Put od deset hiljada li počinje prvim korakom.
(kineska poslovica)
Bilo je uveče, nije bilo šta da se radi... I tako sam odjednom poželeo nešto da zalemim. Takav... Elektronski!.. Za lemljenje - tako za lemljenje. Postoji kompjuter, internet je povezan. Odabir šeme. I odjednom se ispostavi da su sheme za namjeravani predmet kočija i mala kolica. I svi su različiti. Bez iskustva, malo znanja. Koju odabrati? Neki od njih sadrže neku vrstu pravokutnika, trokuta. Pojačala, pa čak i operativna... Kako rade, nije jasno. Čudno!.. Šta ako pregori? Odabiremo ono što je jednostavnije, koristeći poznate tranzistore! Izabrali smo, zalemili, uključili ... POMOĆ !!! Ne radi!!! Zašto?
Jer "Jednostavnost je gora od krađe"! To je kao kompjuter: najbrži i najsofisticiraniji - igranje igara! A za kancelarijski rad dovoljno je i najjednostavnije. Tako je i sa tranzistorima. Nije dovoljno zalemiti strujni krug na njih. Takođe morate biti u mogućnosti da ga konfigurišete. Previše je zamki i grabulja. A to često zahtijeva iskustvo koje nikako nije početničko. Pa šta, odustati od uzbudljive aktivnosti? Daleko od toga! Samo se ne morate plašiti ovih "trouglova-pravougaonika". Ispostavilo se da je raditi s njima, u mnogim slučajevima, mnogo lakše nego s pojedinačnim tranzistorima. AKO ZNATE - KAKO!
Evo ovoga: razumijevanje kako operaciono pojačalo (op-amp, ili na engleskom OpAmp) radi, sada ćemo se pozabaviti. U ovom slučaju, njegov ćemo rad smatrati doslovno "na prstima", praktički bez upotrebe ikakvih formula, osim možda, osim zakona djeda Ohma: "Struja kroz dio kola ( I) je direktno proporcionalan naponu na njemu ( U) i obrnuto je proporcionalna njegovom otporu ( R)»:
I = U / R. (1)
Za početak, u principu, nije toliko važno kako je točno op-amp raspoređen unutra. Pretpostavimo samo da je u pitanju "crna kutija" sa nekakvim punjenjem. U ovoj fazi nećemo razmatrati parametre op-amp kao što su "napon pomaka", "napon pomaka", "odstupanje temperature", "karakteristike buke", "odnos odbijanja zajedničkog moda", "koeficijent suzbijanja talasa napona napajanja", " propusni opseg" itd. Svi ovi parametri bit će važni u sljedećoj fazi njegovog proučavanja, kada se osnovni principi njegovog rada "slože" u mojoj glavi, jer "na papiru je bilo glatko, ali su zaboravili na gudure" ...
Za sada, pretpostavimo da su parametri op-pojačala blizu idealnih i razmotrimo samo koji će signal biti na njegovom izlazu ako se neki signali primjenjuju na njegove ulaze.
Dakle, operaciono pojačalo (OA) je DC diferencijalno pojačalo sa dva ulaza (invertujući i neinvertujući) i jednim izlazom. Osim njih, op-amp ima strujne vodove: pozitivne i negativne. Ovih pet nalaza dostupno je u skoro bilo koje op-amp i suštinski su neophodni za njegov rad.
Op-amp ima ogroman dobitak, najmanje 50.000 ... 100.000, ali u stvarnosti - mnogo više. Stoga, kao prvu aproksimaciju, može se čak pretpostaviti da je jednako beskonačnosti.
Izraz "diferencijalno" ("različit" se sa engleskog prevodi kao "razlika", "razlika", "razlika") znači da na izlazni potencijal op-pojačala utiče isključivo razlika potencijala između njegovih ulaza, kako god od njihovih apsolutno vrijednosti i polariteti.
Termin "DC" znači da pojačava ulazne signale op-pojačala počevši od 0 Hz. Gornji frekvencijski raspon (frekvencijski raspon) signala pojačanih pomoću op-pojačala ovisi o mnogim razlozima, kao što su frekvencijske karakteristike tranzistora od kojih se sastoji, pojačanje kola izgrađenog pomoću op-pojačala, itd. Ali ovo pitanje je već izvan okvira početnog upoznavanja s njegovim radom i neće se ovdje razmatrati.
Ulazi op-pojačala imaju vrlo veliku ulaznu impedanciju, jednaku desetinama / stotinama MegaOhma, ili čak GigaOhma (a samo u zauvijek nezaboravnom K140UD1, pa čak iu K140UD5 bio je samo 30 ... 50 kOhm). Tako visoka impedansa ulaza znači da oni praktično nemaju uticaja na ulazni signal.
Stoga, uz veliki stepen aproksimacije teorijskom idealu, možemo pretpostaviti da struja ne teče na ulaze op-pojačala ... To - prvo važno pravilo koje se primjenjuje kada se analizira rad op-pojačala. Molimo zapamtite dobro o čemu se radi samo OU sama, ali ne sheme sa svojom primjenom!
Šta znače pojmovi "invertiranje" i "neinvertiranje"? U odnosu na to šta se definiše inverzija, i uopšte, kakva je to "životinja" - inverzija signala?
Prevedeno s latinskog, jedno od značenja riječi "inversio" je "okretanje", "puč". Drugim riječima, inverzija je zrcalna slika ( zrcaljenje) signala u odnosu na horizontalnu X-os(vremenska os). Na sl. 1 prikazuje nekoliko od mnogih mogućih varijanti inverzije signala, gdje je direktni (ulazni) signal označen crvenom bojom, a invertirani (izlazni) signal plavom bojom.
Rice. 1 Razumijevanje inverzije signala
Posebno treba napomenuti da se do nulte linije (kao na sl. 1, A, B) inverzija signala nije vezano! Signali mogu biti invertirani i asimetrični. Na primjer, oba se nalaze samo u području pozitivnih vrijednosti (slika 1, C), što je tipično za digitalne signale ili sa unipolarnim napajanjem (o tome će biti riječi kasnije), ili su oba djelomično u pozitivnim a djelimično u negativnim područjima (sl. 1, B, E). Moguće su i druge opcije. Glavni uslov je njihovo međusobno spekularnost u odnosu na neki proizvoljno odabrani nivo (na primjer, umjetna središnja tačka, o čemu će također biti riječi dalje). Drugim riječima, polaritet signal takođe nije odlučujući faktor.
Op-pojačala su prikazana na šematskim dijagramima na različite načine. U inostranstvu su OU ranije prikazivane, a sada se vrlo često prikazuju u obliku jednakokračnog trougla (sl. 2, A). Invertujući ulaz je simbol minus, a neinvertujući ulaz je simbol plus unutar trougla. Ovi simboli uopće ne znače da na odgovarajućim ulazima potencijal treba biti pozitivniji ili negativniji nego na drugom. Oni jednostavno pokazuju kako izlazni potencijal reagira na potencijale primijenjene na ulaze. Kao rezultat toga, lako se mogu zamijeniti s utičnicama, što može biti neočekivana "grablja", posebno za početnike.
Rice. 2 varijante uslovnih grafičkih slika (UGO)
operacionih pojačivača
U sistemu domaćih konvencionalnih grafičkih slika (UGO), pre stupanja na snagu GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), OU su takođe prikazani u obliku trougla, samo je invertni ulaz bio predstavljen inverzijom. simbol - krug na raskrsnici izlaza sa trokutom (slika 2, B), a sada - u obliku pravougaonika (slika 2, C).
Prilikom označavanja op-pojačala na dijagramima, invertirajući i neinvertirajući ulaz se mogu zamijeniti ako je to zgodnije, međutim, tradicionalno se invertirajući ulaz prikazuje na vrhu, a neinvertirajući ulaz je prikazan na dnu. Pinovi za napajanje su obično uvijek postavljeni na jedan način (pozitivni na vrhu, negativni na dnu).
Operativna pojačala se gotovo uvijek koriste u krugovima s negativnom povratnom spregom (NF).
Povratna informacija je efekat napajanja dela izlaznog napona pojačala na njegov ulaz, gde se on algebarski (uzimajući u obzir predznak) dodaje ulaznom naponu. Princip sumiranja signala će biti razmotren u nastavku. U zavisnosti od toga na koji se ulaz op-pojačala, invertujući ili neinvertujući, dovodi povratna sprega, razlikuje se negativna povratna sprega (OOS), kada se deo izlaznog signala dovodi na invertujući ulaz (Sl. 3, A) ili pozitivna povratna sprega (PIC), kada se dio izlaznog signala dovodi na neinvertirajući ulaz (slika 3, B).
Rice. 3 Princip formiranja povratnih informacija (OS)
U prvom slučaju, pošto je izlaz inverzan ulazu, oduzima se od ulaza. Kao rezultat toga, ukupni dobitak pozornice je smanjen. U drugom slučaju, dodaje se na ulaz, povećava se ukupni dobitak pozornice.
Na prvi pogled može izgledati da PIC ima pozitivan učinak, a OOS je potpuno beskoristan poduhvat: zašto smanjiti dobit? Upravo to su mislili američki ispitivači patenata kada je 1928. Harold S. Black pokušao patentirati OOS. Međutim, žrtvujući pojačanje, značajno poboljšavamo druge važne parametre kola, kao što su njegova linearnost, frekvencijski opseg, itd. Što je OOS dublji, to manje karakteristike cijelog kola zavise od karakteristika op-pojačala.
Ali PIC (uzimajući u obzir vlastito ogromno pojačanje op-pojačala) ima suprotan učinak na karakteristike kola i najneugodnije je to što uzrokuje njegovo samopobuđenje. Naravno, koristi se i namjerno, na primjer, u generatorima, komparatorima s histerezom (više o tome kasnije), itd., ali općenito, njegov učinak na rad kola za pojačavanje s op-pojačivačima je prilično negativan i zahtijeva vrlo pažljiva i razumna analiza.njegove primjene.
Pošto OA ima dva ulaza, sledeći glavni tipovi njegovog uključivanja su mogući pomoću OOS-a (slika 4):
Rice. 4 Osnovne šeme za uključivanje op-amp
a) invertovanje (Sl. 4, A) - signal se dovodi na invertujući ulaz, a neinvertujući je povezan direktno na referentni potencijal (ne koristi se);
b) neinvertirajući (Sl. 4, B) - signal se dovodi na neinvertujući ulaz, a invertujući je direktno povezan na referentni potencijal (ne koristi se);
v) diferencijal (Sl. 4, B) - signali se primenjuju na oba ulaza, invertujući i neinvertujući.
Za analizu rada ovih šema treba uzeti u obzir sekunda najvažniji pravilo, kojem podliježe rad OA: Izlaz operacionog pojačala teži da osigura da razlika napona između njegovih ulaza bude nula.
Međutim, bilo koja formulacija bi trebala biti neophodno i dovoljno da se ograniči čitav podskup slučajeva pokornosti. Gornja formulacija, uz svoj "klasicizam", ne daje nikakvu informaciju o tome na koje ulaze izlaz "želi da utiče". Na osnovu toga, ispada da op-amp izgleda izjednačava napone na svojim ulazima, napajajući im napon odnekud "iznutra".
Ako pažljivo pogledate dijagrame na sl. 4, može se vidjeti da se OOS (preko Roos-a) u svim slučajevima pokreće sa izlaza samo na invertirajući ulaz, što nam daje razlog da preformulišemo ovo pravilo na sljedeći način: Napon uključen izlaz op-pojačala pokrivenog OOS-om teži da osigura da je potencijal na invertirajućem ulazu jednak potencijalu na neinvertirajućem ulazu.
Na osnovu ove definicije, “master” za bilo koje uključivanje OA sa OOS je neinvertujući ulaz, a “slave” je invertujući.
Kada se opisuje rad op-pojačala, potencijal na njegovom invertirajućem ulazu se često naziva "virtuelna nula" ili "virtualna srednja tačka". Prevod latinske riječi "virtus" znači "imaginarni", "imaginarni". Virtuelni objekat se ponaša blisko ponašanju sličnih objekata materijalne stvarnosti, tj. za ulazne signale (zbog delovanja OOS) invertujući ulaz se može smatrati direktno povezanim sa istim potencijalom na koji je neinvertujući ulaz takođe povezan. Međutim, "virtualna nula" je samo poseban slučaj, koji se odvija samo uz bipolarno napajanje op-pojačala. Kada se koristi unipolarno napajanje (o čemu će biti riječi u nastavku), i u mnogim drugim shemama preklapanja, neće biti nula ni na neinvertirajućim niti na invertirajućim ulazima. Stoga, hajde da se složimo da ovaj termin nećemo koristiti, jer ometa početno razumijevanje principa OS-a.
Sa ove tačke gledišta, analiziraćemo šeme prikazane na Sl. 4. U ovom slučaju, da bismo pojednostavili analizu, pretpostavit ćemo da su naponi napajanja i dalje bipolarni, jednaki jedan drugom po veličini (recimo, ± 15 V), sa srednjom tačkom (zajednička magistrala ili "zemlja"), u odnosu na kojim ćemo mjeriti ulazni i izlazni napon. Osim toga, analiza će se vršiti na jednosmjernoj struji, jer promjenjivi naizmjenični signal u svakom trenutku može se također predstaviti kao uzorak DC vrijednosti. U svim slučajevima, povratna informacija preko Roosa se dovodi sa izlaza op-pojačala na njegov invertujući ulaz. Jedina razlika je koji od ulaza se napaja ulaznim naponom.
A) Invertovanje uključivanje (slika 5).
Rice. 5 Princip rada op-amp u invertnoj vezi
Potencijal na neinvertirajućem ulazu je nula, jer povezan je sa središnjom tačkom ("zemljom"). Ulazni signal jednak +1 V u odnosu na srednju tačku (od GB) primjenjuje se na lijevi terminal ulaznog otpornika Rin. Pretpostavimo da su otpori Roos i Rin međusobno jednaki i iznose 1 kOhm (njihov ukupni otpor je 2 kOhm).
Prema pravilu 2, invertirajući ulaz mora imati isti potencijal kao neutralni neinvertirajući ulaz, tj. 0 V. Prema tome, na Rin se primjenjuje napon od +1 V. Prema Ohmovom zakonu, struja će teći kroz njega Iin.= 1 V / 1000 Ohm = 0,001 A (1 mA). Smjer toka ove struje je prikazan strelicom.
Budući da su Roos i Rin uključeni razdjelnikom, a prema pravilu 1, ulazi op-pojačala ne troše struju, onda da bi napon bio 0 V na sredini ovog razdjelnika, napon mora biti primijenjen na desni terminal Roos oduzeti 1 V, i struja koja teče kroz njega Ioos takođe treba da bude jednak 1 mA. Drugim riječima, napon od 2 V se primjenjuje između lijevog Rin terminala i desnog Roosovog terminala, a struja koja teče kroz ovaj razdjelnik je 1 mA (2 V / (1 kΩ + 1 kΩ) = 1 mA), tj. I in. = I oos .
Ako se na ulaz primijeni negativan napon, izlaz op-pojačala će imati pozitivan napon. Sve je isto, samo će strelice koje pokazuju tok struje kroz Roosa i Rina biti usmjerene u suprotnom smjeru.
Dakle, s jednakim ocjenama Roosa i Rin, napon na izlazu op-ampa će biti jednak naponu na njegovom ulazu po veličini, ali obrnut u polarnosti. I dobili smo invertovanje repetitor ... Ovaj sklop se često koristi ako trebate invertirati primljeni signal pomoću sklopova koji su, u principu, invertori. Na primjer, logaritamska pojačala.
Sada, zadržavajući vrijednost Rin jednaku 1 kOhm, povećamo otpor Roos na 2 kOhm sa istim ulaznim signalom +1 V. Ukupni otpor razdjelnika Roos + Rin povećao se na 3 kOhm. Da bi potencijal od 0 V ostao na svojoj srednjoj tački (jednak potencijalu neinvertujućeg ulaza), ista struja (1 mA) mora teći kroz Roosa kao i kroz Rin. Stoga bi pad napona na Roos-u (napon na izlazu op-amp) već trebao biti 2 V. Na izlazu op-pojačala napon je jednak minus 2 V.
Povećajmo Roosovu ocjenu na 10 kOhm. Sada će napon na izlazu op-pojačala pod istim drugim uvjetima već biti 10 V. Konačno smo dobili invertovanje pojačalo
! Njegov izlazni napon je veći od ulaznog napona (drugim riječima, pojačanje Ku) onoliko puta koliko je otpor Roos veći od otpora Rin. Koliko god se zakleo da neću koristiti formule, neka je ipak prikaže u obliku jednadžbe:
Ku = - Uout / Uin = - Roos / Rin. (2)
Znak minus ispred razlomka na desnoj strani jednačine samo znači da je izlazni signal invertiran u odnosu na ulazni signal. I ništa više!
Sada povećajmo otpor Roos na 20 kOhm i analizirajmo šta se dešava. Prema formuli (2), sa Ku = 20 i ulaznim signalom od 1 V, izlaz bi trebao imati napon od 20 V. Ali nije ga bilo! Prethodno smo pretpostavili da je napon napajanja našeg op-ampa samo ± 15 V. Ali ni 15 V se ne može dobiti (zašto je malo niži). "Ne možete skočiti iznad glave (napon napajanja)!" Kao rezultat takve zloupotrebe ocjena kola, izlazni napon op-pojačala "počiva" na naponu napajanja (izlaz op-pojačala prelazi u zasićenje). Ravnoteža jednakosti struja kroz razdjelnik RoosRin ( Iin. = Ioos) se naruši, na invertirajućem ulazu pojavljuje se potencijal koji se razlikuje od potencijala na neinvertirajućem ulazu. Pravilo 2 prestaje da važi.
Input otpor invertujuće pojačalo jednak otporu Rin, jer sva struja iz izvora ulaznog signala (GB) teče kroz njega.
Zamenimo sada konstantu Roos sa promenljivom, sa nominalnom vrednošću od, recimo, 10 kOhm (slika 6).
Rice. 6 Kolo invertujućeg pojačivača promjenjivog pojačanja
Sa desnom (prema dijagramu) položajem njegovog klizača, pojačanje će biti Roos / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Pomicanjem Roosovog klizača ulijevo (smanjivanjem njegovog otpora), pojačanje kola će smanjiti i, konačno, na svom krajnjem lijevom položaju, postat će jednak nuli, pošto će brojilac u gornjoj formuli postati nula u bilo koji vrijednost nazivnika. Izlaz će također biti nula za bilo koju vrijednost i polaritet ulaznog signala. Ovo se često koristi u krugovima audio pojačanja, kao što su mikseri, gdje morate podesiti pojačanje od nule.
B) Neinvertirajući uključivanje (slika 7).
Rice. 7 Princip rada op-amp u neinvertirajućoj vezi
Lijevi Rin pin je spojen na srednju tačku ("uzemljenje"), a ulazni signal jednak +1 V se primjenjuje direktno na neinvertirajući ulaz. Budući da su nijanse analize gore "žvakane", ovdje ćemo obratiti pažnju samo na značajne razlike.
U prvoj fazi analize uzimamo i otpore Roos i Rin jednake jedni drugima i jednake 1 kOhm. Jer na neinvertirajućem ulazu potencijal je +1 V, tada prema pravilu 2 isti potencijal (+1 V) mora biti na invertirajućem ulazu (prikazano na slici). Da biste to učinili, mora postojati napon od +2 V na desnom terminalu Roosovog otpornika (izlaz op-amp). Iin. i Ioos, jednak 1 mA, sada protiče kroz otpornike Roos i Rin u suprotnom smjeru (prikazano strelicama). Imamo ga neinvertirajući pojačalo sa dobitkom od 2 jer ulaz od +1 V proizvodi izlaz od +2 V.
Čudno, zar ne? Ocene su iste kao kod invertne veze (jedina razlika je što se signal dovodi na drugi ulaz), a pojačanje je očigledno. To ćemo shvatiti malo kasnije.
Sada povećavamo Roos vrijednost na 2 kOhm. Za održavanje ravnoteže struja Iin. = Ioos a potencijal invertujućeg ulaza je +1 V, izlaz op-pojačala bi već trebao biti +3 V. Ku = 3 V / 1 V = 3!
Ako uporedimo vrijednosti Ku sa neinvertirajućom vezom s invertirajućom, s istim ocjenama Roosa i Rin, ispada da je dobitak u svim slučajevima veći za jedan. Izvodimo formulu:
Ku = Uout / Uin + 1 = (Roos / Rin) + 1 (3)
Zašto se ovo dešava? Vrlo je jednostavno! NF radi na isti način kao kod invertirajuće veze, ali prema pravilu 2, potencijal neinvertirajućeg ulaza uvijek se dodaje potencijalu invertujućeg ulaza u neinvertirajućoj vezi.
Dakle, sa uključenim neinvertujućim uključivanjem, ne možete dobiti pojačanje jednako 1? Zašto ne - možete. Smanjimo Roosovu denominaciju, na isti način kao što smo analizirali Sl. 6. Sa svojom nultom vrijednošću - kratkim spojem izlaza sa invertirajućim ulazom (slika 8, A), prema pravilu 2, izlaz će imati takav napon da je potencijal invertujućeg ulaza jednak potencijalu invertujućeg ulaza. neinvertujući ulaz, odnosno +1 V. Dobijamo: Ku = 1 V / 1 V = 1 (!) Pa, pošto invertujući ulaz ne troši struju i nema razlike potencijala između njega i izlaza, onda struja ne teče u ovom kolu.
Rice. 8 Šema za uključivanje op-pojačala kao pratioca napona
Rin postaje generalno suvišan, jer spojen je paralelno sa opterećenjem na kojem bi trebao raditi izlaz op-pojačala i njegova izlazna struja će teći kroz njega potpuno uzalud. A šta će se dogoditi ako napustite Roos, ali uklonite Rin (Slika 8, B)? Tada, u formuli za pojačavanje Ku = Roos / Rin + 1, otpor Rin teoretski postaje blizak beskonačnosti (u stvarnosti, naravno, ne, jer postoje curenja na ploči, a ulazna struja op-pojačala, iako zanemarljivo, je nula. nije jednako), a omjer Roos/Rin je jednak nuli. Samo jedan ostaje u formuli: Ku = + 1. Možete li dobiti dobit manju od jedan za ovo kolo? Ne, manje neće raditi ni pod kojim okolnostima. “Ekstra” jedinicu u formuli dobitka na krivulji koza ne može izbjeći ...
Nakon što smo uklonili sve "dodatne" otpornike, dobijamo sklop neinvertirajući repetitor prikazano na sl. 8, B.
Na prvi pogled, takva šema nema praktičnog smisla: zašto nam treba jedno, pa čak i neinverzno "pojačavanje" - šta, ne možete samo dalje hraniti signal ??? Međutim, takve šeme se koriste prilično često i evo zašto. Prema pravilu 1, struja ne teče na ulaze op-amp, tj. ulazna impedansa neinvertujući repetitor je veoma velik - tih desetina, stotina pa čak i hiljada megoma (isto važi i za kolo na slici 7)! Ali izlazna impedancija je vrlo mala (ohmske frakcije!). Izlaz op-pojačala puše svom snagom, pokušavajući, prema pravilu 2, da održi isti potencijal na invertirajućem ulazu kao i na neinvertirajućem. Jedino ograničenje je dozvoljena izlazna struja op-amp.
Ali sa ovog mjesta ćemo se pomaknuti malo u stranu i malo detaljnije razmotriti pitanje izlaznih struja op-ampa.
Za većinu op-pojačala široko rasprostranjene upotrebe, tehnički parametri pokazuju da otpor opterećenja povezanog na njihov izlaz ne bi trebao biti manji 2 kΩ. Više - koliko je potrebno. Za mnogo manji broj, to je 1 kOhm (K140UD…). To znači da u najgorim uslovima: maksimalni napon napajanja (na primjer, ± 16 V ili ukupno 32 V), opterećenje povezano između izlaza i jedne od šina za napajanje i maksimalni izlazni napon suprotnog polariteta, napon od oko 30 Na opterećenje će se primijeniti V. struja kroz njega će biti: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Ne tako malo, ali ni toliko. Srećom, većina operativnih pojačala opšte namjene ima ugrađenu zaštitu od prekomjerne struje — tipično 25 mA maksimalne izlazne struje. Zaštita sprječava pregrijavanje i kvar op-pojačala.
Ako naponi napajanja nisu maksimalno dozvoljeni, tada se minimalni otpor opterećenja može proporcionalno smanjiti. Na primjer, kada se napaja od 7,5 ... 8 V (ukupno 15 ... 16 V), može biti 1 kOhm.
V) Diferencijal uključivanje (slika 9).
Rice. 9 Princip rada op-amp u diferencijalnoj vezi
Dakle, recimo da se sa istim Rin i Roosovim vrijednostima jednakim 1 kOhm, isti naponi jednaki +1 V primjenjuju na oba ulaza kola (slika 9, A). Budući da su potencijali na obje strane otpornika Rin jednaki jedan drugom (napon na otporniku je 0), struja ne teče kroz njega. To znači da je struja kroz otpornik Roos također jednaka nuli. Odnosno, ova dva otpornika ne obavljaju nikakvu funkciju. U stvari, dobili smo neinvertujući repetitor (uporedite sa slikom 8). U skladu s tim, na izlazu dobijamo isti napon kao na neinvertirajućem ulazu, tj. +1 V. Promijenite polaritet ulaznog signala na invertujućem ulazu kola (okrenite GB1) i primijenite minus 1 V (Sl. 9, B). Sada se između Rin terminala primjenjuje napon od 2 V i kroz njega teče struja Iin= 2 mA (nadam se da ću detaljno opisati, zašto to više nije potrebno?). Kako bi se kompenzirala ova struja, struja od 2 mA također mora teći kroz Roosa. A za to, izlaz op-pojačala mora imati napon od +3 V.
Ovdje se manifestirao zlonamjerni "cerinac" dodatne 1 u formuli za pojačanje neinvertirajućeg pojačala. Ispostavilo se da sa ovim pojednostavljeno Diferencijalno prebacivanje, razlika u pojačanju konstantno pomiče izlazni signal za iznos potencijala na neinvertirajućem ulazu. Problem sa! Međutim, "Čak i ako ste pojedeni, još uvijek imate najmanje dvije mogućnosti." To znači da nekako moramo izjednačiti dobitke invertirajućih i neinvertirajućih inkluzija kako bismo "neutralizirali" ovu dodatnu jedinicu.
Da bismo to uradili, primenimo ulazni signal na neinvertujući ulaz ne direktno, već preko razdelnika Rin2, R1 (slika 9, B). Također ćemo prihvatiti njihove denominacije od 1 kΩ svaka. Sada će na neinvertirajućem (a samim tim i na invertirajućem) ulazu op-ampa postojati potencijal od +0,5 V, struja će teći kroz njega (i Roos) Iin = Ioos= 0,5 mA, za koji izlaz op-pojačala mora imati napon jednak 0 V. Postigli smo ono što smo željeli! Ako su signali na oba ulaza kola jednaki po veličini i polaritetu (u ovom slučaju, +1 V, ali će isto vrijediti za minus 1 V i za sve druge digitalne vrijednosti), izlaz op-pojačala će zadržati nulti napon jednak razlici između ulaznih signala ...
Provjerimo ovo razmišljanje primjenom signala negativnog polariteta minus 1 V na invertirajući ulaz (slika 9, D). Gde Iin = Ioos= 2 mA, za koji izlaz mora biti +2 V. Sve je potvrđeno! Nivo izlaznog signala odgovara razlici između ulaznih signala.
Naravno, ako su Rin1 i Roos jednaki (respektivno, Rin2 i R1), nećemo dobiti nikakav dobitak. Da biste to učinili, morate povećati ocjene Roos i R1, kao što je učinjeno u analizi prethodnih uključivanja OS-a (neću ponavljati), a trebalo bi strogo posmatra se odnos:
Roos / Rin1 = R1 / Rin2. (4)
Dakle, šta koristimo od takvog uključivanja u praksi? I dobijamo divno svojstvo: izlazni napon ne ovisi o apsolutnim vrijednostima ulaznih signala, ako su međusobno jednaki po veličini i polaritetu. Na izlazu se prima samo razlika (diferencijalni) signal. Ovo omogućava da se vrlo mali signali pojačaju u pozadini smetnji koje jednako djeluju na oba ulaza. Na primjer, signal s dinamičkog mikrofona u pozadini 50 Hz industrijske frekvencije mrežnog podizača.
Međutim, nažalost, u ovom buretu meda postoji muha. Prvo, jednakost (4) se mora poštovati vrlo striktno (do desetih, a ponekad čak i stotih delova procenta!). U suprotnom će doći do neravnoteže struja koje djeluju u kolu, pa će se, osim diferenciranih ("antifaznih") signala, pojačati i kombinirani ("infazni") signali.
Hajde da shvatimo suštinu ovih pojmova (slika 10).
Rice. 10 Fazni pomak signala
Faza signala je vrijednost koja karakterizira pomak početka perioda signala u odnosu na početak vremena. Pošto su i početak vremena i početak perioda nasumično odabrani, faza jedan periodično signal nema fizičko značenje. Međutim, fazna razlika između njih periodično signali su veličina koja ima fizičko značenje, odražava kašnjenje jednog od signala u odnosu na drugi. Šta se smatra početkom perioda nije bitno. Početna tačka perioda može se uzeti kao nula sa pozitivnim nagibom. Možete - maksimalno. Sve je u našoj moći.
Na sl. 9 crvena označava originalni signal, zelena - pomaknuta za ¼ perioda u odnosu na original, a plava - za ½ perioda. Ako uporedimo crvenu i plavu krivulju sa krivuljama na sl. 2, B, onda možete vidjeti da su međusobno inverzi... Dakle, "infazni signali" su signali koji se poklapaju jedan s drugim u svakoj tački, a "antifazni signali" su inverzno jedni prema drugima.
Istovremeno, koncept inverziješire od koncepta faza pošto ovo drugo se odnosi samo na redovno ponavljajuće, periodične signale. I koncept inverzije primjenjiv na sve signale, uključujući neperiodične, kao što su zvučni signal, digitalni niz ili konstantni napon. To faza je konzistentna vrijednost, signal mora biti periodičan barem u nekom intervalu. U suprotnom, i faza i period pretvaraju se u matematičke apstrakcije.
Drugo, invertujući i neinvertujući ulazi u diferencijalnoj vezi sa jednakim ocenama Roos = R1 i Rin1 = Rin2 imaće različite ulazne otpore. Ako je ulazni otpor invertujućeg ulaza određen samo ocjenom Rin1, tada je neinvertirajući ulaz određen ocjenama dosljedno uključen Rin2 i R1 (zar niste zaboravili da ulazi op-pojačala ne troše struju?). U gornjem primjeru, oni će biti 1 i 2 kΩ, respektivno. A ako povećamo Roos i R1 da bismo dobili potpuni stepen pojačala, tada će se razlika još značajnije povećati: s Ku = 10 - do, respektivno, istih 1 kOhm i čak 11 kOhm!
Nažalost, u praksi obično postavljaju apoene Rin1 = Rin2 i Roos = R1. Međutim, ovo je prihvatljivo samo ako su izvori signala za oba ulaza vrlo niski. izlazna impedansa... U suprotnom, on formira djelitelj sa ulaznom impedancijom ovog stepena pojačala, a budući da će omjer podjele takvih "razdjelnika" biti drugačiji, rezultat je očigledan: diferencijalno pojačalo s takvim otpornicima neće obavljati svoju funkciju potiskivanja uobičajenih - način rada (kombinovanih) signala, ili loše obavljanje ove funkcije...
Jedan od načina za rješavanje ovog problema može biti nejednakost vrijednosti otpornika povezanih na invertirajući i neinvertirajući ulaz op-amp. Naime, da je Rin2 + R1 = Rin1. Druga važna tačka je postizanje tačnog poštovanja jednakosti (4). To se po pravilu postiže podjelom R1 na dva otpornika - konstantni, obično 90% tražene snage i varijabilni (R2), čiji otpor iznosi 20% tražene snage (slika 11, A).
Rice. 11 Opcije balansiranja diferencijalnog pojačala
Način je općenito prihvaćen, ali opet, kod ove metode balansiranja, doduše neznatno, ali se ulazni otpor neinvertirajućeg ulaza mijenja. Mnogo stabilnija je varijanta sa uključivanjem trim-otpornika (R5) u seriju sa Roosom (slika 11, B), budući da Roos ne učestvuje u formiranju ulaznog otpora invertujućeg ulaza. Glavna stvar je zadržati omjer njihovih denominacija, slično opciji "A" (Roos / Rin1 = R1 / Rin2).
Čim smo pričali o diferencijalnoj komutaciji i pomenutim repetitorima, želeo bih da opišem jedno zanimljivo kolo (slika 12).
Rice. 12 Uključeno invertujuće / neinvertirajuće kolo repetitora
Ulazni signal se primjenjuje istovremeno na oba ulaza kola (invertirajući i neinvertirajući). Ocjene svih otpornika (Rin1, Rin2 i Roos) su međusobno jednake (u ovom slučaju, uzmimo njihove stvarne vrijednosti: 10 ... 100 kOhm). Neinvertujući ulaz op-amp sa SA ključem može se zatvoriti na zajedničku magistralu.
U zatvorenom položaju ključa (slika 12, A), otpornik Rin2 ne učestvuje u radu kola (samo struja teče kroz njega "beskorisno" Iin2 od izvora signala do zajedničke magistrale). Dobijamo invertujući repetitor sa dobitkom od minus 1 (vidi sliku 6). Ali sa otvorenom pozicijom SA ključa (slika 12, B) dobijamo neinvertujući repetitor sa dobitkom od +1.
Princip rada ovog kola može se izraziti na malo drugačiji način. Kada je SA prekidač zatvoren, radi kao invertujuće pojačalo sa pojačanjem od minus 1, a kada je otvoren radi kao istovremeno(!) i kao invertujuće pojačalo sa pojačanjem, minus 1, i kao neinvertujuće pojačalo sa pojačanjem +2, odakle: Ku = +2 + (–1) = +1.
U ovom obliku, ovaj sklop se može koristiti ako, na primjer, u fazi projektovanja, polaritet ulaznog signala nije poznat (recimo, od senzora koji nije dostupan prije početka postavljanja uređaja). Međutim, ako se kao ključ koristi tranzistor (na primjer, efekt polja), koji se upravlja iz ulaznog signala pomoću komparator(o tome ćemo govoriti u nastavku), onda ćemo dobiti sinhroni detektor(sinhroni ispravljač). Konkretna implementacija takve sheme, naravno, nadilazi početno upoznavanje s radom op-ampa i nećemo je ovdje ponovo razmatrati detaljno.
A sada pogledajmo princip zbrajanja ulaznih signala (slika 13, A), a istovremeno shvatimo koje vrijednosti otpornika Rin i Roos trebaju biti u stvarnosti.
Rice. 13 Princip rada invertnog sabirača
Uzimamo kao osnovu invertujuće pojačalo o kojem smo već govorili (slika 5), samo što povezujemo ne jedan, već dva ulazna otpornika Rin1 i Rin2 na ulaz op-amp. Do sada, u "obrazovne" svrhe, uzimamo otpore svih otpornika, uključujući Roos, jednake 1 kOhm. Ulazne signale jednake +1 V dovodimo na lijeve terminale Rin1 i Rin2. Kroz ove otpornike teku struje od 1 mA (prikazano strelicama s lijeva na desno). Da bi se održao isti potencijal na invertujućem ulazu kao i na neinvertujućem ulazu (0 V), struja jednaka zbiru ulaznih struja (1 mA +1 mA = 2 mA) mora teći kroz Roos otpornik, označen sa strelica koja pokazuje u suprotnom smjeru (s desna na lijevo), za što mora postojati napon od minus 2 V na izlazu op-amp.
Isti rezultat (izlazni napon minus 2 V) može se dobiti ako se na ulaz invertujućeg pojačavača stavi +2 V (slika 5), ili se vrijednost Rin prepolovi, tj. do 500 oma. Povećajmo napon primijenjen na otporniku Rin2 na +2 V (slika 13, B). Na izlazu dobijamo napon od minus 3 V, što je jednako zbroju ulaznih napona.
Ne mogu biti dva ulaza, već koliko god želite. Princip rada ovog kola se neće promijeniti iz ovoga: izlazni napon u svakom slučaju će biti direktno proporcionalan algebarskom zbiru (uzimajući u obzir predznak!) struja koje prolaze kroz otpornike spojene na invertni ulaz op. -amp (obrnuto proporcionalno njihovim ocjenama), bez obzira na njihov broj.
Međutim, ako se na ulaze invertujućeg sabirača primjenjuju signali jednaki +1 V i minus 1 V (slika 13, B), tada će struje koje teku kroz njih biti u suprotnim smjerovima, međusobno će se kompenzirati i izlaz će biti 0 V. Kroz otpornik Roos u ovom slučaju neće teći struja. Drugim riječima, struja koja teče kroz Roosa algebarski se sumira sa unos struje.
Ovo također dovodi do važne stvari: dok smo radili s malim ulaznim naponima (1 ... 3 V), izlaz široko rasprostranjenog op-pojačala bi mogao osigurati takvu struju (1 ... 3 mA) za Roosa i ostalo je još nešto za opterećenje spojeno na izlaz op-pojačala. Ali ako se napon ulaznih signala poveća na maksimalno dopušteni (blizu napona napajanja), onda se ispostavlja da će cijela izlazna struja ići na Roos. Za teret neće ostati ništa. Kome treba pojačivački stepen koji radi "za sebe"? Osim toga, vrijednosti ulaznog otpornika od samo 1 kΩ (odnosno, određivanje ulaznog otpora stupnja invertujućeg pojačala) zahtijevaju prekomjerno visoke struje da teku kroz njih, koje jako opterećuju izvor signala. Stoga, u stvarnim kolima, otpor Rin se bira najmanje 10 kOhm, ali poželjno ne više od 100 kOhm, tako da pri datom faktoru pojačanja Roos ne bi trebao biti postavljen previsoko. Iako ove vrijednosti nisu apsolutne, već samo približne, kako kažu, "u prvoj aproksimaciji" - sve ovisi o specifičnoj shemi. U svakom slučaju, nepoželjno je da struja teče kroz Roos veću od 5...10% maksimalne izlazne struje ovog konkretnog op-pojačala.
Zbrojeni signali se također mogu primijeniti na neinvertirajući ulaz. Ispostavilo se neinvertujući sabirač... U principu, takav sklop će raditi na isti način kao invertni sabirač, čiji će izlaz biti signal koji je direktno proporcionalan ulaznim naponima i obrnuto proporcionalan vrijednostima ulaznih otpornika. Međutim, u praksi se koristi mnogo rjeđe, jer sadrži "grablje" koje treba uzeti u obzir.
Pošto pravilo 2 vrijedi samo za invertirajući ulaz, na koji djeluje "virtualni nulti potencijal", tada će neinvertirajući ulaz imati potencijal jednak algebarskom zbiru ulaznih napona. Stoga će ulazni napon dostupan na jednom od ulaza utjecati na napon primijenjen na druge ulaze. Ne postoji „virtualni potencijal“ na neinvertujućem ulazu! Kao rezultat toga, morate koristiti dodatne trikove sa sklopovima.
Do sada smo razmatrali kola bazirana na OA sa OOS. A što ako se povratne informacije u potpunosti uklone? U ovom slučaju dobijamo komparator(Sl. 14), odnosno uređaj koji u apsolutnoj vrijednosti upoređuje dva potencijala na svojim ulazima (od engleske riječi uporedi- uporedi). Na njegovom izlazu će se pojaviti napon koji se približava jednom od napona napajanja, ovisno o tome koji je od signala veći od drugog. Obično se na jedan od ulaza primjenjuje ulazni signal, a na drugi jednosmjerni napon s kojim se upoređuje (tzv. "referentni napon"). Može biti bilo koji, uključujući potencijal jednak nuli (slika 14, B).
Rice. 14 Šema uključivanja op-pojačala kao komparatora
Međutim, nije sve tako dobro "u Kraljevini Danskoj"... Ali šta se dešava ako je napon između ulaza nula? U teoriji, izlaz bi također trebao biti nula, ali u stvarnosti - nikad... Ako potencijal na jednom od ulaza čak i malo nadmašuje potencijal drugog, onda će to već biti dovoljno za haotične skokove napona na izlazu zbog slučajnih smetnji induciranih na ulazima komparatora.
U stvarnosti, svaki signal je "šuman", jer ne može postojati ideal po definiciji. A u području blizu tačke jednakosti potencijala ulaza, na izlazu komparatora pojavit će se nalet izlaznih signala umjesto jednog jasnog prebacivanja. Za borbu protiv ovog fenomena često se uvodi komparator histereza stvaranjem slabog pozitivnog PIC-a sa izlaza na neinvertujući ulaz (slika 15).
Rice. 15 Princip rada histereze u komparatoru zbog PIC-a
Hajde da analiziramo rad ove šeme. Njegov napon napajanja je ± 10 V (za ravnomjerno brojanje). Otpor Rin je 1 kOhm, a Rpos je 10 kOhm. Potencijal središnje točke se bira kao referentni napon koji se dovodi na invertirajući ulaz. Crvena kriva prikazuje ulazni signal koji stiže na lijevi Rin pin (ulaz sheme komparator), plava - potencijal na neinvertirajućem ulazu op-amp i zelena - izlazni signal.
Dok ulazni signal ima negativan polaritet, izlazni je negativan napon, koji se preko Rpos dodaje ulaznom naponu obrnuto proporcionalno vrijednostima odgovarajućih otpornika. Kao rezultat toga, potencijal neinvertujućeg ulaza u cijelom rasponu negativnih vrijednosti je 1 V (apsolutna vrijednost) veći od razine ulaznog signala. Čim se potencijal neinvertirajućeg ulaza izjednači s potencijalom invertujućeg (za ulazni signal će biti +1 V), napon na izlazu op-pojačala će početi prelaziti s negativnog polariteta na pozitivan. Ukupni potencijal na neinvertirajućem ulazu će početi lavina postanu još pozitivniji podržavajući ovaj proces prebacivanja. Kao rezultat toga, komparator jednostavno neće "primijetiti" beznačajne fluktuacije buke ulaznog i referentnog signala, jer će oni biti mnogo redova veličine manji po amplitudi od opisanog "koraka" potencijala na neinvertirajućem ulazu prilikom prebacivanja .
Kada se ulazni signal smanji, doći će do obrnutog prebacivanja izlaznog signala komparatora na ulaznom naponu minus 1 V. To je razlika između nivoa ulaznog signala koji dovodi do prebacivanja izlaza komparatora, koji je u našem slučaju jednak ukupno 2 V, i zove se histereza... Što je veći otpor Rpos u odnosu na Rin (što je manja dubina PIC-a), to je manja histereza prebacivanja. Dakle, sa Rpos = 100 kΩ to će biti samo 0,2 V, a sa Rpos = 1 MΩ - 0,02 V (20 mV). Histereza (PIC dubina) se bira na osnovu stvarnih radnih uslova komparatora u određenom kolu. U kojoj će i 10 mV biti puno, a u kojoj - i 2 V nije dovoljno.
Nažalost, ne može se svako op-pojačalo i ne u svim slučajevima koristiti kao komparator. Specijalizovana komparatorna mikro kola su dostupna za usklađivanje analognih i digitalnih signala. Neki od njih su specijalizovani za povezivanje na digitalna TTL mikro kola (597CA2), neki - na digitalna ECL mikro kola (597CA1), ali većina je tzv. "Komparatori široke primjene" (LM393 / LM339 / K554CA3 / K597CA3). Njihova glavna razlika od op-pojačala leži u posebnom uređaju izlaznog stupnja, koji je napravljen na tranzistoru otvorenog kolektora (slika 16).
Rice. 16 Izlazni stepen za komparatore opšte namene
i njegovu vezu sa pull-up otpornikom
To zahtijeva obaveznu upotrebu eksternog uređaja otpornik opterećenja(R1), bez kojeg izlazni signal jednostavno fizički nije u stanju da formira visok (pozitivan) izlazni nivo. Napon + U2, na koji je spojen otpornik opterećenja, može se razlikovati od napona napajanja + U1 samog mikrokruga komparatora. Ovo vam omogućava da obezbedite željeni nivo izlaznog signala na jednostavan način - bilo da je to TTL ili CMOS.
Bilješka U većini komparatora, čiji primjer može biti dvostruki LM393 (LM193 / LM293) ili potpuno isto kolo, ali četverostruki LM339 (LM139 / LM239), emiter tranzistora izlaznog stupnja spojen je na negativni terminal napajanja, što donekle ograničava njihov obim. S tim u vezi, skrećem vam pažnju na komparator LM31 (LM111 / LM211), čiji je analog domaći 521 / 554CA3, u kojem su odvojeno izvedeni i kolektor i emiter izlaznog tranzistora, koji može se povezati na druge napone osim napona napajanja samog komparatora. Jedini i relativni nedostatak mu je što je samo jedan u 8-pinskom (ponekad u 14-pinskom) kućištu. |
Do sada smo razmatrali kola u kojima je ulazni signal dolazio na ulaz(ove) preko Rin, tj. svi su bili pretvarači unos napon u vikend voltaža isto. U ovom slučaju, ulazna struja je tekla kroz Rin. A šta će se dogoditi ako se njegov otpor uzme jednakim nuli? Kolo će raditi na isti način kao i invertujuće pojačalo o kojem je gore raspravljano, samo će izlazni otpor izvora signala (Rout) služiti kao Rin, i dobijamo konverter unos struja v vikend voltaža(Sl. 17).
Rice. 17 Kolo pretvarača struje u napon na op-amp
Budući da je potencijal na invertirajućem ulazu isti kao i na neinvertirajućem ulazu (u ovom slučaju jednak je "virtuelnoj nuli"), cjelokupna ulazna struja ( Iin) će teći kroz Roos između izlaza izvora signala (G) i izlaza op-pojačala. Ulazna impedancija takvog kruga je blizu nule, što omogućava izgradnju mikro / miliampermetara na njegovoj osnovi, koji praktički ne utječu na struju koja teče kroz mjereni krug. Možda je jedino ograničenje dozvoljeni opseg ulaznog napona op-ampa, koji se ne smije prekoračiti. Također se može koristiti za izgradnju, na primjer, linearnog fotodiodnog strujno-naponskog pretvarača i mnogih drugih kola.
Ispitali smo osnovne principe rada op-pojačala u različitim shemama njegovog uključivanja. Ostaje jedno važno pitanje: njihov ishrana.
Kao što je gore navedeno, op-pojačalo obično ima samo 5 pinova: dva ulaza, izlaz i dva priključka za napajanje, pozitivan i negativan. U opštem slučaju koristi se bipolarno napajanje, odnosno napajanje ima tri terminala sa potencijalima: + U; 0; –U.
Još jednom, pažljivo razmotrite sve gore navedene brojke i vidite da postoji odvojeni izlaz srednje tačke u op-amp NO ! Da bi njihova unutrašnja kola radila, to jednostavno nije potrebno. U nekim kolima je neinvertirajući ulaz bio povezan na središnju tačku, međutim, to nije pravilo.
dakle, overwhelming većina moderna op-pojačala su dizajnirana za napajanje UNIPOLAR tenzija! Postavlja se prirodno pitanje: "Zašto nam je onda potrebna bipolarna prehrana" ako smo je tako uporno i sa zavidnom dosljednošću prikazivali na crtežima?
Ispostavilo se da je samo vrlo udobno u praktične svrhe iz sljedećih razloga:
A) Da bi se osigurala dovoljna struja i ljuljanje izlaznog napona preko opterećenja (Sl. 18).
Rice. 18 Protok izlazne struje kroz opterećenje sa različitim opcijama op-amp napajanja
Za sada nećemo razmatrati ulazna (i OOS) kola kola prikazanih na slici („crna kutija“). Uzmimo zdravo za gotovo da se neka vrsta ulaznog sinusoidnog signala (crni sinusni val na grafovima) dovodi na ulaz, a izlaz je isti sinusoidni signal, pojačan u odnosu na sinusni val ulazne boje na grafovima).
Kada je opterećenje priključeno Rload. između izlaza op-pojačala i sredine priključka napajanja (GB1 i GB2) - sl. 18, A, struja kroz opterećenje teče simetrično oko srednje tačke (odnosno, crvenog i plavog polutalasa), i njena amplituda je maksimalna, a amplituda napona na Ropterećenju. takođe maksimalno moguće - može dostići skoro napone napajanja. Struja iz izvora napajanja odgovarajućeg polariteta je zatvorena kroz op-amp, Rload. i napajanje (crvene i plave linije koje pokazuju strujni tok u odgovarajućem smjeru).
Budući da je unutrašnji otpor izvora napajanja op-amp vrlo mali, struja kroz opterećenje ograničena je samo njegovim otporom i maksimalnom izlaznom strujom op-pojačala, koja je tipično 25 mA.
Kada se op-pojačalo napaja unipolarnim naponom, zajednički autobus obično se bira negativni (minus) pol napajanja, na koji je priključen drugi izlaz opterećenja (slika 18, B). Sada struja kroz opterećenje može teći samo u jednom smjeru (prikazano crvenom linijom), drugi smjer jednostavno nema odakle doći. Drugim riječima, struja kroz opterećenje postaje asimetrična (pulsirajuća).
Nemoguće je jednoznačno reći da je ova opcija loša. Ako je opterećenje, recimo, dinamička glava, onda je to nedvosmisleno loše za nju. Međutim, postoje mnoge primjene kada je povezivanje opterećenja između izlaza op-pojačala i jedne od šina za napajanje (obično negativnog polariteta) ne samo prihvatljivo, već i jedino moguće.
Ako je ipak potrebno osigurati simetriju strujnog toka kroz opterećenje s unipolarnim napajanjem, tada ga je potrebno galvanski izolirati od izlaza op-amp s galvanskim kondenzatorom C1 (slika 18, B).
B) Da bi se osigurala potrebna struja invertujućeg ulaza, kao i vezivanja neke ulazne signale proizvoljno izabrani nivo, prihvaćeno za referencu (nula) - podešavanje režima rada OS jednosmernom strujom (slika 19).
Rice. 19 Povezivanje izvora ulaznog signala s različitim opcijama napajanja op-amp
Sada razmotrimo opcije za povezivanje ulaznih izvora, isključujući priključak opterećenja iz razmatranja.
Pri analizi prethodnih dijagrama uzeto je u obzir povezivanje invertujućeg i neinvertujućeg ulaza na sredinu priključka izvora napajanja (slika 19, A). Ako neinvertujući ulaz ne troši struju i jednostavno prihvata potencijal srednje tačke, tada kroz izvor signala (G) i Rin, povezane u seriju, struja teče, zatvarajući se kroz odgovarajući izvor napajanja! A budući da su njihovi unutrašnji otpori zanemarivi u poređenju sa ulaznom strujom (mnogo redova veličine manji od Rin), onda to praktično nema uticaja na napon napajanja.
Dakle, sa unipolarnim napajanjem op-ampa, moguće je sasvim mirno formirati potencijal koji se dovodi na njegov neinvertujući ulaz pomoću razdjelnika R1R2 (Sl. 19, B, C). Tipične snage otpornika ovog razdjelnika su 10 ... 100 kΩ, a vrlo je poželjno da se donji (povezan na zajedničku negativnu magistralu) šantira kondenzatorom od 10 ... 22 μF kako bi se značajno smanjio efekat talasanje napona napajanja na potencijal takvog vještački midpoint.
Ali vrlo je nepoželjno spajati izvor signala (G) na ovu umjetnu središnju tačku zbog iste ulazne struje. Hajde da procenimo. Čak i kod razdjelnika R1R2 = 10 kOhm i Rin = 10 ... 100 kOhm, ulazna struja Iinće u najboljem slučaju biti 1/10, au najgorem - do 100% struje koja prolazi kroz razdjelnik. Posljedično, potencijal na neinvertirajućem ulazu u kombinaciji (infazi) sa ulaznim signalom će "plutati" za isti iznos.
Da bi se eliminisao međusobni uticaj ulaza jednih na druge pri pojačavanju jednosmernih signala sa takvim uključivanjem, za izvor signala treba urediti poseban potencijal veštačke srednje tačke formirane otpornicima R3R4 (slika 19, B), ili, ako AC signal se pojačava, izvor signala treba galvanski izolovati od invertnog ulaznog kondenzatora C2 (Sl. 19, B).
Treba napomenuti da smo u gornjim dijagramima (sl. 18, 19) podrazumevano pretpostavili da izlazni signal treba da bude simetričan ili oko sredine izvora napajanja ili veštačke srednje tačke. U stvarnosti, to nije uvijek potrebno. Često želite da izlazni signal ima pretežno pozitivan ili negativan polaritet. Stoga uopće nije potrebno da pozitivni i negativni polaritet napajanja budu jednaki u apsolutnoj vrijednosti. Jedan od njih može imati znatno manju apsolutnu vrijednost od drugog - samo da bi se osigurao normalan rad op-pojačala.
Postavlja se prirodno pitanje: "Kako tačno?" Da bismo odgovorili na njega, razmotrimo ukratko dozvoljene naponske opsege ulaznih i izlaznih signala op-amp.
Za bilo koje op-pojačalo, izlazni potencijal ne može biti veći od pozitivne dovodne tračnice i niži od negativne tračnice napajanja. Drugim riječima, izlazni napon ne može ići dalje od napona napajanja. Na primjer, za operacijsko pojačalo OPA277, izlazni napon sa otporom opterećenja od 10 kΩ manji je od pozitivne napojne tračnice za 2 V i negativne tračnice napajanja za 0,5 V. Širina ovih "mrtvih zona" izlaznog napona , koju izlaz op-pojačala ne može doseći, ovisi o serijskim faktorima kao što su kola izlaznog stupnja, otpor opterećenja, itd.). Postoje operacijska pojačala koja imaju minimalne mrtve zone, na primjer, 50 mV do napona šine napajanja pri opterećenju od 10 kΩ (za OPA340), ova karakteristika se naziva rail-to-rail (R2R).
S druge strane, za op-pojačala široke upotrebe, ulazni signali također ne bi trebali prelaziti napon napajanja, a za neke biti manji od njih za 1,5...2 V. Međutim, postoje op-pojačala sa specifičnim sklopom ulaznog stepena (na primjer, isti LM358 / LM324) , koji može raditi ne samo sa nivoa negativnog napajanja, već čak i "minus" za 0,3 V, što uvelike olakšava njihovu upotrebu s unipolarnim napajanjem sa zajedničkim negativna sabirnica.
Hajde da konačno pogledamo i osjetimo ove "paukove bube". Možete čak i njuškati i lizati. dajem dozvolu. Razmotrite njihove najčešće opcije dostupne početnicima radio-amaterima. Štaviše, ako morate odlemiti op-amp od stare opreme.
Za op-pojačalo starih dizajna, koji su bez greške zahtijevali vanjska kola za korekciju frekvencije, kako bi se spriječilo samopobuđenje, bilo je karakteristično prisustvo dodatnih vodova. Zbog toga se neka operaciona pojačala nisu ni "uklopila" u 8-izvodno kućište (Sl. 20, A) i napravljena su u 12-izvodnim okruglim metalno-staklenim, na primjer K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Sl. 20, B) ili c 14-pinski DIP paketi, na primjer, K140UD20, K157UD2 (slika 20, B). Skraćenica DIP je skraćenica od engleskog izraza "Dual In line Package" i prevodi se kao "dvostrani paket".
Okruglo kućište od metalnog stakla (Sl. 20, A, B) korišćeno je kao glavno za uvozna op-pojačala do sredine 70-ih, a za domaća op-pojačala - do sredine 80-ih i sada se koristi za tzv. "Vojne" prijave ("5. prijem").
Ponekad su domaća op-pojačala bila smeštena u prilično „egzotičnim“ za sadašnjim kućištima: 15-olovni pravougaoni metal-staklo za hibridni K284UD1 (Sl. 20, D), u kojem je ključ dodatno 15. izvod iz kućišta, i drugi . Istina, ja lično nikada nisam sreo planarne 14-pinske pakete (slika 20, D) za smještaj op-pojačala. Korišćeni su za digitalna mikro kola.
Rice. 20 Kućišta domaćih operativnih pojačala
Moderna op-pojačala, uglavnom, sadrže korektivne krugove direktno na kristalu, što je omogućilo upravljanje s minimalnim brojem pinova (kao primjer - 5-pinski SOT23-5 za jedno op-pojačalo - sl. 23). To je omogućilo da se u jednom pakovanju smjeste dva ili četiri potpuno nezavisna (osim uobičajenih pinova za napajanje) op-pojačala napravljena na jednom kristalu.
Rice. 21 Dvoredna plastična kućišta modernih izlaznih op-pojačala (DIP)
Ponekad možete pronaći op-pojačala smještena u jednorednim 8-izvodnim (Sl. 22) ili 9-izvodnim paketima (SIP) - K1005UD1. Skraćenica SIP je skraćenica od engleskog izraza "Single In line Package" i prevodi se kao "jednostrani paket".
Rice. 22 Jednoredno plastično kućište sa dva op-pojačala za izlaznu montažu (SIP-8)
Dizajnirani su da minimiziraju otisak na ploči, ali su nažalost kasnili: do tog vremena, SMD (Surface Mounting Device) paketi su postali široko rasprostranjeni lemljenjem direktno na staze ploče (slika 23). Međutim, za početnike njihova upotreba predstavlja značajne poteškoće.
Rice. 23 Kućišta modernih uvoznih op-pojačala za površinsku montažu (SMD)
Vrlo često isto mikrokolo proizvođač može „upakovati“ u različite slučajeve (slika 24).
Rice. 24 Opcije za postavljanje istog mikrokola u različitim slučajevima
Zaključci svih mikrokola su uzastopno numerisani, računajući od tzv. "Ključ" koji označava lokaciju pina broj 1. (Sl. 25). V bilo koji ako uredite kućište sa provodnicima Guranje, njihova numeracija ide uzlaznim redom protiv u smjeru kazaljke na satu!
Rice. 25 pinout-a za operacijsko pojačalo
u raznim zgradama (pinout), pogled odozgo;
smjer numeracije je prikazan strelicama
U okruglim metalno-staklenim kućištima ključ ima oblik bočne izbočine (sl. 25, A, B). Sa lokacije ovog ključa moguće su ogromne "grablje"! Kod domaćih 8-odvodnih kućišta (302.8), ključ se nalazi nasuprot prvog terminala (Sl. 25, A), au uvoznom TO-5 - nasuprot osmom terminalu (Sl. 25, B). U pakovanju od 12 izvoda, domaćim (302.12) i uvoznim, ključ se nalazi između prvi i 12. zaključak.
Obično je invertujući ulaz, kako u okruglim metalnim staklom tako iu DIP kućištima, povezan na 2. pin, neinvertujući ulaz na 3., izlaz na 6., minus napajanje na 4. i napajanje opskrba plus do 7. Međutim, postoje izuzeci (još jedna moguća "grablja"!) u pinoutu OU K140UD8, K574UD1. Kod njih je numeracija pinova pomaknuta za jednu suprotno od kazaljke na satu u odnosu na općenito prihvaćenu za većinu drugih tipova, tj. spojeni su na terminale, kao u uvoznim slučajevima (Sl. 25, B), a numeracija odgovara domaćim (Sl. 25, A).
Poslednjih godina, većina OS „upotreba u domaćinstvu” počela je da se stavlja u plastične kutije (sl. 21, 25, V-D). U tim slučajevima, ključ je ili udubljenje (točka) nasuprot prve igle, ili izrez na kraju kućišta između prve i 8. (DIP-8) ili 14. (DIP-14) iglica, ili zakošena ivica duž prva polovina igle (sl. 21, sredina). Numeracija pinova u ovim paketima također ide protiv u smjeru kazaljke na satu kada se gleda odozgo (sa zaključcima iz sebe).
Kao što je gore pomenuto, interno korigovana operaciona pojačala imaju samo pet pinova, od kojih samo tri (dva ulaza i izlaz) pripadaju svakom pojedinačnom operativnom pojačalu. To je omogućilo postavljanje dva potpuno nezavisna op-pojačala (Sl. 25, D) na jednu matricu u jednom 8-izvodnom paketu, osim za plus i minus napajanje, za koje su potrebna još dva izvoda, pa čak četiri u 14-izvodnom -pakovanje olova (Sl. 25, D). Kao rezultat toga, trenutno se većina op-pojačala proizvodi najmanje dvostruko, na primjer, TL062, TL072, TL082, jeftini i jednostavni LM358, itd. Potpuno isto u unutrašnjoj strukturi, ali četverostruko - TL064, TL074, TL084 i LM324 , odnosno.
Što se tiče domaćeg analoga LM324 (K1401UD2), postoji još jedna "grabulja": ako se u LM324 napajanje plus dovodi na 4. pin, a minus na 11., onda u K1401UD2, naprotiv: snaga plus se dovodi na 11. pin, a minus - na 4. Međutim, ova razlika ne uzrokuje nikakve poteškoće s ožičenjem. Pošto je pinout pinova op-ampa potpuno simetričan (slika 25, E), potrebno je samo da okrenete kućište za 180 stepeni tako da pin 1 zauzme mesto pina 8. I to je sve.
Nekoliko riječi o označavanju uvoznih operacijskih pojačala (i ne samo operativnih pojačala). Za niz razvoja prvih 300 digitalnih oznaka, bilo je uobičajeno da se grupa kvaliteta označava prvom znamenkom digitalnog koda. Na primjer, LM158 / LM258 / LM358 op-amp, LM193 / LM293 / LM393 komparator, TL117 / TL217 / TL317 podesivi tri-pinski stabilizatori, itd. su potpuno identični u unutrašnjoj strukturi, ali se razlikuju u temperaturnom radnom rasponu. Za LM158 (TL117), raspon radne temperature je od minus 55 do + 125 ... 150 stepeni Celzijusa (tzv. "borbeni" ili vojni raspon), za LM258 (TL217) - od minus 40 do +85 stepeni ( "industrijski" opseg) i za LM358 (TL317) - od 0 do +70 stepeni ("domaćinski" opseg). Istovremeno, cijena za njih može biti potpuno neusklađena s takvom gradacijom ili se vrlo malo razlikovati ( nedokučivi načini određivanja cijena!). Tako da ih možete kupiti sa bilo kojom oznakom koja je dostupna za početnički džep, bez posebno jurnjave za prve tri.
Nakon iscrpljivanja prvih tri stotine digitalnih oznaka, grupe pouzdanosti su počele da se označavaju slovima, čije je značenje dešifrovano u tablicama podataka (Datasheet doslovno prevodi kao "tabela podataka") za ove komponente.
Zaključak
Tako smo proučili "abecedu" op-pojačala, uhvativši malo komparatora. Zatim morate naučiti kako sastaviti riječi, rečenice i čitave smislene "kompozicije" (izvodljive sheme) od ovih "slova".
Nažalost, "nemoguće je shvatiti neizmjernost." Ako je materijal predstavljen u ovom članku pomogao da se shvati kako te "crne kutije" rade, onda je dalje udubljivanje u analizu njihovog "punjenja", utjecaja ulaznih, izlaznih i prolaznih karakteristika zadatak za naprednije proučavanje. Informacije o tome su detaljne i detaljno opisane u nizu postojeće literature. Kao što je djed Vilijam od Okama govorio: "Ne bi trebalo da umnožavate entitete preko onoga što je neophodno." Nema potrebe ponavljati ono što je već dobro opisano. Samo ne treba biti lijen i pročitati.
11.http: //www.texnic.ru/tools/lekcii/electronika/l6/lek_6.html
Onda dozvolite da napustim, uz poštovanje itd., autora Alexey Sokolyuk ()
Operaciona pojačala su jedna od glavnih komponenti modernih analognih elektronskih uređaja. Zbog jednostavnosti proračuna i odličnih parametara, operaciona pojačala su laka za upotrebu. Nazivaju se i diferencijalnim pojačavačima jer mogu pojačati razliku u ulaznim naponima.
Upotreba operativnih pojačala u audio tehnologiji je posebno popularna za pojačavanje zvuka muzičkih zvučnika.
Oznake na dijagramima
Pet pinova obično izlazi iz kućišta pojačala, od kojih su dva ulaza, jedan je izlaz, a druga dva su snaga.
Princip rada
Postoje dva pravila koja će vam pomoći da shvatite kako radi operacijsko pojačalo:
- Izlaz operacionog pojačala teži ka nultoj razlici napona na ulazima.
- Ulazi pojačala ne troše nikakvu struju.
Prvi ulaz je označen sa "+", naziva se neinvertujućim. Drugi ulaz je označen sa "-" i smatra se da je invertujući.
Ulazi pojačala imaju visok otpor koji se naziva impedancija. Ovo omogućava potrošnju struje od nekoliko nanoampera na ulazima. Na ulazu se procjenjuje veličina napona. U zavisnosti od ove procjene, pojačalo emituje pojačani signal.
Dobitak, koji ponekad dostiže i milion, je od velike važnosti. To znači da ako se na ulaz dovede najmanje 1 milivolt, tada će izlazni napon biti jednak naponu napajanja pojačala. Stoga se opamp ne koristi bez povratnih informacija.
Ulazi pojačala rade prema sljedećem principu: ako je napon na neinvertirajućem ulazu veći od napona invertujućeg ulaza, tada će izlaz biti najveći pozitivni napon. U suprotnoj situaciji, izlaz će biti najveća negativna vrijednost.
Negativni i pozitivni naponi na izlazu op-ampa mogući su zbog upotrebe podijeljenog bipolarnog napajanja.
Napajanje operativnog pojačala
Ako uzmete bateriju tipa prsta, onda ona ima dva pola: pozitivan i negativan. Ako se negativni pol računa kao nulta referentna tačka, tada će pozitivni pol pokazati +1,5 V. To se može vidjeti iz spoja.
Uzmite dva elementa i povežite ih u seriju, dobićete sljedeću sliku.
Ako se negativni pol donje baterije uzme kao nulta tačka, a napon se mjeri na pozitivnom polu gornje baterije, tada će uređaj pokazati +10 volti.
Ako srednju tačku između baterija uzmemo kao nulu, onda se dobija bipolarni izvor napona, jer postoji napon pozitivnog i negativnog polariteta, jednak +5 volti i -5 volti, respektivno.
Postoje jednostavni blok dijagrami podijeljene snage koji se koriste u dizajnu radio-amatera.
Kolo se napaja iz kućne mreže. Transformator smanjuje struju na 30 volti. Sekundarni namotaj ima granu u sredini, uz pomoć koje se na izlazu dobija ispravljeni napon +15 V i -15 V.
Sorte
Postoji nekoliko različitih krugova op-pojačala koje vrijedi detaljno ispitati.
Invertujuće pojačalo
Ovo je osnovna shema. Karakteristika ovog kola je da opamp karakteriše, pored pojačanja, i promena faze. Slovo "k" označava parametar pojačanja. Grafikon prikazuje učinak pojačala u ovom kolu.
Plava boja predstavlja ulazni signal, a crvena predstavlja izlazni signal. Dobitak u ovom slučaju je: k = 2. Amplituda izlaznog signala je 2 puta veća od amplituda ulaznog signala. Izlaz pojačala je invertiran, otuda i naziv. Invertirajuća operaciona pojačala imaju jednostavan sklop:
Ova op-pojačala su postala popularna zbog svog jednostavnog dizajna. Da biste izračunali dobit, koristite formulu:
Ovo pokazuje da pojačanje opamp-a ne ovisi o otporu R3, tako da možete bez njega. Ovdje se koristi za zaštitu.
Neinvertirajuća operaciona pojačala
Ovo kolo je slično prethodnom, razlika je u tome što signal nije invertiran (obrnut). To znači održavanje faze signala. Grafikon prikazuje pojačani signal.
Dobitak neinvertujućeg pojačivača je također: k = 2. Na ulaz se dovodi signal u obliku sinusoide, samo što se njegova amplituda promijenila na izlazu.
Ovaj krug nije ništa manje jednostavan od prethodnog, ima dva otpora. Na ulazu se signal primjenjuje na pozitivni terminal. Da biste izračunali dobit, morate koristiti formulu:
Iz toga se vidi da pojačanje nikada nije manje od jedinice, jer signal nije potisnut.
Šema oduzimanja
Ovo kolo omogućava stvaranje razlike između dva signala na ulazu, koja se može pojačati. Grafikon prikazuje princip rada diferencijalnog kola.
Ovo kolo pojačala se još naziva i kolo za oduzimanje.
Ima složeniji dizajn, za razliku od prethodno razmatranih shema. Za izračunavanje izlaznog napona koristite formulu:
Lijeva strana izraza (R3 / R1) definira pojačanje, a desna strana (Ua - Ub) je razlika napona.
Šema sabiranja
Ovo se zove integrisano pojačalo. To je suprotno od šeme oduzimanja. Njegova posebnost je sposobnost obrade više od dva signala. Svi mikseri zvuka rade na ovom principu.
Ovaj dijagram pokazuje mogućnost sumiranja nekoliko signala. Za izračunavanje napona primjenjuje se formula:
Integratorsko kolo
Ako u krug povratne sprege dodate kondenzator, dobit ćete integrator. Ovo je još jedan uređaj koji koristi operativna pojačala.
Integratorsko kolo je slično invertujućem pojačalu, sa dodatkom kapacitivnosti u povratnoj sprezi. Ovo dovodi do zavisnosti rada sistema od frekvencije ulaznog signala.
Integrator karakterizira zanimljiva karakteristika prijelaza između signala: prvo se pravokutni signal pretvara u trokutasti signal, a zatim se pretvara u sinusoidni. Dobitak se izračunava pomoću formule:
U ovoj formuli, varijabla ω = 2 π f raste sa povećanjem frekvencije, dakle, što je viša frekvencija, to je niže pojačanje. Stoga, integrator može djelovati kao aktivni niskopropusni filter.
Diferencijalno kolo
U ovoj shemi, situacija je obrnuta. Kapacitivnost je priključena na ulaz, a otpor je povezan u povratnoj vezi.
Sudeći po nazivu kola, njegov princip rada leži u razlici. Što je veća brzina promjene signala, veća je vrijednost pojačanja. Ovaj parametar vam omogućava da kreirate aktivne filtere za visoke frekvencije.
Dobitak za diferencijator se izračunava pomoću formule:
Ovaj izraz je inverzan izrazu integratora. Povećanje se povećava u negativnom smjeru sa povećanjem frekvencije.
Analogni komparator
Komparatorski uređaj upoređuje dvije vrijednosti napona i pretvara signal u nisku ili visoku vrijednost na izlazu, ovisno o stanju napona. Ovaj sistem uključuje digitalnu i analognu elektroniku.
Karakteristika ovog sistema je nedostatak povratnih informacija u glavnoj verziji. To znači da je otpor petlje vrlo visok.
Na pozitivni ulaz se dovodi signal, a na negativni ulaz se dovodi glavni napon koji se podešava potenciometrom. Zbog nedostatka povratne sprege, pojačanje teži beskonačnosti.
Kada napon na ulazu pređe vrijednost glavnog referentnog napona, na izlazu se dobija najveći napon koji je jednak pozitivnom naponu napajanja. Ako je ulazni napon manji od referentnog, tada će izlazna vrijednost biti negativan napon jednak naponu napajanja.
Postoji značajan nedostatak u analognom komparatorskom kolu. Kada se vrijednosti napona na dva ulaza približavaju jedna drugoj, izlazni napon se može često mijenjati, što obično dovodi do praznina i kvarova u radu releja. To može dovesti do kvara opreme. Za rješavanje ovog problema koristi se histerezno kolo.
Analogni komparator sa histerezom
Na slici je prikazana shema djelovanja sheme s, koja je slična prethodnoj shemi. Razlika je u tome što se isključivanje i paljenje ne dešava na istom naponu.
Smjer strelica na grafikonu označava smjer kretanja histereze. Pri pregledu grafika s lijeva na desno može se vidjeti da se prelazak na niži nivo vrši na naponu Uph, a pomicanjem s desna na lijevo napon na izlazu će dostići najviši nivo na naponu Upl. .
Ovaj princip rada dovodi do činjenice da se s jednakim vrijednostima ulaznih napona stanje na izlazu ne mijenja, jer promjena zahtijeva značajnu razliku u naponima.
Takav rad kola dovodi do određene inercije sistema, ali je sigurniji, za razliku od kola bez histereze. Obično se ovaj princip rada koristi u uređajima za grijanje s termostatom: peći, pegle itd. Na slici je prikazan krug pojačala sa histerezom.
Naponi se izračunavaju prema sljedećim odnosima:
Repetitori napona
Operativna pojačala se često koriste u krugovima za praćenje napona. Glavna karakteristika ovih uređaja je da ne pojačavaju i ne prigušuju signal, odnosno pojačanje je u ovom slučaju jednako jedinici. Ova karakteristika je zbog činjenice da povratna petlja ima nulti otpor.
Takvi sistemi praćenja napona najčešće se koriste kao tampon za povećanje struje opterećenja i operativnosti uređaja. Budući da je ulazna struja blizu nule, a izlazna struja ovisi o vrsti pojačala, odnosno mogućnosti rasterećenja slabih izvora signala, na primjer, nekih senzora.
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 je idealno op-pojačalo 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 nivoom šuma.
Prikazan je praktični dijagram diferencijatora i njegov frekventni odziv
pirinač. 11.15. Uvođenje otpornika R dovodi do pojave na frekvencijskom odzivu (kriva 1 na sl.11.15, b) horizontalnog preseka, gde nema diferencijacije na frekvencijama koje prelaze frekvenciju.
Postoji mnogo važnih tema u kursu elektronike. Danas ćemo pokušati da se pozabavimo operativnim pojačalima.
Poceti ponovo. Operativno pojačalo je takva "stvar" koja vam omogućava rad s analognim signalima na sve moguće načine. Najjednostavniji i najosnovniji su jačanje, slabljenje, sabiranje, oduzimanje i mnogi drugi (na primjer, diferencijacija ili logaritam). Ogromna većina operacija na operacionim pojačavačima (u daljem tekstu operaciona pojačala) se izvodi pomoću pozitivnih i negativnih povratnih informacija.
U ovom članku ćemo razmotriti određeni "ideal" op-amp, jer nema smisla prelaziti na određeni model. Idealno znači da će ulazni otpor težiti beskonačnosti (dakle, ulazna struja će težiti nuli), a izlazni otpor će, naprotiv, težiti nuli (to znači da opterećenje ne bi trebalo da utiče na izlazni napon). Takođe, svako idealno op-pojačalo bi trebalo da pojača signale bilo koje frekvencije. Pa, i što je najvažnije, dobitak u odsustvu povratne informacije također bi trebao težiti beskonačnosti.
Pređi na stvar
Operativno pojačalo u kolima je vrlo često označeno jednakostraničnim trouglom. Na lijevoj strani su ulazi, koji su označeni "-" i "+", sa desne strane - izlaz. Napon se može primijeniti na bilo koji od ulaza, od kojih jedan mijenja polaritet napona (zato je nazvan invertirajući), drugi se ne mijenja (logično je pretpostaviti da se zove neinvertirajući). Napajanje op-pojačala je obično bipolarno. Obično, pozitivni i negativni naponi napajanja imaju isto značenje (ali različit predznak!).U najjednostavnijem slučaju, izvore napona možete povezati direktno na ulaze op-ampa. A onda će se izlazni napon izračunati po formuli:
, gdje je napon na neinvertirajućem ulazu, napon na invertirajućem ulazu, napon na izlazu i pojačanje otvorene petlje.
Pogledajmo idealno op-pojačalo sa Proteusove tačke gledišta.
Predlažem da se "igramo" sa njim. Napon od 1V je primijenjen na neinvertirajući ulaz. Na invertujuće 3V. Koristimo "idealno" op-amp. Dakle, dobijamo:. Ali ovdje imamo limiter, jer nećemo moći pojačati signal iznad našeg napona napajanja. Dakle, izlaz će i dalje dobiti -15V. Ishod:
Hajde da promenimo dobit (da mi verujete). Neka je parametar Voltage Gain jednak dva. Isti problem se očigledno rješava.
Prava primjena operacijskih pojačala na primjeru invertirajućih i neinvertirajućih pojačala
Postoje dva takva major pravila:I. Izlaz op-pojačala teži održavanju diferencijalnog napona (razlika između napona na invertirajućem i neinvertirajućem ulazu) jednakom nuli.
II. Ulazi za op-amp ne troše struju.
Prvo pravilo se provodi putem povratnih informacija. One. napon se prenosi sa izlaza na ulaz na takav način da razlika potencijala postaje nula.
To su, da tako kažem, "sveti kanoni" u OU temi.
Sada, konkretnije. Invertujuće pojačalo to izgleda ovako (obratite pažnju na to kako se nalazi ulaz):
Na osnovu prvog "kanona" dobijamo proporciju:
, i nakon što smo malo "bockali" formulu, izvodimo vrijednost za pojačanje invertujućeg op-amp:
Gornji ekran ne treba komentare. Samo zamijenite sve sami i provjerite.
Sljedeća faza - neinvertirajući pojačalo.
I ovdje je sve jednostavno. Napon se primjenjuje direktno na neinvertirajući ulaz. Povratna informacija se primjenjuje na invertirajući ulaz. Napon na invertnom ulazu će biti:
, ali primjenom prvog pravila može se tvrditi da
I opet "grandiozno" znanje iz oblasti više matematike omogućava vam da pređete na formulu:
Evo iscrpnog ekrana koji možete još jednom provjeriti ako želite: 
Na kraju ću dati nekoliko zanimljivih sklopova kako ne biste stekli utisak da operacijska pojačala mogu samo pojačati napon.
Pratilac napona (bafer pojačalo). Princip rada je isti kao i kod tranzistorskog sljedbenika. Koristi se u teškim lancima. Također, može se koristiti za rješavanje problema usklađivanja impedancije ako postoje neželjeni razdjelnici napona u kolu. Shema je jednostavna do genijalne točke: 
Sumirajuće pojačalo. Može se koristiti kada trebate dodati (oduzeti) nekoliko signala. Radi jasnoće - dijagram (opet, obratite pažnju na lokaciju ulaza): 
Takođe, obratite pažnju na činjenicu da je R1 = R2 = R3 = R4, i R5 = R6. Formula izračuna u ovom slučaju će biti: (poznato, zar ne?)
Dakle, vidimo da vrijednosti napona koje se primjenjuju na neinvertirajući ulaz "stječu" znak plus. Na invertovanju - minus.
Zaključak
Kola op-pojačala su izuzetno raznolika. U složenijim slučajevima možete pronaći aktivne filterske krugove, ADC-e i uređaje za uzorkovanje memorije, pojačala snage, strujno-naponske pretvarače i mnoga druga kola.Spisak izvora
Kratka lista izvora koji će vam pomoći da se brzo naviknete i na op-amp i na elektroniku općenito:Wikipedia
P. Horowitz, W. Hill. "Umetnost kola"
B. Baker. Šta digitalni dizajner treba da zna o analognoj elektronici
Bilješke s predavanja o elektronici (po mogućnosti vlastite)
UPD .: hvala NLO za pozivnicu
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!
