ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน: 7 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแนะนำ Operational Amplifier ซึ่งเป็นหนึ่งในอุปกรณ์แอนะล็อกที่มีประโยชน์มากที่สุด อุปกรณ์นี้สามารถกำหนดค่าเป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านหรือกลับด้าน, ตัวเปรียบเทียบ, แอมพลิฟายเออร์แรงดัน, แอมพลิฟายเออร์รวม, แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือ, บัฟเฟอร์, ฟิลเตอร์ที่ใช้งาน, ออสซิลเลเตอร์ Wien bridge และแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ อีกมากมาย opamp มาในรูปแบบต่างๆ เช่น LM741 8 pin DIP เดี่ยวหรือ LM324 14 พิน quad op amp ที่แสดงด้านบน นอกจากนี้ยังมีประเภทที่มาในรูปแบบการยึดพื้นผิว

ขั้นตอนที่ 1: Operational Amplifier คืออะไร?

แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานซึ่งรู้จักกันในนามย่อว่า op-amp เป็นแอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้ากำลังขยายสูงแบบคู่ DC ซึ่งรวมอยู่ในชิป IC มีสองอินพุต (อินพุตส่วนต่าง) และเอาต์พุตหนึ่งรายการ พวกมันถูกใช้เป็นส่วนประกอบในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบแอนะล็อกตั้งแต่อุปกรณ์ตัวแรกออกมาในช่วงปลายทศวรรษ 1960 หนึ่งในความสวยงามของอุปกรณ์เหล่านี้คือทำให้การออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์ง่ายขึ้นอย่างมากโดยธรรมชาติของการกำหนดมาตรฐาน การออกแบบแอมพลิฟายเออร์ที่มีส่วนประกอบที่ไม่ต่อเนื่องนั้นต้องอาศัยการปรับแต่งอย่างมาก เนื่องจากความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์ที่ใช้งาน ถ้าแอมพลิฟายเออร์ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นจากซิลิโคนไดย์เดียวกัน แอมพลิฟายเออร์ทั้งหมดก็สามารถสร้างแบบเดียวกันและมีลักษณะเหมือนกันได้ เมื่อออกแบบด้วยแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน สามารถรับเกนเฉพาะสำหรับอุปกรณ์ได้โดยการติดตั้งตัวต้านทานภายนอกสองตัวที่มีอัตราส่วนความต้านทานเฉพาะ ตัวอย่างเช่น หากต้องการแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น 100 ตัวต้านทาน 100k และตัวต้านทาน 1k สามารถใส่ในวงจรเพื่อให้ได้อัตราส่วน 100 เมื่อใช้กลยุทธ์นี้ อัตราขยายจะเท่ากันทุกครั้ง op-amp ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดตลอดกาลคือ 741 ซึ่งมีมาตั้งแต่ต้นยุค 70 และถูกใช้โดยมือสมัครเล่นรุ่นต่อรุ่นในทุกสิ่งตั้งแต่เครื่องขยายเสียงไปจนถึงพาวเวอร์ซัพพลาย 741 ไม่ได้ใช้ในอุตสาหกรรมมาหลายปีแล้ว เนื่องจากมีการพัฒนา op-amps ที่ดีขึ้น แต่ก็ยังมีผู้ติดตามอยู่ในหมู่นักเล่นอดิเรกและหาซื้อได้ง่าย อุปกรณ์ตัวแรกออกมาในรูปแบบแพ็คเกจอินไลน์คู่ 8 พินหรือกระป๋องโลหะทรงกลม ต่อมามีอุปกรณ์ยึดพื้นผิว 741 และ op-amps อื่น ๆ ของวินเทจใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์กับอุปกรณ์ที่ใช้อินพุตทรานซิสเตอร์แบบ field effect ออกมาในภายหลัง เริ่มใช้อินพุตทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเนื่องจากจำเป็นต้องมีอิมพีแดนซ์อินพุตที่มากขึ้นและการระบายกระแสไฟที่ต่ำกว่า

ขั้นตอนที่ 2: แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน

แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านเป็นวงจรแรกที่เราจะครอบคลุม ในแผนภาพด้านบน op amp ต่อสายเข้ากับอินพุตที่ไปยังอินพุตที่เป็นบวก โดยที่ตัวต้านทานป้อนกลับจะไปยังอินพุตเชิงลบ อัตราส่วนของ Rf ต่อ Rg กำหนดอัตราขยาย ในกรณีของวงจรข้างต้น แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับคือ 10 แผนภาพที่อยู่ตรงกลางข้อ จำกัด "โลกแห่งความเป็นจริง" ของแอมป์ 741 เมื่อคลื่นสี่เหลี่ยม 10 kHz ถูกป้อนเข้าสู่อินพุต แต่ออกมาเป็นรูปคลื่นสามเหลี่ยมเนื่องจาก ความเร็วในการเปลี่ยนอุปกรณ์ที่จำกัด เมื่ออินพุตลดลงเหลือคลื่นสี่เหลี่ยม 1 kHz เอาต์พุตจะดีขึ้นและดูเหมือนคลื่นสี่เหลี่ยมจริงมากขึ้น การวัดความสามารถของ op amp ในการติดตามการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดของสัญญาณอินพุทเรียกว่า "Slew Rate" และวัดเป็นโวลต์ต่อไมโครวินาที 741 มีระดับที่เชื่องมากที่.5 โวลต์ต่อไมโครวินาที ออปแอมป์ความเร็วสูงมีเรตติ้งสูงถึง 5,000 โวลต์ต่อไมโครวินาที แม้ว่าแอมป์ทั่วไปอย่าง TL081 จะมีเรตติ้งเฉลี่ยที่ 13 โวลต์ต่อไมโครวินาที

ขั้นตอนที่ 3: Inverting Amplifier

opamp สามารถกำหนดค่าได้ในลักษณะที่รูปคลื่นเคลื่อนที่เชิงลบ 1 โวลต์สามารถกลับด้านและขยายเพื่อให้รูปคลื่นเป็นบวก 10 โวลต์ ใช้สำหรับการกำหนดค่านี้ได้ทุกที่ที่ต้องการเปลี่ยนเฟส เช่น ในขั้นตอนไดรเวอร์ของเครื่องขยายเสียงทรานซิสเตอร์แบบแยก

ขั้นตอนที่ 4: การใช้ Op Amp เป็น Square Wave เป็น Sine Wave Converter

วงจรด้านบนจะเปลี่ยนคลื่นสี่เหลี่ยม 1000 Hz เป็นคลื่นไซน์ 1000 Hz ทำได้โดยการกรองส่วนประกอบความถี่ (ฮาร์โมนิก) ทั้งหมดที่อยู่ด้านบนและด้านล่างของปัจจัยพื้นฐาน ซึ่งก็คือคลื่นไซน์ แทนที่จะใช้ตัวต้านทานในวงจรป้อนกลับ เราใช้ส่วนประกอบแบบเลือกความถี่ (ตัวเก็บประจุ) ที่ให้ผลตอบรับเชิงลบเพื่อตัดความถี่ที่ไม่ต้องการออกไป แผนภาพกลางแสดงวงจรจริงที่จำลองและรูปคลื่นที่สร้างขึ้น แผนภาพที่สามแสดงการตอบสนองความถี่ของวงจร ชื่อทางเทคนิคของวงจรประเภทนี้คือตัวกรองแบนด์พาสที่ใช้งานอยู่ ยอมให้เฉพาะช่วงความถี่ที่แคบมากเท่านั้นที่จะผ่านไปได้โดยไม่ถูกลดทอน

ขั้นตอนที่ 5: การใช้ Op Amp เป็นตัวเปรียบเทียบ

มีชิปเฉพาะที่เป็นตัวเปรียบเทียบที่ดีกว่า แต่บางครั้งคุณอาจไม่มีชิปอยู่ในมือ ดังนั้นจึงมีประโยชน์เสมอที่จะรู้วิธีสร้างตัวเปรียบเทียบจาก opamp การตรวจสอบอย่างรวดเร็วว่าตัวเปรียบเทียบคืออะไร โดยพื้นฐานแล้ว opamp ถูกตั้งค่าเป็นแอมพลิฟายเออร์โดยไม่มีการป้อนกลับ ทำให้แอมพลิฟายเออร์ทำงานด้วยอัตราขยายสูงสุด เมื่ออินพุตหนึ่งเชื่อมโยงกับแรงดันไฟฟ้าเฉพาะ เช่น 3 โวลต์ที่แสดงบนไดอะแกรม วงจรจะให้เอาต์พุตที่เกือบเท่ากับแรงดันไฟฟ้ารางสูงสุดเมื่ออินพุตทั้งสองอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกัน ในกรณีของวงจรข้างต้น คลื่นไซน์ 1 กิโลเฮิรตซ์จะให้เอาต์พุตเมื่อสูงกว่า 3 โวลต์และเปลี่ยนอีกครั้งเมื่อคลื่นไซน์ต่ำกว่า 3 โวลต์ ตัวเปรียบเทียบมักใช้ใน (ADC) และออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลาย

ขั้นตอนที่ 6: สร้างแอมพลิฟายเออร์รวมด้วย Opamp

แอมพลิฟายเออร์รวมด้านบนใช้สัญญาณ 1 kHz สองตัว หนึ่งในจุดพีคถึงจุดสูงสุด 10 mV และอีกสัญญาณจากยอดถึงจุดสูงสุด 20 mV เอาต์พุตที่เป็นผลลัพธ์คือสูงสุด 60 mV ถึงพีค เนื่องจากเป็นแอมพลิฟายเออร์อินเวอร์เตอร์ จึงส่งสัญญาณของเฟสตรงกันข้าม

แอมพลิฟายเออร์รวมใช้ในเครื่องผสมสัญญาณเสียงซึ่งจำเป็นต้องเพิ่มอินพุตที่แตกต่างกันเข้าด้วยกัน โดยการป้อนสัญญาณลงในโพเทนชิโอมิเตอร์ สัญญาณสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 7: เครื่องผสมสัญญาณเสียงอินพุตสามตัว

วงจรนี้สามารถใช้เพื่อผสมเครื่องดนตรีสองชิ้นและแทร็กเสียงเข้าด้วยกัน สามารถเพิ่มอินพุตเพิ่มเติมได้ตามต้องการ แต่ละระดับอินพุตสามารถปรับได้อย่างอิสระด้วยโพเทนชิโอมิเตอร์