Операционные усилители. Принцип работы

[West]

Доброго времени суток!
Изучаю обучалку. Дошел до операционных усилителей Тут. Но никак не могу понять логику расчета автора. Разьясните на пальцах принцип работы усилителей инвертирующего /неинвертирующего начинающему. А?

[YAA]

Доброго времени суток!
Изучаю обучалку. Дошел до операционных усилителей Тут. Но никак не могу понять логику расчета автора. Разьясните на пальцах принцип работы усилителей инвертирующего /неинвертирующего начинающему. А?

Там, вроде, и так "на пальцах"....
Операционник - "тупой". Он знать не знает, какие элементы у него в обвязке. Здача у него простая - брать напряжение между своими входами и усиливать его в тысячи, миллионы раз. Операционник может менять только состояние своего выхода. В результате, при наличии отрицательной обратной связи, и появляется правило, что между его входами нулевое (точнее, очень маленькое) напряжение. Токи, протекающие по цепи обратной связи выбирают так, чтобы входные токи ОУ (токи втекающие или вытекающие непосредственно из входа ОУ) были намного меньше. Отсюда второе правило.

[Пухич]

Все даже еще проще. За счет огромного коэффициента усиления ОУ в разомкнутой цепи в силу вступает принцип функциональной обратной связи. Вот и все. Разумеется он применим в определенных пределах, в частности по соотношению сопротивлений обвязки и входных.

[vtrcmert]

Приветствую.
Я тоже прочел 1 часть ОУ и ничего не понял. Суть в том, что одному для понимания достаточно знать, что суда подаем это и на выходе получаем то.
А например мне, пока я не прочел первые главы книги "Р. Сворень Шаг за шагом транзисторы", не понимал по какому принципу работают диоды. Откуда берутся всякие p понимаешь и n переходы. Там было довольно четко написано как это достигается и только после этого я понял принцип работы диода.
Тут та же ситуация. Пока не получается найти описание которое описывало бы что как зачем и почему с ОУ. В учебниках только общие принципы: подай сюда то на выходе будет это. Лично для меня это не подходит т.к. я ровным счетом ничего не понимаю. Откуда берется то и за счет чего получается это - не понятно, а без этих знаний я дальше продвинуться в ОУ не смогу.

З.Ы.
Благодарен всем кто писал и пишет обучающие статьи и ни к кому не в претензии.

[rustot]

да все просто же, это куда проще всех транзисторов, проще только цифровые схемы. схема c оу считается исходя из того, что напряжения на двух входах равны, если схема вообще способна их сделать равными они будут равны, если не способна значит схема неправильная. второе - токи на входах считаем нулевыми, это почти правда

считаем от обратного, что напряжения на входах равны. зная напряжение сигнала на входе схемы и то что напряжения на входах оу равны мы легко получаем напряжение на выходе схемы, чистая математика. либо у нас получаются абсурдные результаты и это значит схема нерабочая.

ну еще конечно надо прикинуть что обратная связь работает в правильном направлении. а то допустим замкнем выход на неинвертирующий вход и подадим сигнал на инвертирующий мы исходя из всего вышеизложенного решим что это повторитель, выход=вход. тогда как связь положительная и это выйдет типа триггер.

[vtrcmert]

Ну вот, опять то же самое. Это я уже читал в учебниках что нашел в интернете. Нет я благодарен что вы отозвались, но мне требуется немного другая информация:
1) откуда берутся разные источники напряжения? Если батарейка то есть у нее потенциал 12 вольт при замыкании + и - на нагрузку и не может у нее быть что на плюсе +12в а на минусе -14в. Если имеется ввиду, что батарейка подключается только как источник мощности, а усиляется слабенький сигнал, то непонятно откуда этот сигнал, куда подается, за счет чего повышается. Короче полный бельдым.
2) Непонятно какие процессы проистекают внутри ОУ чем он вообще является и по каким принципам происходят процессы в нем.

Кто помнит в самом начале обучалки были примеры с сосудами и турбиной - вот что-то наподобие было бы неплохо. В книге о которой я писал выше тоже подобные картинки были, в т.ч. с бегающими атомами и атомными решетками, что и дало представление о проистекающих процессах.

[ploop]

1) откуда берутся разные источники напряжения? Если батарейка то есть у нее потенциал 12 вольт при замыкании + и - на нагрузку и не может у нее быть что на плюсе +12в а на минусе -14в. Если имеется ввиду, что батарейка подключается только как источник мощности, а усиляется слабенький сигнал, то непонятно откуда этот сигнал, куда подается, за счет чего повышается. Короче полный бельдым.

А откуда надо (к примеру с микрофона). Так же 12В батарейки простыми делителями на резисторах можно получить бесконечное множество разных напряжений меньше 12В.

2) Непонятно какие процессы проистекают внутри ОУ чем он вообще является и по каким принципам происходят процессы в нем.

ОУ - это довольно сложная схема на нескольких десятках транзисторов, а не один элемент, как транзистор или диод, просто выполнена она внутри чипа, и кажется единым целым. Так что советую воспринимать её как "волшебный чёрный ящик"
Если что - примерная схема ОУ легко ищется в интернете, но принцип ёе работы вы без знаний всех режимов работы транзисторов и опыта вряд ли поймёте...

[Света]

Если хотите досканально понять, что такое ОУ, нужно понять, что такое дифференциальный усилитель, как он работает, для чего ему (как и для ОУ) нужно двухполярное питание. Дифференциальный усилитель - это основа всех ОУ, остальные части схемы уже разные добавки по увеличению быстродействия, мощности, точности...
Всё здесь на форуме объяснить сложно, лучше читать книги. У нас в библиотеке достаточно литературы по этой теме.

[rustot]

внутри схемка на куче обычных транзисторов, цель которой минимально реагировать на абсолютный уровень напряжения на входах относительно нуля и максимально реагировать на разницу напряжений на входах. то есть на входах +/- 1в/1в на выходе середина между питающими напряжениями, на входах 3.123в/3.123в на выходе середина между питающими напряжениями. на входах 1.1234/1.1233 - на выходе плюсовое питание, на входах 1.1234/1.1235 - на выходе минусовое питание.

взяли транзистор, повысили ему коэффициент усиления в тысячи раз, сделали ему два входа вместо одного чтобы избавиться от необходимости задавать рабочую точку, сделали вход гигаомный чтобы не заботиться о согласовании входа, сделали выход низкоомный как у двухтактника чтобы избавиться от необходимости согласовывать выход, в итоге получили устройство свойства которого задаются только обратной связью.

запитать вы его может и не от +15/-15 а от +5/0. какие крайние значения на выходе хотите получить от того и питаете

[rustot]

можно провести аналогию, если транзистор это пружинные весы, которые входной вес преобразуется в отклонение пружины. со свойственными недостатками в виде некалиброванности пружины, зависимости от температуры, ветра и ускорения свободного падения. то оу это сверхточные аптекарские весы, бросил микрограмм на одну чашку и они на полную отклонились. пользоваться неудобно напрямую для измерений, если только как компаратором, сравнивать с образцом. поэтому к этим аптекарским весам нужна обратная связь, чтобы угол отклонения чашки создавал обратную силу подымающую ее и в итоге мы все таки сможем пользоваться не только для больше/меньше, но и для измерения конкретного значения по углу отклонения как и с транзистором.

в общем то вернулись обратно к пружинным весам. но разница в том что транзистор вещь в себе, со всеми его нелинейностями, а внешнюю обвязку к ОУ можно сделать какую хочешь, на более линейных и точных элементах чем транзистор

[ploop]

Дополню rustot:
Если обратную связь завести не сразу с выхода ОУ, а через кучу нелинейных элементов (тех же транзисторов) - система в итоге устранит все нелинейности и уравновесится.

Взять, к примеру, схемы лабораторных БП (как саме наглядные). На один вход ОУ подаём сигнал с выхода устройства, на другой - эталонное напряжение. Между выходом ОУ и выходом устройства каскады на транзисторах, которые греются, плывут и по сути нелинейны, но в целом система будет иметь погрешность равную погрешности ОУ, т.е. очень неплохие характеристики.

[SmarTrunk]

Мне когда-то объясняли в радиокружке, как работает ОУ, я ничего не понял. И не понял даже, зачем вообще нужна эта странная микросхема - питание зачем-то двухполярное, входа почему-то два (нафига?), обозначается почему-то треугольником... Но это еще было время К140УД1

[ploop]

Когда я впервые понял, как они работают - кипятком пИсать начал!

[rustot]

Мне когда-то объясняли в радиокружке, как работает ОУ, я ничего не понял. И не понял даже, зачем вообще нужна эта странная микросхема - питание зачем-то двухполярное, входа почему-то два (нафига?), обозначается почему-то треугольником... Но это еще было время К140УД1

двухполярное питание условность. допустим транзистор питается от 0 до 5, а сигнал подтягивается до 2.5 для полного размаха, можно считать что постоянная составляющая сигнала это 0, а питание двухполярное -2.5/2.5 ничего не изменится.

[SmarTrunk]

двухполярное питание условность.

Да потом-то разобрался, когда книжек почитал. Тем более, потом появились ОУ, более гибкие в плане питания, чем 140УД1, например LM356/LM324.

[vtrcmert]

Спасибо всем.
Сейчас сел за транзисторы, как освою буду изучать дифференциальный усилитель.

У меня образ мышления такой. Надо полностью разобраться в устройстве, тогда смогу отталкиваться уже от этих знаний на понятийном уровне, что гораздо удобней обычной зубрежной информации - как книгу читаешь, тока иногда в словарь заглядываешь за расшифровкой непонятных слов.

[rustot]

Спасибо всем.
Сейчас сел за транзисторы, как освою буду изучать дифференциальный усилитель.

У меня образ мышления такой. Надо полностью разобраться в устройстве, тогда смогу отталкиваться уже от этих знаний на понятийном уровне, что гораздо удобней обычной зубрежной информации - как книгу читаешь, тока иногда в словарь заглядываешь за расшифровкой непонятных слов.

понять внутреннее устройство схемы ОУ это одно, понять ОУ как готовое устройство и как его использовать это совсем другое. и эти два понимания слабо связаны между собой. можно научиться понимать схемы с ОУ совершенно не понимая их внутреннюю механику, и наоборот понимание их внутренней механики никак не поможет в понимании их применения (хотя само по себе это очень познавательно, узнаете очень много нового о транзисторных схемах). это соотносится примерно так же как понимание схем с транзисторами и понимание всех нюансов процессов в pn переходах вплоть до квантовых

[ploop]

У меня образ мышления такой

Не всегда он подходит в современном мире. Есть дофига аналоговых спец-микросхем, содержащих в себе тысячи и десятки тысяч транзисторов, не говоря уже о цифре. Попробуйте, например, разобрать устройство МК на уровне транзисторов

Надо двигаться немного по-другому: поняли, как работает транзистор - хорошо. ОУ - такая штука на транзисторах, поняли как работает - тоже хорошо. Логика - "кирпичики", внутреннее их устройство вообще не должно интересовать... ну и так далее.

[YAA]

Внутреннее устройство ОУ на практике не нужно. Всё можно получить из одной-единственной формулы, описывающей работу ОУ:

Uвых=K(f)*(Uнеинверт-Uинверт+e),

где K(f) - коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи (зависит от частоты, собственно - это АЧХ), Uнеинверт - напряжение на неинвертирующем входе, Uинверт - нпряжение на инвертирующем входе, e - всякие "нехорошие" вещи, приведённые ко входу (типа смещения, дрейфа, шумов, нестабильность питания и тп).
Ну, ещё нужно закон Ома, знать математику, владеть комплексными числами и тд.

[vtrcmert]

Есть дофига аналоговых спец-микросхем, содержащих в себе тысячи и десятки тысяч транзисторов, не говоря уже о цифре. Попробуйте, например, разобрать устройство МК на уровне транзисторов

До МК мы дойдем в свой черед.
Зачем мне разбирать схему чипа если он сделан из элементов о которых я буду иметь представление. Разумеется в случае ненадобности.
Вы еще компьютерный процессор предложите разобрать схема, мне кажется, будет метров 20 на 20 если ее чертить заметными невооруженным глазом значками и линиями и это без учета многослойности
Попытка разбираться в первичных элементах равносильна попытке изучить код ДНК (ведь если расшифровать этот код полностью можно сотворить любое существо с любыми какие только доступны в ДНК параметрами) однако в нашем случае все элементы сотворены человеком и поддаются изучению и применению.
Вопрос о пользе этих знаний?
Если я освою эти элементы и мне потребуется, я смогу творить\читать схемы на их основе понимая что, зачем, и почему. Мне так будет проще.