Кіріспе

Бұл мақалада операциялық күшейткіштердің кейбір типтік қолданылуы көрсетілген. Идеалды емес операциялық күшейткіштің эквиваленттік схемасында шекті кіріс кедергісі, нөлдік емес шығыс кедергісі және шекті күшейту бар. Нақты операциялық күшейткіште диаграммада көрсетілгендей, идеалды емес бірнеше ерекшеліктері бар, бірақ мұнда қарапайым схемалық белгілеулер қолданылады, құрылғыны таңдау және қуат көзіне қосылу сияқты көптеген егжей-тегжейлер көрсетілмейді. Операциялық күшейткіштер теріс кері байланыспен жұмыс істеуге оңтайландырылған, ал бұл мақалада тек теріс кері байланыс қолданылулары талқыланады. Оң кері байланыс қажет болған жағдайда, әдетте салыстырушы қолдану орындырақ болады. Қосымша ақпарат алу үшін Салыстырушы қолданылулары бөлімін қараңыз.

Құралымның спецификациясы

Қатты күйдегі операциялық күшейткіш тізбектерінде қолданылатын резисторлар әдетте kΩ диапазонында болады. 1 МΩ-тан жоғары кедергілі резисторлар артық жылу шуын тудырады және тізбектің жұмысын, қисайту немесе ағып кету тогынан туындаған маңызды қателерге осал етеді.

Кіріс бұрмалы токтары мен кіріс ауытқулары

Практикалық операциялық күшейткіштер, олардың әрбір кірісінен, қиылыс тогының қажеттілігіне байланысты (биполярлы транзисторлар негізіндегі кірістер үшін) немесе ағып кетуге байланысты (MOSFET негізіндегі кірістер үшін) шағын ток алады. Бұл токтар кірістерге қосылған кедергілер арқылы өтеді және осы кедергілерде шағын кернеудің төмендеуіне себеп болады. Кері байланыс желісін дұрыс жобалау, кіріс қиылыс тогы және ортақ режимдегі күшейтумен байланысты мәселелерді азайтуға көмектеседі, бұл төменде түсіндірілген. Эвристикалық ереже – әрбір кіріс терминалының «көрінетін» кедерісінің бірдей болуын қамтамасыз ету. Егер кіріс қиылыс тогы сәйкес келмесе, кіріс ауытқу кернеуі пайда болады, бұл тізбектің жұмысында проблемаларға әкелуі мүмкін. Көптеген коммерциялық күшейткіштер кірістерді теңестіру үшін операциялық күшейткішті реттеу әдісін ұсынады (мысалы, потенциометрге қосылған сыртқы кернеу көзімен өзара әрекеттесетін «ауытқуды нөлге теңеу» немесе «теңестіру» тіректері). Ауытқу әсерін теңестіру үшін кірістердің біріне реттелетін сыртқы кернеу қосылуы мүмкін. Егер жобада бір кіріс жерге тікелей қосылуы қажет болса, осы тікелей қосылуды өзгертілмелі кедергімен алмастыруға болады, оны ауытқу мәселесін азайту үшін реттеуге болады. MOSFET негізіндегі кіріс сатыларын пайдаланатын операциялық күшейткіштерде кіріс ағыны, көптеген жағдайларда, елеусіз болады.

Электрмен жабдықтау әсері

Қуат көздері төмендегі (түйінделген) операциялық күшейткіштердің схемаларында көрсетілмегенімен, олар бар және операциялық күшейткіш тізбегін жобалауда маңызды рөл атқарады.

Тасымалдау шуы

Қуат берудегі imperfections (мысалы, қуат сигналының тербелісі, нөлдік емес бастапқы кедергісі) идеалды операциялық күшейткіштің жұмысынан едәуір ауытқуларға алып келуі мүмкін. Мысалы, операциялық күшейткіштерде қуат көзінің қабылдамау коэффициенті (Power Supply Rejection Ratio) көрсетілген, ол қуат көзіне түсетін сигналдарды шығыстан қаншалықты жақсы сүзу ететінін көрсетеді. Үлкен схемаларда қуат көзіне кіретін жерлер көбінесе шулы болады, себебі қуат көзі схемадағы дерлік барлық компоненттермен қолданылады, ал индуктивтілік эффектілері токтың бірден барлық компоненттерге жеткізілуіне кедері келтіреді. Соның салдарынан, компонентке үлкен ток қажет болған кезде (мысалы, бір күйден екінші күйге жиі ауысатын цифрлық компонент), жақын орналасқан компоненттер қуат көзімен байланыста кернеудің төмендеуін сезінуі мүмкін. Бұл мәселені әр қуат көзі тірегі мен жерге қосылған тиісті айналма конденсаторларды (bypass capacitors) қолдану арқылы азайтуға болады. Компонентке токтың күрт қажеттілігі туғанда, ол қуат көзін тікелей жақын орналасқан конденсатордан (содан кейін қуат көзі арқылы баяу зарядталатын) ток алып, айналып өте алады.

Сигнал жолында қуат беру тоқтарын пайдалану

Сонымен қатар, қуат көзінен операциялық күшейткішке тартылатын ток операциялық күшейткіштің мүмкіндіктерін кеңейтетін сыртқы тізбектерге кіріс ретінде пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, операциялық күшейткіш, шығысы күшейткіштің қауіпсіз диапазонынан тыс сигналдарды тудыруды талап ететін, белгілі бір жоғары күшейту қолданысына сәйкес келмеуі мүмкін. Мұндай жағдайда, операциялық күшейткішке кіретін және одан шығатын токпен сыртқы түрткі-тарту күшейткішін басқаруға болады. Осылайша, операциялық күшейткіш өндіруші белгілеген шектерінде жұмыс істей алады, бірақ бұл ретте теріс кері байланыс тізбегіне осы шектерден әлдеқайда үлкен шығыс сигналын қосуға мүмкіндік береді.

Көшейткіштер

Бірінші мысал – дифференциалдық күшейткіш, одан көптеген басқа да қолданулар туындайды, оның ішінде инверттеуші, инверттемейтін және қосу күшейткіштері, кернеу қайталағышы, интегратор, дифференциатор және гиратор.

Индуктивті айналдырушы

Индукторды симуляциялайды (яғни, қымбат индукторды қолданбай индуктивтілікті қамтамасыз етеді). Бұл схема конденсатор арқылы өтетін ток уақыт өте келе индуктордағы кернеу сияқты қасиет танытуына негізделген. Осы схемада қолданылатын конденсатор, ол симуляциялайтын индуктордан геометриялық өлшемдері бойынша кішірек болады, сондай-ақ оның сыйымдылығы қоршаған ортаның өзгеруіне байланысты мәнінің өзгеруіне аз бейім. Бұл схема физикалық индукторға қарағанда артықшылықтары бар қолданыстарда қолданылуы мүмкін, мысалы, өзгермелі индуктивтілікті немесе өте үлкен индуктивтілікті симуляциялау. Алайда, бұл схема индуктордың кері ЭҚК қасиеттерін пайдаланатын қолданыстарда шектеулі, себебі гиратор схемасында бұл эффект операциялық күшейткіштің қуат көзімен шектеледі.

Дәлдік тетіктік

Пассивті түзетуші тізбегіндегі алға қарай бағытталған диодтағы VF кернеуінің төмендеуі қолайсыз. Бұл белсенді нұсқада мәселе диодты теріс кері байланыс тізбегіне қосу арқылы шешіледі. Операциялық күшейткіш жүктемедегі шығыс кернеуін кіріс кернеуімен салыстырып, өзінің шығыс кернеуін VF шамасына сәйкес арттырады. Нәтижесінде, VF кернеуінің төмендеуі өтелді, ал тізбек VF = 0 В болатын идеалдық (супер) диодтай жұмыс істейді.

Тізбектің жоғары жиілікте жылдамдық шектеулері баяу теріс кері байланысқа және көптеген идеалды емес операциялық күшейткіштердің төмен өнімділігіне байланысты.