MSTU "Mami" - Automaatio- ja ohjausprosessien laitos. Invertoiva operaatiovahvistin

Kymmenen tuhannen mailin matka alkaa ensimmäisestä askeleesta.
(kiinalainen sananlasku)

Oli ilta, ei ollut mitään tekemistä... Ja niin yhtäkkiä halusin juottaa jotain. Jotenkin... Elektroniikka!.. Juottaminen - niin juottaminen. Siellä on tietokone ja internetyhteys. Valitsemme kaavan. Ja yhtäkkiä käy ilmi, että aiotun kohteen kaaviot ovat vaunu ja pieni kärry. Ja jokainen on erilainen. Ei kokemusta, ei tarpeeksi tietoa. Kumpi valita? Jotkut niistä sisältävät jonkinlaisia ​​suorakulmioita ja kolmioita. Vahvistimet ja jopa toiminnalliset... Kuinka ne toimivat, on epäselvää. Pelottavaa!.. Entä jos se palaa? Valitsemme yksinkertaisemman tuttujen transistoreiden avulla! Valittu, juotettu, kytketty päälle... APUA!!! Ei toimi!!! Miksi?

Kyllä, koska "Yksinkertaisuus on pahempaa kuin varkaus"! Se on kuin tietokone: nopein ja kehittynein on pelikone! Ja toimistotöihin yksinkertaisinkin riittää. Sama juttu transistoreiden kanssa. Piirin juottaminen niihin ei riitä. Sinun on silti voitava määrittää se. Sudenkuoppia ja sudenkuoppia on liikaa. Ja tämä vaatii usein kokemusta, joka ei ole lähtötasolla. Miksi siis lopettaa jännittävä toiminta? Ei lainkaan! Älä vain pelkää näitä "kolmioita-suorakulmioita". Osoittautuu, että työskentely niiden kanssa on monissa tapauksissa paljon helpompaa kuin yksittäisillä transistoreilla. JOS TIEDÄT - MITEN!

Tätä käsittelemme nyt: operaatiovahvistimen (op-amp tai englanniksi OpAmp) toimintatavan ymmärtäminen. Samanaikaisesti tarkastelemme hänen työtään kirjaimellisesti "sormilla", käytännössä ilman kaavoja, paitsi ehkä Ohmin lakia: "Virta piirin osan läpi ( minä) on suoraan verrannollinen sen päällä olevaan jännitteeseen ( U) ja on kääntäen verrannollinen sen vastukseen ( R)»:
I=U/R. (1)

Aluksi periaatteessa ei ole niin tärkeää, kuinka tarkasti op-amp on järjestetty sisällä. Hyväksytään vain oletukseksi, että se on "musta laatikko", jossa on jonkinlainen täyttö. Tässä vaiheessa emme ota huomioon sellaisia ​​operaatiovahvistimen parametreja, kuten "esijännite", "siirtojännite", "lämpötilapoikkeama", "kohinaominaisuudet", "yhteistilan vaimennussuhde", "syöttöjännitteen aaltoilun vaimennussuhde", " kaistanleveys" " ja niin edelleen. Kaikki nämä parametrit ovat tärkeitä sen tutkimuksen seuraavassa vaiheessa, kun sen työn perusperiaatteet "laskeutuvat" päähän, koska "paperilla se oli sileä, mutta rotkot unohtivat"...

Toistaiseksi oletetaan vain, että op-vahvistimen parametrit ovat lähellä ihanteellisia, ja harkitsemme vain sitä, mikä signaali on sen lähdössä, jos joitain signaaleja syötetään sen tuloihin.

Joten operaatiovahvistin (operaatiovahvistin) on DC-differentiaalivahvistin, jossa on kaksi tuloa (invertoiva ja ei-invertoiva) ja yksi lähtö. Niiden lisäksi op-ampissa on teholiittimet: positiiviset ja negatiiviset. Nämä viisi johtopäätöstä löytyvät melkein kaikki operaatiovahvistimet ja ovat pohjimmiltaan välttämättömiä sen toiminnalle.

Op-vahvistimella on valtava voitto, ainakin 50000...100000, mutta todellisuudessa se on paljon enemmän. Siksi ensimmäisenä approksimaationa voimme jopa olettaa, että se on yhtä suuri kuin ääretön.

Termi "differential" ("different" on käännetty englannista "ero", "ero", "ero" tarkoittaa, että operaatiovahvistimen lähtöpotentiaaliin vaikuttaa yksinomaan sen tulojen välinen potentiaaliero, riippumatta heiltä ehdoton merkityksiä ja polariteettia.

Termi "vakiovirta" tarkoittaa, että operaatiovahvistin vahvistaa tulosignaaleja alkaen 0 Hz:stä. Operaatiovahvistimen vahvistamien signaalien ylempi taajuusalue (taajuusalue) riippuu monista syistä, kuten sen sisältämien transistorien taajuusominaisuuksista, operaatiovahvistimen avulla rakennetun piirin vahvistuksesta jne. Mutta tämä kysymys ylittää alkuperäisen tutustumisen hänen työhönsä, eikä sitä käsitellä tässä.

Op-amp-tuloilla on erittäin korkea tulovastus, joka vastaa kymmeniä/satoja megaohmeja tai jopa gigaohmeja (ja vain ikuisesti mieleen jäävässä K140UD1:ssä ja jopa K140UD5:ssä se oli vain 30...50 kOhm). Tulojen korkea vastus tarkoittaa, että niillä ei käytännössä ole vaikutusta tulosignaaliin.

Siksi suurella likimäärällä teoreettiseen ihanteeseen voimme olettaa, että nykyinen ei virtaa op-vahvistimen tuloihin . Tämä - ensimmäinen tärkeä sääntö, jota sovelletaan operaatiovahvistimen toimintaa analysoitaessa. Muista hyvin, mitä se koskee vain itse operaatiovahvistin, mutta ei järjestelmiä sen käytön kanssa!

Mitä termit "kääntelevä" ja "ei-invertoiva" tarkoittavat? Suhteessa mihin inversio määräytyy ja millainen ”eläin” ylipäätään on signaalin inversio?

Käännettynä latinasta, yksi sanan "inversio" merkityksistä on "kääntyminen", "liikevaihto". Toisin sanoen, inversio on peilikuva ( peilaus) signaali suhteessa vaakasuuntaiseen X-akseliin(aika-akseli). Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty useita monista mahdollisista signaalin inversion vaihtoehdoista, joissa punainen osoittaa suoraa (tulo) signaalia ja sininen osoittaa käänteistä (lähtö) signaalia.

Riisi. 1 Signaalin inversion käsite

Erityisesti tulee huomioida, että nollaviivalle (kuten kuvassa 1, A, B) signaalin inversio ei sidottu! Signaalit voivat olla käänteisiä ja epäsymmetrisiä. Esimerkiksi molemmat ovat vain positiivisten arvojen alueella (kuva 1, B), mikä on tyypillistä digitaalisille signaaleille tai yksinapaiselle virtalähteelle (tätä käsitellään myöhemmin), tai molemmat ovat osittain positiivisia ja osittain negatiivisilla alueilla (kuvio 1, B, D). Myös muut vaihtoehdot ovat mahdollisia. Pääehto on heidän keskinäinen spekulaatiota suhteessa johonkin mielivaltaisesti valittuun tasoon (esimerkiksi keinotekoinen keskipiste, josta myös keskustellaan myöhemmin). Toisin sanoen, vastakkaisuus Signaali ei myöskään ole määräävä tekijä.

Op-vahvistimet on kuvattu piirikaavioissa eri tavoin. Ulkomailla op-vahvistimia kuvattiin aiemmin, ja nykyäänkin ne on usein kuvattu tasakylkisen kolmion muodossa (kuva 2, A). Invertoiva tulo esitetään miinussymbolilla ja ei-invertoiva tulo plussymbolilla kolmion sisällä. Nämä symbolit eivät tarkoita lainkaan, että vastaavien tulojen potentiaalin pitäisi olla positiivisempi tai negatiivisempi kuin toisessa. Ne osoittavat yksinkertaisesti, kuinka lähtöpotentiaali reagoi tuloihin kohdistettuihin potentiaaliin. Tämän seurauksena ne voidaan helposti sekoittaa virtanastoihin, mikä voi osoittautua odottamattomaksi "haravaksi", etenkin aloittelijoille.

Riisi. 2 vaihtoehtoa ehdollisille graafisille kuville (CGO)
operaatiovahvistimet

Kotimaisten tavanomaisten graafisten kuvien (UGO) järjestelmässä ennen GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81) voimaantuloa op-vahvistimet kuvattiin myös kolmion muodossa, vain invertoiva tulo - inversiolla symboli - ympyrä lähdön ja kolmion leikkauskohdassa (kuva 2, B), ja nyt - suorakulmion muodossa (kuva 2, C).

Kun kaavioissa merkitään operaatiovahvistimia, invertoiva ja ei-invertoiva sisääntulo voidaan vaihtaa keskenään, jos se on kätevämpää, mutta perinteisesti invertoiva tulo on kuvattu ylhäällä ja ei-invertoiva tulo alareunassa. Virtanastat sijaitsevat yleensä aina yhdellä tavalla (positiivinen ylhäällä, negatiivinen alhaalla).

Operaatiovahvistimia käytetään lähes aina negatiivisen takaisinkytkennän (NFB) piireissä.

Feedback on vaikutus, jolla osa vahvistimen lähtöjännitteestä syötetään sen sisääntuloon, jossa se summataan algebrallisesti (etumerkki huomioiden) tulojännitteeseen. Signaalien summausperiaatetta käsitellään alla. Riippuen siitä, mikä operaatiovahvistimen sisääntulo, invertoiva vai ei-invertoiva, takaisinkytkentä syötetään, erotetaan negatiivinen takaisinkytkentä (NFB), kun osa lähtösignaalista syötetään invertoivaan tuloon (kuva 3, A ) tai positiivinen takaisinkytkentä (POF), kun osa Lähtösignaali syötetään vastaavasti ei-invertoivaan tuloon (kuva 3, B).

Riisi. 3 Palautteen generoinnin periaate (FE)

Ensimmäisessä tapauksessa, koska lähtösignaali on tulosignaalin käänteinen, se vähennetään tulosignaalista. Tämän seurauksena vaiheen kokonaisvoitto pienenee. Toisessa tapauksessa se summataan tuloon, jolloin kaskadin kokonaisvahvistus kasvaa.

Ensi silmäyksellä saattaa tuntua, että POS:lla on positiivinen vaikutus, ja OOS on täysin hyödytön idea: miksi vähentää voittoa? Juuri tätä Yhdysvaltain patentintutkijat ajattelivat, kun Harold S. Black vuonna 1928 yritti patentoi OOS. Vahvistuksesta uhraamalla parannamme kuitenkin merkittävästi piirin muita tärkeitä parametreja, kuten sen lineaarisuutta, taajuusaluetta jne. Mitä syvemmälle OOS on, sitä vähemmän koko piirin ominaisuudet riippuvat operaatiovahvistimen ominaisuuksista.

Mutta PIC (ottaen huomioon sen oman valtavan lisävahvistuksen) vaikuttaa päinvastoin piirin ominaisuuksiin ja epämiellyttävin asia on, että se aiheuttaa sen itseherätyksen. Sitä käytetään tietysti myös tarkoituksella esimerkiksi generaattoreissa, hystereesivertailijoissa (tästä lisää myöhemmin) jne., mutta yleensä sen vaikutus operaatiovahvistimilla varustettujen vahvistinpiirien toimintaan on melko negatiivinen ja vaatii erittäin huolellinen ja järkevä analyysi sen soveltamisesta.

Koska operaatiovahvistimessa on kaksi tuloa, seuraavat perustyypit sen aktivointiin OOS:n avulla ovat mahdollisia (kuva 4):

Riisi. 4 Peruspiirit operaatiovahvistimien kytkemiseen

A) kääntämällä (Kuva 4, A) - signaali syötetään invertoivaan tuloon ja ei-invertoiva tulo on kytketty suoraan referenssipotentiaaliin (ei käytössä);

b) ei-invertoiva (Kuva 4, B) - signaali syötetään ei-invertoivaan tuloon ja invertoiva tulo on kytketty suoraan referenssipotentiaaliin (ei käytössä);

V) ero (Kuva 4, B) - signaalit syötetään molempiin tuloihin, invertoiviin ja ei-invertoiviin.

Näiden piirien toiminnan analysoimiseksi on otettava huomioon toinen tärkein sääntö, jolle operaatiovahvistimen toiminta on alisteinen: Operaatiovahvistimen lähtö pyrkii varmistamaan, että sen tulojen välinen jännite-ero on nolla..

Jokaisen muotoilun on kuitenkin oltava tarpeellista ja riittävää, rajoittaaksesi sen soveltamisalaan kuuluvien tapausten koko alajoukon. Yllä oleva sanamuoto kaikesta "klassisuudestaan" huolimatta ei anna mitään tietoa siitä, mihin syötteistä tulos "pyrkii vaikuttamaan". Sen perusteella käy ilmi, että operaatiovahvistin näyttää tasaavan jännitteitä tuloissaan syöttäen niihin jännitettä jostain "sisältä".

Jos tarkastelet huolellisesti kuvan kaavioita. 4, näet, että OOS (Rooosin kautta) käynnistetään kaikissa tapauksissa lähdöstä vain invertoivaan syötteeseen, mikä antaa meille syyn muotoilla tämä sääntö uudelleen seuraavasti: Jännite klo OOS:n kattaman operaatiovahvistimen lähtö pyrkii varmistamaan, että invertoivan tulon potentiaali on yhtä suuri kuin ei-invertoivan tulon potentiaali.

Tämän määritelmän perusteella "isäntä", kun mikä tahansa operaatiovahvistin, jossa on OOS, on kytketty päälle, on ei-invertoiva tulo ja "orja" on invertoiva tulo.

Kun kuvataan op-vahvistimen toimintaa, sen invertoivan tulon potentiaalia kutsutaan usein "virtuaaliseksi nollaksi" tai "virtuaaliksi keskipisteeksi". Latinalaisen sanan "virtus" käännös tarkoittaa "kuvitteellinen", "kuvitteellinen". Virtuaaliobjekti käyttäytyy lähellä samankaltaisten aineellisen todellisuuden kohteiden käyttäytymistä, eli sisääntulosignaaleilla (takaisinkytkentäsilmukan vaikutuksesta) invertoivan tulon voidaan katsoa olevan kytketty suoraan samaan potentiaaliin, johon ei-invertoiva tulo on yhdistetty. Kuitenkin "virtuaalinen nolla" on vain erikoistapaus, joka tapahtuu vain bipolaarisen op-amp-syötön kanssa. Käytettäessä unipolaarista teholähdettä (josta keskustellaan jäljempänä) ja monissa muissa kytkentäpiireissä ei ole nollaa ei-invertoivissa tai invertoivissa tuloissa. Siksi sovitaan, että emme käytä tätä termiä, koska se häiritsee alustavaa käsitystä op-vahvistimen toimintaperiaatteista.

Tästä näkökulmasta tarkastelemme kuvan 2 kaavioita. 4. Samanaikaisesti analyysin yksinkertaistamiseksi oletetaan, että syöttöjännitteet ovat edelleen kaksinapaisia, arvoltaan samanarvoisia (esim. ± 15 V), keskipisteen (yhteinen väylä tai "maa") kanssa suhteellisesti. johon laskemme tulo- ja lähtöjännitteet. Lisäksi analyysi suoritetaan tasavirralla, koska Vaihtuva vaihtuva signaali kullakin ajanhetkellä voidaan myös esittää tasavirta-arvojen näytteenä. Kaikissa tapauksissa takaisinkytkentä Roocin kautta aloitetaan operaatiovahvistimen lähdöstä sen invertoivaan tuloon. Ainoa ero on siinä, mihin tuloihin syötetään tulojännite.

A) Käänteinen päälle kytkeminen (kuva 5).

Riisi. 5 Invertoivan liitännän operaatiovahvistimen toimintaperiaate

Potentiaali ei-invertoivassa sisääntulossa on nolla, koska se on kytketty keskipisteeseen ("maahan"). Tulovastuksen Rin vasempaan liittimeen syötetään tulosignaali, joka on +1 V suhteessa keskipisteeseen (GB:sta). Oletetaan, että resistanssit Rooc ja Rin ovat keskenään yhtä suuret ja ovat 1 kOhm (yhteensä niiden resistanssi on 2 kOhm).

Säännön 2 mukaan invertoivalla tulolla on oltava sama potentiaali kuin ei-invertoivalla tulolla, eli 0 V. Siksi Riniin syötetään +1 V jännite Ohmin lain mukaan virta kulkee sen läpi minäsyöttö= 1 V / 1000 ohmia = 0,001 A (1 mA). Tämän virran virtaussuunta näkyy nuolella.

Koska Rooc ja Rin sisältyvät jakajaan, ja säännön 1 mukaan operaatiovahvistimen tulot eivät kuluta virtaa, niin jotta jännite olisi 0 V tämän jakajan keskipisteessä, on jännite kytkettävä Roocin oikea tappi miinus 1 V ja sen läpi kulkeva virta minäooo pitäisi myös olla yhtä suuri kuin 1 mA. Toisin sanoen vasemman liittimen Rin ja oikean navan Rooc väliin syötetään 2 V jännite, ja tämän jakajan läpi kulkeva virta on 1 mA (2 V / (1 kOhm + 1 kOhm) = 1 mA), ts. minä syöttö = minä ooo .

Jos sisäänmenoon syötetään negatiivinen napaisuus, operaatiovahvistimen ulostulo on positiivisen napaisuuden jännite. Kaikki on sama, vain Roocin ja Rinin läpi kulkevan virran osoittavat nuolet suuntautuvat vastakkaiseen suuntaan.

Siten, jos arvot Rooc ja Rin ovat yhtä suuret, operaatiovahvistimen lähdössä oleva jännite on suuruudeltaan yhtä suuri kuin sen sisääntulon jännite, mutta käänteinen polariteetissa. Ja saimme kääntämällä toistin . Tätä piiriä käytetään usein, jos on tarpeen invertoida signaali, joka on saatu käyttämällä piirejä, jotka ovat pohjimmiltaan inverttereitä. Esimerkiksi logaritmiset vahvistimet.

Pidetään nyt Rin-arvo 1 kOhmissa, kasvatetaan Rooc resistanssi 2 kOhmiin samalla tulosignaalilla +1 V. Rooc + Rin -jakajan kokonaisresistanssi on kasvanut 3 kOhmiin. Jotta 0 V:n potentiaali pysyisi keskipisteessään (yhtä kuin ei-invertoivan tulon potentiaali), Roocin läpi on kuljettava saman virran (1 mA) kuin Rinin kautta. Siksi jännitehäviön Roocin yli (jännite operaatiovahvistimen lähdössä) pitäisi olla jo 2 V. Operaatiovahvistimen lähdössä jännite on miinus 2 V.

Nostetaan Rooc-luokitus 10 kOhmiin. Nyt jännite operaatiovahvistimen lähdössä samoissa muissa olosuhteissa on jo 10 V. Vau! Lopulta pääsimme kääntämällä vahvistin ! Sen lähtöjännite on suurempi kuin tulojännite (eli vahvistus Ku) niin monta kertaa kuin vastus Rooc on suurempi kuin vastus Rin. Huolimatta siitä, kuinka paljon vannoin olla käyttämättä kaavoja, esitetään tämä silti yhtälön muodossa:
Ku = – Uout / Uin = – Roos / Rin. (2)

Miinusmerkki murtoluvun edessä yhtälön oikealla puolella tarkoittaa vain, että lähtösignaali on käänteinen tuloon nähden. Eikä mitään muuta!

Nostetaan nyt Rooc resistanssi 20 kOhmiin ja analysoidaan mitä tapahtuu. Kaavan (2) mukaan, kun Ku = 20 ja tulosignaali 1 V, lähtöjännitteen tulisi olla 20 V. Mutta näin ei ole! Hyväksyimme aiemmin oletuksen, että operaatiovahvistimemme syöttöjännite on vain ± 15 V. Mutta edes 15 V:tä ei saada (miksi tämä on niin - hieman pienempi). "Et voi hypätä pään yläpuolelle (syöttöjännite)!" Tällaisen piiriarvojen väärinkäytön seurauksena operaatiovahvistimen lähtöjännite "lepää" syöttöjännitettä vastaan ​​(operaatiovahvistimen lähtö kyllästyy). Virran tasa-arvo jakajan RoocRin kautta ( minäsyöttö = minäooo) on rikottu, invertoivassa sisääntulossa näkyy potentiaali, joka on erilainen kuin ei-invertoivan tulon potentiaali. Sääntö 2 ei ole enää voimassa.

Syöte vastus invertoiva vahvistin on yhtä suuri kuin vastus Rin, koska kaikki tulosignaalilähteestä (GB) tuleva virta kulkee sen läpi.

Vaihdetaan nyt vakio Rooc muuttuvaan, jonka nimellisarvo on esimerkiksi 10 kOhm (kuva 6).

Riisi. 6 Vaihtuvavahvistuksen invertoiva vahvistinpiiri

Kun sen liukusäädin on oikeassa (kaavion mukaan) asennossa, vahvistus on Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Siirtämällä Roosin liukusäädintä vasemmalle (pienentämällä sen vastusta) piirin vahvistus pienenee ja lopuksi vasemmanpuoleisessa kohdassaan se on yhtä suuri kuin nolla, koska yllä olevan kaavan osoittajasta tulee nolla, kun minkä tahansa nimittäjä arvo. Lähtö on myös nolla tulosignaalin mille tahansa arvolle ja polariteetille. Tätä piiriä käytetään usein äänenvahvistuspiireissä, esimerkiksi miksereissä, joissa vahvistusta on säädettävä nollasta.

B) Ei-invertoiva päälle kytkeminen (kuva 7).

Riisi. 7 Operaatiovahvistimen toimintaperiaate ei-invertoivassa liitännässä

Vasen Rin-nasta on kytketty keskipisteeseen ("maa") ja +1 V -tulosignaali syötetään suoraan ei-invertoivaan tuloon. Koska analyysin vivahteet on "pureskeltu" yllä, kiinnitämme huomiota vain merkittäviin eroihin.

Analyysin ensimmäisessä vaiheessa otamme myös resistanssit Rooc ja Rin yhtäläisiksi ja komponentit 1 kOhm. Koska ei-invertoivassa sisääntulossa potentiaali on +1 V, silloin säännön 2 mukaan saman potentiaalin (+1 V) tulee olla invertoivassa sisääntulossa (näkyy kuvassa). Tätä varten vastuksen Rooc (operaatiovahvistimen lähtö) oikeanpuoleisessa liittimessä on oltava +2 V jännite minäsyöttö Ja minäooo, joka vastaa 1 mA, virtaa nyt vastusten Rooc ja Rin läpi vastakkaiseen suuntaan (näkyy nuolilla). Me teimme sen ei-invertoiva vahvistin vahvistuksella 2, koska +1 V:n tulosignaali tuottaa +2 V:n lähtösignaalin.

Outoa, eikö? Arvot ovat samat kuin invertoivassa yhteydessä (ainoa ero on, että signaali syötetään eri tuloon), ja vahvistus on ilmeinen. Tarkastellaan tätä hieman myöhemmin.

Nyt nostamme Rooc-luokituksen 2 kOhmiin. Virtojen tasapainon ylläpitämiseksi minäsyöttö = minäooo ja invertoivan tulon potentiaali on +1 V, operaatiovahvistimen lähdön pitäisi olla jo +3 V. Ku = 3 V / 1 V = 3!

Jos vertaamme Ku:n arvoja ei-invertoivalle yhteydelle invertoivaan, samoilla Roocin ja Rinin arvoilla, käy ilmi, että vahvistus on kaikissa tapauksissa suurempi. Johdetaan kaava:
Ku = Uout / Uin + 1 = (Rooc / Rin) + 1 (3)

Miksi tämä tapahtuu? Kyllä, hyvin yksinkertaista! OOS toimii täsmälleen samalla tavalla kuin invertoivassa yhteydessä, mutta säännön 2 mukaan ei-invertoivan tulon potentiaali lisätään aina invertoivan sisääntulon potentiaaliin ei-invertoivassa yhteydessä.

Joten ei-invertoivalla yhteydellä et voi saada vahvistusta 1? Miksei voisi – se on mahdollista. Pienennetään Rooc-luokitusta samalla tavalla kuin analysoimme kuviota. 6. Kun sen arvo on nolla - oikosuljetaan lähtö invertoivalla tulolla (kuva 8, A), säännön 2 mukaan lähdössä on sellainen jännite, että invertoivan tulon potentiaali on yhtä suuri kuin invertoivan tulon potentiaali. ei-invertoiva sisääntulo, eli +1 V. Saamme: Ku = 1 V / 1 V = 1 (!) No, koska invertoiva sisääntulo ei kuluta virtaa eikä sen ja lähdön välillä ole potentiaalieroa, niin tässä piirissä ei kulje virtaa.

Riisi. 8 Piirikaavio operaatiovahvistimen kytkemiseksi jänniteseuraajaksi

Rinistä tulee täysin tarpeeton, koska se on kytketty rinnan kuorman kanssa, jolla operaatiovahvistimen lähdön on toimittava, ja sen lähtövirta kulkee sen läpi täysin turhaan. Mitä tapahtuu, jos jätät Roocin, mutta poistat Rinin (kuva 8, B)? Sitten vahvistuskaavassa Ku = Rooc / Rin + 1 resistanssi Rin tulee teoreettisesti lähelle ääretöntä (todellisuudessa ei tietenkään, koska levyllä on vuotoja ja operatiivisen vahvistimen tulovirta, vaikkakin merkityksetön , on edelleen nolla, ei ole sama), ja suhde Rooc / Rin on yhtä suuri kuin nolla. Kaavaan jää vain yksi: Ku = + 1. Onko mahdollista saada yksi pienempi vahvistus tälle piirille? Ei, vähempi ei toimi missään olosuhteissa. Et voi kiertää "ylimääräistä" yksikköä vahvistuskaavassa vinossa vuohen kohdalla...

Kun olemme poistaneet kaikki "ylimääräiset" vastukset, saamme piirin ei-invertoiva toistin , näkyy kuvassa. 8, V.

Ensi silmäyksellä tällaisella järjestelmällä ei ole käytännön merkitystä: miksi tarvitsemme yhden ja jopa ei-käänteisen "vahvistuksen" - mitä, et voi vain lähettää signaalia eteenpäin??? Tällaisia ​​​​järjestelmiä käytetään kuitenkin melko usein, ja tässä on syy. Säännön 1 mukaan virta ei kulje op-amp-tuloihin, ts. tuloimpedanssi Ei-invertoiva seuraaja on erittäin suuri - samat kymmenet, sadat ja jopa tuhannet MOhmit (sama pätee kuvan 7 piiriin)! Mutta lähtövastus on erittäin pieni (ohmin murto-osia!). Operaatiovahvistimen lähtö "puhkaisee kaikella voimallaan" yrittäen säännön 2 mukaisesti säilyttää saman potentiaalin invertoivassa sisääntulossa kuin ei-invertoivassa sisääntulossa. Ainoa rajoitus on operaatiovahvistimen sallittu lähtövirta.

Mutta tästä eteenpäin siirrymme hieman sivuun ja pohdimme op-amp-lähtövirtoja hieman yksityiskohtaisemmin.

Yleisimmin käytettyjen op-vahvistimien tekniset parametrit osoittavat, että niiden lähtöön kytketyn kuormitusvastuksen ei pitäisi olla Vähemmän 2 kOhm. Lisää - niin paljon kuin haluat. Paljon pienemmällä numerolla se on 1 kOhm (K140UD...). Tämä tarkoittaa, että pahimmissa olosuhteissa: maksimisyöttöjännite (esim. ±16 V tai yhteensä 32 V), lähdön ja yhden tehokiskon väliin kytketty kuorma ja vastakkaisen napaisuuden suurin lähtöjännite, kuormaan syötetään noin 30 V jännite Tässä tapauksessa sen läpi kulkeva virta on: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Ei liian vähän, mutta ei myöskään liikaa. Onneksi useimmissa yleisimmissä operaatiovahvistimissa on sisäänrakennettu lähtövirtasuojaus - tyypillinen maksimilähtövirta 25 mA. Suoja estää operaatiovahvistimen ylikuumenemisen ja vioittumisen.

Jos syöttöjännitteet eivät ole suurinta sallittua, voidaan minimikuormitusvastusta pienentää suhteellisesti. Oletetaan, että virtalähteellä 7,5...8 V (yhteensä 15...16 V) se voi olla 1 kOhm.

SISÄÄN) Ero päälle kytkeminen (kuva 9).

Riisi. 9 Operaatiovahvistimen toimintaperiaate differentiaaliliitännässä

Oletetaan siis, että samoilla Rin- ja Rooc-arvoilla, jotka ovat 1 kOhm, sama jännite, joka on yhtä suuri kuin +1 V, syötetään molempiin piirin tuloihin (kuva 9, A). Koska vastuksen Rin molemmilla puolilla olevat potentiaalit ovat samat (vastuksen yli oleva jännite on 0), sen läpi ei kulje virtaa. Tämä tarkoittaa, että vastuksen Rooc läpi kulkeva virta on myös nolla. Toisin sanoen nämä kaksi vastusta eivät suorita mitään toimintoa. Pohjimmiltaan meillä on ei-invertoiva seuraaja (vertaa kuvaan 8). Vastaavasti lähdössä saamme saman jännitteen kuin ei-invertoivassa sisääntulossa, eli +1 V. Muutetaan tulosignaalin napaisuus piirin invertoivassa sisääntulossa (käännetään GB1 ympäri) ja lisätään miinus 1 V. (Kuva 9, B). Nyt Rin-nastojen väliin syötetään 2 V jännite ja virta kulkee sen läpi minäsyöttö= 2 mA (toivottavasti ei ole enää tarpeen kuvata yksityiskohtaisesti, miksi näin on?). Tämän virran kompensoimiseksi Roocin läpi on kuljettava myös 2 mA:n virta. Ja tätä varten operaatiovahvistimen lähdön jännitteen on oltava +3 V.

Tästä ilmaantui ei-invertoivan vahvistimen vahvistuksen kaavan lisäyksikön ilkeä "virne". Näin käy ilmi yksinkertaistettu Differentiaalikytkimessä vahvistusero siirtää pysyvästi lähtösignaalia potentiaalin määrällä ei-invertoivassa sisääntulossa. Ongelma kanssa! Kuitenkin "Vaikka sinut syödään, sinulla on silti vähintään kaksi vaihtoehtoa." Tämä tarkoittaa, että meidän on jotenkin tasoitava invertoivien ja ei-invertoivien inkluusioten vahvistukset, jotta tämä ylimääräinen "neutralisoi".

Tätä varten syötämme tulosignaalin ei-invertoivaan tuloon suoraan, vaan jakajan Rin2, R1 kautta (kuva 9, B). Hyväksytään myös niiden arvot 1 kOhm. Nyt operatiivisen vahvistimen ei-invertoivassa (ja siten myös invertoivassa) sisääntulossa tulee olemaan +0,5 V potentiaali, jonka läpi kulkee virta (ja Rooc) minäsyöttö = minäooo= 0,5 mA, jotta varmistetaan, että operaatiovahvistimen lähdön jännite on 0 V. Huh! Saavutimme mitä halusimme! Jos signaalit piirin molemmissa tuloissa ovat suuruudeltaan ja napaisuudeltaan samat (tässä tapauksessa +1 V, mutta sama pätee miinus 1 V:lle ja muille digitaalisille arvoille), operaatiovahvistimen lähtö pysyy nollassa jännite yhtä suuri kuin tulosignaalien erotus.

Tarkastellaan tätä päättelyä syöttämällä negatiivinen napaisuus miinus 1 V invertoivaan tuloon (kuva 9, D). Jossa minäsyöttö = minäooo= 2 mA, jolle lähdön tulee olla +2 V. Kaikki varmistettiin! Lähtösignaalin taso vastaa tulojen välistä eroa.

Tietenkin, jos Rin1 ja Rooc (vastaavasti Rin2 ja R1) ovat yhtä suuret, emme saa voittoa. Tätä varten sinun on lisättävä Roocin ja R1:n luokituksia, kuten tehtiin analysoitaessa edellistä op-vahvistimen päällekytkentää (en toista), ja sen pitäisi tiukasti havaitaan seuraava suhde:

Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (4)

Mitä käytännön hyötyä saamme tällaisesta sisällyttämisestä? Ja saamme merkittävän ominaisuuden: lähtöjännite ei riipu tulosignaalien absoluuttisista arvoista, jos ne ovat keskenään yhtä suuret ja napaisuus. Vain erotussignaali (differentiaali) lähetetään lähtöön. Tämä mahdollistaa hyvin pienten signaalien vahvistamisen häiriötaustalla, joka vaikuttaa molempiin tuloihin yhtäläisesti. Esimerkiksi signaali dynaamisesta mikrofonista 50 Hz:n teollisuustaajuusverkon häiriöiden taustalla.

Valitettavasti tässä hunajatynnyrissä on kuitenkin kärpänen voiteessa. Ensinnäkin tasa-arvoa (4) on noudatettava erittäin tarkasti (prosentin kymmenesosaan ja joskus sadasosaan asti!). Muuten syntyy piirissä vaikuttavien virtojen epätasapaino, ja siksi erosignaalien ("anti-vaihe") lisäksi myös yhdistetyt ("in-phase") signaalit vahvistuvat.

Ymmärretään näiden termien olemus (kuva 10).

Riisi. 10 Signaalin vaihesiirto

Signaalin vaihe on arvo, joka kuvaa signaalijakson referenssipisteen siirtymää suhteessa aikareferenssipisteeseen. Koska sekä ajan alkuperä että jakson alkuperä valitaan mielivaltaisesti, vaihe on yksi määräajoin Signaalilla ei ole fyysistä merkitystä. Kuitenkin vaihe-ero näiden kahden välillä määräajoin signaalit on määrä, jolla on fyysinen merkitys, se heijastaa yhden signaalin viivettä suhteessa toiseen. Sillä, mitä pidetään kauden alkuna, ei ole väliä. Jakson aloituspisteeksi voidaan ottaa nolla-arvo, jolla on positiivinen kulmakerroin. Se on mahdollista - maksimi. Kaikki on meidän vallassamme.

Kuvassa 9 punainen osoittaa alkuperäistä signaalia, vihreä - siirretty ¼ jaksolla alkuperäiseen verrattuna ja sininen - ½ jaksolla. Jos vertaamme punaista ja sinistä käyriä kuvan 1 käyriin. 2, B, niin näet, että ne ovat toisiaan käänteinen. Siten "samanvaiheiset signaalit" ovat signaaleja, jotka ovat yhteensopivia kussakin pisteessä, ja "antivaiheiset signaalit" ovat käänteinen toisiaan suhteessa toisiinsa.

Samaan aikaan käsite käännöksiä käsitettä laajempi vaiheet, koska jälkimmäinen koskee vain säännöllisesti toistuvia, jaksoittaisia ​​signaaleja. Ja konsepti käännöksiä soveltuu kaikkiin signaaleihin, mukaan lukien ei-jaksolliset, kuten audiosignaali, digitaalinen sekvenssi tai vakiojännite. Vastaanottaja vaihe oli johdonmukainen määrä, signaalin on oltava jaksollinen vähintään tietyn ajanjakson ajan. Muuten sekä vaihe että jakso muuttuvat matemaattisiksi abstraktioiksi.

Toiseksi differentiaaliyhteydessä olevilla invertoivilla ja ei-invertoivilla tuloilla, joilla on samat arvot Rooc = R1 ja Rin1 = Rin2, on eri tulovastukset. Jos invertoivan tulon tulovastus määräytyy vain arvolla Rin1, niin ei-invertoivan tulon määrää arvot peräkkäin Rin2 ja R1 ovat päällä (oletko unohtanut, että op-amp-tulot eivät kuluta virtaa?). Yllä olevassa esimerkissä ne ovat 1 ja 2 kOhmia, vastaavasti. Ja jos lisäämme Roocia ja R1:tä täysimittaisen vahvistinasteen saamiseksi, ero kasvaa vieläkin merkittävästi: Ku = 10 - vastaavasti samaan 1 kOhmiin ja jopa 11 kOhmiin!

Valitettavasti käytännössä he yleensä asettavat arvot Rin1 = Rin2 ja Rooc = R1. Tämä on kuitenkin hyväksyttävää vain, jos molempien tulojen signaalilähteet ovat hyvin alhaiset lähtöimpedanssi. Muuten se muodostaa jakajan tietyn vahvistinasteen tuloresistanssilla, ja koska tällaisten "jakajien" jakokerroin on erilainen, tulos on ilmeinen: differentiaalivahvistin, jolla on tällaisia ​​vastusarvoja, ei suorita tehtäväänsä vaimentaa yhteistilan (yhdistettyjä) signaaleja tai suorittaa tämän toiminnon huonosti .

Yksi tapa ratkaista tämä ongelma voi olla op-vahvistimen invertoiviin ja ei-invertoiviin tuloihin kytkettyjen vastusten arvojen epätasa-arvo. Nimittäin niin, että Rin2 + R1 = Rin1. Toinen tärkeä seikka on tasa-arvon täsmällinen noudattaminen (4). Pääsääntöisesti tämä saavutetaan jakamalla R1 kahdeksi vastukseksi - vakio, yleensä 90% halutusta arvosta, ja muuttuja (R2), jonka resistanssi on 20% halutusta arvosta (kuva 11, A). .

Riisi. 11 Differentiaalivahvistimen tasapainotusvaihtoehtoja

Polku on yleisesti hyväksytty, mutta jälleen tällä tasapainotusmenetelmällä, vaikkakin hieman, ei-invertoivan tulon impedanssi muuttuu. Vaihtoehto, jossa on viritysvastus (R5) sarjaan Roocin kanssa (kuva 11, B), on paljon vakaampi, koska Rooc ei osallistu invertoivan sisääntulon tuloresistanssin muodostukseen. Tärkeintä on säilyttää niiden nimellisarvojen suhde, kuten vaihtoehto "A" (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).

Koska aloimme puhua differentiaalikytkimestä ja mainitsimme toistimet, haluaisin kuvailla yhtä mielenkiintoista piiriä (kuva 12).

Riisi. 12 Kytkettävä invertoiva/ei-invertoiva seuraajapiiri

Tulosignaali syötetään samanaikaisesti molempiin piirin tuloihin (invertoiva ja ei-invertoiva). Kaikkien vastusten (Rin1, Rin2 ja Rooc) arvot ovat samat (tässä tapauksessa otetaan niiden todelliset arvot: 10...100 kOhm). Op-vahvistimen ei-invertoiva tulo voidaan kytkeä yhteiseen väylään SA-kytkimellä.

Avaimen suljetussa asennossa (kuva 12, A) vastus Rin2 ei osallistu piirin toimintaan (virta kulkee vain "turhaan" sen läpi minävx2 signaalilähteestä yhteiseen väylään). Saamme invertoiva toistin jonka vahvistus on miinus 1 (katso kuva 6). Mutta kun avain SA on auki (kuva 12, B), saamme ei-invertoiva toistin vahvistuksen ollessa +1.

Tämän piirin toimintaperiaate voidaan ilmaista hieman eri tavalla. Kun SA-kytkin on kiinni, se toimii invertoivana vahvistimena, jonka vahvistus on miinus 1, ja kun se on auki - samanaikaisesti(!) sekä invertoivana vahvistimena, jonka vahvistus on miinus 1, että ei-invertoivana vahvistimena, jonka vahvistus on +2, mistä: Ku = +2 + (–1) = +1.

Tässä muodossa tätä piiriä voidaan käyttää, jos esimerkiksi suunnitteluvaiheessa tulosignaalin polariteetti ei ole tiedossa (esim. anturista, johon ei ole pääsyä ennen laitteen asennusta). Jos käytät näppäimenä transistoria (esimerkiksi kenttätransistoria), jota ohjataan tulosignaalista käyttämällä vertailija(keskustelemme siitä alla), saamme synkroninen ilmaisin(synkroninen tasasuuntaaja). Tällaisen järjestelmän erityinen toteutus ylittää tietysti op-vahvistimen toiminnan alustavan tutustumisen, emmekä taaskaan käsittele sitä yksityiskohtaisesti tässä.

Katsotaan nyt tulosignaalien summausperiaatetta (kuva 13, A) ja samalla selvitetään, mitkä vastusten Rin ja Rooc arvojen pitäisi olla todellisuudessa.

Riisi. 13 Invertoivan summaimen toimintaperiaate

Otamme lähtökohtana jo edellä käsitellyn invertoivan vahvistimen (kuva 5), ​​vain ei kytketä yhtä, vaan kaksi tulovastusta Rin1 ja Rin2 operatiivisen vahvistimen tuloon. Toistaiseksi hyväksymme "harjoittelutarkoituksiin" kaikkien vastusten, mukaan lukien Rooc, resistanssiksi 1 kOhm. Käytämme +1 V:n tulosignaaleja vasempaan liittimeen Rin1 ja Rin2. Näiden vastusten läpi kulkee virrat 1 mA (näkyy vasemmalta oikealle suunnatuilla nuolilla). Säilyttääkseen saman potentiaalin invertoivassa sisääntulossa kuin ei-invertoivassa sisääntulossa (0 V), vastuksen Rooc läpi täytyy kulkea virran, joka on yhtä suuri kuin tulovirtojen summa (1 mA + 1 mA = 2 mA), joka näkyy vastakkaiseen suuntaan osoittava nuoli (oikealta vasemmalle), jota varten operaatiovahvistimen lähdön jännitteen on oltava miinus 2 V.

Sama tulos (lähtöjännite miinus 2 V) saadaan, jos invertoivan vahvistimen tuloon syötetään +2 V jännite (kuva 5) tai Rin-arvo puolitetaan, ts. 500 ohmiin asti. Nostetaan vastukseen Rin2 syötetty jännite +2 V:iin (kuva 13, B). Lähdössä saamme jännitteen miinus 3 V, joka on yhtä suuri kuin tulojännitteiden summa.

Tuloja ei voi olla kahta, vaan niin monta kuin halutaan. Tämän piirin toimintaperiaate ei muutu tästä: lähtöjännite on joka tapauksessa suoraan verrannollinen op:n invertoivaan tuloon kytkettyjen vastusten läpi kulkevien virtojen algebralliseen summaan (ottaen huomioon etumerkki!) -amp (käänteisesti verrannollinen niiden arvoihin), niiden lukumäärästä riippumatta.

Jos kuitenkin invertoivan summaimen (kuva 13, B) tuloihin syötetään signaaleja, jotka ovat +1 V ja miinus 1 V, niin niiden läpi kulkevat virrat ovat erisuuntaisia, ne kompensoituvat keskenään ja lähtö on 0 V. Tässä tapauksessa vastuksen Rooc läpi ei kulje virtaa. Toisin sanoen Roocin läpi kulkeva virta summataan algebrallisesti syöttö virrat.

Tästä syntyy myös tärkeä seikka: kun toimimme pienillä tulojännitteillä (1...3 V), niin laajalti käytetyn op-vahvistimen lähdöstä voisi hyvinkin tarjota Roocille sellaisen virran (1...3 mA) ja vielä oli jotain jäljellä operatiivisen vahvistimen lähtöön liitetylle kuormalle. Mutta jos tulosignaalin jännitteet nostetaan suurimpaan sallittuun (lähellä syöttöjännitteitä), käy ilmi, että koko lähtövirta menee Rooc. Kuormalle ei jää mitään. Ja kuka tarvitsee "itsekseen" toimivan vahvistinvaiheen? Lisäksi tulovastusten arvot, jotka ovat vain 1 kOhm (vastaavasti määrittämällä invertoivan vahvistinasteen tuloresistanssin), vaativat liian suuria virtoja kulkemaan niiden läpi, mikä kuormittaa voimakkaasti signaalilähdettä. Siksi todellisissa piireissä resistanssiksi Rin valitaan vähintään 10 kOhm, mutta mieluiten korkeintaan 100 kOhm, jotta Rooc ei aseteta arvoon, joka on liian korkea tietylle vahvistukselle. Vaikka nämä arvot eivät ole absoluuttisia, vaan vain likimääräisiä, kuten sanotaan, "ensimmäisenä likiarvona" - kaikki riippuu tietystä järjestelmästä. Joka tapauksessa ei ole toivottavaa, että Roocin läpi virtaa virta, joka ylittää 5...10 % tämän operatiivisen vahvistimen maksimilähtövirrasta.

Summaussignaalit voidaan syöttää myös ei-invertoivaan tuloon. Se käy ilmi ei-invertoiva summain. Periaatteessa tällainen piiri toimii täsmälleen samalla tavalla kuin invertoiva summain, jonka ulostulo on signaali, joka on suoraan verrannollinen tulojännitteisiin ja kääntäen verrannollinen tulovastusten arvoihin. Käytännössä sitä käytetään kuitenkin paljon harvemmin, koska sisältää "haravoja", jotka tulee ottaa huomioon.

Koska sääntö 2 koskee vain invertoivaa tuloa, joka on "virtuaalisen nollapotentiaalin" alainen, ei-invertoivan tulon potentiaali on yhtä suuri kuin tulojännitteiden algebrallinen summa. Siksi yhdessä sisääntulossa oleva tulojännite vaikuttaa muihin tuloihin syötettyyn jännitteeseen. Ei-invertoivassa tulossa ei ole "virtuaalista potentiaalia"! Tämän seurauksena on tarpeen käyttää ylimääräisiä piirisuunnittelutemppuja.

Tähän asti olemme harkinneet piirejä, jotka perustuvat operaatiovahvistimiin OOS:n kanssa. Mitä tapahtuu, jos palaute poistetaan kokonaan? Tässä tapauksessa saamme vertailija(Kuva 14), eli laite, joka vertaa kahden potentiaalin itseisarvoa tuloissaan (englanninkielisestä sanasta vertailla- vertailla). Sen ulostulo on jännite, joka lähestyy yhtä syöttöjännitettä riippuen siitä, kumpi signaali on suurempi kuin toinen. Tyypillisesti tulosignaali syötetään yhteen tuloista, ja toinen on vakiojännite, johon sitä verrataan (ns. "referenssijännite"). Se voi olla mikä tahansa, mukaan lukien nollapotentiaali (kuva 14, B).

Riisi. 14 Piirikaavio op-vahvistimen liittämiseksi vertailuksi

Kaikki ei kuitenkaan ole niin hyvin "Tanskan valtakunnassa"... Mitä tapahtuu, jos tulojen välinen jännite on nolla? Teoriassa lähdön pitäisi myös olla nolla, mutta todellisuudessa - ei koskaan. Jos yhden tulon potentiaali edes hieman ylittää toisen potentiaalin, niin tämä riittää jo kaoottisten jännitepiippujen syntymiseen lähdössä komparaattorin tuloihin indusoituneiden satunnaisten häiriöiden vuoksi.

Todellisuudessa mikä tahansa signaali on "meluisa", koska ei voi olla määritelmän mukaan ihannetta. Ja alueella, joka on lähellä tulojen yhtäläistä potentiaalia, vertailijan lähtöön ilmestyy pino lähtösignaaleja yhden selkeän vaihdon sijaan. Tämän ilmiön torjumiseksi otetaan usein käyttöön vertailupiiri hystereesi luomalla heikko positiivinen PIC lähdöstä ei-invertoivaan tuloon (kuva 15).

Riisi. 15 Hystereesin toimintaperiaate komparaattorissa PIC:n takia

Analysoidaan tämän järjestelmän toimintaa. Sen syöttöjännite on ±10 V (hyvä mitta). Resistanssi Rin on 1 kOhm ja Rpos on 10 kOhm. Keskipistepotentiaali valitaan invertoivaan tuloon syötettäväksi referenssijännitteeksi. Punainen käyrä näyttää tulosignaalin, joka saapuu vasemmalle nastalle Rin (tulo järjestelmä komparaattori), sininen - potentiaali operaatiovahvistimen ei-invertoivassa sisääntulossa ja vihreä - lähtösignaali.

Kun tulosignaalilla on negatiivinen polariteetti, lähdössä on negatiivinen jännite, joka Rpos:n kautta summataan tulojännitteeseen käänteisessä suhteessa vastaavien vastusten arvoihin. Tämän seurauksena ei-invertoivan tulon potentiaali koko negatiivisten arvojen alueella on 1 V (absoluuttisesti mitattuna) suurempi kuin tulosignaalin taso. Heti kun ei-invertoivan sisääntulon potentiaali on yhtä suuri kuin invertoivan tulon potentiaali (tulosignaalille tämä on + 1 V), jännite operaatiovahvistimen lähdössä alkaa siirtyä negatiivisesta polariteetista positiiviseksi. Kokonaispotentiaali ei-invertoivassa sisääntulossa alkaa lumivyöryn kaltainen muuttuvat vieläkin positiivisemmiksi, mikä tukee tällaista vaihtoa. Tämän seurauksena vertailija yksinkertaisesti "ei huomaa" pieniä kohinavaihteluita tulo- ja referenssisignaaleissa, koska ne ovat monta suuruusluokkaa pienempiä amplitudiltaan kuin kuvattu potentiaalin "askel" ei-invertoivassa sisääntulossa kytkennän aikana.

Kun tulosignaali pienenee, komparaattorin lähtösignaalin käänteinen kytkentä tapahtuu tulojännitteellä miinus 1 V. Tämä tulosignaalitasojen välinen ero, joka johtaa vertailulaitteen lähdön kytkemiseen, on meidän tapauksessamme yhteensä 2 V, kutsutaan hystereesi. Mitä suurempi vastus Rpos on suhteessa Rin:iin (mitä pienempi POS:n syvyys), sitä pienempi on kytkentähystereesi. Joten Rpos = 100 kOhm se on vain 0,2 V ja Rpos = 1 Mohm - 0,02 V (20 mV). Hystereesi (PIC:n syvyys) valitaan vertailulaitteen todellisten toimintaolosuhteiden perusteella tietyssä piirissä. Joissakin tapauksissa jännitettä on paljon 10 mV, ja joissakin tapauksissa 2 V ei riitä.

Valitettavasti jokaista op-vahvistinta ei voida käyttää vertailuna eikä kaikissa tapauksissa. Erikoistuneet komparaattorimikropiirit valmistetaan analogisten ja digitaalisten signaalien sovittamiseksi. Osa niistä on erikoistunut kytkemään digitaalisiin TTL-mikropiireihin (597CA2), osa - digitaalisiin ESL-mikropiireihin (597CA1), mutta suurin osa on ns. "vertailijat laajaan käyttöön" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Niiden tärkein ero operaatiovahvistimiin on lähtöasteen erityinen rakenne, joka on tehty avoimen kollektorin transistorille (kuva 16).

Riisi. 16 Laajalti käytettyjen vertailulaitteiden tuotantoaste
ja sen liitäntä kuormitusvastukseen

Tämä edellyttää pakollista ulkoisen käytön kuormitusvastus(R1), jota ilman lähtösignaali ei yksinkertaisesti pysty fyysisesti muodostamaan korkeaa (positiivista) lähtötasoa. Jännite +U2, johon kuormitusvastus on kytketty, voi olla erilainen kuin itse vertailupiirin syöttöjännite +U1. Tämä mahdollistaa yksinkertaiset keinot tarjota lähtösignaali halutulla tasolla - olipa se sitten TTL tai CMOS.

Huomautus Useimmissa komparaattoreissa, joista esimerkkinä voi olla dual LM393 (LM193/LM293) tai täsmälleen sama piirirakenne, mutta quad LM339 (LM139/LM239), lähtöasteen transistorin emitteri on kytketty negatiiviseen teholiittimeen, joka jonkin verran rajoittaa niiden soveltamisalaa. Tässä yhteydessä haluan kiinnittää huomion komparaattoriin LM31 (LM111/LM211), jonka analogi on kotimainen 521/554CA3, jossa sekä lähtötransistorin kollektori että emitteri on kytketty erikseen, joka voidaan kytkeä muihin jännitteisiin kuin itse vertailulaitteen syöttöjännitteeseen. Sen ainoa suhteellinen haittapuoli on, että 8-nastaisessa (joskus 14-nastaisessa) paketissa on vain yksi.

Toistaiseksi olemme tarkastelleet piirejä, joissa tulosignaali syötettiin tuloon (tuloihin) Rinin kautta, ts. he olivat kaikki muuntimet syöttö jännite sisään vapaapäivä Jännite sama. Tässä tapauksessa tulovirta kulki Rinin läpi. Mitä tapahtuu, jos sen vastus otetaan nollaksi? Piiri toimii täsmälleen samalla tavalla kuin edellä käsitelty invertoiva vahvistin, vain signaalilähteen lähtöresistanssi (Rout) toimii Rin:nä, ja saamme muunnin syöttö nykyinen V vapaapäivä Jännite(Kuva 17).

Riisi. 17 Operaatiovahvistimen virta-jännite-muuntimen piiri

Koska potentiaali invertoivassa sisääntulossa on sama kuin ei-invertoivassa sisääntulossa (tässä tapauksessa "virtuaalinen nolla"), koko tulovirta ( minäsyöttö) virtaa Roocin kautta signaalilähteen (G) lähdön ja operaatiovahvistimen lähdön välillä. Tällaisen piirin tuloresistanssi on lähellä nollaa, mikä mahdollistaa sen pohjalta rakentaa mikro/milliammetrejä, joilla ei ole käytännössä mitään vaikutusta mitatun piirin läpi kulkevaan virtaan. Ehkä ainoa rajoitus on op-amp-tulojännitteiden sallittu alue, jota ei saa ylittää. Sen avulla voit rakentaa myös esimerkiksi lineaarisen valodiodivirta-jännite-muuntimen ja monia muita piirejä.

Tutkimme operaatiovahvistimen toiminnan perusperiaatteita eri piireissä sen sisällyttämiseksi. Yksi tärkeä kysymys on edelleen: heidän ravitsemus.

Kuten edellä mainittiin, operaatiovahvistimessa on tyypillisesti vain 5 nastaa: kaksi tuloa, lähtö ja kaksi tehonastaa, positiivinen ja negatiivinen. Yleisessä tapauksessa käytetään kaksinapaista tehoa, eli virtalähteessä on kolme potentiaalia: +U; 0; –U.

Jälleen kerran, harkitse huolellisesti kaikkia yllä olevia lukuja ja katso, että operaatiovahvistimessa on erillinen lähtö keskipisteestä EI ! Sitä ei yksinkertaisesti tarvita niiden sisäisten piirien toimintaan. Joissakin piireissä keskipisteeseen oli kytketty ei-invertoiva tulo, mutta tämä ei ole sääntö.

Siten, ylivoimainen suurin osa nykyaikaiset op-vahvistimet on suunniteltu tehoa varten UNIPOLAAR jännitystä! Herää looginen kysymys: "Miksi sitten tarvitsemme kaksisuuntaista ravintoa", jos kuvasimme sen piirustuksissa niin itsepäisesti ja kadehdittavan johdonmukaisesti?

Osoittautuu, että se on yksinkertaista erittäin mukavasti käytännön syistä seuraavista syistä:

A) Varmistaaksesi riittävän virran ja lähtöjännitteen heilahtelun kuorman läpi (kuva 18).

Riisi. 18 Lähtövirta kuorman läpi eri operaatiovahvistimen tehovaihtoehdoille

Toistaiseksi emme ota huomioon kuvassa esitettyjen piirien tulo- (ja OOS-) piirejä ("musta laatikko"). Otetaan itsestäänselvyytenä, että sisäänmenoon syötetään jonkinlainen sinimuotoinen sisääntulosignaali (musta sinimuotoinen kaavioissa) ja ulostulo tuottaa saman sinimuotoisen signaalin, vahvistettuna kaavioiden sisääntulon värilliseen sinimuotoiseen signaaliin.

Kun liität kuorman Rload. operaatiovahvistimen lähdön ja virtalähteiden (GB1 ja GB2) keskiliitäntäpisteen välillä - kuva. Kuviossa 18, A, kuorman läpi kulkeva virta kulkee symmetrisesti suhteessa keskipisteeseen (punainen ja sininen puoliaallot, vastaavasti), ja sen amplitudi on maksimi ja jännitteen amplitudi Rkuormalla. on myös suurin mahdollinen - se voi saavuttaa lähes syöttöjännitteet. Vastaavan napaisuuden virtalähteestä tuleva virta suljetaan operaatiovahvistimen Rload kautta. ja virtalähde (punaiset ja siniset viivat osoittavat virran kulkua vastaavaan suuntaan).

Koska operaatiovahvistimen teholähteiden sisäinen resistanssi on hyvin pieni, kuorman läpi kulkevaa virtaa rajoittaa vain sen vastus ja operaatiovahvistimen suurin lähtövirta, joka on tyypillisesti 25 mA.

Kun operaatiovahvistimeen kytketään virtaa unipolaarisella jännitteellä kuten yhteinen bussi Yleensä valitaan virtalähteen negatiivinen (miinus) napa, johon kytketään toinen kuorman napa (kuva 18, B). Nyt kuorman läpi kulkeva virta voi virrata vain yhteen suuntaan (näkyy punaisella viivalla), toisella suunnalla ei yksinkertaisesti ole mistä tulla. Toisin sanoen kuorman läpi kulkevasta virrasta tulee epäsymmetrinen (sykkivä).

On mahdotonta sanoa yksiselitteisesti, että tämä vaihtoehto on huono. Jos kuorma on esimerkiksi dynaaminen pää, tämä on ehdottomasti huono sille. On kuitenkin monia sovelluksia, joissa kuorman kytkeminen operaatiovahvistimen lähdön ja yhden tehokiskon välille (yleensä negatiivinen napaisuus) ei ole vain hyväksyttävää, vaan myös ainoa mahdollinen.

Jos sinun on silti varmistettava virran symmetria kuorman läpi unipolaarisella syötöllä, sinun on eristettävä se galvaanisesti operaatiovahvistimen lähdöstä kondensaattorilla C1 (kuva 18, B).

B) Tarjoaa tarvittavan virran invertoivalle tulolle sekä siteet tulosignaaleja joillekin mielivaltaisesti valittu taso, hyväksytty referenssille (nolla) - op-vahvistimen toimintatilan asettaminen tasavirralle (kuva 19).

Riisi. 19 Tulosignaalilähteen kytkeminen eri operaatiovahvistimen tehovaihtoehdoille

Nyt tarkastelemme vaihtoehtoja tulosignaalilähteiden liittämiseksi, jättäen kuormayhteyden huomiotta.

Invertoivien ja ei-invertoivien tulojen kytkeminen teholähteiden keskipisteeseen (kuva 19, A) otettiin huomioon analysoitaessa aiemmin esitettyjä piirejä. Jos ei-invertoiva tulo ei kuluta virtaa ja hyväksyy yksinkertaisesti keskipistepotentiaalin, virta kulkee sarjaan kytketyn signaalilähteen (G) ja Rinin läpi sulkeutuen vastaavan virtalähteen kautta! Ja koska niiden sisäiset resistanssit ovat mitättömät tulovirtaan verrattuna (monin suuruusluokan pienempi kuin Rin), sillä ei ole käytännössä mitään vaikutusta syöttöjännitteeseen.

Siten operaatiovahvistimen unipolaarisella virtalähteellä voit muodostaa melko helposti sen ei-invertoivaan tuloon syötetyn potentiaalin jakajalla R1R2 (kuva 19, B, C). Tämän jakajan tyypilliset vastusarvot ovat 10...100 kOhm, ja alempi (yhteiseen negatiiviseen väylään yhdistetty) on erittäin suositeltavaa shunttaamalla 10...22 µF kondensaattorilla vaikutuksen vähentämiseksi merkittävästi. syöttöjännitteen aaltoilu tällaisten potentiaaliin keinotekoinen keskipiste.

Mutta on erittäin epätoivottavaa kytkeä signaalilähde (G) tähän keinotekoiseen keskipisteeseen saman tulovirran vuoksi. Selvitetään se. Jopa jakajan arvoilla R1R2 = 10 kOhm ja Rin = 10...100 kOhm, tulovirta minäsyöttö on parhaimmillaan 1/10 ja pahimmillaan - jopa 100 % jakajan läpi kulkevasta virrasta. Tämän seurauksena potentiaali ei-invertoivassa sisääntulossa "kelluu" saman verran yhdessä (vaiheessa) tulosignaalin kanssa.

Tulojen keskinäisen vaikutuksen eliminoimiseksi, kun DC-signaaleja vahvistetaan tällä liitännällä, signaalilähteelle tulisi järjestää erillinen keinotekoinen keskipistepotentiaali, joka muodostuu vastuksista R3R4 (kuva 19, B), tai jos AC Jos signaali vahvistetaan, signaalilähde on erotettava galvaanisesti invertoivasta tulosta kondensaattorilla C2 (kuva 19, B).

On huomattava, että yllä olevissa piireissä (kuvat 18, 19) olemme tehneet oletusoletuksen, että lähtösignaalin on oltava symmetrinen joko teholähteiden keskipisteen tai keinotekoisen keskipisteen suhteen. Todellisuudessa tämä ei ole aina välttämätöntä. Usein halutaan, että lähtösignaalilla on pääasiassa joko positiivinen tai negatiivinen napaisuus. Siksi ei ole ollenkaan välttämätöntä, että teholähteen positiivinen ja negatiivinen napaisuus ovat absoluuttisesti samat. Toinen niistä voi olla itseisarvoltaan huomattavasti pienempi kuin toinen - vain sellainen, että se varmistaa operaatiovahvistimen normaalin toiminnan.

Herää luonnollinen kysymys: "Kumpi tarkalleen ottaen?" Vastataksesi tähän, tarkastellaan lyhyesti operaatiovahvistimen tulo- ja lähtösignaalien sallittuja jännitealueita.

Minkään operaatiovahvistimen lähtöpotentiaali ei voi olla suurempi kuin positiivisen tehoväylän potentiaali ja pienempi kuin negatiivisen tehoväylän potentiaali. Toisin sanoen lähtöjännite ei saa ylittää syöttöjännitteen rajoja. Esimerkiksi OPA277-operaatiovahvistimen lähtöjännite 10 kOhm:n kuormitusvastuksen kohdalla on 2 V pienempi kuin syöttökiskon positiivinen jännite ja 0,5 V pienempi kuin negatiivinen syöttökiskon jännite lähtöjännite, jota operaatiovahvistimen lähtö ei voi saavuttaa, riippuu sarjan tekijöistä, kuten pääteasteen piirin suunnittelusta, kuormitusresistanssista jne.). On operaatiovahvistimia, joissa on minimaaliset kuolleet alueet, esimerkiksi 50 mV ennen tehokiskon jännitettä 10 kOhmin kuormalla (OPA340), tätä operaatiovahvistimen ominaisuutta kutsutaan "rail-to-rail" (R2R).

Toisaalta laajasti sovellettavien operaatiovahvistimien tulosignaalit eivät myöskään saisi ylittää syöttöjännitettä, ja joidenkin kohdalla ne ovat 1,5...2 V pienempiä. On kuitenkin olemassa operaatiovahvistimia, joissa on tietty tulovaihepiiri (esimerkiksi sama LM358/LM324) , jotka voivat toimia paitsi negatiiviselta syöttötasolta, myös "miinus" 0,3 V:lla, mikä helpottaa huomattavasti niiden käyttöä yksinapaisella syötöllä, jossa on yhteinen negatiivinen väylä.

Katsotaanpa vihdoin näitä "hämähäkkihämähäkkejä" ja kosketetaan niitä. Voit jopa haistella ja nuolla sitä. Minä sallin sen. Tarkastellaan heidän yleisimpiä vaihtoehtoja aloitteleville radioamatööreille. Lisäksi, jos sinun on purettava operaatiovahvistimet vanhoista laitteista.

Vanhemmille operaatiovahvistinmalleille, jotka välttämättä vaativat ulkoisia piirejä taajuuden korjaamiseen itseherätyksen estämiseksi, oli ominaista lisänastojen läsnäolo. Tästä johtuen jotkin operaatiovahvistimet eivät edes "sopineet" 8-nastaiseen koteloon (kuva 20, A) ja ne valmistettiin 12-nastaisina pyöreinä metallilasiina, esimerkiksi K140UD1, K140UD2, K140UD5 (kuva 20, B) tai 14-nastaiset DIP-paketit, esimerkiksi K140UD20, K157UD2 (kuva 20, B). Lyhenne DIP on lyhenne englanninkielisestä ilmaisusta "Dual In line Package" ja se on käännetty "double-pin paketiksi".

Pyöreää metallilasikoteloa (Kuva 20, A, B) käytettiin pääasiallisena maahantuotujen op-vahvistimien kanssa noin 70-luvun puoliväliin asti ja kotimaisissa operaatiovahvistimissa 80-luvun puoliväliin asti, ja nyt sitä käytetään niin sanottu. "sotilaalliset" hakemukset ("5. hyväksyminen").

Joskus kotimaisia ​​op-vahvistimia laitettiin pakkauksiin, jotka ovat tällä hetkellä varsin "eksoottisia": 15-nastainen suorakaiteen muotoinen metallilasi-hybridi K284UD1 (kuva 20, D), jossa avain on ylimääräinen 15. pinni. tapaus ja muut. Totta, en ole henkilökohtaisesti nähnyt tasomaisia ​​14-nastaisia ​​paketteja (kuva 20, D) operaatiovahvistimien sijoittamiseksi niihin. Niitä käytettiin digitaalisiin mikropiireihin.

Riisi. 20 kotimaisten operaatiovahvistimien tapauksia

Nykyaikaiset op-vahvistimet sisältävät enimmäkseen korjauspiirejä suoraan sirulle, mikä mahdollistaa väkimäärän nastat (esim. 5-nastainen SOT23-5 yhdelle operaatiovahvistimelle - kuva 23). Tämä mahdollisti yhdelle sirulle valmistettujen kahden tai neljän täysin itsenäisen (tavallisia tehonappeja lukuun ottamatta) op-vahvistimien sijoittamisen yhteen pakkaukseen.

Riisi. 21 Kaksirivinen muovikotelo nykyaikaisille op-vahvistimille lähtöasennukseen (DIP)

Joskus voit löytää operaatiovahvistimia sijoitettuna yksirivisiin 8-nastaisiin (kuva 22) tai 9-nastaisiin pakkauksiin (SIP) - K1005UD1. Lyhenne SIP on lyhenne englanninkielisestä ilmaisusta "Single In line Package" ja se on käännetty "yksipuoliseksi paketiksi".

Riisi. 22 Yksirivinen muovikotelo kahdella operaatiovahvistimella lähtöasennukseen (SIP-8)

Ne on suunniteltu minimoimaan levylle varattu tila, mutta valitettavasti ne olivat "myöhäisiä": tähän mennessä pinta-asennuspaketit (SMD - Surface Mounting Device) juottamalla suoraan levyjäljistä olivat yleistyneet (kuva 1). 23). Aloittelijoille niiden käyttö on kuitenkin merkittäviä vaikeuksia.

Riisi. 23 koteloa nykyaikaisista maahantuoduista pinta-asennusvahvistimista (SMD)

Hyvin usein valmistaja voi "pakata" saman mikropiirin eri pakkauksiin (kuva 24).

Riisi. 24 Mahdollisuus sijoittaa sama siru eri koteloihin

Kaikkien mikropiirien nastat on numeroitu peräkkäin, laskettuna ns. “avain”, joka osoittaa pin numeron 1 sijainnin. (Kuva 25). SISÄÄN minkä tahansa tapauksessa, jos kotelo on sijoitettu johtimien kanssa Työntää, niiden numerointi on nousevassa järjestyksessä vastaan myötäpäivään!

Riisi. 25 Operaatiovahvistimen liittimet
eri koteloissa (pinout), ylhäältä katsottuna;
numerointisuunta näkyy nuolilla

Pyöreissä metalli-lasikoteloissa avain näyttää sivuulokkeelta (kuva 25, A, B). Tämän avaimen sijainnin ansiosta valtavat "haravat" ovat mahdollisia! Kotimaisissa 8-nastaisissa pakkauksissa (302.8) avain sijaitsee vastapäätä ensimmäistä nastaa (kuva 25, A) ja tuodussa TO-5 - kahdeksatta nastaa vastapäätä (kuva 25, B). 12-nastaisissa pakkauksissa, sekä kotimaisissa (302.12) että tuoduissa, avain sijaitsee välillä ensimmäinen ja 12. johtopäätös.

Tyypillisesti invertoiva sisääntulo, sekä pyöreissä metalli-lasi- että DIP-paketeissa, on kytketty 2. nastaan, ei-invertoiva tulo 3:een, lähtö kuudenteen, miinusvirtalähde 4. nastaan ​​ja plus. virtalähde 6. nastalle 7. Kuitenkin poikkeuksia (toinen mahdollinen "harava"!) on OU K140UD8, K574UD1 pinoutissa. Niissä nastan numerointia on siirretty yhdellä vastapäivään verrattuna useimpiin muihin tyyppeihin yleisesti hyväksyttyyn, ts. Ne on kytketty liittimiin, kuten tuontitapauksissa (kuva 25, B), ja numerointi vastaa kotimaisia ​​​​(Kuva 25, A).

Viime vuosina useimmat "kotikäyttöiset" operaatiovahvistimet alettiin sijoittaa muovikoteloihin (kuvat 21, 25, B-D). Näissä tapauksissa avain on joko ensimmäistä tappia vastapäätä oleva syvennys (piste) tai aukko kotelon päässä ensimmäisen ja 8. (DIP-8) tai 14. (DIP-14) tapin välissä tai viiste. tappien ensimmäinen puolisko (kuva 21, keskellä). Tappien numerointi näissä tapauksissa on myös vastaan myötäpäivään ylhäältä katsottuna (itsesi tekemien johtopäätösten kanssa).

Kuten edellä mainittiin, sisäisesti korjatuissa operaatiovahvistimissa on vain viisi nastaa, joista vain kolme (kaksi tuloa ja lähtö) kuuluu jokaiselle yksittäiselle operaatiovahvistimelle. Tämä mahdollisti kahden täysin itsenäisen operaatiovahvistimen sijoittamisen yhdelle kiteelle yhdessä 8-nastaisessa paketissa (poikkeuksena plus- ja miinusvirtalähde, jotka vaativat kaksi nastaa lisää) (kuva 25, D) ja jopa neljä 14-nastaisessa pakkauksessa (kuva 25, D). Tämän seurauksena useimmat operaatiovahvistimet valmistetaan tällä hetkellä ainakin kaksoisvahvistimina, esimerkiksi TL062, TL072, TL082, halpa ja yksinkertainen LM358 jne. Täsmälleen sama sisäinen rakenne, mutta nelinkertainen - vastaavasti, TL064, TL074, TL084 ja LM324.

LM324:n kotimaiseen analogiin (K1401UD2) verrattuna on toinen "harava": jos LM324:ssä virtalähteen plus on kytketty neljänteen nastaan ​​ja miinus - 11:een, niin K1401UD2:ssa se on toisin päin: virtalähteen plus on kytketty 11. napaan ja miinus - 4. napaan. Tämä ero ei kuitenkaan aiheuta vaikeuksia johdotuksen kanssa. Koska operaatiovahvistimen nasta on täysin symmetrinen (kuva 25, D), sinun tarvitsee vain kääntää koteloa 180 astetta, jotta 1. nasta tulee 8:n tilalle. Siinä kaikki.

Muutama sana maahantuotujen operaatiovahvistimien (eikä vain operaatiovahvistimien) merkinnöistä. Useissa ensimmäisten 300 digitaalisen nimityksen kehitystyössä oli tapana nimetä laaturyhmä digitaalisen koodin ensimmäisellä numerolla. Esimerkiksi op-vahvistimet LM158/LM258/LM358, vertailulaitteet LM193/LM293/LM393, säädettävät kolminapaiset stabilisaattorit TL117/TL217/TL317 jne. ovat täysin identtisiä sisäiseltä rakenteeltaan, mutta eroavat toisistaan ​​lämpötilan toiminta-alueella. LM158:lle (TL117) käyttölämpötila-alue on miinus 55 - +125...150 celsiusastetta (ns. "taistelu- tai sotilasalue), LM258:lla (TL217) - miinus 40 - +85 astetta (" teollisuus" alue) ja LM358 (TL317) - 0 - +70 astetta ("kotitalous"). Lisäksi niiden hinta voi olla täysin epäjohdonmukainen tällaisen porrastuksen kanssa tai vaihdella hyvin vähän ( mystisiä tapoja hinnoitella!). Joten voit ostaa ne millä tahansa aloittelijalle edullisella merkinnällä ilman, että tarvitset erityisesti jahdata ensimmäistä "kolmea".

Kun ensimmäiset kolmesataa digitaalista merkintää oli käytetty loppuun, luotettavuusryhmiä alettiin merkitä kirjaimilla, joiden merkitys on selvitetty näiden komponenttien tietolomakkeessa (Datasheet tarkoittaa kirjaimellisesti "tietotaulukkoa").

Johtopäätös

Joten tutkimme operaatiovahvistimen toiminnan "ABC:tä" kattaen pienet vertailijat. Seuraavaksi sinun on opittava laittamaan sanoja, lauseita ja kokonaisia ​​merkityksellisiä "esseitä" (toimivia kaavioita) näistä "kirjaimista".

Valitettavasti "on mahdotonta omaksua äärettömyyttä." Jos tässä artikkelissa esitetty materiaali auttoi ymmärtämään, kuinka nämä "mustat laatikot" toimivat, niin niiden "täytön", tulon, lähdön ja ohimenevien ominaisuuksien vaikutuksen analysointi on pidemmälle kehitetyn tutkimuksen tehtävä. Tietoa tästä on esitetty yksityiskohtaisesti ja perusteellisesti useassa olemassa olevassa kirjallisuudessa. Kuten Ockhamin isoisä Williamilla oli tapana sanoa: "Entiteettejä ei pidä moninkertaistaa enemmän kuin on välttämätöntä." Ei tarvitse toistaa sitä, mitä on jo hyvin kuvattu. Sinun tarvitsee vain olla laiska ja lukea se.

11. http://www.texnic.ru/tools/lekcii/electronika/l6/lek_6.html

Siksi sallikaa minun ottaa lomani kunnioituksella jne., kirjoittaja Aleksei Sokolyuk ()

Invertoiva vahvistin on yksi yksinkertaisimmista ja yleisimmin käytetyistä analogisista piireistä. Vain kahdella vastuksella voimme asettaa tarvitsemamme vahvistuksen. Mikään ei estä meitä tekemästä kerrointa pienemmäksi kuin 1, mikä heikentää tulosignaalia.

Usein piiriin lisätään toinen R3, jonka vastus on yhtä suuri kuin R1:n ja R2:n summa.

Ymmärtääksemme, kuinka invertoiva vahvistin toimii, simuloidaan yksinkertainen piiri. Meillä on tulossa 4V jännite, vastusten resistanssi on R1=1k ja R2=2k. Olisi tietysti mahdollista korvata kaikki tämä kaavaan ja laskea tulos välittömästi, mutta katsotaanpa tarkalleen kuinka tämä kaavio toimii.

Aloitetaan muistutuksella op-vahvistimen perustoimintaperiaatteista:

Sääntö nro 1 - operaatiovahvistin vaikuttaa lähtöön tuloon OOS:n kautta (negatiivinen takaisinkytkentä), minkä seurauksena jännite molemmissa tuloissa, sekä invertoivassa (-) että ei-invertoivassa (+), tasaantuu.

Huomaa, että ei-invertoiva tulo (+) on kytketty maahan, eli sen jännite on 0 V. Säännön nro 1 mukaan invertoivan tulon (-) tulee myös olla 0V.

Joten tiedämme vastuksen R1 napojen jännitteen ja sen vastus on 1k. Siten avulla voimme suorittaa laskelman ja laskea kuinka paljon virtaa kulkee vastuksen R1 läpi:

IR1 = UR1/R1 = (4V-0V)/1k = 4mA.

Sääntö nro 2 - vahvistimen tulot eivät kuluta virtaa

Näin ollen R1:n läpi kulkeva virta jatkaa kulkemistaan ​​R2:n läpi!

Käytetään taas Ohmin lakia ja lasketaan mikä jännitehäviö tapahtuu vastuksen R2 yli. Tiedämme sen vastuksen ja tiedämme, mikä virta sen läpi kulkee, joten:

UR2 = IR2R2 = 4mA *2k = 8V.

Osoittautuuko, että lähdössä on 8V? Ei varmasti sillä tavalla. Haluan muistuttaa, että tämä on invertoiva vahvistin, eli jos syötämme positiivisen jännitteen tuloon ja poistamme negatiivisen jännitteen lähdöstä. Miten tämä tapahtuu?

Tämä johtuu siitä, että takaisinkytkentä on asennettu invertoivaan tuloon (-), ja tasatakseen jännitteen tulossa, vahvistin vähentää potentiaalia lähdössä. Vastusten kytkentöjä voidaan pitää yksinkertaisina, joten jotta potentiaali niiden kytkentäpisteessä olisi nolla, lähdön tulee olla miinus 8 volttia: Uout. = -(R2/R1)*Uin.

Sääntöön 3 liittyy toinen saalis:

Sääntö nro 3 - jännitteiden tuloissa ja lähtöissä on oltava operaatiovahvistimen positiivisen ja negatiivisen syöttöjännitteen välillä.

Toisin sanoen meidän on tarkistettava, että laskemamme jännitteet voidaan todella saada vahvistimen kautta. Aloittelijat ajattelevat usein, että vahvistin toimii vapaan energian lähteenä ja tuottaa jännitettä tyhjästä. Mutta meidän on muistettava, että vahvistin tarvitsee myös tehoa toimiakseen.
Klassiset vahvistimet toimivat -15V ja +15V jännitteillä. Tällaisessa tilanteessa laskemamme -8V on todellinen jännite, koska se on tällä alueella.

Nykyaikaiset vahvistimet toimivat kuitenkin usein 5 V:lla tai pienemmällä jännitteellä. Tällaisessa tilanteessa ei ole mahdollista, että vahvistin antaa meille miinus 8 V lähdössä. Siksi piirejä suunniteltaessa tulee aina muistaa, että teoreettisten laskelmien on aina tuettava todellisuutta ja fyysisiä kykyjä.

On huomattava, että invertoivalla vahvistimella on yksi haittapuoli. Tiedämme jo, mikä ei kuormita signaalilähdettä, koska vahvistimen tuloilla on erittäin korkea resistanssi ja ne kuluttavat niin vähän virtaa, että useimmissa tapauksissa se voidaan jättää huomiotta (sääntö #2).

Invertoivan vahvistimen tuloresistanssi on yhtä suuri kuin vastuksen R1 resistanssi, käytännössä se vaihtelee välillä 1k...1M. Vertailun vuoksi: kenttätransistorituloilla varustetun vahvistimen vastus on satojen megaohmien ja jopa gigaohmien luokkaa! Siksi joskus voi olla suositeltavaa asentaa jänniteseuraaja vahvistimen eteen.

Hyvää päivää kaikille. Edellisessä artikkelissa puhuin ravinnosta. Tässä artikkelissa puhun käytöstä Op-amp lineaarisissa piireissä.

Jännitteen toistin

Ensimmäinen piiri, josta puhun, on unity gain -vahvistinpiiri (yksikkövahvistin) tai ns. Tämän vahvistimen piiri on esitetty alla

Unity-vahvistin (jänniteseuraaja).

Tämä piiri on modifikaatio, ero on siinä, että invertoivassa sisääntulossa ei ole takaisinkytkentävastusta ja vastusta. Siten operaatiovahvistimen lähdöstä tuleva jännite syötetään kokonaan operaatiovahvistimen invertoivaan sisääntuloon, ja siksi takaisinkytkennän lähetyskerroin on yhtä suuri kuin yksikkö (β = 1).

Kuten tiedetään, takaisinkytkentäisen operaatiovahvistimen tuloimpedanssi määräytyy seuraavalla lausekkeella

• jossa R BX on op-vahvistimen tuloimpedanssi ilman takaisinkytkentää,

Sitten jänniteseuraajan tuloresistanssi on

Suljetun silmukan operaatiovahvistimen lähtöimpedanssi on annettu kaavalla

• missä R BІX on op-vahvistimen tuloimpedanssi ilman takaisinkytkentää,
• β – käyttöjärjestelmän piirin lähetyskerroin,
• K on op-vahvistimen vahvistus ilman palautetta.

Koska jänniteseuraajan takaisinkytkentäkerroin on yhtä suuri kuin yksikkö (β = 1), lähtövastuksen muoto on seuraava

Esimerkki jänniteseuraajan parametrien laskemisesta

Lasketaan esimerkiksi jänniteseuraaja operaatiovahvistimelle, jonka vahvistus vaaditulla taajuudella on K Y = 80 (38 dB), tuloresistanssi R BX = 500 kOhm, lähtöresistanssi R BыX = 300 ohmia.

Jänniteseuraajan tuloresistanssi on

Jänniteseuraajan lähtöresistanssi on

Yksinkertaisimman jännitteenseuraajan piirin haitat

Koska avoimen piirin op-vahvistimen vahvistus muuttuu taajuuden mukaan (taajuuden kasvaessa vahvistus pienenee), siksi tulo- ja lähtövastukset riippuvat myös taajuudesta (taajuuden kasvaessa tuloresistanssi pienenee ja lähtövastus kasvaa).

Jos tulosignaalissa on riittävän suuri DC-komponentti ja merkittävä amplitudiheilahdus, voi syntyä tilanne, jossa yhteismoodin tulojänniteraja ylittyy. Tämän ongelman poistamiseksi signaali on syötettävä ei-invertoivaan tuloon erotuskondensaattorin kautta ja vastus on kytkettävä ei-invertoivan tulon ja maan väliin, mutta tämä vastus vaikuttaa toistimen tuloimpedanssiin.

Toinen tapa parantaa jänniteseuraajan parametreja, jota operaatiovahvistimen valmistajat suosittelevat, on sisällyttää vastukset, joilla on sama vastus käyttöjärjestelmäpiiriin ja ei-invertoivan tulon ja maan väliin. Tässä tapauksessa operaatiovahvistimen vahvistus on myös yhtä suuri kuin yksikkö, mutta tulo- ja lähtövastus riippuvat ulkoisista vastuksista, ei op-vahvistimen parametreista.

Tehokkain tapa parantaa yksittäisen vahvistimen parametreja on piiri, johon jänniteseuraajan piirin jälkeen on kytketty tehovahvistin, joka tuottaa suuren lähtövirran. Tässä tapauksessa jännitteen vahvistus on suunnilleen yksikkö, ja takaisinkytkentävirta määräytyy tehovahvistimen ominaisuuksien mukaan (tulo- ja lähtöresistanssi kerrotaan molempien vahvistimien vahvistuksilla).

Ei-invertoiva vahvistin

Jänniteseuraajan analysoinnin jälkeen, joka itse asiassa on ei-invertoiva vahvistin, jonka vahvistus on yhtä suuri kuin yksikkö, siirrymme tarkastelemaan ei-invertoivan vahvistimen piiriä mielivaltaisella vahvistuksella. Tämän tyyppiselle vahvistimelle on ominaista korkea tulo- ja pieni lähtöimpedanssi, vahvistinpiiri on esitetty alla

Ei-invertoiva vahvistinpiiri.

Tämä piiri on yksi tavallisista operaatiovahvistinpiireistä ja sisältää operaatiovahvistimen DA1, biasvastuksen R1 ja takaisinkytkentävastuksen R2. Tämän piirin operaatiovahvistin on peitetty sarjajännitteellä, takaisinkytkentäpiirin lähetyskerroin on

Tällöin ei-invertoivan vahvistimen tuloimpedanssi on

R BX.O-Amp – op-vahvistimen tuloimpedanssi käyttöjärjestelmän piirin ollessa auki,

K op-amp – op-amp-vahvistus, kun takaisinkytkentäpiiri on auki.

Ei-invertoivan vahvistimen lähtöimpedanssi voidaan laskea seuraavasta lausekkeesta

R OUT.O-Amp – operaatiovahvistimen lähtövastus, kun käyttöjärjestelmäpiiri on auki.

Ei-invertoiva vahvistimen vahvistus

Tämän tyyppisessä vahvistimessa tulossa on tietty bias-jännite UCM, joten tätä piiriä voidaan käyttää siellä, missä tulon esijännitteen tasolla ei ole merkittävää vaikutusta. Tulon bias-jännitteen taso on

Esimerkki ei-invertoivan vahvistimen laskennasta

Lasketaan ei-invertoiva vahvistin, jonka pitäisi antaa vahvistus K = 10. Operaatiovahvistimena käytämme K157UD2:ta, jolla on seuraavat parametrit: vahvistus (taajuudella 1 kHz) K = 1800 (65 dB), tuloresistanssi R BX.O-Amp = 500 kOhm, lähtöresistanssi R BУХ.ОУ = 300 ohm, esijännite U CM = 10 mV, tulovirta I ВХ ≤ 500 nA. Tulosignaalin taso U IN = 40 mV.

Ei-invertoiva summain

Jatkaen ei-invertoivien vahvistimien aihetta, kerron ei-invertoivasta summaimesta, joka suorittaa tulosignaalien lisäystoiminnon ja jota käytetään esimerkiksi lineaarisina signaalisekoittimina (mikserteinä), kun useista lähteistä tulevia signaaleja on yhdistettävä ja syötettävä tehovahvistimen tuloon. Ei-invertoiva summainpiiri on esitetty alla

Tämä piiri on ei-invertoiva vahvistin, jossa on kaksi sisäänmenoa ja se koostuu operaatiovahvistimesta DA1, virtaa rajoittavista tulovastuksista R1 ja R2, biasvastuksesta R3 ja takaisinkytkentävastuksesta R4.

Tälle piirille perussuhteet vastaavat yksinkertaisen ei-invertoivan vahvistimen piiriä, ottaen huomioon, että piirin tulojännite vastaa tulonastojen keskimääräistä jännitettä.

Ja vastusten resistanssin on täytettävä seuraava ehto

Eri kanavien vahvistukset määritetään seuraavalla lausekkeella

R N – tulovastuksen vastus,

K N – vastaavan vahvistuskanavan vahvistus.

Ei-invertoivan summainpiirin suurin haittapuoli on nollapotentiaalipisteen puuttuminen, joten eri tulojen vahvistukset eivät ole riippumattomia. Tämä haitta ilmenee tapauksissa, joissa tulojännitelähteiden sisäinen resistanssi tai vain yksi niistä tunnetaan likimäärin tai muuttuu käytön aikana.

Teoria on hyvä, mutta ilman käytännön sovellusta se on vain sanoja.

Artikkelissa keskustellaan tavallisesta operaatiovahvistimesta ja annetaan myös esimerkkejä tämän laitteen erilaisista toimintatiloista. Nykyään yksikään ohjauslaite ei pärjää ilman vahvistimia. Nämä ovat todella universaaleja laitteita, joiden avulla voit suorittaa erilaisia ​​toimintoja signaalilla. Saat lisätietoja tämän laitteen toiminnasta ja siitä, mitä tämä laite tarkalleen sallii.

Invertoivat vahvistimet

Op-amp invertoiva vahvistinpiiri on melko yksinkertainen, näet sen kuvasta. Se perustuu operaatiovahvistimeen (sen kytkentäpiirejä käsitellään tässä artikkelissa). Tämän lisäksi tässä:

1. Vastuksen R1 yli on jännitehäviö, sen arvo on sama kuin tulon.
2. Vastuksessa on myös R2 - se on sama kuin lähtö.

Tässä tapauksessa lähtöjännitteen suhde resistanssiin R2 on arvoltaan yhtä suuri kuin tulojännitteen suhde R1:een, mutta päinvastainen etumerkillä. Kun tiedät vastus- ja jännitearvot, vahvistus voidaan laskea. Tätä varten sinun on jaettava lähtöjännite tulojännitteellä. Tässä tapauksessa operaatiovahvistimella (sen kytkentäpiirit voivat olla mikä tahansa) voi olla sama vahvistus tyypistä riippumatta.

Palautetoiminto

Nyt meidän on tarkasteltava lähemmin yhtä keskeistä kohtaa - kuinka palaute toimii. Oletetaan, että tulossa on jonkin verran jännitettä. Otetaan laskennan yksinkertaisuuden vuoksi sen arvoksi 1 V. Oletetaan myös, että R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.

Oletetaan nyt, että on syntynyt jokin odottamaton tilanne, jonka vuoksi kaskadin lähdön jännite asetetaan 0 V:iin. Seuraavaksi havaitaan mielenkiintoinen kuva - kaksi vastusta alkavat toimia pareittain, yhdessä ne muodostavat jännitteenjakajan. Invertoivan portaan lähdössä se pidetään 0,91 V:n tasolla. Tässä tapauksessa operaatiovahvistin sallii tulojen välisen epäsovituksen tallentamisen ja jännite laskee lähdössä. Siksi on hyvin yksinkertaista suunnitella operaatiovahvistinpiiri, joka toteuttaa esimerkiksi signaalivahvistimen toiminnon anturista.

Ja tämä muutos jatkuu, kunnes lähtö saavuttaa vakaan arvon 10 V. Juuri tällä hetkellä potentiaalit operaatiovahvistimen tuloissa ovat yhtä suuret. Ja ne ovat samat kuin maan potentiaali. Toisaalta, jos laitteen lähdön jännite laskee edelleen ja se on alle -10 V, tulon potentiaali tulee pienemmäksi kuin maassa. Tämän seurauksena lähdön jännite alkaa nousta.

Tällä piirillä on suuri haittapuoli - tuloimpedanssi on erittäin pieni, erityisesti vahvistimissa, joissa on korkea jännitevahvistus, jos takaisinkytkentäpiiri on suljettu. Ja edelleen käsitellyssä suunnittelussa ei ole kaikkia näitä puutteita.

Ei-invertoiva vahvistin

Kuvassa on ei-invertoivan operaatiovahvistimen piiri. Sen analysoinnin jälkeen voimme tehdä useita johtopäätöksiä:

1. Jännitteen arvo UA on yhtä suuri kuin tulojännite.
2. Jakajasta poistetaan jännite UA, joka on yhtä suuri kuin lähtöjännitteen ja R1 tulon suhde vastusten R1 ja R2 summaan.
3. Siinä tapauksessa, että UA on arvoltaan yhtä suuri kuin tulojännite, vahvistus on yhtä suuri kuin lähtöjännitteen suhde tuloon (tai voit lisätä yhden vastusten R2 ja R1 suhteeseen).

Tätä rakennetta kutsutaan ei-invertoivaksi vahvistimeksi, sillä sen tuloimpedanssi on lähes ääretön. Esimerkiksi 411-sarjan operaatiovahvistimille sen arvo on 1012 ohmia, minimi. Ja operaatiovahvistimille, jotka perustuvat bipolaarisiin puolijohdetransistoreihin, yleensä yli 108 ohmia. Mutta kaskadin lähtöimpedanssi, kuten myös aiemmin käsitellyssä piirissä, on hyvin pieni - ohmin murto-osia. Ja tämä on otettava huomioon laskettaessa piirejä operaatiovahvistimilla.

AC-vahvistinpiiri

Molemmat aiemmin artikkelissa käsitellyt piirit toimivat Mutta jos tulosignaalilähteen ja vahvistimen välinen yhteys on vaihtovirta, sinun on annettava maadoitus laitteen sisääntulossa olevalle virralle. Lisäksi sinun on kiinnitettävä huomiota siihen, että nykyinen arvo on erittäin pieni.

Siinä tapauksessa, että AC-signaaleja vahvistetaan, DC-signaalin vahvistus on vähennettävä yksikköön. Tämä pätee erityisesti tapauksissa, joissa jännitteen vahvistus on erittäin suuri. Tämän ansiosta on mahdollista vähentää merkittävästi laitteen sisäänmenoon kohdistuvan leikkausjännityksen vaikutusta.

Toinen esimerkki piiristä vaihtojännitteellä työskentelemiseen

Tässä piirissä -3 dB:n tasolla voit nähdä vastaavuuden 17 Hz:n taajuudelle. Siinä kondensaattorin impedanssi osoittautuu kahden kiloohmin tasolla. Siksi kondensaattorin on oltava riittävän suuri.

AC-vahvistimen rakentamiseksi sinun on käytettävä ei-invertoivaa operaatiovahvistinpiiriä. Ja sen jännitevahvistuksen täytyy olla melko suuri. Mutta kondensaattori voi olla liian suuri, joten on parasta olla käyttämättä sitä. Totta, sinun on valittava oikea leikkausjännitys, joka vastaa sen arvoa nollaan. Tai voit käyttää T-muotoista jakajaa ja lisätä molempien vastusten resistanssiarvoja piirissä.

Mitä kaavaa on parempi käyttää?

Useimmat suunnittelijat suosivat ei-invertoivia vahvistimia, koska niillä on erittäin korkea tuloimpedanssi. Ja he laiminlyövät invertoivan tyyppiset piirit. Mutta jälkimmäisellä on valtava etu - se ei ole vaativa itse operaatiovahvistimelta, joka on sen "sydän".

Lisäksi sen ominaisuudet ovat itse asiassa paljon paremmat. Ja kuvitteellisen maadoituksen avulla voit helposti yhdistää kaikki signaalit, eivätkä ne vaikuta toisiinsa. Suunnittelussa voidaan käyttää myös operaatiovahvistimeen perustuvaa DC-vahvistinpiiriä. Kaikki riippuu tarpeista.

Ja viimeinen asia on tilanne, jos koko tässä käsitelty piiri on kytketty toisen op-vahvistimen vakaaseen lähtöön. Tässä tapauksessa tuloimpedanssin arvolla ei ole merkittävää roolia - vähintään 1 kOhm, vähintään 10, ainakin ääretön. Tässä tapauksessa ensimmäinen kaskadi suorittaa aina tehtävänsä suhteessa seuraavaan.

Toistinpiiri

Operaatiovahvistimeen perustuva toistin toimii samalla tavalla kuin bipolaaritransistorille rakennettu emitteri. Ja se suorittaa samanlaisia ​​​​toimintoja. Pohjimmiltaan tämä on ei-invertoiva vahvistin, jossa ensimmäisen vastuksen resistanssi on äärettömän suuri ja toisen vastus on nolla. Tässä tapauksessa voitto on yhtä suuri kuin yksikkö.

On olemassa erikoistyyppisiä operaatiovahvistimia, joita käytetään tekniikassa vain toistinpiireihin. Niillä on paljon paremmat ominaisuudet - yleensä korkea suorituskyky. Esimerkkejä ovat operaatiovahvistimet, kuten OPA633, LM310, TL068. Jälkimmäisessä on transistorin kaltainen runko sekä kolme liitintä. Hyvin usein tällaisia ​​vahvistimia kutsutaan yksinkertaisesti puskureiksi. Tosiasia on, että niillä on eristimen ominaisuudet (erittäin korkea tuloimpedanssi ja erittäin pieni lähtö). Suunnilleen samalla periaatteella rakennetaan operaatiovahvistimeen perustuva virtavahvistinpiiri.

Aktiivinen toimintatila

Pohjimmiltaan tämä on toimintatila, jossa operaatiovahvistimen lähdöt ja tulot eivät ole ylikuormitettuja. Jos piirin tuloon syötetään erittäin suuri signaali, lähdössä se yksinkertaisesti alkaa leikata kollektorin tai emitterin jännitetason mukaan. Mutta kun lähtöjännite on kiinteä katkaisutasolle, jännite op-vahvistimen tuloissa ei muutu. Tässä tapauksessa kantama ei voi olla suurempi kuin syöttöjännite

Useimmat operaatiovahvistinpiirit on suunniteltu niin, että tämä heilahdus on 2 V pienempi kuin syöttöjännite, mutta kaikki riippuu käytetystä operaatiovahvistinpiiristä. Operaatiovahvistimeen perustuva stabiilisuus on sama rajoitus.

Oletetaan, että lähteessä, jossa on kelluva kuorma, on tietty jännitehäviö. Jos virta liikkuu normaaliin suuntaan, saatat kohdata kuormituksen, joka näyttää ensi silmäyksellä oudolta. Esimerkiksi useita käänteisesti polarisoituja paristoja. Tätä mallia voidaan käyttää tasaisen latausvirran saamiseksi.

Jotkut varotoimet

Yksinkertainen operaatiovahvistimeen perustuva jännitevahvistin (mikä tahansa piiri voidaan valita) voidaan tehdä kirjaimellisesti "polvella". Mutta sinun on otettava huomioon joitain ominaisuuksia. On välttämätöntä varmistaa, että takaisinkytkentä piirissä on negatiivinen. Tämä viittaa myös siihen, että ei ole hyväksyttävää sekoittaa vahvistimen ei-invertoivia ja invertoivia tuloja. Lisäksi on oltava tasavirran takaisinkytkentäsilmukka. Muuten operaatiovahvistin kyllästyy nopeasti.

Useimmissa operaatiovahvistimissa on hyvin pieni tuloerojännite. Tässä tapauksessa suurin ero ei-invertoivien ja invertoivien tulojen välillä voidaan rajoittaa 5 V:iin missä tahansa virtalähteen kytkennässä. Jos tämä ehto laiminlyödään, tuloon ilmestyy melko suuria virta-arvoja, mikä johtaa piirin kaikkien ominaisuuksien heikkenemiseen.

Pahinta tässä on itse operaatiovahvistimen fyysinen tuhoutuminen. Tämän seurauksena operaatiovahvistinpiiri lakkaa toimimasta kokonaan.

Pitäisi harkita

Ja tietysti meidän on puhuttava säännöistä, joita tulee noudattaa operaatiovahvistimen vakaan ja pitkäkestoisen toiminnan varmistamiseksi.

Tärkeintä on, että op-vahvistimessa on erittäin korkea jännitevahvistus. Ja jos tulojen välinen jännite muuttuu millivoltin murto-osalla, sen arvo lähdössä voi muuttua merkittävästi. Siksi on tärkeää tietää: operaatiovahvistimen lähtö pyrkii varmistamaan, että tulojen välinen jännite-ero on lähellä (mieluiten yhtä suuri) nollaa.

Toinen sääntö on, että operaatiovahvistimen virrankulutus on erittäin pieni, kirjaimellisesti nanoampeeria. Jos tuloihin on asennettu kenttätransistorit, se lasketaan pikoampeerina. Tästä voimme päätellä, että tulot eivät kuluta virtaa riippumatta siitä, mitä operaatiovahvistinta käytetään, piiri - toimintaperiaate pysyy samana.

Mutta sinun ei pitäisi ajatella, että op-amp todella muuttaa jatkuvasti jännitettä tuloissa. Fyysisesti tämä on lähes mahdotonta saavuttaa, koska toisen säännön kanssa ei olisi vastaavuutta. Operaatiovahvistimen ansiosta kaikkien tulojen tila arvioidaan. Ulkoisen takaisinkytkentäpiirin avulla jännite siirretään tuloon lähdöstä. Tuloksena on, että operaatiovahvistimen tulojen välinen jännite-ero on nollassa.

Palautteen käsite

Tämä on yleinen käsite, ja sitä käytetään jo laajassa merkityksessä kaikilla tekniikan aloilla. Kaikissa ohjausjärjestelmissä on takaisinkytkentä, joka vertaa lähtösignaalia ja asetusarvoa (viite). Sen mukaan, mikä on nykyinen arvo, säätö tapahtuu haluttuun suuntaan. Lisäksi ohjausjärjestelmä voi olla mikä tahansa, jopa tiellä ajava auto.

Kuljettaja painaa jarruja, ja tässä palaute on hidastumisen alku. Piirtämällä analogian tällaisen yksinkertaisen esimerkin kanssa voit ymmärtää paremmin elektroniikkapiireissä tapahtuvaa palautetta. Ja negatiivinen palaute on, jos auto kiihtyy, kun painat jarrupoljinta.

Elektroniikassa takaisinkytkentä on prosessi, jonka aikana signaali siirretään lähdöstä sisääntuloon. Tässä tapauksessa myös sisääntulon signaali vaimenee. Toisaalta tämä ei ole kovin järkevä ajatus, koska ulkopuolelta voi vaikuttaa siltä, ​​että voitto pienenee merkittävästi. Muuten, elektroniikan palautteen kehittämisen perustajat saivat tällaista palautetta. Mutta kannattaa ymmärtää tarkemmin sen vaikutus operatiivisiin vahvistimiin - harkitse käytännön piirejä. Ja tulee selväksi, että se itse asiassa vähentää hieman vahvistusta, mutta sen avulla voit parantaa hieman muita parametreja:

1. Tasoita taajuusominaisuudet (saa ne vaaditulle tasolle).
2. Mahdollistaa vahvistimen toiminnan ennustamisen.
3. Pystyy poistamaan epälineaarisuuden ja signaalin vääristymät.

Mitä syvempi palaute (puhumme negatiivisesta), sitä vähemmän avoimen silmukan ominaisuuksilla on vaikutusta vahvistimeen. Tuloksena on, että kaikki sen parametrit riippuvat vain piirin ominaisuuksista.

On syytä kiinnittää huomiota siihen, että kaikki operaatiovahvistimet toimivat tilassa, jossa on erittäin syvä palaute. Ja jännitteen vahvistus (avoin silmukan kanssa) voi olla jopa useita miljoonia. Siksi operaatiovahvistimen vahvistinpiiri on erittäin vaativa kaikkien teholähteen ja tulosignaalin tason parametrien noudattamisen suhteen.

Non-inverting amplifier (NA) on vahvistin, jolla on vakaa vahvistus ja nolla vaihe-ero tulo- ja lähtösignaalien välillä.

NU:ssa (kuva 5.3) on johdonmukainen OOS jännitteen suhteen. Ihanteellisella op-vahvistimella ( K d = Kohteeseen oc sf = ¥, R BX= ¥ ja R OUT = 0) R POISTU F= 0 (negatiivinen liitäntä ja jännite), R VX. F= ¥ (peräkkäinen OOS).

, (5.6)

ja kuvion mukaan. 5.4,

Korvaamalla (5.7) arvolla (5.6), saamme

. (5.8)

NU-vahvistus ei riipu signaalilähteen resistanssista R C, koska NU:n tuloimpedanssi on ¥ ja läpimenovirta R C ei vuoda, tämän vastuksen yli ei ole jännitehäviötä ja . klo R 2 = 0, R 1 = ¥ K e F= 1. Tämä tarkoittaa, että lähtöjännite toistaa täysin tulojännitteen (vain korkeammalla tehotasolla). Siitä syystä nimi - jännitteen toistin.

Unity-siirtokerroin, äärettömän suuri tuloimpedanssi ja nollalähtöimpedanssi tekevät toistimesta ihanteellisen puskurivaiheen (impedanssimuuntajan).

Tämän piirin resistiivinen tasapainotusmenetelmä riippuu olosuhteista. Jos R C= 0, sitten tasapainotusvastus R SM kytketty sarjaan ei-invertoivan tulon kanssa (kuva 5.5).

Tässä tapauksessa D u ULOS kuvataan lausekkeella (5.5). Nollasta poikkeava, mutta tunnettu ja kiinteä sisäinen vastus R C voidaan balansoida vain käyttöjärjestelmän vastuksilla, edellyttäen että R 1 R 2 /(R 1 +R 2)=R C. Kuitenkin myös piirin vahvistus (5.8) muuttuu. Yksinkertaiset vastukset R 1 ja R 2 tulee valita vaaditun vahvistuksen perusteella, ja piirin virran tasapainotus tulee varmistaa RCM, kytketty sarjaan invertoivan tulon kanssa (kuva 5.6). Tälle piirille

. (5.9)

Jos sen arvo on epävarma ja epävakaa, on parempi käyttää op-vahvistinta, jossa on tuloaste (differentiaali) käyttämällä kenttätransistoreja.

Vähentääksesi lähdön staattisen virheen mahdollista komponenttia D u ULOS sinun on joko käytettävä asianmukaisia ​​operaatiovahvistinlähtöjä tai jos niitä ei ole, tasapainota tulon piiri (kuva 5.7). Nollan asettaminen tässä piirissä vähentää hieman sen vahvistusta.

Työ loppu -

Tämä aihe kuuluu osioon:

Analogiset elektroniset laitteet

Analogiset elektroniset laitteet. Osa II. Luentomuistiinpanot kaikkien opiskelumuotojen radiotekniikan erikoisalan opiskelijoille.

Jos tarvitset lisämateriaalia tästä aiheesta tai et löytänyt etsimääsi, suosittelemme käyttämään hakua teostietokannassamme:

Mitä teemme saadulla materiaalilla:

Jos tämä materiaali oli sinulle hyödyllistä, voit tallentaa sen sivullesi sosiaalisissa verkostoissa:

Tweet

Kaikki tämän osion aiheet:

Tarkoitus, parametrit
Vertailijat ovat yksinkertaisimpia analogia-digitaalimuuntimia (ADC), ts. laitteet, jotka muuntavat jatkuvan signaalin erilliseksi Ne on suunniteltu vertaamaan tulosignaalia

Puolijohdekomparaattorien käytön ominaisuudet
Eniten käytetyt vertailulaitteet voidaan jakaa neljään ryhmään: yleiskäyttöiset (K521CA2, K521CA5), tarkkuus (K521CA3, K597CA3), nopeat (K597CA1, K597CA2) ja

Erikoisvertailijat operaatiovahvistimille
Kun verrataan matalataajuisia signaaleja suurella tarkkuudella (kymmeniä mikrovoltteja) minimaalisella virrankulutuksella, on usein suositeltavaa käyttää op-amp-pohjaisia ​​vertailulaitteita,