Operasyonel yükselteçler (op ampsiyonlar) analog elektroniklerin çalışmalarıdır, ses önbelleklerinden gelen her şeyde ortaya çıkıyor ve bu parametrelerin gerçek transistatörlere, farklılaştırıcılara ve sensör arabirimleri geliştirmektedir. Çoğu öğrenci bunları idealize kazanç ile ilk karşılaşmayı sağlar, giriş engelleyici ve fiziksel gerçeklik arasındaki boşlukları pekiştirir.

Bu makale, eğitimciler ve öğrenciler için basit ama işlevsel transistör seviyesi bir amplitübü inşa etmek isteyen bir rehber sunar - mevcut ayna, sahne ve çıkış yolu - her birinin genel performansa nasıl katkıda bulunduğunu açıklayın ve el-on inşaatının eğitim değerini tartışacağız.Sonunda, pratik devre tasarım becerileri inşa ederken temel analog kavramları oluşturmak için bilgiye sahip olacaksınız.

Transistor-Level Op Ampsiyonlarının Temellerini Anlayın

Anada, bir transistör seviyesi a amp, yüksek geri dönüşlü yükselteçli yükselteçli modüller oluşturmak için çeşitli aktif cihazlar içerir; her teknoloji, bir veya daha fazla kazanç aşaması ve bir çıkış aşaması sunar.

Bir BJT tabanlı tasarımda, diferansiyel giriş aşaması genellikle iki giriş gerilimi arasında bir fark yaratıyor.Diferansiyel çıktı daha sonra bir dizi yükseltici yükselticiye bağlı olarak, ek gerilim kazanç sağlar.Son olarak, bir çıkış yolu ile sık sık sık sık sık sık sık bir gecikme (parçası) - yüksek çözünürlükte bir çıkış yolu ile yapılır.

Her blokun işlevini ve etkileşimi anlamak önemlidir. Örneğin, giriş aşamasının kazancı, giriş transkriptlerinin ve yük direncinin (şimdilik bir ayna tarafından sağlanan) trans-loop kazanılabilir.

Transistör seviyeli tasarım için, tek bir BJT veya MOSFET amplifikasyonun çalışmasını ilk incelemenin yardımcı olur.TheurFLT:0ConTexas Instruments "Op Amp Basics" application not), mükemmel bir mükemmel bir mükemmel bir mükemmel bir amp parametresi özetini sağlar, onları iç transistöre kadar operasyona bağlar.

Basit bir Transistor-Level Op Ampi

Bir eğitim alanındaki tasarım süreci birkaç mantıksal adıma kırılabilir.İki aşamalı BJT tasarımı, ekmek ve simülasyon için iyi bir şekilde uygun olduğunu düşüneceğiz. Devre 2N3904 (NPN) ve 2N3906 (PNP) gibi ortak transistörleri kullanır.

Adım 1: The Differential Access Stage

Afet amplitüünün kalbi, üçüncü bir NPN transistör (Q1, Q2) ile birlikte bağlantı kurmaları ve sürekli mevcut bir kaynak (I TAIL) önyargıları bu düğümü doğrulayan bir kaynaktır.Mevcut kaynak, üçüncü bir NPN transistör (Q3) ve bir direnççi ile veya bir PNP çifti kullanarak mevcut bir ayna ile daha doğru bir şekilde uygulanabilir.

Ek olarak, aynı toplu ve opsiyonel olarak, her bir rakipsiz (bireysel) ile serideki yayıcıları kullanarak, yanlış bağlantı bileşenlerinin etkisini azaltmak için otomatik olarak uygun bir şekilde test etmek için önemlidir.

Adım 2: Mevcut bir Ayna Yükümünü Ekle

En üst düzeye kadar koleksiyoncu direniciler mevcut bir ayna yükü ile değiştirilebilir. A PNP mevcut ayna (Q4, Q5), ayırıcı çift koleksiyoncularına bağlı olarak yüksek bir engel sunar, böylece devre önemli ölçüde ilk aşamadan itibaren tek yönlü bir çıktı haline gelir.

Educators, mevcut aynanın mevcutları ve koleksiyoner gerilimleri kabaca eşit olarak nasıl dengelediğini vurgulamak gerekir, böylece iyi tanımlanmış bir işletim noktası oluşturmak. Bu, aktif yüklere karşı dirençli yüklere ve ticarete karşı iyi bir fırsat.

3. Adım: İkinci Lig Aşaması

İlk aşamadan gelen tek uçlu çıkış şimdi, amplifatör (Q6) ek gerilim kazanç sağlamak için ortak bir yükselticiye (C1) ek bir direnç ve Q6 toplayıcısı arasında yer alan - bu aşamadaki kazanç - yükseltici yükü veya geri dönüşle kullanıldığında stabiliteyi kontrol eder.

Öğrenciler, açık-loop kazançlarını ve faz marjını farklı tazminat kapasitör değerleriyle simüle etmeye teşvik edilmelidir. Klasik [[DördÜ:0)Analog Cihazları Miller tazminatı üzerine makale) konsepti erişilebilir bir şekilde açıklar.

Adım 4: The Print Stage

Çıktının düşük çıktıyı engellenmeli ve mevcut baskıyı bozma yeteneği sağlamalıdır. Tamamlayıcı-pull bir NPN ve bir PNP transistatörü (Q7, Q8) veya diyotlar kullanılarak yapılır.Eğitim amaçlı olarak, basit bir diyot ağı kullanarak yönlendirilir.

Çıktı aşaması da öğrencilerin sürüş kapasitesi ve termal düşünceler hakkında bilgi sahibi oldukları yerdir. Devreyi farklı yüklerle test edebilir (örneğin, 1 kULL, 10 kULL) ve gerilimin içindeki değişimin gözlemleyebiliyorlar.

Adım 5: Biasing ve Genel Devre Entegrasyonu

Tüm aşamalar doğru DC önyargıya ihtiyaç duyar.Diferansiyel çift için kuyruk mevcut, kazanım aşamasının koleksiyoncu akımları ve çıktı aşamasının mevcutları, rakipler veya mevcut kaynaklar tarafından belirlenmelidir.Tek bir referans gerilimi (örneğin, bir gerilim bölmesi veya Zener diyot) çok sayıda mevcut kaynağa karşı önyargılı olabilir. Symmetrical güç malzemeleri (±5 V) basit bir analog işlem için önerilir.

İşte basitleştirilmiş bir şematik açıklama ( çizim olmadan):

  • Q1, Q2: NPN diferansiyel çift, yayıcı dirençli RE (dejenerasyon) ve koleksiyoncu yükler (R1, R2 veya mevcut ayna).
  • S3: NPN şu anki kaynağı R4, R5 ve RE3'ten temel önyargı ile taşıyor.
  • Q4, Q5: PNP şu anki ayna Q1/Q2 için yük olarak.
  • Q6: NPN, Miller kapasitor C1 ve koleksiyoncu yük R3 ile sahne kazanır.
  • Q7, Q8: NPN/PNP it-pull çıktı diyot önyargılı D1, D2 ile.

Öğrenciler, her bir bileşenin işlevini açıklayan Tam bir şematik örnek bulabilirler.

Tasarıma Hazırlanmak

Bir ekmek dolabında devre inşa etmeden önce, SPICE (LTspice, PSpice veya Multisim) kullanılarak simülasyon, öğrencilerin iletişim kurmasını sağlar, açık adımlı simülasyon kılavuzunu ölçmek, bant genişliği, çek oranı ve test stabilitesi kolayca değiştirebilir ve analog cihazlardan etkilenebilirler.).

Hands-On Devre Binasının Eğitim Faydaları

Laboratuvarda transistör düzeyinde bir amp amp inşa etmek, simülasyon veya teori aracılığıyla elde edilemeyen eşsiz değerli öğrenme sonuçları sunar.

  • [FONT:0) Deepens transistörlüğü anlayış: [Dönetici: 1) Öğrenciler önyargılı, saturasyon ve kesmenin gerçek bileşenlerde nasıl meydana geldiğini görürler. koleksiyoncular akımları, baz-emitter gerilimleri ve çıkışları ölçtüler, yeniden başlatma derslerini.
  • [FONT:0]Illustrates internal architecture of Analog components:[Dönetici:0) Siyah kutu açıldı.Bir af amp'in son derece kazandığını, sınırlı bant genişliği, giriş dengeleme gerilimi ve çıkış engellerini - bu sınırlamaları kendileri inşa ettiler.
  • [FONT:0)Gelişme becerilerine yönelik sorunlar:[Dönetici: 0 ) Gerçek devreler her zaman mükemmel bir şekilde simüle etmemelidir. Öğrenciler hataları, bileşen başarısızlıklarını ve parasitik osilasyon gibi sorunlar geliştirmelidir.
  • [FONT:0) Geri bildirim ve istikrar anlayışı:) Bir öğrenci kendi ayrı ayrı af ampleri etrafında olumsuz geri bildirim uygularsa, doğrudan ticarete maruz kalır: düşük kazanç, artan bant genişliği ve tazminat olasılığı yetersizdir.
  • [FONT:0)Promotes işbirliği öğrenme: [Dönetici: [Döneticiler, öğrencilerin tartışılmış sonuçları ile karşılaştırdıkları gözlemlerle karşılaştırdığı ekip projeleri tartışma ve akran öğretmelerini teşvik eder.

Bir monolithic IC op amp kullanarak, transistörlerden gelen öğrencilerden her tasarım kararıyla yüzleşmek için inşa etmek için karşılaştırıldığında. Ayrıca, herhangi bir elektronik mühendisi için gerekli olan yetenekleri de satmaktadır.

Educators ve Öğrenciler için Pratik İpuçları

Proje başarılı ve eğitimsel zengin olmasını sağlamak için aşağıdaki yönergeleri göz önünde bulundurun:

  • [FONT:0) Basit başlayın:[Dönetici:0) Farklı bir çiftle başlayın ve elde etmeyi ve CMRR'yi ölçür. Sonra mevcut aynayı ekleyin, sonra ikinci aşamayı ekleyin ve sonunda çıkış aşamasına izin verir.
  • [FONT:0) İlk prototyping için ekmek dolabı kullanın: Breadboards hızlı ve yeniden kullanılabilir. Ancak yüksek geri dönüş devrelerinin kısa ve μF'ye kadar şarj edilebilir olduğunu bilin.
  • [FONT:0) Binadan önce Açıklama:[Dönemli:[Dönemli) SPICE simülasyonları tasarım ve en iyi bileşen değerlerini doğrulamalarına yardımcı olur. Öğrenciler hem DC işletim puanlarını hem de AC frekansı yanıtlarını simüle etmelidir.
  • [FONT:0)Encourage modifikasyon ve deney:) Öğrencilere karşı direnç gösterenler, kapasitörler veya hatta transistör türleri değiştirme ve elde etme üzerindeki etkisini gözlemleyebilmeleri, bant genişliği ve yarı oranı.Bu keşif sadece bir reçeteyi takip etmekten çok daha etkili.
  • [FONT:0]Discuss gerçek dünya uygulamaları ve kısıtlamalar: Ayrılmalı ampirik amplitüblerin modern yüksek performanslı devrelerde nadiren kullanıldığını açıklayın, ancak yüksek gerilim, yüksek-zamanlı veya radyasyon-tolerant tasarımları için hala değerliler. Ayrıca IC formda mevcut olmayan özel analog işlevleri de mükemmel.
  • [FONT:0] Her şeyi saklı tutar:[Dönetici:) Öğrenciler bir laboratuvar defterini şematik, simülasyon sonuçları, ölçüm verileri ve gözlemler ile tutarlar. Bu uygulama teknik iletişim becerilerini güçlendirir.
  • [FONT=0)Güvenli ve araçlama: [Dönetici:[Dönetici:0) Remind öğrencileri güç malzemelerinin kutuplarını kontrol etmek ve asla transistör maksimum puanları geçmeyecekler (örneğin, V CEO 2N3904 için 40 V enO, başlangıçta mevcut sınırlı bir tezgah tedarikini kullanın.

İyi yapılandırılmış bir proje analog elektroniklere bir dönem kursuna sığabilir, BJT önyargılı, ayırıcı yükselteçlere ve mevcut aynalara odaklanır. önceden-lab simülasyon dosyaları ve önerilen bir bileşen listesi (Performans) öğrencilerin tedarik etmeyi tercih eder.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Sınırlamaları

Çoğu modern af amp uygulamaları entegre devreler kullanıyor olsa da, ayrı transistör seviyesindeki amfiğe hala nişlere hizmet eder:

  • Yüksek gerilim artırılmış af ampleri (örneğin, ±100 V malzemeleri) IC'lerin mevcut olmadığı yerde.
  • Yüksek mevcut çıktı gerektiren ses güç yükselteçleri (modern sınıf-D egemenliğe karşı çıktı).
  • İç işlevi anlamakta olan eğitim ayarları ve deneyler çok önemlidir.
  • Araştırma laboratuarlarında özel analog hesaplama blokları.

Ayrık tasarımların sınırları daha büyük boyut, daha yüksek güç tüketimi, zayıf eşleştirme ve alt bant genişliği, tekil IC'ye kıyasla daha düşük bantlamalar içerir. Öğrenciler, bütünleşik sürecin daha iyi bir bileşen eşleştirmesi, daha küçük parasitik kapasiteleri ve daha sofistike bir tazminat sağlar. Bununla birlikte, ayrı bir amplifiğe sahip bir geçiş inşa etmek IC'yi ve sezgileri zayıflatır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bir transistör seviyesi a amplifikasyonu geliştirmek klasik, ödüllendirici bir projedir, amplitüdleri el-on mühendisliği ile ilişkilendirir ve ayrı aşamalar inşa eder - farklı çift, mevcut ayna, sahne kazanır ve çıktı buffer - ampliflerin dikkat çekici özellikleri elde ettiklerine dair samimi bir anlayış kazanır. Egzersiz, transistörleri çözme becerilerine teşvik eder ve transistörleri daha gelişmiş analog tasarım zorlukları için öğrencileri hazırlar.

Bir laboratuar aktivitesini veya kendini yönlendirmeli bir öğrenme uzmanınız siyah kutunun ötesine geçmek için planlayın, kendi af ampinizi inşa etmek unutulmaz bir deneyimdir. Burada belirtilen basit mimari ile başlayın, iterate ve keşfedin.