Neinvertujuće pojačalo (NA) je pojačalo koje ima stabilno pojačanje sa nultom faznom razlikom između ulaznog i izlaznog signala.
U NU (slika 5.3) postoji sekvencijalni OOS za napon. Za idealan OA ( K d = K oc sf = ¥, R IN= ¥ i R OUT = 0) R OUT. F= 0 (veza je negativna i napon), R IN. F= ¥ (sekvencijalni OOS).
, (5.6)
i prema sl. 5.4,
Zamjenom (5.7) u (5.6) dobijamo
. (5.8)
Pojačanje NU ne zavisi od impedancije izvora signala R C, budući da je ulazni otpor NU ¥, a struja kroz njega R C ne teče, onda nema pada napona na ovom otporu i 
... At R 2 = 0, R 1 = ¥ K e F= 1. To znači da je izlazni napon potpuno isti kao i ulazni napon (samo na višem nivou snage). Otuda i naziv - pratilac napona.
Jedinično pojačanje, beskonačno visoka ulazna impedansa i nulta izlazna impedansa čine repetitor idealnim baferskim stepenom (transformator impedancije).
Metoda otpornog balansiranja ovog kola zavisi od okolnosti. Ako R C= 0, zatim balun otpornik R CM uključuje se serijski sa neinvertujućim ulazom (Sl.5.5).
Štaviše, D u OUT je opisan izrazom (5.5). Ne-nula, ali poznati i fiksni unutrašnji otpor R C može se balansirati samo sa OS otpornicima, pod uslovom da R 1 R 2 /(R 1 +R 2)=R C. Međutim, u ovom slučaju će se promijeniti i pojačanje kola (5.8). Jednostavniji otpornici R 1 i R 2 treba odabrati na osnovu potrebnog pojačanja, a treba osigurati strujno balansiranje kola R CM spojen u seriju sa invertirajućim ulazom (sl. 5.6). Za ovu šemu
. (5.9)
Ako ima nedefiniranu i nestabilnu vrijednost, onda je bolje koristiti op-pojačalo sa ulaznim stepenom (diferencijalom) na tranzistorima s efektom polja.
 |
Da bi se smanjila potencijalna komponenta izlazne statičke greške D u OUT potrebno je ili koristiti odgovarajuće izlaze op-pojačala, ili, ako ih nema, balansirati kolo na ulazu (slika 5.7). Postavljanje nule u ovom krugu blago smanjuje njegovo pojačanje.
Kraj rada -
Ova tema pripada sekciji:
Analogni elektronski uređaji
Analogni elektronski uređaji. Dio II. Bilješke sa predavanja za studente specijalnosti "Radiotehnika" svih oblika obrazovanja..
Ako vam je potreban dodatni materijal na ovu temu, ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučujemo da koristite pretragu u našoj bazi radova:
Šta ćemo sa primljenim materijalom:
Ako vam se ovaj materijal pokazao korisnim, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:
| Tweet |
Sve teme u ovoj sekciji:
Svrha, parametri
Komparatori su najjednostavniji analogno-digitalni pretvarači (ADC), tj. uređaji koji konvertuju kontinuirani signal u diskretni signal; dizajnirani su za upoređivanje ulaznog signala
Osobine upotrebe poluvodičkih komparatora
Komparatori koji se najčešće koriste mogu se podijeliti u četiri grupe: opće upotrebe (K521SA2, K521SA5), precizni (K521SA3, K597SA3), brzi (K597SA1, K597SA2) i
Specijalizovani komparatori na bazi operacionih pojačala
Kada se porede niskofrekventni signali visoke preciznosti (desetine mikrovolti) sa minimalnom potrošnjom energije, upotreba komparatora baziranih na op-amp često je poželjnija.
Nešto mi je često počelo postavljati pitanja o analognoj elektronici. Da li je sesija vodila studente na jaja? ;) Dobro, krajnje je vrijeme da se pomjeri mali edukativni program. Konkretno, o radu operativnih pojačala. Šta je to, sa čime se jede i kako to izračunati.
Šta je
Operativno pojačalo je pojačalo sa dva ulaza, nevier ... hhm ... velikim pojačanjem signala i jednim izlazom. One. imamo U out = K * U in i K je idealno jednako beskonačnosti. U praksi, naravno, ima skromnijih brojeva. Recimo 1 000 000. Ali čak i takvi brojevi vas oduševljavaju kada ih pokušate direktno primijeniti. Dakle, kao u vrtiću jedna jelka, dve, tri, mnogo jelki - ovde imamo dosta pojačanja;) I to je to.
I postoje dva ulaza. I jedan od njih je ravan, a drugi inverzan.
Štaviše, ulazi su visokog otpora. One. njihova ulazna impedansa je jednaka beskonačnosti u idealnom slučaju i VEOMA u stvarnom životu. Račun tamo ide na stotine megaoma, pa čak i na gigaome. One. mjeri napon na ulazu, ali minimalno utiče. I možemo pretpostaviti da struja ne teče u op-amp.
U ovom slučaju, izlazni napon se izračunava kao:
U izlaz = (U 2 -U 1) * K
Očigledno, ako je napon na direktnom ulazu veći nego na inverznom, onda na izlazu plus beskonačnost. Inače će biti minus beskonačnost.
Naravno, u stvarnom kolu neće postojati plus i minus beskonačnost, a oni će biti zamijenjeni najvišim i najnižim mogućim naponom napajanja pojačala. I dobićemo:
Comparator
Uređaj koji vam omogućava da uporedite dva analogna signala i donesete presudu - koji je od signala veći. Već zanimljivo. Možete smisliti mnogo aplikacija za to. Inače, isti komparator je ugrađen u većinu mikrokontrolera, a pokazao sam kako ga koristiti na primjeru AVR-a u člancima i o stvaranju. Takođe, komparator je odličan za kreiranje.
Ali stvar nije ograničena na jedan komparator, jer ako uvedete povratnu informaciju, onda se od op-pojačala može učiniti mnogo.
Povratne informacije
Ako uzmemo signal sa izlaza i pošaljemo ga pravo na ulaz, onda će doći do povratne sprege.
Pozitivne povratne informacije
Uzmimo i ubacimo u direktni ulaz signal odmah sa izlaza.
- U1 napon je veći od nule - na izlazu -15 volti
- U1 napon je manji od nule - na izlazu +15 volti
Šta se dešava ako je napon nula? U teoriji, izlaz bi trebao biti nula. Ali u stvarnosti, napon NIKADA neće biti nula. Uostalom, čak i ako za jedan elektron naboj desnog nadmašuje naboj lijevog, onda je to već dovoljno da se potencijal kotrlja u izlaz uz beskonačno pojačanje. A na izlazu će početi pakao u obliku - signal tu i tamo skače brzinom nasumičnih poremećaja induciranih na ulazima komparatora.
Da bi se riješio ovaj problem, uvodi se histereza. One. svojevrsni jaz između prelaska iz jednog stanja u drugo. Za to se uvodi pozitivna povratna informacija, ovako:
 |
Smatramo da na inverznom ulazu u ovom trenutku postoji +10 volti. Na izlazu iz op-amp minus 15 volti. Na direktnom ulazu više nije nula, već mali dio izlaznog napona iz razdjelnika. Oko -1,4 volta Sada, dok napon na inverznom ulazu ne padne ispod -1,4 volta, izlaz op-pojačala neće promijeniti svoj napon. I čim napon padne ispod -1,4, izlaz op-pojačala će naglo skočiti na +15 i već će postojati pomak od +1,4 volta na direktnom ulazu.
A da bi se promijenio napon na izlazu komparatora, signal U1 će se morati povećati za čak 2,8 volti da bi došao do gornje trake od +1,4.
Postoji neka vrsta jaza gde nema osetljivosti, između 1,4 i -1,4 volta. Širina jaza se kontroliše omjerom otpornika u R1 i R2. Granični napon se izračunava kao Uout / (R1 + R2) * R1 Recimo da će 1 do 100 dati +/- 0,14 volti.
Ipak, operativna pojačala se češće koriste u načinu negativne povratne sprege.
Negativne povratne informacije
U redu, hajde da to postavimo drugačije:
 |
U slučaju negativne povratne informacije, op-pojačalo ima zanimljivu osobinu. Uvijek će pokušati podesiti svoj izlazni napon tako da ulazni naponi budu jednaki, što rezultira nultom razlikom.
Sve dok to nisam pročitao u velikoj knjizi od drugova Horowitza i Hilla, nisam mogao da se uklopim u rad OU. Ali ispostavilo se da je sve jednostavno.
Repeater
I imamo repetitor. One. na ulazu U 1, na inverznom ulazu U izlaz = U 1. Pa, ispada da je U out = U 1.
Postavlja se pitanje čemu nam tolika sreća? Bilo je moguće direktno baciti žicu i nikakvo op-amp ne bi bilo potrebno!
Moguće je, ali ne uvijek. Zamislite ovu situaciju, postoji senzor napravljen u obliku otpornog razdjelnika:
 |
Niži otpor mijenja svoju vrijednost, mijenja se distribucija izlaznih napona iz razdjelnika. I trebamo uzeti očitanja s njega voltmetrom. Ali voltmetar ima svoj unutarnji otpor, iako veliki, ali će promijeniti očitanja senzora. Štaviše, ako ne želimo voltmetar, ali želimo da sijalica promijeni svjetlinu? Ovdje već ne postoji način da se spoji sijalica! Stoga je izlaz baferovan od strane operativnog pojačala. Ulazna impedansa mu je ogromna i imaće minimalan učinak, a izlazna može dati sasvim opipljivu struju (desetine miliampera, pa čak i stotine), što je sasvim dovoljno da sijalica radi.
Općenito, možete pronaći aplikacije za repetitor. Posebno u preciznim analognim kolima. Ili gdje kola jednog stupnja mogu utjecati na rad drugog kako bi ih razdvojili.
Pojačalo
A sada napravimo fintu s našim ušima - uzmite našu povratnu informaciju i stavite je na zemlju kroz razdjelnik napona:
 |
Inverzni ulaz sada daje polovinu izlaznog napona. A pojačalo još treba da izjednači napone na svojim ulazima. Šta će morati da uradi? Tako je - podići napon na njegovom izlazu dvostruko više nego prije kako bi se kompenzirao rezultujući razdjelnik.
Sada će biti U 1 na pravoj liniji. Na inverzni U izlaz / 2 = U 1 ili U izlaz = 2 * U 1.
Stavimo djelitelj sa drugačijim omjerom - situacija će se promijeniti na isti način. Da ne biste vrtjeli formulu djelitelja napona u svom umu, odmah ću vam je dati:
U izlaz = U 1 * (1 + R 1 / R 2)
Mnemonički se pamti ono što se vrlo jednostavno dijeli na:
U ovom slučaju, ispada da ulazni signal ide kroz lanac otpornika R 2, R 1 do U out. U ovom slučaju, direktni ulaz pojačala je postavljen na nulu. Podsjećamo na ponašanje op-pojačala - on će pokušati, na zaviju ili prijevaru, osigurati da se na njegovom inverznom ulazu formira napon jednak direktnom ulazu. One. nula. Jedini način da to učinite je da smanjite izlazni napon ispod nule tako da se nula pojavi u tački 1.
Dakle. Zamislimo da je U out = 0. Do sada je jednak nuli. A napon na ulazu je, na primjer, 10 volti u odnosu na U out. Delitelj R 1 i R 2 će ga prepoloviti. Dakle, postoji pet volti u tački 1.
Pet volti nije nula i op-pojačalo smanjuje svoj izlaz sve dok ne bude nula u tački 1. Za to, izlaz bi trebao biti (-10) volti. U ovom slučaju, razlika u odnosu na ulaz će biti 20 volti, a razdjelnik će nam dati tačno 0 u tački 1. Dobili smo inverter.
Ali možete odabrati i druge otpornike tako da naš djelitelj daje druge koeficijente!
Općenito, formula dobitka za takvo pojačalo bit će sljedeća:
U izlaz = - U ulaz * R 1 / R 2
Pa, i mnemonička slika za brzo pamćenje xy iz xy.
Recimo da će U 2 i U 1 biti 10 volti svaki. Tada će u 2. tački biti 5 volti. A izlaz će morati biti takav da će u 1. točki također biti 5 volti. Odnosno nula. Dakle, ispada da je 10 volti minus 10 volti jednako nuli. Tako je :)
Ako U 1 postane 20 volti, onda bi izlaz trebao pasti na -10 volti.
Izračunajte sami - razlika između U 1 i U izlaza bit će 30 volti. Struja kroz otpornik R4 će biti (U 1 -U out) / (R 3 + R 4) = 30/20000 = 0,0015 A, a pad napona na otporniku R 4 će biti R 4 * I 4 = 10000 * 0,0015 = 15 volti ... Oduzmite pad od 15 volti od ulaznih 20 da biste dobili 5 volti.
Tako je naše op-pojačalo riješilo aritmetički problem od 10, oduzelo 20 i dobilo -10 volti.
Štaviše, problem ima koeficijente određene otpornicima. Samo što su kod mene, radi jednostavnosti, otpornici iste vrijednosti i stoga su svi koeficijenti jednaki jedinici. Ali u stvari, ako uzmemo proizvoljne otpornike, tada će ovisnost izlaza o ulazu biti sljedeća:
U izlaz = U 2 * K 2 - U 1 * K 1
K 2 = ((R 3 + R 4) * R 6) / (R 6 + R 5) * R 4
K 1 = R 3 / R 4
Mnemonička tehnika za pamćenje formule za izračunavanje koeficijenata je sljedeća:
Direktno prema šemi. Brojač razlomka je na vrhu, tako da dodajemo gornje otpornike u strujni krug i množimo s donjim. Imenilac je na dnu, pa dodajemo donje otpornike i množimo sa gornjim.
Ovdje je sve jednostavno. Jer tačka 1 se stalno smanjuje na 0, tada možemo pretpostaviti da su struje koje teku u nju uvijek jednake U / R, a struje koje ulaze u čvor broj 1 se zbrajaju. Odnos ulaznog otpornika i otpornika povratne sprege određuje težinu ulazne struje.
Grana može biti koliko hoćete, ali ja sam nacrtao samo dvije.
U izlaz = -1 (R 3 * U 1 / R 1 + R 3 * U 2 / R 2)
Otpornici na ulazu (R 1, R 2) određuju količinu struje, što znači ukupnu težinu ulaznog signala. Ako sve otpornike učinimo jednakima, kao što je moj, onda će težina biti ista, a faktor množenja svakog člana će biti 1. I U out = -1 (U 1 + U 2)
Neinvertujući sabirač
Ovdje je sve malo komplikovanije, ali izgleda.
 |
Uout = U 1 * K 1 + U 2 * K 2
K 1 = R 5 / R 1
K 2 = R 5 / R 2
Štaviše, otpornici u povratnoj sprezi trebaju biti takvi da jednačina R 3 / R 4 = K 1 + K 2
Općenito, na operacionim pojačavačima možete raditi bilo koju matematiku, sabirati, množiti, dijeliti, računati izvode i integrale. I gotovo trenutno. Analogni računari se prave na op-amp. Čak sam i vidio jednog takvog na petom spratu SUSU - budalu veličine sobe. Nekoliko metalnih ormara. Program se ukucava povezivanjem različitih blokova žicama :)
24. Invertujuće pojačalo za op.
25. Neinvertujuće pojačalo na op.
Šematski dijagram neinvertujućeg pojačala prikazan je na Sl. 9.6. Izraz za pojačanje napona za ovo kolo dobija se, na isti način kao i za prethodni, iz jednačina sastavljenih prema Kirchhoffovom zakonu
Uzimajući u obzir (9.13), izraz za dobit će imati oblik
Iz toga slijedi da je pojačanje napona u neinvertirajućem krugu pojačala uvijek veće od 1. Za razliku od invertujućeg pojačavača u ovom kolu, op-pojačalo je pokriveno nizom povratne sprege napona sekvencijalno na ulazu. Stoga je ulazna impedansa ovog kola mnogo veća od ulazne impedanse op-pojačala bez OS-a: 
Izlazna impedansa je određena, kao i za invertujuće pojačalo, prema (9.16).
26. Šema sabirača na op.
Kola za sabiranje uključuju kola za sabiranje i oduzimanje. Ova kola se koriste za rješavanje algebarskih jednadžbi i u uređajima za obradu analognih signala. Sabirač je uređaj na čijem se izlazu zbrajaju signali dostavljeni na njegove ulaze. Sabirci su napravljeni pomoću invertujućih i neinvertujućih pojačala.
Invertni sabirač
Invertujuće kolo sabirača sa tri ulazna signala prikazano je na Sl. 11.10. Radi jednostavnosti zaključivanja, pretpostavljamo da je R1 = R2 = R3 = Roc. 
Pošto idealno op-pojačalo ima K U → ∞, Rvx → ∞, a struja prednapona je vrlo mala u poređenju sa strujom povratne sprege, onda prema Kirchhoffovom zakonu I1 + I2 + I3 = Ios. (11.19) Zbog činjenice da invertujući ulaz ima praktično nulti potencijal, u njemu nema međusobnog uticaja ulaznih signala. Izraz (11.19) se može predstaviti kao Shodno tome, izlaz je obrnuti zbir ulaznih napona. Ako je R1 ≠ R2 ≠ R3, onda je izlaz obrnuti zbir ulaznih napona (11.20) sa različitim faktorima skale. Invertni sabirač kombinuje funkcije sabirača i pojačala zadržavajući jednostavnost kola. Otpornik R se koristi za kompenzaciju pomaka nule na izlazu op-ampa uzrokovanog vremenskim i temperaturnim fluktuacijama u ulaznoj struji. Otpor R je odabrana trenutna vrijednost tako da su ekvivalentni otpori povezani na ulaze op-ampa isti: R = Roc || R1 || R2 || R3. 
Neinvertujući sabirač
Kolo neinvertujućeg sabirača, koje je izgrađeno na bazi neinvertujućeg pojačala, prikazano je na sl. 11.11. Kako su pri U0 = 0 naponi na invertujućem i neinvertirajućem ulazu jednaki, tada
S obzirom da je RinxOU na neinvertujućem ulazu veoma velik, ulazna struja je 0. Prema Kirchhoffovom zakonu, možete napisati
Ako se u kolu (Sl. 11.11) signali i dalje dovode do invertirajućih ulaza, tada kolo izvodi operaciju sabiranja-oduzimanja. Da bi sabirač ispravno radio potrebno je izbalansirati invertujuće i neinvertirajuće pojačanje, tj. osigurati jednakost zbira dobitaka invertujućeg i neinvertirajućeg dijela kola.
27. Diferencijalno pojačalo na op.
Diferencijalno pojačalo (diferencijator) je dizajnirano da dobije izlazni signal proporcionalan brzini promjene ulaza. Prilikom diferenciranja signala, op-pojačalo mora proći samo AC komponentu ulaznog napona, a pojačanje diferencirajuće veze mora se povećati s povećanjem brzine promjene ulaznog napona. Krug diferencijatora, na čiji je ulaz spojen kondenzator C i otpornik u OS kolu, prikazan je na sl. 11.13. Pod pretpostavkom da je op-amp idealan, struja kroz povratni otpornik može se smatrati jednakom struji kroz kondenzator Is + Ir = 0,
, onda
Razmatrani diferencijator se rijetko koristi zbog sljedećih nedostataka:
1. Niska ulazna impedancija na visokim frekvencijama, određena kapacitivnošću C;
2. Relativno visok izlazni šum zbog visokog pojačanja na visokim frekvencijama;
3. Sklonost samouzbuđenju. (ovo kolo može biti nestabilno u frekvencijskom opsegu gdje se frekvencijski odziv diferencijatora (kriva 1 na slici 11.14), koji ima porast od 20 dB/dec, seče sa frekvencijskim odzivom korigovanog op-pojačala, koji ima roll-off od -20 dB/dec (kriva 2 na slici 11.14) Amplitudno-frekvencijska karakteristika sistema otvorene petlje u nekom dijelu frekvencijskog opsega ima 
opadanje od –40 dB/dec, što je određeno razlikom između nagiba krivulja 1 i 2, i fazni pomak ϕ = –180°, što ukazuje na mogućnost samopobude.)
Da bi se izbjegla manifestacija ovih nedostataka diferencijatora, uzimaju se sljedeća rješenja kola:
1. Otpornik povratne sprege se šantira kondenzatorom, čiji je kapacitet odabran tako da frekvencijski odziv operacijskog pojačala sa padom od -20 dB/dec počinje na frekvenciji većoj od maksimalne frekvencije korisnog diferencijalnog signala. Ovo rezultira smanjenjem visokofrekventnih komponenti šuma u izlaznom signalu. Ovaj segment počinje na frekvenciji f = 1 / (2πRocCoc).
2. Otpornik je povezan serijski sa ulaznim kondenzatorom C, koji ograničava pojačanje na visokim frekvencijama diferencijatora. Ovo osigurava dinamičku stabilnost i smanjuje ulaznu kapacitivnu struju iz izvora signala.
3. Upotreba operativnih pojačala sa niskim prednaponom i malim ulaznim strujama, kao i kondenzatora sa niskim strujama curenja i otpornika sa niskim šumom.
Prikazan je praktični dijagram diferencijatora i njegov frekventni odziv
pirinač. 11.15. Uvođenje otpornika R dovodi do pojave na frekvencijskom odzivu (kriva 1 na slici 11.15, b) horizontalnog preseka, gde nema diferencijacije na frekvencijama koje prelaze frekvenciju.
U neinvertirajućem pojačalu, ulazni signal se dovodi na neinvertirajući ulaz op-pojačala (+), ovo je glavna razlika između neinvertirajućeg pojačala na op-pojačalu od. U ovom slučaju, izvor signala "vidi" beskonačnu ulaznu impedanciju op-pojačala. Napon pomaka nule je nula, pa stoga invertirajući ulaz operativnog pojačala mora biti na istom potencijalu kao i neinvertirajući ulaz. Struja iz izlaza op-amp stvara pad napona na otporniku R G, koji mora biti jednak ulaznom naponu V IN.
Rice. 1. Neinvertirajuće op-pojačalo
Za izračunavanje izlaznog napona V OUT i pojačanja, koristit će se pravilo izračuna djelitelja napona:
Nakon transformacije dobija se izraz za dobit u sljedećem obliku:
Važno je napomenuti da izraz (2) sadrži samo denominacije pasivnih elemenata.
Ako je otpor otpornika R G odabran mnogo veći od R F, tada omjer (R F / R G) teži nuli, a pri nultom otporu R F izraz (2) se pretvara u
U ovom slučaju, neinvertujuće pojačalo se pretvara u bafer (sleditelj signala) sa jediničnim pojačanjem, sa beskonačnim ulaznim i nultim izlaznim otporom. Otpornik R G u ovom slučaju se također može isključiti iz kruga. U praksi, neka operativna pojačala mogu "izgorjeti" kada se uključe bez otpornika R F. Iz tog razloga, ovaj otpornik je prisutan u mnogim dizajnima bafera. Njegova funkcija je da zaštiti invertirajući ulaz od napona ograničavanjem struje na siguran nivo. Uobičajena vrijednost za ovaj otpornik je 20 kΩ. U krugovima pojačala s povratnom spregom, otpornik R F određuje stabilnost i uvijek je potreban. Međutim, nemojte biti lijeni i pregledajte tablicu podataka za op-amp. Ako je uključivanje tamo opisano kao na sl. 2 - slobodno koristite!
Pokazalo se da kada se koristi operacioni pojačavač u različitim sklopnim shemama, pojačanje stepena na jednom operacionom pojačalu (op-amp) zavisi samo od dubine povratne sprege. Stoga, formule za određivanje pojačanja određenog kola ne koriste pojačanje samog "golog" op-pojačala, da tako kažem. Odnosno, upravo taj ogroman koeficijent, koji je naznačen u referencama.
Tada je sasvim prikladno postaviti pitanje: "Ako konačni rezultat (pojačanje) ne zavisi od ovog ogromnog" referentnog "koeficijenta, koja je onda razlika između op-pojačala sa pojačanjem od nekoliko hiljada puta i sa isto op-amp, ali sa dobitkom od nekoliko stotina hiljada, pa čak i miliona?"
Odgovor je dovoljno jednostavan. U oba slučaja, rezultat će biti isti, pojačanje kaskade će biti određeno OOS elementima, ali u drugom slučaju (op-amp sa velikim pojačanjem), sklop radi stabilnije, preciznije, brzina ovakvih kola je mnogo veća. Nije uzalud što se op-pojačala dijele na op-pojačala opće upotrebe i precizna, precizna.
Kao što je već spomenuto, naziv "operativni" smatra se pojačalima koja su primljena u to daleko vrijeme, kada su se uglavnom koristila za obavljanje matematičkih operacija u analognim računarima (AVM). To su bile operacije sabiranja, oduzimanja, množenja, dijeljenja, kvadriranja i mnoge druge funkcije.
Ova pretpotopna op pojačala su napravljena na elektronskim cijevima, kasnije na diskretnim tranzistorima i drugim radio komponentama. Naravno, dimenzije čak i tranzistorskih operativnih pojačala bile su dovoljno velike da se koriste u amaterskim dizajnima.
I tek nakon što su, zahvaljujući dostignućima integrirane elektronike, op-pojačala postala veličine običnog tranzistora male snage, tada je upotreba ovih dijelova u kućnoj opremi i amaterskim krugovima postala opravdana.
Usput, moderna op-pojačala, čak i prilično visokog kvaliteta, imaju cijenu nešto više od dva ili tri tranzistora. Ova izjava se odnosi na op pojačala opće namjene. Precizna pojačala mogu koštati malo više.
Što se tiče krugova na op-pojačalu, vrijedi odmah napomenuti da su svi dizajnirani da se napajaju iz bipolarnog izvora napajanja. Ovaj način rada je najuobičajeniji za operacijsko pojačalo, omogućavajući pojačavanje ne samo signala naizmjeničnog napona, kao što je sinusoida, već i DC signala ili jednostavno napona.
Pa ipak, prilično često, napajanje strujnih krugova na op-amp je napravljeno od unipolarnog izvora. Istina, u ovom slučaju nije moguće povećati konstantni napon. Ali često se dešava da to jednostavno nije potrebno. Kasnije ćemo govoriti o krugovima s unipolarnim napajanjem, ali za sada ćemo nastaviti s krugovima za uključivanje op-pojačala s bipolarnim napajanjem.
Napon napajanja većine operativnih pojačala je najčešće unutar ± 15V. Ali to uopće ne znači da se ovaj napon ne može učiniti nešto nižim (veći se ne preporučuje). Mnoga operativna pojačala rade vrlo stabilno od ±3V, a neki modeli čak i od ±1.5V. Ova mogućnost je naznačena u tehničkoj dokumentaciji (DataSheet).
Pratilac napona
To je najjednostavniji uređaj na op-pojačalu u strujnom kolu, njegovo kolo je prikazano na slici 1.
Slika 1. Kolo sljedbenika napona na operacionom pojačalu
Lako je vidjeti da za stvaranje takvog kola nije bio potreban niti jedan detalj, osim samog op-pojačala. Istina, slika ne prikazuje priključak za napajanje, ali takav obris krugova nalazi se cijelo vrijeme. Jedino što bih želio napomenuti je da između pinova za napajanje op-amp (na primjer, za op-amp KR140UD708, to su pinovi 7 i 4) i zajednička žica treba biti spojena s kapacitetom od 0,01 .. 0,5 mkF.
Njihova svrha je da rad op-ampa učine stabilnijim, da se oslobode samopobuđenja kola u krugovima napajanja. Kondenzatori bi trebali biti povezani što je bliže moguće pinovima napajanja mikrokola. Ponekad je jedan kondenzator povezan na osnovu grupe od nekoliko mikro krugova. Isti kondenzatori se mogu vidjeti na pločama s digitalnim mikro krugovima, njihova namjena je ista.
Dobitak repetitora je jednak jedinici, ili, drugačije rečeno, nema nikakvog dobitka. Zašto je onda potrebna takva šema? Ovdje je sasvim prikladno zapamtiti da postoji tranzistorski krug - emiterski sljedbenik, čija je glavna svrha uskladiti kaskade s različitim ulaznim otporima. Takve kaskade (repetitori) se također nazivaju bafer kaskade.
Ulazna impedansa repetitora na op-amp izračunava se kao proizvod ulazne impedanse op-pojačala i njegovog pojačanja. Na primjer, za spomenuti UD708 ulazna impedansa je otprilike 0,5 MΩ, pojačanje je najmanje 30.000, a možda i više. Ako se ovi brojevi pomnože, tada je ulazni otpor 15GΩ, što je usporedivo s otporom ne baš kvalitetne izolacije, na primjer, papira. Ovako visok rezultat je malo vjerovatno da će se postići s konvencionalnim emiterskim sljedbenikom.
Kako opisi ne bi izazivali sumnje, ispod će biti prikazane slike koje prikazuju rad svih opisanih kola u programu Multisim simulatora. Naravno, sva ova kola mogu se sastaviti na prototipovima, ali ništa lošije rezultate možete postići ni na ekranu monitora.
Zapravo, ovdje je čak i malo bolje: ne morate se penjati negdje na policu da biste promijenili otpornik ili mikrokolo. Ovdje je sve, pa i mjerni uređaji, u programu, i "dobija" se uz pomoć miša ili tastature.
Na slici 2 prikazano je kolo repetitora napravljeno u programu Multisim.
Slika 2.
Proučavanje kruga je prilično jednostavno za izvođenje. Sinusoidni signal frekvencije 1KHz i amplitude 2V se primjenjuje na ulaz sljedbenika iz funkcijskog generatora, kao što je prikazano na slici 3.
Slika 3.
Signal na ulazu i izlazu repetitora posmatra se osciloskopom: ulazni signal se prikazuje kao plavi snop, a izlazni snop je crven.
Slika 4.
A zašto je, pitaće se pažljivi čitalac, izlazni (crveni) signal dvostruko veći od ulaznog plavog? Sve je vrlo jednostavno: sa istom osjetljivošću kanala osciloskopa, obje sinusoide iste amplitude i faze spajaju se u jednu, skrivaju se jedna iza druge.
Da bismo vidjeli oba odjednom, morali smo smanjiti osjetljivost jednog od kanala, u ovom slučaju ulaznog. Kao rezultat toga, plavi sinusni val postao je točno upola manji na ekranu i prestao se skrivati iza crvenog. Iako da biste postigli sličan rezultat, možete jednostavno pomjeriti zrake pomoću kontrola osciloskopa, ostavljajući osjetljivost kanala istom.
Obe sinusoide su simetrično locirane oko vremenske ose, što znači da je konstantna komponenta signala nula. Šta se događa ako dodate malu DC komponentu ulaznom signalu? Virtuelni generator vam omogućava da pomerite sinusni talas duž ose Y. Pokušajmo da ga pomerimo nagore za 500mV.
Slika 5.
Šta je iz toga proizašlo prikazano je na slici 6.
Slika 6.
Primjetno je da su ulazni i izlazni sinusoidi porasli za pola volta, a da se uopće ne mijenjaju. Ovo ukazuje da je repetitor takođe precizno prenio DC komponentu signala. Ali najčešće se pokušavaju riješiti ove konstantne komponente, učiniti je jednakom nuli, što omogućava izbjegavanje upotrebe takvih elemenata kola kao međufaznih kondenzatora za razdvajanje.
Repetitor je, naravno, dobar, pa čak i lijep: niti jedan dodatni detalj nije bio potreban (iako postoje krugovi repetitora s beznačajnim "dodatcima"), ali nisu dobili nikakvo pojačanje. Kakvo je onda pojačalo? Da biste dobili pojačalo, dovoljno je dodati samo nekoliko detalja, kako to učiniti bit će opisano dalje.
Invertujuće pojačalo
Da bi se od op-pojačala napravilo invertujuće pojačalo, dovoljno je dodati samo dva otpornika. Šta je iz toga proizašlo prikazano je na slici 7.
Slika 7. Šema invertujućeg pojačala
Dobitak takvog pojačala izračunava se po formuli K = - (R2 / R1). Znak minus ne znači da je pojačalo loše, već samo da će izlazni signal biti suprotan po fazi od ulaznog. Nije ni čudo što se pojačalo naziva invertiranjem. Ovdje bi bilo prikladno prisjetiti se tranzistora spojenog prema krugu s OE. I tu je izlazni signal na kolektoru tranzistora u antifazi sa ulaznim signalom koji se dovodi na bazu.
Ovdje je vrijedno prisjetiti se koliko će se truda morati uložiti da bi se dobila čista neiskrivljena sinusoida na kolektoru tranzistora. Potrebno je pravilno odabrati bias na osnovu tranzistora. To je obično prilično teško, ovisno o mnogim parametrima.
Kada koristite op-amp, dovoljno je jednostavno izračunati otpor otpornika prema formuli i dobiti specificirano pojačanje. Ispostavilo se da je postavljanje kruga op-amp mnogo lakše nego postavljanje više tranzistorskih stupnjeva. Stoga se ne treba bojati da shema neće raditi, neće raditi.
Slika 8.
Ovdje je sve isto kao na prethodnim slikama: ulazni signal je prikazan plavom bojom, a crvenom je iza pojačala. Sve odgovara formuli K = - (R2 / R1). Izlazni signal je u antifazi sa ulaznim signalom (što odgovara predznaku minus u formuli), a amplituda izlaznog signala je tačno dvostruko veća od ulaznog. To vrijedi i kada je omjer (R2 / R1) = (20/10) = 2. Da bi se pojačalo, na primjer, 10, dovoljno je povećati otpor otpornika R2 na 100KΩ.
Zapravo, krug invertujućeg pojačala može biti nešto složeniji, ova opcija je prikazana na slici 9.
Slika 9.
Ovdje se pojavio novi dio - otpornik R3 (radije, jednostavno je nestao iz prethodnog kruga). Njegova svrha je da kompenzira ulazne struje pravog op-pojačala kako bi se smanjila temperaturna nestabilnost konstantne komponente na izlazu. Vrijednost ovog otpornika se bira prema formuli R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).
Moderna visoko stabilna op-pojačala omogućavaju povezivanje neinvertirajućeg ulaza na zajedničku žicu direktno bez otpornika R3. Iako prisustvo ovog elementa neće učiniti ništa loše, ali u sadašnjem obimu proizvodnje, kada štede na svemu, radije ne instaliraju ovaj otpornik.
Formule za proračun invertujućeg pojačala prikazane su na slici 10. Zašto na slici? Da, samo radi jasnoće, u retku teksta ne bi izgledali tako poznato i razumljivo, ne bi bili toliko uočljivi.
Slika 10.
Dobitak je spomenut ranije. Ovdje su vrijedni pažnje samo ulazni i izlazni otpori neinvertujućeg pojačala. S ulaznim otporom, čini se da je sve jasno: ispada da je jednak otporu otpornika R1, ali će se izlazni otpor morati izračunati pomoću formule prikazane na slici 11.
Slovo K ”označava referentni koeficijent DT. Evo, molim vas, izračunajte kolika će biti izlazna impedansa. Ispostavit će se da je to prilično mala brojka, čak i za prosječnu OA tipa UD7 sa svojim K ” jednakim ne više od 30.000, naravno, u granicama, možete se povezati na ovu kaskadu.
Posebnu napomenu treba napraviti o jedinici u nazivniku formule za izračunavanje izlaznog otpora. Pretpostavimo da će omjer R2 / R1 biti, na primjer, 100. To je omjer koji će se dobiti u slučaju pojačanja invertnog pojačala 100. Ispada da ako se ova jedinica odbaci, onda se ništa neće bitno promijeniti . Zapravo to nije istina.
Pretpostavimo da je otpor otpornika R2 jednak nuli, kao što je slučaj sa repetitorom. Tada se, bez jedinice, cijeli imenilac pretvara u nulu, a izlazni otpor će biti ista nula. I ako se onda ispostavi da je ova nula negdje u nazivniku formule, kako naređujete dijeljenje s njom? Stoga je jednostavno nemoguće riješiti se ove naizgled beznačajne jedinice.
U jednom članku, čak i prilično velikom, ne možete sve napisati. Stoga ćete morati sve što se ne uklapa u sljedeći članak. Biće opisan neinvertujući pojačivač, diferencijalno pojačalo, pojačalo sa unipolarnim napajanjem. Tu će biti i opis jednostavnih kola za testiranje op-pojačala.
