Простое объяснение принципа работы операционного усилителя

[koderman]

Простое объяснение принципа работы операционного усилителя

Прошу написать тех кто знает в деталях работу операционного усилителя. Не формулы и цифры, а по простому народному.

Принцип работы входного каскада(дифференциальный усилитель) мне понятен. Официальная трактовка принципа работы ОП не нравится, да и не очень понятна.
Есть у кого объяснение, которое объясняющий сам осознаёт? Компаратор, Триггер Шмитта, Гистерезис это я собирал в симуляторе, вот только полностью осознать что происходит не получается. Не надо в деталях описывать Триггер Шмитта. Мне достаточно было бы описание принципа работы ОП, не такое описание которое распространено в инете, а намного понятнее.
Спасибо.

 

[aleksandrmakedo]

Прошу написать тех кто знает в деталях работу операционного усилителя. Не формулы и цифры, а по простому народному.

Принцип работы входного каскада(дифференциальный усилитель) мне понятен. Официальная трактовка принципа работы ОП не нравится, да и не очень понятна.
Есть у кого объяснение, которое объясняющий сам осознаёт? Компаратор, Триггер Шмитта, Гистерезис это я собирал в симуляторе, вот только полностью осознать что происходит не получается. Не надо в деталях описывать Триггер Шмитта. Мне достаточно было бы описание принципа работы ОП, не такое описание которое распространено в инете, а намного понятнее.
Спасибо.

Учебники и справочную литературу пробовали открыть? Или хотите на ночь глядя, по детской привычке, слушать сказки о....?
Начните с этой: Искусство схемотехники. П. Хоровиц, У. Хилл. Найдите по названию в Интернете. Популярное издание, с минимумом формул и максимумом примеров. Двухтомное издание.

 

[Hacker]

Сисадминский анекдот...

Приходит сын сисадмина(СС) к папе, сисадмину,(ПС)...
Папа, как всегда, трое суток не вылазя из-за компьютера что-то хачит...
СС - Папа, почему Солнце всходит на востоке, а заходит на Западе?
Папа - ноль эмоций...
СС - Папа, ну почему Солнце каждый день всходит на востоке,
а заходит на Западе?
Папа - опять ноль эмоций...
СС - (нетрпеливо дергая папу за рукав) Папа, папа, ну почему Солнце
каждый день всходит на востоке, а заходит на Западе?
ПС - (оторвавшись от Клавы и глядя мутным взором на сына) Солнце...
СС - Да
ПС - Всходит на востоке...
СС - Да
ПС - Заходит на западе...
СС - Да, папа
ПС - Каждый день?!
СС - Да...
ПС - И давно так?
СС - Ну, я не знаю... Всегда...
ПС - Знаешь что, Сынок? Работает - не трогай!!!

 

[koderman]

Да, я эту книгу читать начинал. Мысли интересные в ней. Может стоит её дочитать. Перестал её читать потому что понял к чему они ведут и такое объяснение мне бы не подошло, хотя может я не прав. И кто то может сможет привести выжимку из всей книги.
Иначе как всегда самому до всего доходить надо будет.

Этот типа анекдот во первых не в тему, во вторых очень печальный.

 

[Hacker]

да как раз таки в тему.. если не понял сразу, то уж как не поясняй, какими словами не выговаривай, в голове у вас ничего не появится..
электроника как точная наука, не может в ней быть простых и поясняемых вещей, это просто нутром понимать и чувствовать надо, и к сожалению не всем это дано..
а для вас, начните с простого, куда и как двигаются электроны в проводнике?
когда сами своими словами сможете себе ответить на этот вопрос, тогда и смысла не будет в пояснениях, как работает операционник..

 

[valeran1952]

Иначе как всегда самому до всего доходить надо будет.

да, так и будет...

 

[koderman]

Хакер, ваш уровень понятен. Прошу вас больше не писать. Спасибо.

 

[derba]

Давным давно были аналоговые вычислительные машины (АВМ). И были блочки, усилители, которые проводили операции: умножение, деление, интегрирование, дифференцирование. Занимали они место, размером: метра полтора вверх, и с метр в ширину, во всяком случае я с такими работал, у нас были лабораторные работы. И эти усилители, которые проводили эти операции назывались - операционными. Первыми были на лампах, потом транзисторные, а потом уже микросхемы. Вот, когда появились микросхемы их углядели радиолюбители, а потом и радио конструкторы. Название осталось, но мало кто знает почему их назвали "операционные усилители." Компьютеров персональных не было.

Основное требование:
1 Два входа: прямой и инверсный
2 Бесконечное входное сопротивление, в реале достаточно большое, что бы им можно пренебречь.
3 Бесконечное усиление, в реале 20 000-200 000.
Первым операционником был К140УД1 и УД2, хотя тогда они назывались по старой системе: К1УТ401 и К1УТ402
Чем выще входное сопротивление и выше к усиления, тем точнее проводятся вычисления. Вычисления в аналоговом виде: в виде тока, напряжения, частоты, (фиксировали напряжение на стрелочном приборе, с зеркальной шкалой) не в виде цифр. Сейчас уже АВМ кануло в лета, но в то время: был у нас большой комп, два этажа здания занимал, были и маленькие компы, типа "Наири" и Мир. У "Наири", если не изменяет память, была тактовая частота 4 кГц. Посему, особенно у химиков, АВМ, как дешевая альтернатива большим громоздким машинам для приблизительных процессов пользовалась спросом.

 

[koderman]

Историю, принцип таких вычислений, схемы сложений, интегрирования дифференцирования и.т.п. я видел на ютюбе, читал, собирал в симуляторе.
Понятно даже почему из за большого входного сопротивления зависит точность расчётов, потому что ток не ответвляется.
Мне нужна простая инструкция по применению ОП.

 

[valeran1952]

Начните с этой: Искусство схемотехники. П. Хоровиц, У. Хилл.

хорошие книги, только дальше, что?

 

[Hacker]

ой блиинн не пишу..
да ОП просто сравнивает входы и выдаёт результат, что тут непонятного? есть два входа, положительный и отрицательный, что туда придёт, то ОП и вычислит..

 

[koderman]

Понимаю что неправильно. Но почему? Приходят 2 напряжения на вход. На выходе должна быть разница этих напряжений. Так же как в описании написано.

 

[koderman]

С помощью трюкачества в схеме можно сделать так чтоб на определённых участках схемы была разница этих двух напряжений.
Минус я не подключил. К VCC- стекают все напряжения ОП и его всегда надо подключать? Из схемы ОП я вижу именно это. Вот такие моменты нужны.
Это комок ОП интересных связей, а объяснения только в формулах, которые надо переводить в слова.

 

[derba]

Операционный усилитель в АВМ питается двухполярным питанием, но радиолюбители научились питать и однополярным, через искусственную среднюю точку.
У операционного усилителя (ОУ) есть два входа: прямой и инверсный. Обозначают: прямой - плюсом, инверсный минусом, или просто инверсный вход обозначают кружком.
и ОУ сравнивает два сигнала, на прямом и инверсном входах. Если напряжение на прямом входе превышает напряжение напряжение на инверсном, то на выходе положительное питание, если напряжение на инверсном выходе превышает напряжение на прямом входе, то на выходе будет минус питания. К усиления очень большой, у идеального даже бесконечность. Точность вычисления зависит как от входного сопротивления, так и от К усиления, если К усиления 10000, значит ошибка вычислений будет 0,0001, или 0,01% За счет обратной , и (только отрицательной) связи можно сделать к усиления равным любому числу от 1 до мах значения.
Обвязка у ОУ самая скромная, только есть выводы питания, прямой и инверсный входы и выход. В старых микросхемах были еще выводы для подключения коррекции, но теперь все в середине микросхемы. Что такое коррекция? У нас есть задержка, и чем выше частота, тем сигнал на входе круче, и получается, сигнал по ООС еще не пришел на инверсный вход, а уже усилился, получится генератор. Что бы этого не было на большой частоте усиление падает, и наступает момент, когда к усиления равен единице, дальше идет еще большее ослабление, тогда не будет паразитной генерации (возбуждения ОУ). И делается это с помощью корректирующих конденсаторов.
Параметры: мах частота, определяется :
скоростью нарастания выходного сигнала. Т.е. резко подали сигнал на вход, а выход растет медленно, и задержкой. Просто не умеют делать ОУ с бесконечной скоростью нарастания и без задержки. На основе скорости нарастания и задержки выплывают и другие параметры частоты, как к примеру, частота единичного усиления.
Так же основной параметр, это входное сопротивление. Для входного каскада на биполярных транзисторах это порядка 1-10мОм, для ОУ , имеющие полевики на входе сопротивление равно 10 в 12 степени ом, или в 100000-1000000 выше.

Очень близок к работе ОУ компаратор. Но у него нет коррекции, то в аудио усилителях они не работают, нет коррекции и усилитель возбуждается.

 

[derba]

Вот, рассмотрим даташит одного из операционников.
1 номинальное напряжение питания: это обычно мах значение, обычно не теряется работоспособность при понижении питания в 3-4 раза. Хотя, параметры, особенно частотные , ну и усилительные падают.
2 к усиления, тут зависимость от буквы, могут быть и больше и меньше значения.
3 Напряжение смещения нуля. Я говорил, что если на инверсном входе будет больше напряжение, то на выходе будет + питания.
Это не совсем так, есть разница, она мала, но она есть, которая будет на входе, когда микросхема будет воспринимать сигналы, как равные.
К примеру, у этой микросхемы - 50 мвольт. Т.е. на выходе будет 0 вольт, если на прямом будет 1в, на инверсном 1,05в, эти 50 мвольт, точнее меньше 50 мвольт могут быть как на прямом, так и инверсном выходе. Для радиолюбителя это параметр не важен, точнее редко важен, он нужен для АВМ. Есть микросхемы с выводами для выравнивания смещения. (я редко встречал, когда эти выходы задействованы)
Ток входной, разница входов особых вопросов тут быть не должно,
Ослабление синфазного сигнала: (напряжение смещения пусть равно нулю)
у нас будет 0 на выходе, если на входах будет одинаковое напряжение.
К примеру, 1в на прямом и 1в инверсном. Теперь подали 2в на прямой и 2 в на инверсный. На выходе у нас должен быть 0в, но не все идеальное, на самом деле на выходе будет не более минимум 80 от входного сигнала, для 1в это будет 0.0001в, или не более 0,1мв. Опять, это важный параметр для АВМ, чем для радиолюбителя.
Мах выходное напряжение. Есть падение напряжения на деталях, и на выходе будет не 15в, при питании от +=15в, а чуть меньше, вот для ОУ это падение будет 5в, т.е. вместо 15в будем иметь 10в. Допустимое значение синфазного напряжения, т.е. можно подавать на данную микросхему на вход напряжение , которое больше напряжения питания, обычно это бывает не всегда, но тут можно.

 

[derba]

Понимаю что неправильно. Но почему? Приходят 2 напряжения на вход. На выходе должна быть разница этих напряжений. Так же как в описании написано.

Должна быть разница умноженная на к усиления. У нас разница -5в, умножить на 100000 то ... но, поскольку больше напряжения питания на выходе не получить, микросхема войдет в насыщение, это будет чуть меньше напряжения питания. А в модели это можно, и получается приблизительно минус 500000в.

 

[koderman]

Думаю мне надо книгу прочитать и побольше потренироваться. Обвязки видимо - самое главное.
Но мне кажется что вы не видите сходство ОУ с транзистором где в цепи эмиттера присутствует напряжение питания и на основе этого можно манипулировать напряжениями. Отсюда и много разных обвязок.

 

[derba]

Минус я не подключил. К VCC- стекают все напряжения ОП и его всегда надо подключать?

Вот схема операционника, причем простая схема, есть гораздо сложнее.
Посему. включать минусовый провод обязательно надо. Это в симуляторе можно не подключать, будет работать, да и не в всех, а в реале просто не заработает.

Думаю мне надо книгу прочитать и побольше потренироваться. Обвязки видимо - самое главное.
Но мне кажется что вы не видите сходство ОУ с транзистором где в цепи эмиттера присутствует напряжение питания и на основе этого можно манипулировать напряжениями. Отсюда и много разных обвязок.

Сходства с транзистором мало.

 

[Ал_др]

..Иначе как всегда самому до всего доходить надо будет...

Посмеялся с утра.. Спасибо.

 

[koderman]

Собрал такую схему в реале. Почему она не работает? На выходе нет напряжения. 3 вида ОУ использовал. На полевых и биполярных транзисторах.