวเดียวเท่านั้น และออปแอมป์ก็สามารถทำงานได้ตามปกติ
ขั้นแรก เราใช้วงจรฟอลโลเวอร์แอมป์ op amp เพื่อให้ได้ตัวแบ่งแรงดันไฟ VCC/2:
แน่นอนว่า หากข้อกำหนดไม่สูงมาก เราก็สามารถหารแรงดันไฟฟ้าด้วยตัวต้านทานได้โดยตรงเพื่อให้ได้ +VCC/2 แต่เนื่องจากลักษณะเฉพาะของการแบ่งแรงดันไฟฟ้าตัวต้านทาน ความเร็วในการตอบสนองแบบไดนามิกจึงช้ามาก ดังนั้น โปรดใช้ด้วยความระมัดระวัง
หลังจากได้รับ +VCC/2 แล้ว เราสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟตัวเดียวเพื่อให้ได้ฟังก์ชั่นการขยายสัญญาณ ดังแสดงด้านล่าง:
ในวงจรนี้ R66=R67//R68 และค่าเกนเอาต์พุตของสัญญาณคือ G=-R67/R68
การใช้งานเฉพาะจะแสดงในรูปด้านล่าง: ออปแอมป์ได้รับพลังงานจาก +5V_AD ตัวเดียว และแรงดันไฟฟ้าของชิป AD คือ 3.3V (ได้จากชิปแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง REF3033) 3.3V จะถูกหารด้วยตัวต้านทานและตามด้วยออปแอมป์เพื่อให้ได้ 1.65V ซึ่งจะส่งไปยังขั้วอินพุตในเฟสของออปแอมป์
