Bộ khuếch đại hoạt động hoặc OP AMP, là một trong những khối xây dựng cơ bản nhất được sử dụng trong các mạch tương tự. Đã bao giờ xem xét rằng AMP OP đơn chip đã được giới thiệu vào những năm 1960, vô số loại khác nhau đã được phát triển, một số thành công hơn nhiều so với những loại khác. Yêu cầu một nhà thiết kế analog có kinh nghiệm để đặt tên cho một vài amps op, cũng như họ có thể sẽ đề cập đến LM324, TL072, NE5534, LM353, cũng như chương trình cháu gái của tất cả, UA741.
Nếu những số phần đó không chỉ ra bất cứ điều gì với bạn, tất cả những gì bạn yêu cầu để hiểu là đây là những yếu tố chung mà bạn có thể nhận được bất cứ nơi nào cũng như sẽ làm tốt trong các ứng dụng điển hình nhất. Bạn có thể nhận được AMPS FANCIER OP tăng cường thông số kỹ thuật hoặc khác, thường là theo bậc độ lớn. Tuy nhiên chính xác bạn có thể thực sự có thể đẩy ý tưởng về một bộ khuếch đại hoạt động là bao xa? Hôm nay chúng tôi sẽ chỉ cho bạn một số ampe op phương thức vượt xa các thành phần “Jellybean” bình thường này.
Trước khi chúng tôi bắt đầu, hãy xác định những gì chúng tôi chỉ ra khi chúng tôi tuyên bố “bộ khuếch đại hoạt động”. Chúng tôi đang cố gắng tìm AMPS Op tích hợp, chỉ ra một thành phần vật lý duy nhất, có đầu vào điện áp trở kháng khác biệt, đầu ra điện áp đơn, khớp nối DC, cũng như được chỉ định cao được chỉ định trong cấu hình bình luận. Chúng tôi loại trừ bất cứ điều gì được làm từ các thành phần rời rạc, ngoài các mạch ít nói chung như bộ khuếch đại khuếch đại cố định cũng như các bộ khuếch đại xuyên vận hành (OTAS).
số kênh
PEDOUT của TL084x2. Các chân cung cấp kép cho thấy rằng điều này thực sự chỉ là hai chip TL084 liên kết thành một gói 30 chân duy nhất. Tín dụng hình ảnh: Texas Cụ
Các ampe tích hợp cực kỳ rất đầu tiên, bắt đầu với UA702 vào năm 1963, được kết hợp với một bộ khuếch đại duy nhất bên trong một chip duy nhất. Tuy nhiên, từ những năm 1970, double cũng như Quad Op amps đã kết thúc là phổ biến, chủ yếu nhắm vào các nhà thiết kế các bộ lọc hoạt động. Duals cũng như Quads thường được cung cấp ngày hôm nay; Một vài chip Triple Op amp cũng được tạo ra, cũng như bạn thậm chí có thể nhận được NJM2710, đó là một hệ thống hex op amp: sáu kênh.
Tuy nhiên, số lượng lớn nhất của các amps lớn nhất từng được tích hợp vào một gói duy nhất là tám: cho đến vài năm trước, bạn có thể nhận được bản thân EL5811, TL084x2 hoặc thậm chí là LM324x2, tất cả đều là Amps Opers Opers. Mạch cơ bản chính xác tương tự trong mỗi tình huống cũng được cung cấp dưới dạng phiên bản đơn, đôi hoặc Quad, vì vậy các amps op octal thực sự là “tứ giác kép”.
Mặc dù điều như vậy có vẻ có vẻ có lợi nếu bạn muốn nắm bắt các ưu đãi lớn của Amps trong một khoảng trống nhỏ, hãy sử dụng hai tứ giác riêng biệt sẽ cung cấp cho bạn nhiều khả năng linh hoạt hơn nhiều khi nó liên quan đến thiết kế cũng như định tuyến mạch của bạn. Chúng tôi nghi ngờ đó là lý do những con chip này không bao giờ thu được nhiều lực kéo trên thị trường.
Sự tiêu thụ năng lượng
Sê-ri NJU7700X là amps op công suất cực thấp, sử dụng ít hơn một amp micro-amp. Tín dụng hình ảnh: Công ty phát thanh mới Nhật Bản
UA741 truyền thống tiêu thụ khoảng 1,7 mA trong một ứng dụng bình thường. Rất nhiều kiểu dáng hiện đại hơn đã xử lý để giảm thiểu điều này: ví dụ, OPA171 tương thích với ‘741, có hiệu suất tốt hơn nhiều trên hầu hết các quy trình (băng thông, tốc độ quay, nhiễu, offset), cũng như sử dụng chỉ dưới một nửa Ma. Các phương pháp theo phong cách mạch đương đại Ngoài các tiến bộ trong sản xuất bán dẫn đã cho phép một phương thức hiệu suất / năng lượng tốt hơn nhiều so với những năm 1960.
Một số nhà sản xuất đã giới thiệu op amps trong danh mục năng lượng cực thấp, chiếm ít hơn một amp vi mô. Một ví dụ là LPV801, chỉ sử dụng 450 Nano-Amps. Tuy nhiên, amp kinh tế nhất trên thị trường hiện nay là NJU77000, thu hút không nhiều hơn 290 na. Để đưa con số đó vào phối cảnh, một tế bào đồng xu CR2032 bình thường có khả năng khoảng 220 mAh, cho thấy rằng về mặt lý thuyết có thể cung cấp năng lượng NJU77000 trong 86 năm – tất nhiên, tự xả sẽ xả pin dài trước đó. Thông số kỹ thuật của OP AMP này không phải là sao, đặc biệt là khi nó liên quan đến băng thông: Tối đa 1 kHz là phương pháp thấp hơn để xử lý bất cứ thứ gì giống như âm thanh, tuy nhiên là rất nhiều cho các mạch di chuyển chậm như cảm biến khí.
Sản lượng hiện tại
Apex PA52 là một “chip” khá lớn, đo khoảng 36 x 40 mm2. Lưu ý Cảnh báo BeO: Gói bao gồm Oxit Beryllium để thực hiện độ dẫn nhiệt cao. Tín dụng hình ảnh: Apex micrechnology
Ở đầu kia của phổ là Power Op amps có thể lái các dòng lớn vào tải. L272 truyền thống, thường được sử dụng như một trình điều khiển động cơ, có thể cung cấp một amp đầy đủ trên mỗi kênh của nó. Tuy nhiên, sự đổi mới đã chuyển sang, cũng như ngày nay, bạn có thể nhận được PA50 BEEFY cũng như PA52 từ Apex MicroT Technology. Những amps khổng lồ này có thể xuất ra 40 một liên tục cũng như 80 a trong thời gian ngắn. Cũng như mặc dù chúng đến như một thành phần duy nhất (khá lớn), bên trong chúng không phải là một chip đơn lẻ tuy nhiên laiCác mô-đun: một tập hợp các mạch tích hợp cũng như các bóng bán dẫn riêng biệt liên kết trực tiếp trên chất nền điển hình.
Tất cả sức mạnh này đều có chi phí mặc dù; Với số lượng trăm đô la một pop, đây không phải là phạm vi vườn của bạn op amps. Trên thực tế, nếu bạn yêu cầu có mặt nhiều hơn nhiều so với bộ khuếch đại ưa thích của bạn có thể cung cấp, nó có thể là một khái niệm tốt hơn nhiều để tạo ra một mạch cải thiện đầu ra sử dụng các bóng bán dẫn điện rời rạc. Một văn bản tuyệt vời về chủ đề này là ứng dụng ghi chú AN18 của Jim Williams, thể hiện các phương pháp khác nhau để tăng dòng đầu ra của OP AMP, xoay điện áp hoặc cả hai.
Cung cấp hiệu điện thế
Nguy hiểm, điện áp cao: PA99 có thể hoạt động tốt tới 2,5 kV. Tín dụng hình ảnh: Apex micrechnology
Hầu hết các ampe op từ những ngày trước đó có thể hoạt động với các điện áp cung cấp khá lớn: +/- 15 V là điển hình trở lại vào những năm 1970. Trong độ tuổi của arduinos ngày nay cũng như ESP32S, điều này có vẻ quá mức, cũng như chắc chắn rất nhiều ampe op đương đại sẽ vui vẻ làm việc ở mức 3,3 V hoặc thậm chí thấp hơn. Tuy nhiên, ở cực đoan khác, OP Amps có thể hoạt động ở mức rất nhiều hơn 100 V khá phổ biến; LTC6090 cũng như ADHV4702 là các ví dụ tương ứng 140 V cũng như 220 V, tương ứng. Tuy nhiên, nhà vô địch chính hãng trong phân loại này là PA99 từ Apex: OP AMP này sẽ vui vẻ làm việc với 2500 V trên các chân cung cấp của nó. Nó có thể cung cấp 50 mA trên đầu ra của nó cũng như có một sản phẩm băng thông kiếm được 28 MHz. Giống như những anh chị em hiện tại của nó, đó là một con chip tốn kém, với tốc độ khoảng một nghìn đô la, vì vậy bạn không có khả năng khám phá nó trong bất kỳ loại sản phẩm tiêu dùng nào. Thị trường chính cho các chip chuyên biệt như đây là các dụng cụ khoa học cũng như các thiết bị công nghiệp sử dụng bộ truyền động Piezo hoặc độ lệch tĩnh điện.
Băng thông
Nói về băng thông, op amp nào là nhanh nhất? Không có một phản ứng duy nhất, kết luận với điều đó. Hãy bắt đầu bằng cách kiểm tra hành động tần số lặp mở của OP AMP: nó cao (hơn 100 dB) ở tần số thấp, tất cả các phương thức xuống DC. Ở một số tần số, việc bắt đầu thả, tại những gì chúng ta gọi điện thoại -3 db điểm; Đây là nơi nhận được 70% giá trị DC của nó. Việc nhận được sau đó tiếp tục giảm 20 dB mỗi thập kỷ để đạt đến 0 dB theo tần số khuếch đại – Zero DB cho biết khía cạnh của một.
Trong phương thức, điều này chỉ ra rằng nếu bạn định cấu hình mạng bình luận để đảm bảo rằng bộ khuếch đại tổng thể có một nhận thức, băng thông của mạch này sẽ là tần số khuếch đại thống nhất. Nếu bạn đặt nó thành một nhận được hai, nó sẽ có một nửa băng thông. Một nhận được mười sẽ dẫn đến một phần mười băng thông, cũng như như vậy. Xem xét rằng sản phẩm của GET cũng như băng thông luôn giống nhau, tần số khuếch đại sẽ được gọi là sản phẩm băng thông kiếm được.
Hầu hết các amps op đa năng chung có thể được sử dụng ở bất kỳ loại tăng vòng kín nào. Tuy nhiên, tính linh hoạt này xuất hiện với mức giá: Tần suất khuếch đại Unity phải được giữ khá thấp để ngăn chặn dao động. Đối với các ứng dụng tốc độ cao, kết quả là nhận được Op Amps đã bị mất bù. Điều này chỉ ra rằng các mạch bên trong đã được thay đổi để chạy ở băng thông cao hơn, tuy nhiên, cũng vậy, op amp không thể được sử dụng trong cấu hình khuếch đại; Datasheet sẽ chỉ định một vòng lặp kín tối thiểu có thể sử dụng bộ khuếch đại. Nếu bạn không tôn trọng giới hạn này, thì mạch của bạn có thể dao động.
Biểu đồ bên dưới cho thấy âm mưu tần số thu được so với toàn bộ vòng lặp mở của một amp op hoàn toàn được bù cũng như một amp bị mất bù. Quản lý lý thuyết cho chúng ta biết rằng chúng tôi sẽ kết thúc với một hệ thống vòng kín ổn định nếu chúng tôi đóng vòng lặp tại một điểm mà vòng lặp mở được giảm 20 dB mỗi thập kỷ. (Trên thực tế, đó là một thách thức hơn thế, tuy nhiên chúng tôi sẽ không đi vào đó ngay bây giờ.) Đối với OP AMP hoàn toàn được bù, điều này đúng với bất kỳ loại lợi ích nào. Tuy nhiên, đối với OP AMP bị mất bù, sẽ giảm 20 dB mỗi thập kỷ chỉ nhiều như một điểm; Đây là GMin hoặc mức tối thiểu nhận được bộ khuếch đại sẽ ổn định. Lưu ý rằng băng thông tại thời điểm này cao hơn nhiều so với nó sẽ là cho bộ khuếch đại hoàn toàn bù.
Vòng lặp mở có được âm mưu của một amp opp (màu xanh lá cây) được bù hoàn toàn cũng như một amp opp (màu vàng) tương tự. Lưu ý rằng amp bị mất bù không bao giờ thực sự đạt đến sản phẩm băng thông tăng của nó: GBW2 được ngoại suy từ phần 20 dB / check của biểu đồ.
Op amp với sản phẩm băng thông lớn nhất mà bạn có thể nhận được ngày hôm nay là OPA855, tại một con số 8 GHz. Tuy nhiên, vì nó là một bộ khuếch đại bị mất bù, bạn phải sử dụng nó ở mức ít nhất bảy, trong tình huống đó sẽ “chỉ” đạt 2,5 GHz. OP AMP không bị mất bù đầu nhanh nhất là THS4304, có thể hoạt động trong bất kỳ loại cấu hình nào, tất cả các phương thức nhiều như băng thông khuếch đại của nó là 3 GHz. Tuy nhiên, trước khi bạn chạy hết cũng như đưa chip này phát triển bộ khuếch đại nhiều GHz, hãy nhớ rằng thiết kế mạch phù hợp trở nên quan trọng ở các tần số đó; bất kỳ loại điện dung đi lạc trong thE Vị trí sai có thể làm đảo lộn độ ổn định vòng lặp cũng như biến bộ khuếch đại của bạn thành bộ tạo dao động.
Tốc độ quay
Băng thông không phải là xác định duy nhất về tốc độ. Một thông số kỹ thuật nữa mà bạn phát hiện ra trong bất kỳ loại biểu dữ liệu của OP AMP nào là tốc độ xoay của nó. Thông thường được xác định trong Volts mỗi micro giây (V / US), nó cho bạn biết chính xác chính xác mức độ nhanh chóng của điện áp đầu ra của chip có thể thay đổi. Một phương pháp cơ bản để xác định tốc độ xoay của OP AMP là để nó phát ra một sóng vuông: độ dốc của đầu ra tăng cũng như các cạnh giảm sẽ bằng với tốc độ xoay.
Nếu bạn áp dụng một sóng vuông cho đầu vào của OP AMP, thì đầu ra sẽ tăng cũng như mùa thu ở tốc độ xoay của OP AMP.
Tốc độ xoay chủ yếu được tìm ra bởi thiên vị nội thất hiện diện của OP AMP, cũng như kết quả là tỷ lệ thường tỷ lệ thuận với dòng cung cấp. Giá trị bình thường đa dạng từ 0,5 V / US cho UA741 đến 20 V / US cho TL072. Một số ampe op có một kỹ thuật sáng tạo bên trong được hiểu là tăng tốc, nơi có sự thiên vị tạm thời được tăng cường khi OP AMP phát hiện ra rằng đầu ra của nó không thể theo kịp đầu vào của nó.
Tốc độ xoay lớn nhất được cung cấp trong bộ khuếch đại bình luận hiện tại (CFA), tương tự như OP AMP theo nhiều phương thức, tuy nhiên đủ khác nhau mà chúng ta không tính chúng như vậy trong bài viết này. So với AMPS OP thông thường, chúng có mức tăng vòng lặp mở thấp, độ cân bằng đầu vào cao, điện áp cũng như dòng biến thiên, cũng như không thể được sử dụng trong tất cả các ứng dụng bình luận. Chúng thường được sử dụng trong các mạch tốc độ cao trong đó tốc độ quay cao là yêu cầu quan trọng nhất.
Không bất thường sau đó, rằng các ampe op với tốc độ xoay lớn nhất tích hợp các tính năng của CFA cũng như các amps op thông thường, hơi mờ dòng giữa chúng. Ví dụ: EL5102 có tốc độ xoay của một con số khổng lồ 3500 V / US, tuy nhiên khoảng 66 dB uye của vòng hở có được nơi rất nhiều ampe op cơ bản có 100 đến 120 dB. Trình bày xu hướng đầu vào của nó là khá lớn, ở 2 UA điển hình. MIC920 có tốt hơn một chút, tuy nhiên ở 85 dB nó vẫn không phải là một amp op tuyệt vời. Nhà vô địch chính hãng trong phân loại này là PA107, có thể bước đầu ra ở mức 3000 V / us vẫn đạt 140 dB tăng vòng lặp mở. Nó cũng vẽ khoảng 50 mA từ nguồn cung của nó, vì vậy đó không phải là một cái gì đó để sử dụng khi bạn đang tạo ra năng lượng thấp.
Vật liệu bất thường
Gần như tất cả các mạch tích hợp, bạn có thể nhận được ngày hôm nay sử dụng silicon làm vật liệu cơ bản của chúng. Một vài mạch tốc độ cao, bao gồm một vài trong số các ampe op tốc độ cao đã chỉ ra ở trên, được thực hiện sử dụng silicon-Germanium (SiGe), mặc dù đây chỉ là lớp trên cùng của chip silicon nguyên chất. Có khả năng, các chất bán dẫn khác như gallium arsenide (gaAs), gallium nitride (gan) hoặc thậm chí silicon cacbua (sic) có thể được sử dụng để sản xuất amps op; Tuy nhiên, cung cấp sự khác biệt chi phí đáng kể với silicon thông thường Các vật liệu này thường được sử dụng cho các bóng bán dẫn riêng biệt cũng như các mạch tích hợp tốc độ cực cao.
Die của silicon carbide của Kth op amp. Tín dụng hình ảnh: KTH
Một vài công việc nghiên cứu nghiên cứu đã cho thấy kết quả hấp dẫn mặc dù: Viện Công nghệ Hoàng gia Kth, ở Thụy Điển, đã chứng minh một AMP OP được tạo ra trong Đổi mới Silicon cacbua có thể hoạt động ở nhiệt độ cực cao tới 500 ° C. Hiệu suất của nó cách xa Stellar, tuy nhiên sự mạnh mẽ của nó chỉ ra rằng nó phải có khả năng làm việc trong môi trường thù địch như bề mặt của sao Kim.
Ở đây trên trái đất, silicon được thiết lập tốt bởi chất bán dẫn được lựa chọn, cũng như không thể sửa đổi bất cứ lúc nào. Tuy nhiên, như chúng ta đã thấy, silicon là đủ linh hoạt để cho phép một loạt các kiểu OP AMP cho hầu hết mọi loại ứng dụng có thể.