แอมพลิฟายเออร์เชิงปฏิบัติการหรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อออปแอมป์เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ในฐานะซัพพลายเออร์เครื่องขยายเสียง ฉันได้เห็นโดยตรงถึงความอเนกประสงค์และความสำคัญของส่วนประกอบเหล่านี้ในการใช้งานที่หลากหลาย ในโพสต์บนบล็อกนี้ ผมจะแนะนำคุณเกี่ยวกับพื้นฐานของการใช้แอมพลิฟายเออร์ในวงจร ตั้งแต่การทำความเข้าใจคุณลักษณะไปจนถึงการใช้งานจริง
ทำความเข้าใจพื้นฐานของเครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ
แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานคือแอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงที่มีอินพุตดิฟเฟอเรนเชียลและโดยปกติจะเป็นเอาต์พุตเดี่ยว สัญลักษณ์พื้นฐานของ op-amp ประกอบด้วยเทอร์มินัลอินพุต 2 เทอร์มินัล (แบบกลับด้านและแบบไม่กลับด้าน) และเทอร์มินัลเอาต์พุต 1 ช่อง อัตราขยายของ op-amp ในอุดมคตินั้นไม่มีที่สิ้นสุด และอิมพีแดนซ์อินพุตของมันก็ไม่มีที่สิ้นสุดเช่นกัน ในขณะที่อิมพีแดนซ์เอาต์พุตนั้นเป็นศูนย์
คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้ออปแอมป์มีประโยชน์อย่างมากในการกำหนดค่าวงจรต่างๆ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เพื่อขยายสัญญาณที่อ่อนแอ ดำเนินการทางคณิตศาสตร์ เช่น การบวก การลบ การรวม และการแยกความแตกต่าง และใช้ตัวกรองและออสซิลเลเตอร์
พารามิเตอร์ที่สำคัญของวงจรขยายสัญญาณปฏิบัติการ
ก่อนที่จะใช้ออปแอมป์ในวงจร จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจพารามิเตอร์ที่สำคัญของวงจร พารามิเตอร์เหล่านี้จะกำหนดประสิทธิภาพและความเหมาะสมของออปแอมป์สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ
- กำไรแบบวงเปิด (Aol): นี่คือกำไรของ op-amp โดยไม่มีการตอบรับจากภายนอก ในออปแอมป์ในอุดมคติ อัตราขยายแบบลูปเปิดนั้นไม่มีที่สิ้นสุด อย่างไรก็ตาม ในออปแอมป์ในโลกแห่งความเป็นจริง อัตราขยายแบบลูปเปิดจะสูงมาก โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 10^5 ถึง 10^7
- ความต้านทานอินพุต (Zin): ความต้านทานอินพุตคือความต้านทานที่เห็นที่ขั้วอินพุตของ op-amp แนะนำให้ใช้อิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงเนื่องจากจะช่วยลดผลกระทบจากการโหลดบนแหล่งสัญญาณอินพุตให้เหลือน้อยที่สุด
- อิมพีแดนซ์เอาต์พุต (เกลือ): อิมพีแดนซ์เอาต์พุตคือความต้านทานที่เห็นที่ขั้วเอาต์พุตของ op-amp อิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำเป็นที่ต้องการเนื่องจากช่วยให้ออปแอมป์ขับเคลื่อนโหลดโดยไม่มีการลดทอนสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ
- แบนด์วิธ: แบนด์วิดท์คือช่วงความถี่ที่ op-amp สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยปกติแล้วจะถูกกำหนดให้เป็นความถี่ที่ open-loop ได้รับลดลงเหลือ 70.7% ของค่าความถี่ต่ำ
- อัตราการสลัว: อัตราสลูว์คืออัตราการเปลี่ยนแปลงสูงสุดของแรงดันเอาต์พุตของออปแอมป์ มีหน่วยวัดเป็นโวลต์ต่อไมโครวินาที (V/µs) ต้องใช้อัตราการสลูว์สูงสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณความถี่สูงหรือการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
การกำหนดค่าวงจรทั่วไปของวงจรขยายสัญญาณการทำงาน
มีการกำหนดค่าวงจรทั่วไปของ op-amps หลายประการ โดยแต่ละวงจรมีลักษณะเฉพาะและการใช้งานของตัวเอง
อินเวอร์เตอร์แอมป์
แอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านเป็นหนึ่งในวงจรออปแอมป์ขั้นพื้นฐานและใช้กันอย่างแพร่หลาย ประกอบด้วยออปแอมป์ ตัวต้านทานอินพุต (Rin) และตัวต้านทานป้อนกลับ (Rf) สัญญาณอินพุตจะถูกนำไปใช้กับเทอร์มินัลอินพุตแบบกลับหัวของ op-amp และเทอร์มินัลอินพุตแบบไม่กลับด้านจะต่อสายดิน
อัตราขยายของแรงดันไฟฟ้าของแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านได้มาจากสูตร:
Av = -Rf / ริน
เครื่องหมายลบบ่งชี้ว่าสัญญาณเอาท์พุตกลับด้านตามสัญญาณอินพุต แอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านสามารถใช้เพื่อขยายสัญญาณด้วยแอมพลิจูดและความถี่ที่หลากหลาย
แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน
แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านเป็นอีกวงจรออปแอมป์ทั่วไป ประกอบด้วยออปแอมป์ ตัวต้านทานอินพุต (Rin) และตัวต้านทานป้อนกลับ (Rf) สัญญาณอินพุตถูกนำไปใช้กับเทอร์มินัลอินพุตที่ไม่กลับด้านของ op-amp และเทอร์มินัลอินพุตแบบกลับด้านเชื่อมต่อกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจาก Rin และ Rf
อัตราขยายของแรงดันไฟฟ้าของแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านได้มาจากสูตร:
Av = 1 + Rf / ริน
แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านมีอัตราขยายแรงดันไฟฟ้าเป็นบวก ซึ่งหมายความว่าสัญญาณเอาท์พุตอยู่ในเฟสกับสัญญาณอินพุต มักใช้ในการใช้งานที่ต้องการอิมพีแดนซ์อินพุตสูงและเอาต์พุตที่ไม่กลับด้าน
ตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า
ตัวตามแรงดันไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าบัฟเฟอร์เอกภาพเป็นกรณีพิเศษของแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านโดยที่ Rf = 0 และ Rin = ∞ ในการกำหนดค่านี้ แรงดันเอาต์พุตของ op-amp จะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าอินพุต และแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจะเป็นเอกภาพ
ตัวติดตามแรงดันไฟฟ้ามีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงมากและมีอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำมาก ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการบัฟเฟอร์สัญญาณระหว่างระยะต่างๆ ของวงจร สามารถใช้เพื่อแยกแหล่งสัญญาณอินพุตออกจากโหลดและป้องกันการลดทอนสัญญาณ
เครื่องขยายเสียงสรุป
เครื่องขยายสัญญาณสรุปใช้เพื่อเพิ่มสัญญาณอินพุตตั้งแต่ 2 สัญญาณขึ้นไปเข้าด้วยกัน ประกอบด้วยออปแอมป์, ตัวต้านทานอินพุตหลายตัว (R1, R2, ..., Rn) และตัวต้านทานป้อนกลับ (Rf) สัญญาณอินพุตแต่ละตัวจะถูกนำไปใช้กับเทอร์มินัลอินพุตแบบกลับหัวของ op-amp ผ่านทางตัวต้านทานอินพุตตามลำดับ
แรงดันเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์สรุปกำหนดโดยสูตร:
สูงสุด = -Rf * (V1 / R1 + V2 / R2 + ... + Vn / Rn)
เครื่องขยายสัญญาณสรุปสามารถใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น การผสมเสียง การประมวลผลสัญญาณ และระบบควบคุม
ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติเมื่อใช้เครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงาน
เมื่อใช้ออปแอมป์ในวงจร มีข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติหลายประการที่ต้องนำมาพิจารณา
- แหล่งจ่ายไฟ: ออปแอมป์ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟในการทำงาน แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟควรอยู่ในช่วงที่กำหนดของออปแอมป์ สิ่งสำคัญคือต้องจัดหาแหล่งจ่ายไฟที่เสถียรและสะอาดเพื่อให้แน่ใจว่าออปแอมป์ทำงานได้อย่างถูกต้อง
- การป้องกันอินพุตและเอาต์พุต: เพื่อป้องกันความเสียหายต่อ op-amp ขอแนะนำให้ใช้วงจรป้องกันอินพุตและเอาต์พุต วงจรเหล่านี้อาจรวมถึงตัวต้านทาน ไดโอด และตัวเก็บประจุเพื่อจำกัดแรงดันและกระแสอินพุตและเอาต์พุต
- เสียงรบกวนและการรบกวน: ออปแอมป์ไวต่อเสียงรบกวนและการรบกวน เพื่อลดผลกระทบจากเสียงรบกวนและการรบกวน สิ่งสำคัญคือต้องใช้เทคนิคการต่อสายดิน สายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม และส่วนประกอบที่มีสัญญาณรบกวนต่ำอย่างเหมาะสม
- ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับความร้อน: ออปแอมป์สามารถสร้างความร้อนได้ระหว่างการทำงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขับโหลดที่มีกำลังสูง สิ่งสำคัญคือต้องจัดให้มีการระบายความร้อนที่เพียงพอเพื่อป้องกันไม่ให้ op-amp มีความร้อนสูงเกินไป
การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณในระบบเสียง
แอมพลิฟายเออร์เชิงปฏิบัติการถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบเสียงสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น ปรีแอมพลิฟายเออร์ การขยายกำลัง และการประมวลผลสัญญาณ ในฐานะซัพพลายเออร์เครื่องขยายเสียง เรานำเสนอ op-amps คุณภาพสูงหลากหลายประเภทที่เหมาะสำหรับการใช้งานด้านเสียง
ตัวอย่างเช่นของเราV10 Dual 10 นิ้ว Active Line Array Speakerใช้ออปแอมป์ในขั้นปรีแอมพลิฟายเออร์และแอมพลิไฟเออร์เพื่อให้ได้การขยายเสียงคุณภาพสูง ออปแอมป์ได้รับการคัดสรรมาอย่างพิถีพิถันเพื่อให้แน่ใจว่ามีสัญญาณรบกวนต่ำ อัตราขยายสูง และแบนด์วิธที่กว้าง ซึ่งส่งผลให้ได้เสียงที่คมชัดและแม่นยำ
อีกตัวอย่างหนึ่งคือของเราลำโพงแบบพาสซีฟขนาด 10 นิ้วและซับวูฟเฟอร์แบบแอคทีฟขนาด 18 นิ้ว- ซับวูฟเฟอร์แบบแอคทีฟใช้ op-amp ในเครือข่ายครอสโอเวอร์และเครื่องขยายสัญญาณเสียงเพื่อให้การควบคุมสัญญาณเสียงความถี่ต่ำได้อย่างแม่นยำ ออปแอมป์ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับสัญญาณกำลังสูง และให้ประสิทธิภาพความเป็นเชิงเส้นและการบิดเบือนที่ยอดเยี่ยม
ของเราV6 ลำโพง Line Array แบบแอคทีฟขนาด 6.5 นิ้วคู่ยังใช้ออปแอมป์ในวงจรประมวลผลเสียงเพื่อปรับปรุงคุณภาพเสียงและประสิทธิภาพ ออปแอมป์ใช้เพื่อใช้ฟังก์ชันการปรับสมดุล การกรอง และการประมวลผลสัญญาณอื่นๆ เพื่อปรับเอาต์พุตเสียงให้เหมาะสม
บทสรุป
แอมพลิฟายเออร์เชิงปฏิบัติการเป็นส่วนประกอบสำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ โดยนำเสนอคุณสมบัติและการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การขยายสัญญาณไปจนถึงการดำเนินการทางคณิตศาสตร์และการประมวลผลเสียง ในฐานะซัพพลายเออร์เครื่องขยายเสียง เรามุ่งมั่นที่จะจัดหาออปแอมป์คุณภาพสูงและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องเพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าของเรา
หากคุณสนใจใช้ Operation Amplifier ในวงจรของคุณ หรือต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของเรา โปรดติดต่อเราเพื่อขอการจัดซื้อและการเจรจา เรามีทีมวิศวกรที่มีประสบการณ์ซึ่งสามารถให้การสนับสนุนทางเทคนิคและคำแนะนำเพื่อช่วยคุณเลือกออปแอมป์ที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ
อ้างอิง
- Sedra, AS และ Smith, KC (2015) วงจรไมโครอิเล็กทรอนิกส์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด.
- Horowitz, P. , & Hill, W. (2015) ศิลปะแห่งอิเล็กทรอนิกส์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์.
- จุง WG (2005) คู่มือการประยุกต์ใช้ Op Amp เอลส์เวียร์
