Ηλεκτρονικά Εξαρτήματα: Ο ιδανικός Op Amp

Εάν διαβάσετε σχετικά με τους ενισχυτές op στο web ή σε ένα ηλεκτρονικό βιβλίο, θα συναντήσετε αναμφισβήτητα τον όρο ιδανικός ενισχυτής op. Ένας ιδανικός op amp είναι ένας υποθετικός op ενισχυτής με ορισμένα χαρακτηριστικά που προσπαθούν να επιτύχουν οι πραγματικοί ενισχυτές op. Οι πραγματικοί ενισχυτές op βρίσκονται πολύ κοντά στον ιδανικό ενισχυτή op, αλλά δεν υπάρχει πραγματικός ενισχυτής για την τελειότητα ενός ιδανικού ενισχυτή op. Ανάλογα με τον κατάλογο που διαβάζετε, ένας ιδανικός ενισχυτής op έχει οπουδήποτε μεταξύ δύο και επτά χαρακτηριστικών, τα σημαντικότερα από τα οποία είναι

Άπειρο κέρδος ανοιχτού βρόχου:

• Το κέρδος ανοιχτού βρόχου σε έναν ενισχυτή είναι πολύ μεγάλο - της τάξης των δεκάδων ή και εκατοντάδων χιλιάδων. Σε ένα ιδανικό ενισχυτή op, το κέρδος ανοικτού βρόχου είναι άπειρο, πράγμα που σημαίνει ότι οποιαδήποτε διαφορά τάσης στους δύο ακροδέκτες εισόδου θα έχει ως αποτέλεσμα μια άπειρη τάση στην έξοδο. Σε πραγματικούς ενισχυτές op, η τάση εξόδου περιορίζεται από την τάση παροχής ρεύματος. Επειδή η τάση εξόδου δεν μπορεί να είναι άπειρη, το κέρδος δεν μπορεί να είναι άπειρο.

  Απεριόριστη εμπέδηση εισόδου:

• Η αντίσταση αντιπροσωπεύει την αντίθεση ενός κυκλώματος προς την τρέχουσα ροή, ανεξάρτητα από το αν το ρεύμα εναλλάσσεται ή είναι άμεσο. Σε ένα ιδανικό ενισχυτή op, η σύνθετη αντίσταση των δύο ακροδεκτών εισόδου είναι άπειρη, πράγμα που σημαίνει ότι κανένα ρεύμα δεν εισέρχεται στον ενισχυτή op από τις εισόδους. Οι είσοδοι είναι σε θέση να δουν και να αντιδρούν στην τάση, αλλά αυτή η τάση δεν μπορεί να ωθήσει οποιοδήποτε ρεύμα στον ενισχυτή op.

  Αυτό που σημαίνει στην πράξη είναι ότι ο ενισχυτής op δεν έχει καμία επίδραση στην τάση εισόδου. Σε ένα πραγματικό ενισχυτή op, μια μικρή ποσότητα ρεύματος - συνήθως, λίγα milliamps ή λιγότερο - διαρρέει στα κυκλώματα εισόδου του ενισχυτή op.

  Αντίσταση μηδενικής εξόδου:

• Σε ένα ιδανικό ενισχυτή op, το κύκλωμα εξόδου έχει μηδενική εσωτερική αντίσταση, πράγμα που σημαίνει ότι η τάση που παρέχεται από την έξοδο είναι η ίδια ανεξάρτητα από την ποσότητα φορτίου που τοποθετείται σε αυτό από το κύκλωμα στο οποίο η έξοδος είναι συνδεδεμένη. Στην πραγματικότητα, οι περισσότεροι ενισχυτές op έχουν αντίσταση εξόδου μερικών ωμών, πράγμα που σημαίνει ότι η πραγματική τάση που παρέχεται από το τερματικό εξόδου θα ποικίλει σε μικρή ποσότητα ανάλογα με το φορτίο που συνδέεται με την έξοδο.

  Τάση μηδενικής μετατόπισης:

• Η τάση offset είναι η ποσότητα τάσης στον ακροδέκτη εξόδου όταν οι δύο είσοδοι είναι ακριβώς ίδιες. Εάν συνδέσετε τις δύο εισόδους στη γείωση, για παράδειγμα, θα πρέπει να υπάρχει ακριβώς 0 V στην έξοδο. Στην πραγματικότητα, οι ενισχυτές πραγματικού κόσμου έχουν πολύ μικρή τάση στην έξοδο, ακόμη και όταν και οι δύο είσοδοι γειώνονται, συνδέονται μεταξύ τους ή δεν συνδέονται καθόλου με τίποτα. Για τους περισσότερους ενισχυτές op, αυτή η τάση αντιστάθμισης είναι μόνο μερικά millivolts.

  Απεριόριστο εύρος ζώνης:

• Ο όρος εύρος ζώνης αναφέρεται στην περιοχή συχνοτήτων εναλλασσόμενου ρεύματος εντός των οποίων μπορεί να ενισχυθεί με ακρίβεια ένας ενισχυτής op. Σε έναν ιδανικό ενισχυτή op, η συχνότητα του σήματος εισόδου δεν έχει καμία επίδραση στο πώς συμπεριφέρεται ο ενισχυτής op. Στους οπτικούς ενισχυτές πραγματικού κόσμου, ο ενισχυτής op δεν λειτουργεί πολύ πάνω από μια συγκεκριμένη συχνότητα - τυπικά, λίγα megahertz (εκατομμύρια κύκλους ανά δευτερόλεπτο). Τα χαρακτηριστικά συχνά συνοψίζονται με τους ακόλουθους δύο "χρυσούς κανόνες" op amp:

Η έξοδος επιχειρεί να κάνει ό, τι είναι απαραίτητο για να κάνει τη διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων μηδέν.

1. Αυτός ο κανόνας, ο οποίος ισχύει μόνο για κυκλώματα ενισχυτή κλειστού βρόχου, σημαίνει ότι η ανατροφοδότηση που αποστέλλεται από την έξοδο προς την είσοδο προκαλεί την ταυτότητα των δύο τάσεων εισόδου.

   Η είσοδος δεν τραβάει ρεύμα.

2. Αυτός ο κανόνας σημαίνει ότι οι ακροδέκτες εισόδου εξετάζουν την τάση που υπάρχει απέναντι τους, αλλά δεν επιτρέπουν τη ροή ρεύματος στον ενισχυτή.

   Παρόλο που κανένας πραγματικός ενισχυτής δεν είναι σε θέση να ανταποκριθεί στα πρότυπα του ιδανικού ενισχυτή, τα περισσότερα έρχονται πολύ κοντά. Αρκετά κοντά, στην πραγματικότητα, ότι μπορείτε να σχεδιάσετε με ασφάλεια ένα κύκλωμα ενισχυτή op σαν να ήταν ιδανικοί οι ενισχυτές op. Συγκεκριμένα, ισχύουν οι δύο χρυσικοί κανόνες: Η ανατροφοδότηση θα ισοσταθμίσει τις τάσεις εισόδου και ο ενισχυτής δεν αντλεί ρεύμα από την είσοδο.