Здесь принимаются все самые невообразимые вопросы... Главное - не стесняйтесь. Поверьте, у нас поначалу вопросы были еще глупее :)
Ответить

Операционный усилитель

Пн мар 20, 2023 22:24:47

Всем доброй ночи. Товарищи помогите разобраться. Начал читать обучалку, до операционного усилителя все было более менее понятно. А в него не могу въехать. Обьясните пожалуйста, как и почему оно работает?

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 10:04:07

Гы. Мне в вузе теорию ОУ давали - я специально отслеживал - в четырёх разных курсах, и в каждом немного по-разному. Самое поганое: ни в одном из них не рассказывали про ОУ с дифференциальными входами, которые нынче такие все, да и в те времена они уже появились в этом мире, так что потом пришлось мне досамообразовываться.
Про работу ОУ пишут целые книги (к примеру, Иржи Достал "Операционные усилители"), да и у Хоровица-Хилла, у Титце-Шенка они описаны. Вы хотите, чтобы кто-то вам пересказал это? Вряд ли оно поможет. Лучше будет задавать вопросы конкретные, что именно непонятно.

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 10:30:17

В простом случае оу всеми силами на инвертирующем входе (-) старается сделать такой же потенциал как на неинвертирующем (+).
Остальное уже частотные хаоактеристики нагрузки искажения, сожел пока оставить на будущее

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 10:54:16

Начать надо с того, что ответить на вопрос - почему операционный усилитель называется операционным ?

Какую операцию он выполняет ?

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 11:05:34

Муркиз,
Изначально, на ламповых операционных усилителях делали сумматоры. Сумматоры аналоговых сигналов; функция сложения значений. Они были нужны для аналоговых ЭВМ.

Изображение

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 11:31:40

Это не мне. Я то это знаю.
А вот чтобы другие начали думать , откуда растут ноги и что выросло...

Только уж дальше идите - что такое сумматор и что он делает. Только не математически , а физически. Как реализовано. В аналоговых ЭВМ.

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 12:22:41

Как работает сумматор на ОУ есть во всех учебниках. Просто сейчас никто не понимает для чего это вообще нужно.

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 12:26:20

Начать надо с того, что ответить на вопрос - почему операционный усилитель называется операционным ?

Какую операцию он выполняет ?

И какую?

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 12:46:18

Сам по себе - усиление входного сигнала в виде разности напряжений на входах, но операционным его назвали не из-за этого. ОУ практически никогда не работает без обвязки, в которой обязательна отрицательная обратная связь; она, включая прочие цепи, как раз и определяет те математические ОПЕРАЦИИ, которые этот усилитель и выполняет со входными сигналами.
Что это за операции такие? Рассмотрим их.
1. Умножение входного сигнала на некий постоянный коэффициент, отрицательный или положительный, больше или меньше единицы. Говоря по-другому, усиление или ослабление с инвертированием сигнала или без.
2. Суммирование или вычитание нескольких входных сигналов.
3. Интегрирование входного сигнала, в этом случае выходной сигнал пропорционален интегралу входного по времени.
4. Дифференцирование входного сигнала, в этом случае выходной сигнал пропорционален производной входного по времени. Использовать чистые дифференциаторы не рекомендуется, да и довольно сложно, учитывая неизбежное наличие помех в реальных сигналах.
5. Реализация разного рода нелинейностей: насыщение, зона нечувствительности, с гистерезисом или без оного.
Таки далее и тому подобное.
Перечисленное уже показывает, для чего следует применять ОУ: для моделирования систем дифференциальных и просто уравнений, которые уже могут описывать что угодно, поддающееся описанию такими уравнениями. Исторически ОУ как раз и появились в аналоговых вычислительных машинах, которые это проделывали. Я ещё застал МН-7М, можете погуглить.
А потом выяснилось, что ОУ, особенно не ламповый, а в виде микросхемы, ещё и с дифвходами, прекрасно подходит не только для выполнения именно математических операций, он оказался на редкость универсальной штукой, что только на нём не делают... А название "операционный" прилипло к нему намертво.

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 13:40:53

Мне кажется, что проще всего дать понятие ОУ начав от идеального, и постепенно, когд тут будет понятно, опускать на "нашу грешную землю", объясняя ограничения и нюансы применения ОУ.
для начала мат модель идеального ОУ Y=k(A-B)
где:
Y - напряжение на выходе
k - коэффициент усиления ОУ
A - напряжение на неинвертирующем входе
B - напряжение на инвертирующем входе.

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 13:45:24

Ivanoff-iv,
Вы действительно считаете, что математическая модель это проще? :))

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 13:57:11

думаю, что проще... пока... а вот когда будем более реальные ОУ разбирать - всё изменится - там формулы математики распухнут как пчёлами покусанные :)
тогда уже проще будет на радиодеталях объяснить...

первое ограничение реального ОУ - он не может на выходе дать меньше нижнего питания и больше верхнего (а на самом деле и до шин питания не дотягиваются - выходные транзисторы несовершенны)

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 13:58:01

Кратко, ОУ- это два усилителя, один из которых инвертирующий, работающих на общую нагрузку.

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 14:00:30

Ivanoff-iv,
Для большого числа инженеров, математическая модель чего угодно, так навсегда и остаётся математической абстракцией. Не все люди обладают математическим мышлением. Сколько выпускников вашего класса школы поступило на мехмат?

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 14:16:06

Разве больше нигде, кроме как на махмете, нет котов, разбирающихся в математике?

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 14:22:06

Начал читать обучалку, до операционного усилителя все было более менее понятно.

Усилительный каскад на транзисторе понятен? Как он работает?

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 14:47:46

Старый_Марат писал(а):Обьясните пожалуйста, как и почему оно работает?
Вопросы так не задают: неизвестно, какую "обучалку" Вы начали читать, что в ней поняли, а что нет, что Вы вообще в состоянии понять и что Вы понять хотите. Можно попытаться пересказать своими словами ту или иную книжку, но зачем? Авторы умных книжек не глупее нас, если Вы их не поняли, то не поймёте и наши объяснения. Есть смысл отвечать на конкретные вопросы: "Я прочитал то-то и то-то, понял то-то и то-то, но не понял вот это. По-моему, оно так, а оно не так. Где я неправильно думаю?" На такой вопрос можно ответить так же конкретно и с пользой для дела. На "объясните, как оно работает" единственный разумный ответ - "прочитайте в ****" (несколько книг уже посоветовали)

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 16:05:40

mickbell,
Есть, но не так чтоб очень много. :)

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 16:35:19

А давайте для начала объясним просто - схема операционного усилителя была создана для операций суммирования и вычитания напряжений, которыми представлялись значения "чисел" в аналоговых машинах.
Тоесть уровень напряжения сигнала выражал его значение при вычислениях. Простой сумматор на резисторах здесь не проходил, так как к примеру, 5 В + 5 В даёт на нем тебе 5 Вольт вместо 10 В.
Вот и появились сдвоенные дифференциальные усилители с двумя отдельными входами, чтобы выполнять такие и подобные им операции.
А из-за дифференциального каскада на входе один вход стал давать сложение, а второй - вычитание, упрощённо говоря.

Ну а когда электроника перешла к цифре, то операционникам досталось стать просто усилителем , которые имеют два входа, которые теперь используются для сравнения двух входных сигналов и усилению их разницы, разностного сигнала. Использование в них двухполярного питание дало возможность создать симметричный усилитель, который способен усиливать сигнал и положительного, и отрицательного напряжения - в зависимости от того, какой знак имеет разность сигналов на входах операционника. Прямой вход усиливает сигнал в положительную сторону, а инверсный - который минусом помечается - в отрицательное напряжение.

Это одна сторона его работы. А вторая заключается в том, что прямой вход по отношению к выходу работает в однофазно с выходом, а инверсный - в противофазе, что даёт возможность вводить положительную и отрицательную обратную связь в усилитель соответственно.

Ну а обратная связь может быть выполнена разнообразно, что даёт простую возможность формировать на базе ОУ разные функциональные решения.

Так понятней будет ?

И о математике - ОУ сам по себе НЕ знает математики, это тупо усилительная схема с дифф входом изначально.
То, что он делает, может быть лишь описано математикой, но он читать формулы не умеет. Математика здесь , как и во многих местах, вторична !

Как например, и в случае определения режима работы УНЧ - угол отсечки - это искусственная счётная величина, вы ее тестером не потеряете, а вот ток выходного каскада померять можно, и просто.

И кстати, заумные синтетические описания приводят к большему числу ошибок. Это проверено практикой. За лесом не видно ёлок....

Re: Операционный усилитель

Вт мар 21, 2023 23:56:09

Эх. Вот кто бы объяснил, почему на стабильность каскадов на ОУ влияет только усиление, приведенное к неинвертирующей конфигурации, так называемое noise gain. :)
Ответить