UK 
EnglishТипова
Polski📐 Операційний підсилювач — будівельний блок оп-ампа
Оп-амп зі зворотним зв'язком підпорядковується двом золотим правилам: немає вхідного струму та входи рівні. З них будують інвертуючі, неінвертуючі та сумуючі підсилювачі.
Схожі симуляції
Про операційний підсилювач
Ця лабораторія моделює ідеальний операційний підсилювач (оп-амп), охоплений негативним зворотним зв'язком і підпорядкований двом золотим правилам: у жоден із входів не тече струм, а зворотний зв'язок змушує обидва входи мати однакову напругу. У інвертуючій, сумуючій та інтеграторній схемах це фіксує інвертуючий вхід на рівні 0 В — віртуальну землю — хоча він фізично не з'єднаний із землею. Звідси коефіцієнт підсилення замкненого контуру визначається лише співвідношенням резисторів: -Rf/Rin для інвертуючої схеми, 1+Rf/Rin для неінвертуючої, або часовий інтеграл, коли резистор зворотного зв'язку замінено на конденсатор 1 мкФ. Схема в реальному часі та осцилограма, що прокручується, показують форми вхідного й вихідного сигналів, які оновлюються щокадру, включно з жорстким обмеженням (кліпінгом), коли вихід перевищує напругу живлення.
Оберіть топологію за допомогою чотирьох кнопок конфігурації, а потім перетягуйте повзунки Rin, Rf та (для сумуючої схеми) R2, щоб змінювати значення резисторів у кілоомах. Амплітуда та Частота формують вхідний сигнал, а Напруга живлення (±Vcc) задає межу обмеження. Пауза зупиняє анімацію, Скидання відновлює типові значення, а кнопка «?» відкриває повний довідник формул.
Поширені запитання
Що таке операційний підсилювач?
Операційний підсилювач (оп-амп) — це диференціальний підсилювач напруги з дуже великим коефіцієнтом підсилення. Він підсилює різницю між своїми двома входами (V+ і V-) у величезну кількість разів у розімкненому контурі, зазвичай у 100 000 разів і більше. Із негативним зворотним зв'язком він стає точним, передбачуваним будівельним блоком для аналогових схем.
Які два золоті правила ідеального оп-ампа?
Правило 1: у жоден із входів не тече струм (нескінченний вхідний опір). Правило 2: за наявності негативного зворотного зв'язку оп-амп керує своїм виходом так, щоб V+ дорівнювало V- (віртуальне коротке замикання). Практично будь-яку схему на оп-ампі можна аналізувати, використовуючи лише ці два правила.
Що таке віртуальна земля?
В інвертуючому підсилювачі неінвертуючий вхід (V+) з'єднано із землею, тож золоті правила змушують V- також перебувати під потенціалом землі — хоча він фактично не з'єднаний із землею. Цей вузол називають віртуальною землею: він залишається на рівні 0 В, при цьому пропускаючи через резистори струм сигналу.
Який коефіцієнт підсилення в інвертуючому підсилювачі?
Для інвертуючого підсилювача коефіцієнт підсилення замкненого контуру дорівнює -Rf/Rin, де Rin — вхідний резистор, а Rf — резистор зворотного зв'язку. Знак «мінус» означає, що вихідний сигнал інвертований (зсунутий на 180 градусів) відносно вхідного.
Який коефіцієнт підсилення в неінвертуючому підсилювачі?
Для неінвертуючого підсилювача коефіцієнт підсилення дорівнює 1 + Rf/Rin. Вихідний сигнал синфазний із вхідним, а коефіцієнт підсилення завжди не менший за 1. Якщо задати Rf = 0 (або Rin = нескінченність), отримаємо буфер з одиничним підсиленням.
Як працює сумуючий підсилювач?
Сумуючий підсилювач подає кілька входів через власні резистори у віртуальну землю інвертуючого підсилювача. Оскільки цей вузол утримується на рівні 0 В, струми просто додаються: Vout = -Rf(V1/R1 + V2/R2 + ...). За однакових резисторів виходить зважена (або звичайна) інвертована сума.
Що робить оп-амп в режимі інтегратора?
Інтегратор замінює резистор зворотного зв'язку конденсатором. Вхідний струм заряджає конденсатор, тож вихідна напруга є часовим інтегралом вхідної: Vout = -(1/RC), помножене на інтеграл Vin dt. Прямокутний сигнал на вході перетворюється на трикутний сигнал на виході.
Чому інвертуючий підсилювач перевертає сигнал?
Вхідний сигнал надходить на інвертуючий (-) вхід через Rin. Коли вхідна напруга зростає, вихід оп-ампа повинен спадати, щоб утримувати віртуальну землю на рівні 0 В через резистор зворотного зв'язку. Саме ця протидія й спричиняє фазовий зсув на 180 градусів.
Що таке обмеження (кліпінг) або насичення?
Реальний оп-амп не може видати напругу, більшу за напругу живлення. Якщо добуток вхідного сигналу на коефіцієнт підсилення перевищує напругу живлення, вихід «сплощується» на рівні напруги живлення — це обмеження, або насичення. У симуляції видно, як форма сигналу стає пласкою зверху, коли запитуваний вихід перевищує живлення.
Для чого оп-ампи використовують у реальних схемах?
Оп-ампи використовуються повсюди: у аудіо-передпідсилювачах, активних фільтрах, повторювачах напруги, компараторах, генераторах, кондиціонуванні сигналів датчиків, аналогових обчислювачах та вимірювальній техніці. Їхня передбачувана поведінка зі зворотним зв'язком робить їх робочим конем аналогової електроніки.