تقویت کننده غیر معکوس (NA) تقویت کننده ای است که دارای بهره پایدار با اختلاف فاز صفر بین سیگنال های ورودی و خروجی است.

در NU (شکل 5.3)، یک OOS متوالی برای ولتاژ وجود دارد. برای OA ایده آل ( K d = K oc sf = ¥, R IN= ¥ و R OUT = 0) R OUT. اف= 0 (اتصال منفی و ولتاژ است)، R IN. اف= ¥ (OOS متوالی).

, (5.6)

و مطابق شکل 5.4،

با جایگزینی (5.7) به (5.6)، به دست می آوریم

. (5.8)

بهره NU به امپدانس منبع سیگنال بستگی ندارد آر سی، زیرا مقاومت ورودی NU ¥ و جریان عبوری است آر سیجریان نمی یابد، پس افت ولتاژی در این مقاومت وجود ندارد و ... در آر 2 = 0, آر 1 = ¥ K e F= 1. این بدان معنی است که ولتاژ خروجی دقیقاً مشابه ولتاژ ورودی است (فقط در سطح توان بالاتر). از این رو نام - دنبال کننده ولتاژ

بهره واحد، امپدانس ورودی بی نهایت بالا و امپدانس خروجی صفر، تکرار کننده را به یک مرحله بافر ایده آل (ترانسفورماتور امپدانس) تبدیل می کند.

روش بالانس مقاومتی این مدار بستگی به شرایط دارد. اگر آر سی= 0، سپس مقاومت balun R CMبه صورت سری با ورودی غیر معکوس روشن می شود (شکل 5.5).

علاوه بر این، D تو بیرونبا عبارت (5.5) توصیف می شود. مقاومت داخلی غیر صفر اما شناخته شده و ثابت آر سیفقط با مقاومت های سیستم عامل قابل تعادل است، به شرطی که آر 1 آر 2 /(آر 1 +آر 2)=آرسی. البته در این صورت بهره مدار (8/5) نیز تغییر می کند. مقاومت های ساده تر آر 1 و آر 2 باید بر اساس بهره مورد نیاز انتخاب شود و از تعادل جریان مدار اطمینان حاصل شود R CMبه صورت سری با ورودی معکوس متصل شده است (شکل 5.6). برای این طرح

. (5.9)

اگر مقدار نامشخص و ناپایدار دارد، بهتر است از یک آپ امپ با مرحله ورودی (دیفرانسیل) روی ترانزیستورهای اثر میدانی استفاده کنید.

برای کاهش مولفه بالقوه خطای استاتیکی خروجی D تو بیرونیا باید از خروجی های مناسب op-amp استفاده کرد، یا در صورت عدم وجود آنها، مدار را در ورودی متعادل کرد (شکل 5.7). تنظیم صفر در این مدار بهره آن را اندکی کاهش می دهد.

پایان کار -

این موضوع متعلق به بخش:

دستگاه های الکترونیکی آنالوگ

دستگاه های الکترونیکی آنالوگ قسمت دوم. یادداشت های سخنرانی برای دانشجویان رشته تخصصی "مهندسی رادیو" در کلیه اشکال آموزش ..

اگر به مطالب بیشتری در مورد این موضوع نیاز دارید، یا آنچه را که به دنبال آن بودید پیدا نکردید، توصیه می کنیم از جستجو در پایگاه کارهای ما استفاده کنید:

با مطالب دریافتی چه خواهیم کرد:

اگر این مطالب برای شما مفید بود، می توانید آن را در صفحه خود در شبکه های اجتماعی ذخیره کنید:

توییت

تمامی موضوعات این بخش:

هدف، پارامترها
مقایسه‌کننده‌ها ساده‌ترین مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) هستند. دستگاه هایی که سیگنال پیوسته را به سیگنال گسسته تبدیل می کنند؛ آنها برای مقایسه سیگنال ورودی طراحی شده اند

ویژگی های استفاده از مقایسه کننده های نیمه هادی
پرکاربردترین مقایسه‌کننده‌ها را می‌توان به چهار گروه تقسیم کرد: کاربرد عمومی (K521SA2، K521SA5)، دقیق (K521SA3، K597SA3)، پرسرعت (K597SA1، K597SA2) و

مقایسه کننده های تخصصی مبتنی بر تقویت کننده های عملیاتی
هنگام مقایسه سیگنال‌های فرکانس پایین با دقت بالا (ده‌ها میکروولت) با حداقل مصرف برق، استفاده از مقایسه‌کننده‌های مبتنی بر آپ‌آمپ اغلب ترجیح داده می‌شود.

معمولاً چیزی در مورد الکترونیک آنالوگ از من سؤال می پرسید. آیا این جلسه دانش آموزان را برای تخم مرغ می برد؟ ؛) بسیار خوب، وقت آن است که یک برنامه آموزشی کوچک را جابجا کنید. به ویژه، در مورد عملکرد تقویت کننده های عملیاتی. چیست، با چه چیزی خورده می شود و چگونه محاسبه می شود.

چیست؟
تقویت‌کننده عملیاتی تقویت‌کننده‌ای است با دو ورودی، نه بیشتر ... hhm ... یک بهره سیگنال بزرگ و یک خروجی. آن ها ما U را داریم = K * U در و K به طور ایده آل برابر با بی نهایت است. البته در عمل اعداد معتدل تری وجود دارد. فرض کنید 1,000,000. اما حتی چنین اعدادی وقتی سعی می کنید مستقیماً آنها را اعمال کنید ذهن شما را متحیر می کند. بنابراین، همانطور که در مهد کودک، یک درخت کریسمس، دو، سه، بسیاری از درختان کریسمس - ما در اینجا تقویت زیادی داریم؛) و همین.

و دو ورودی دارد. و یکی از آنها مستقیم و دیگری معکوس است.

علاوه بر این، ورودی ها مقاومت بالایی دارند. آن ها امپدانس ورودی آنها در حالت ایده آل با بی نهایت و در زندگی واقعی بسیار برابر است. حساب در آنجا به صدها مگا اهم و حتی گیگا اهم می رود. آن ها ولتاژ ورودی را اندازه گیری می کند، اما حداقل تحت تأثیر قرار می گیرد. و می توانیم فرض کنیم که جریان در op-amp جریان نمی یابد.

در این حالت ولتاژ خروجی به صورت زیر محاسبه می شود:

U بیرون = (U 2 -U 1) * K

بدیهی است که اگر ولتاژ در ورودی مستقیم بیشتر از ولتاژ معکوس باشد، در خروجی به اضافه بی نهایت. در غیر این صورت منهای بی نهایت خواهد بود.

البته در مدار واقعی هیچ بی نهایت مثبت و منفی وجود نخواهد داشت و با بالاترین و کمترین ولتاژ ممکن تغذیه تقویت کننده جایگزین می شوند. و به دست خواهیم آورد:

مقایسه کننده
دستگاهی که به شما امکان می دهد دو سیگنال آنالوگ را با هم مقایسه کنید و نتیجه بگیرید - کدام یک از سیگنال ها بیشتر است. در حال حاضر جالب است. می توانید برنامه های زیادی برای آن در نظر بگیرید. ضمناً همین مقایسه کننده در اکثر میکروکنترلرها تعبیه شده است و من نحوه استفاده از آن را با استفاده از مثال AVR در مقالات و در مورد ایجاد نشان دادم. همچنین مقایسه کننده برای ایجاد عالی است.

اما موضوع به یک مقایسه محدود نمی شود، زیرا اگر بازخورد ارائه کنید، می توان کارهای زیادی از آپ امپ انجام داد.

بازخورد
اگر سیگنال را از خروجی بگیریم و مستقیماً به ورودی بفرستیم، بازخوردی وجود خواهد داشت.

بازخورد مثبت
بیایید سیگنال را بلافاصله از خروجی بگیریم و به یک ورودی مستقیم هدایت کنیم.

• ولتاژ U1 بزرگتر از صفر است - در خروجی -15 ولت
• ولتاژ U1 کمتر از صفر است - در خروجی +15 ولت

اگر ولتاژ صفر باشد چه اتفاقی می افتد؟ در تئوری، خروجی باید صفر باشد. اما در واقعیت، ولتاژ هرگز صفر نخواهد بود. از این گذشته ، حتی اگر یک الکترون بار الکترون سمت راست از بار الکترون چپ بیشتر باشد ، این از قبل کافی است تا پتانسیل را در خروجی با بهره بی نهایت وارد کند. و در خروجی، یک جهنم شکل آغاز می شود - سیگنال با سرعت آشفتگی های تصادفی ناشی از ورودی های مقایسه کننده به اینجا و آنجا می پرد.

برای حل این مشکل، هیسترزیس معرفی شده است. آن ها نوعی شکاف بین تغییر از یک حالت به حالت دیگر. برای این، یک بازخورد مثبت معرفی شده است، مانند:

ما در نظر می گیریم که در ورودی معکوس در این لحظه +10 ولت وجود دارد. در خروجی از op-amp منهای 15 ولت. در ورودی مستقیم، دیگر صفر نیست، بلکه بخش کوچکی از ولتاژ خروجی از تقسیم کننده است. حدود 1.4- ولت حالا، تا زمانی که ولتاژ ورودی معکوس به زیر 1.4- ولت نرسد، خروجی آپ امپ ولتاژ خود را تغییر نخواهد داد. و به محض اینکه ولتاژ به زیر 1.4- کاهش یابد، خروجی آپ امپ به شدت به 15+ خواهد پرید و در ورودی مستقیم ولتاژ 1.4+ وجود دارد.

و برای تغییر ولتاژ در خروجی مقایسه کننده، سیگنال U1 باید تا 2.8 ولت افزایش یابد تا به نوار بالایی +1.4 برسد.

نوعی شکاف وجود دارد که در آن حساسیت وجود ندارد، بین 1.4 تا -1.4 ولت. عرض شکاف توسط نسبت مقاومت ها در R1 و R2 کنترل می شود. ولتاژ آستانه به صورت Uout / (R1 + R2) محاسبه می شود * R1 فرض کنید 1 تا 100 +/- 0.14 ولت می دهد.

با این حال، آپ امپ بیشتر در حالت بازخورد منفی استفاده می شود.

بازخورد منفی
خوب، اجازه دهید آن را متفاوت بچسبانیم:

در مورد بازخورد منفی، op-amp خاصیت جالبی دارد. همیشه سعی می کند ولتاژ خروجی خود را طوری تنظیم کند که ولتاژهای ورودی برابر باشند و در نتیجه اختلاف صفر شود.
تا زمانی که آن را در کتاب بزرگ رفقای هوروویتز و هیل نخواندم، نتوانستم در کار OU جا بیفتم. اما همه چیز ساده شد.

تکرار کننده
و ما یک تکرار کننده گرفتیم. آن ها در ورودی U 1، در ورودی معکوس U out = U 1. خوب، معلوم می شود که U بیرون = U 1.

سوال این است که چنین خوشبختی برای ما چیست؟ امکان پرتاب مستقیم سیم وجود داشت و نیازی به آپ امپ نبود!

ممکن است، اما نه همیشه. این وضعیت را تصور کنید، سنسوری وجود دارد که به شکل یک تقسیم کننده مقاومتی ساخته شده است:

مقاومت کمتر مقدار خود را تغییر می دهد، توزیع ولتاژهای خروجی از تقسیم کننده تغییر می کند. و ما باید با یک ولت متر از آن قرائت کنیم. اما ولت متر مقاومت داخلی خود را دارد، اگرچه بزرگ است، اما خوانش های سنسور را تغییر می دهد. علاوه بر این، اگر ما یک ولت متر نمی خواهیم، ​​اما می خواهیم لامپ روشنایی را تغییر دهد؟ هیچ راهی برای اتصال لامپ در اینجا وجود ندارد! بنابراین، خروجی توسط یک تقویت کننده عملیاتی بافر می شود. امپدانس ورودی آن بسیار زیاد است و کمترین اثر را خواهد داشت و خروجی می تواند جریان کاملاً ملموس (ده ها میلی آمپر یا حتی صدها) را ارائه دهد که برای کارکرد لامپ کاملاً کافی است.
به طور کلی، می توانید برنامه های کاربردی برای یک تکرار کننده پیدا کنید. به خصوص در مدارهای آنالوگ دقیق. یا جایی که مدار یک مرحله می تواند بر عملکرد مرحله دیگر برای جدا کردن آنها تأثیر بگذارد.

تقویت کننده
و حالا بیایید با گوش هایمان تظاهر کنیم - بازخوردمان را بگیریم و آن را از طریق تقسیم کننده ولتاژ روی زمین بگذاریم:

اکنون ورودی معکوس نیمی از ولتاژ خروجی را تامین می کند. و تقویت کننده همچنان باید ولتاژهای ورودی خود را برابر کند. او باید چه کار کند؟ درست است - برای جبران تقسیم کننده حاصل، ولتاژ را در خروجی آن دو برابر بیشتر از قبل افزایش دهید.

اکنون U 1 در خط مستقیم وجود خواهد داشت. در معکوس U out / 2 = U 1 یا U out = 2 * U 1.

بیایید یک مقسوم علیه با نسبت متفاوت قرار دهیم - وضعیت به همین ترتیب تغییر خواهد کرد. برای اینکه فرمول تقسیم کننده ولتاژ در ذهن شما چرخانده نشود، فوراً آن را ارائه می کنم:

U out = U 1 * (1 + R 1 / R 2)

آنچه را که بسیار ساده به دو دسته تقسیم می شود، از نظر حافظه به یاد می آوریم:

در این حالت ، معلوم می شود که سیگنال ورودی از زنجیره مقاومت های R 2 ، R 1 به U خارج می شود. در این حالت ورودی مستقیم تقویت کننده روی صفر تنظیم می شود. ما رفتار آپ امپ را به یاد می آوریم - او سعی می کند، با قلاب یا کلاهبرداری، مطمئن شود که ولتاژی برابر با ورودی مستقیم در ورودی معکوس آن تشکیل شده است. آن ها صفر تنها راه این است که ولتاژ خروجی را به زیر صفر برسانید تا صفر در نقطه 1 ظاهر شود.

بنابراین. بیایید تصور کنیم که U out = 0. تا اینجای کار برابر با صفر است. و ولتاژ ورودی برای مثال 10 ولت نسبت به U out است. مقسوم علیه R 1 و R 2 آن را نصف می کند. بنابراین در نقطه 1 پنج ولت وجود دارد.

پنج ولت صفر نیست و op-amp خروجی خود را تا زمانی که در نقطه 1 صفر شود کاهش می دهد. برای این، خروجی باید (-10) ولت باشد. در این حالت، تفاوت نسبت به ورودی 20 ولت خواهد بود و تقسیم کننده دقیقاً 0 را در نقطه 1 به ما ارائه می دهد. ما یک اینورتر گرفتیم.

اما شما می توانید مقاومت های دیگری را نیز انتخاب کنید تا تقسیم کننده ما ضرایب دیگری بدهد!
به طور کلی فرمول بهره برای چنین آمپری به صورت زیر خواهد بود:

U خارج = - U در * R 1 / R 2

خوب، و یک تصویر یادگاری برای به خاطر سپردن سریع xy از xy.

فرض کنید U 2 و U 1 هر کدام 10 ولت خواهند بود. سپس در نقطه 2 5 ولت وجود خواهد داشت. و خروجی باید به گونه ای باشد که در نقطه 1 نیز 5 ولت وجود داشته باشد. یعنی صفر. پس معلوم می شود که 10 ولت منهای 10 ولت برابر با صفر است. درست است :)

اگر U 1 20 ولت شود، خروجی باید به -10 ولت کاهش یابد.
خودتان محاسبه کنید - تفاوت بین U 1 و U out 30 ولت خواهد بود. جریان عبوری از مقاومت R4 خواهد بود (U 1 -U out) / (R 3 + R 4) = 30/20000 = 0.0015A، و افت ولتاژ در مقاومت R 4 R 4 * I 4 = 10000 * خواهد بود. 0.0015 = 15 ولت ... افت 15 ولت را از ورودی 20 کم کنید تا 5 ولت به دست آید.

بنابراین، آپمپ ما مشکل حسابی را از 10 حل کرد، 20 را کم کرد و 10- ولت گرفت.

علاوه بر این، مشکل دارای ضرایبی است که توسط مقاومت ها تعیین می شود. فقط برای من، برای سادگی، مقاومت ها یک مقدار هستند و بنابراین همه ضرایب برابر با یک هستند. اما در واقع، اگر مقاومت های دلخواه را بگیریم، وابستگی خروجی به ورودی به صورت زیر خواهد بود:

U بیرون = 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

تکنیک یادگاری برای به خاطر سپردن فرمول محاسبه ضرایب به شرح زیر است:
به طور مستقیم طبق طرح. عدد کسری در بالا قرار دارد، بنابراین مقاومت های بالایی را در مدار جریان جریان اضافه می کنیم و در عدد پایین ضرب می کنیم. مخرج در پایین است، بنابراین ما مقاومت های پایین تر را اضافه کرده و در بالا ضرب می کنیم.

اینجا همه چیز ساده است. زیرا نقطه 1 به طور مداوم به 0 کاهش می یابد، سپس می توانیم فرض کنیم که جریان های وارد شده به آن همیشه برابر با U / R است و جریان های ورودی به گره شماره 1 خلاصه می شود. نسبت مقاومت ورودی به مقاومت فیدبک وزن جریان ورودی را تعیین می کند.

هر تعداد شاخه که دوست دارید می تواند وجود داشته باشد، اما من فقط دو تا را کشیدم.

U out = -1 (R 3 * U 1 / R 1 + R 3 * U 2 / R 2)

مقاومت ها در ورودی (R 1, R 2) مقدار جریان را تعیین می کنند که به معنای وزن کل سیگنال ورودی است. اگر تمام مقاومت ها را مانند مقاومت من برابر کنیم، وزن یکسان می شود و ضریب ضرب هر جمله 1 می شود. و U out = -1 (U 1 + U 2)

جمع کننده غیر معکوس
همه چیز در اینجا کمی پیچیده تر است، اما به نظر می رسد.

Uout = U 1 * K 1 + U 2 * K 2

K 1 = R 5 / R 1
K 2 = R 5 / R 2

علاوه بر این، مقاومت در بازخورد باید به گونه ای باشد که معادله R 3 / R 4 = K 1 + K 2

به طور کلی، در تقویت کننده های عملیاتی می توانید هر ریاضی، جمع، ضرب، تقسیم، محاسبه مشتقات و انتگرال ها را انجام دهید. و تقریباً بلافاصله. کامپیوترهای آنالوگ در op-amp ساخته می شوند. من حتی یکی از اینها را در طبقه پنجم SUSU دیدم - احمقی به اندازه یک اتاق. چند عدد کابینت فلزی برنامه با اتصال بلوک های مختلف با سیم تایپ می شود :)

7. تثبیت نقطه عملیاتی bt در مدار با تثبیت کلکتور. نسبت های اولیه طراحی

8. تثبیت نقطه عملیاتی BT در مدار با تثبیت امیتر. نسبت های اولیه طراحی

10. Ук на бт с ОЭ در محدوده فرکانس متوسط: مدار معادل، مقاومت ورودی و خروجی، جریان و ولتاژ ku.

11. Ук на бт с در مورد ناحیه فرکانس متوسط: مدار معادل، مقاومت ورودی و خروجی، جریان و ولتاژ.

12 Vc در هر bt با ok (پیرو امیتر) در محدوده فرکانس متوسط. مدار معادل، امپدانس ورودی و خروجی، افزایش جریان و ولتاژ.

13. بازخورد در دستگاه های تقویت کننده: مفاهیم اساسی، طبقه بندی.

14. ضریب انتقال تقویت کننده تحت پوشش سیستم عامل. تأثیر بازخوردها بر پارامترها و ویژگی های تقویت کننده.

15. مشخصات مقایسه ای پارامترهای uk برای bt با oe، ok و about: افزایش جریان و ولتاژ، مقاومت ورودی و خروجی، پهنای باند.

16. آبشار تقویت کننده روی یک pt با منبع مشترک.

17. تقویت کننده های جریان مستقیم (dc) برای bt: راه هایی برای حذف دریفت صفر، مطابق با سطوح ولتاژ ثابت بین مراحل.

18. مرحله نهایی بدون ترانس فشاری در حالت کلاس B. اعوجاج گذرا

19. مرحله نهایی بدون ترانسفورماتور فشاری در حالت کلاس AB.

20. مرحله تقویت کننده دیفرانسیل: اصل کار.

21. مرحله تقویت دیفرانسیل: مقاومت ورودی و خروجی، افزایش synf. و تفاوت. سیگنال ها، کوس.

22. روش های بهبود پارامترهای مراحل تقویت دیفرانسیل.

23. طبقه بندی و پارامترهای تقویت کننده های عملیاتی (oy).

24. تقویت کننده معکوس برای op.

25. تقویت کننده غیر معکوس در op.

26. طرح جمع کننده در عملیات.

27. تقویت کننده افتراق در op.

28. تقویت کننده یکپارچه برای op.

29. تقویت کننده لگاریتمی برای op.

30. تقویت کننده آنتی لگاریتمی روی ou.

31. کلید BT: نمودار شماتیک، مشخصه انتقال، حالت کار استاتیک.

32. کلید BT: نمودار شماتیک، حالت پویا عملکرد.

33. راه های بهبود عملکرد کلیدها در BT

34. کلیدهای ترانزیستورهای mdp

35. کلید ترانزیستورهای mdp مکمل

36. عناصر منطقی، توابع منطقی، قوانین اساسی جبر منطقی

37. اصل ساختن کنده. عناصر مبتنی بر دیودهای نیمه هادی.

37. اصل ساختن کنده. عناصر مبتنی بر دیودهای نیمه هادی.

38. عنصر منطقی پایه منطق ترانزیستور ترانزیستور (TTL).

39. عنصر منطقی پایه منطق مربوط به امیتر (esl).

40. منطق تزریق انتگرال.

41. پارامترهای اصلی برای همه IM های منطقی موجود و ممکن مشترک است و به شما امکان مقایسه انواع ریز مدارها را می دهد. پارامترهای اصلی عبارتند از:

42.Rs-ماشه

43. rs-flip-flop همزمان.

44.D-تریگر

45. T-trigger

46.Jk ماشه

47. مولتی ویبراتور گیت های منطقی

48. ویژگی های محدوده مایکروویو. تقسیم محدوده مایکروویو به باندهای فرعی.

49. ویژگی های مایکروویو EP با کنترل دینامیکی جریان الکترون. اصل کلی عملکرد و ویژگی های مایکروویو EP.

50. طراحی، اصل عملکرد و پارامترهای کلیسترون ترانزیت دو تشدید کننده.

51. دستگاه و اصل عملکرد لامپ موج مسافرتی نوع o (lbvo)

52. طراحی، اصل عملکرد و شرایط خود تحریکی لامپ موج عقب نوع o

53. حرکت الکترون ها در میدان های الکتریکی و مغناطیسی ثابت متقاطع.

54. طراحی، اصل عملکرد، دامنه و شرایط فاز برای خود تحریکی یک مگنترون چند حفره. سهمی حالت بحرانی

55. دیود گان. افکت گان. ویژگی های نیمه هادی های چند دره ای.

56. اتو ژنراتورها روی دیودهای Gunn. سازه ها، مدار معادل. حالت های عملکرد. پارامترهای ژنراتور، زمینه های کاربردی.

58. ژنراتورهای کوانتومی نوری (لیزرها) روی جامد: طراحی، اصل کار، پارامترها، کاربردها.

24. تقویت کننده معکوس برای op.

25. تقویت کننده غیر معکوس در op.

یک نمودار شماتیک از یک تقویت کننده غیر معکوس در شکل نشان داده شده است. 9.6. بیان افزایش ولتاژ برای این مدار، مانند مدار قبلی، از معادلات ترسیم شده طبق قانون کیرشهوف به دست می آید.

با در نظر گرفتن (9.13)، عبارت سود شکل خواهد داشت

نتیجه این است که بهره ولتاژ در مدار تقویت کننده غیر معکوس همیشه بزرگتر از 1 است. برخلاف مدار تقویت کننده معکوس در این مدار، op-amp توسط یک مدار فیدبک ولتاژ متوالی در ورودی پوشانده می شود. بنابراین، امپدانس ورودی این مدار بسیار بیشتر از امپدانس ورودی op-amp بدون سیستم عامل است:

امپدانس خروجی، مانند تقویت کننده معکوس کننده، مطابق (9.16) تعیین می شود.

26. طرح جمع کننده در عملیات.

مدارهای جمع شامل مدارهای جمع کننده و تفریق هستند. این مدارها برای حل معادلات جبری و در دستگاه های پردازش سیگنال آنالوگ استفاده می شوند. جمع کننده وسیله ای است که در خروجی آن سیگنال های ارسالی به ورودی های آن جمع می شود. جمع کننده ها با استفاده از تقویت کننده های معکوس و غیر معکوس ساخته می شوند.

جمع کننده معکوس

یک مدار جمع کننده معکوس با سه سیگنال ورودی در شکل نشان داده شده است. 11.10. برای سادگی استدلال، فرض می کنیم که R1 = R2 = R3 = Roc.

از آنجایی که یک آپ امپ ایده آل دارای K U → ∞، Rvx → ∞ است و جریان بایاس در مقایسه با جریان فیدبک بسیار کم است، پس طبق قانون کیرشهوف I1 + I2 + I3 = Ios. (11.19) با توجه به اینکه ورودی معکوس عملاً پتانسیل صفر دارد، تأثیر متقابل سیگنال های ورودی در آن وجود ندارد. عبارت (11.19) را می توان به صورت نمایش داد، در نتیجه، خروجی مجموع معکوس ولتاژهای ورودی است. اگر R1 ≠ R2 ≠ R3، آنگاه خروجی مجموع معکوس ولتاژهای ورودی (11.20) با فاکتورهای مقیاس متفاوت است. جمع کننده معکوس عملکردهای یک جمع کننده و یک تقویت کننده را در حالی که سادگی مدار را حفظ می کند ترکیب می کند. از مقاومت R برای جبران انحراف صفر در خروجی آپ امپ ناشی از نوسانات زمان و دما در جریان ورودی استفاده می شود. مقاومت R مقدار فعلی را انتخاب می‌کند تا مقاومت‌های معادل متصل به ورودی‌های op-amp یکسان باشد: R = Roc || R1 || R2 || R3.

جمع کننده غیر معکوس

مدار یک جمع کننده غیر معکوس که بر اساس یک تقویت کننده غیر معکوس ساخته شده است، در شکل نشان داده شده است. 11.11. از آنجایی که در U0 = 0 ولتاژ در ورودی های معکوس و غیر معکوس برابر است، پس

با توجه به اینکه RinxОУ در ورودی غیر معکوس بسیار زیاد است، جریان ورودی 0 است. طبق قانون کیرشهوف، می توانید بنویسید.

اگر در مدار (شکل 11.11) سیگنال‌ها همچنان به ورودی‌های معکوس عرضه می‌شوند، مدار یک عملیات جمع- تفریق را انجام می‌دهد. برای اینکه جمع کننده به درستی کار کند، باید بین سود معکوس و غیر معکوس متعادل شود، یعنی. از برابری مجموع سود بخش های معکوس و غیر معکوس مدار اطمینان حاصل کنید.

27. تقویت کننده افتراق در op.

تقویت کننده متمایز کننده (متمایز کننده) برای بدست آوردن سیگنال خروجی متناسب با نرخ تغییر ورودی طراحی شده است. هنگام تمایز سیگنال، آپمپ باید فقط جزء AC ولتاژ ورودی را عبور دهد و بهره پیوند افتراق باید با افزایش نرخ تغییر ولتاژ ورودی افزایش یابد. مدار دیفرانسیل که در ورودی آن خازن C و مقاومت در مدار سیستم عامل متصل است، در شکل نشان داده شده است. 11.13. با فرض ایده‌آل بودن op-amp، جریان عبوری از مقاومت فیدبک را می‌توان برابر جریان عبوری از خازن Iс + Ir = 0 در نظر گرفت.

، سپس

تمایز در نظر گرفته شده به ندرت به دلیل معایب زیر استفاده می شود:

1. امپدانس ورودی کم در فرکانس های بالا، تعیین شده توسط ظرفیت C.

2. نویز خروجی نسبتاً بالا به دلیل بهره بالا در فرکانس های بالا.

3. تمایل به خود هیجانی. (این مدار می تواند در محدوده فرکانسی که در آن پاسخ فرکانسی دیفرانسیل (منحنی 1 در شکل 11.14) که دارای افزایش 20 دسی بل بر دسی است، با پاسخ فرکانسی آپ امپ اصلاح شده تلاقی می کند، ناپایدار باشد. رول آف 20- دسی بل / کاهش (منحنی 2 در شکل 11.14) مشخصه دامنه فرکانس یک سیستم حلقه باز در بخشی از محدوده فرکانس

فروپاشی -40 دسی بل / کاهش، که با تفاوت بین شیب منحنی های 1 و 2 تعیین می شود، و تغییر فاز ϕ = -180 درجه، که نشان دهنده امکان خود تحریکی است.)

برای جلوگیری از بروز این کاستی های متمایز کننده، راه حل های مدار زیر اتخاذ می شود:

1. مقاومت فیدبک توسط یک خازن شنت می شود که ظرفیت آن به گونه ای انتخاب می شود که پاسخ فرکانس آپمپ با افت -20 دسی بل / دسیبل در فرکانس بالاتر از حداکثر فرکانس سیگنال دیفرانسیل مفید شروع می شود. این منجر به کاهش اجزای نویز فرکانس بالا در سیگنال خروجی می شود. این بخش با فرکانس f = 1 / (2πRocCoc) شروع می شود.

2. یک مقاومت به صورت سری با خازن ورودی C متصل می شود که بهره را در فرکانس های بالای دیفرانسیل محدود می کند. این امر ثبات دینامیکی را فراهم می کند و جریان خازنی ورودی از منبع سیگنال را کاهش می دهد.

3. استفاده از آپ امپ با ولتاژ بایاس کم و جریان ورودی کم و همچنین خازن هایی با جریان نشتی کم و مقاومت های کم نویز.

یک نمودار عملی از دیفرانسیل و پاسخ فرکانسی آن در نشان داده شده است

برنج. 11.15. معرفی مقاومت R منجر به ظاهر شدن بر روی پاسخ فرکانسی (منحنی 1 در شکل 11.15، b) یک بخش افقی می شود که در آن هیچ تمایزی در فرکانس های بیش از فرکانس وجود ندارد.

در یک تقویت کننده غیر معکوس، سیگنال ورودی به ورودی غیر معکوس op-amp (+) تغذیه می شود، این تفاوت اصلی بین تقویت کننده غیر معکوس روی op-amp از است. در این حالت، منبع سیگنال امپدانس ورودی نامحدود op-amp را می بیند. ولتاژ آفست صفر صفر است و بنابراین ورودی معکوس کننده آپ امپ باید در همان پتانسیل ورودی غیر معکوس باشد. جریان خروجی آپ امپ یک افت ولتاژ در مقاومت R G ایجاد می کند که باید برابر با ولتاژ ورودی V IN باشد.

برنج. 1. op-amp غیر معکوس

برای محاسبه ولتاژ خروجی V OUT و بهره، از قانون محاسبه تقسیم کننده ولتاژ استفاده می شود:

پس از تبدیل، یک عبارت برای بهره به شکل زیر به دست می آید:

توجه به این نکته ضروری است که عبارت (2) فقط شامل مقادیر عناصر غیرفعال است.
اگر مقاومت مقاومت R G بسیار بیشتر از R F انتخاب شود، نسبت (R F / R G) به صفر میل می کند و در مقاومت صفر RF، عبارت (2) به

در این حالت تقویت کننده غیر معکوس به یک بافر (پیرو سیگنال) با بهره واحد، با مقاومت ورودی بی نهایت و مقاومت خروجی صفر تبدیل می شود. مقاومت R G در این مورد نیز می تواند از مدار خارج شود. در عمل، برخی از آمپلی فایرها ممکن است با روشن شدن بدون مقاومت RF «سوخته شوند». به همین دلیل، این مقاومت در بسیاری از طرح های بافر وجود دارد. عملکرد آن محافظت از ورودی معکوس در برابر نوسانات ولتاژ با محدود کردن جریان به سطح ایمن است. مقدار رایج مورد استفاده برای این مقاومت 20 کیلو اهم است. در مدارهای تقویت کننده فیدبک تخلیه، مقاومت RF پایداری را تعیین می کند و همیشه مورد نیاز است. با این حال، تنبل نباشید و به دنبال آپ امپ از طریق دیتاشیت باشید. اگر گنجاندن در آنجا همانطور که در شکل. 2 - با خیال راحت استفاده کنید!

نشان داده شد که هنگام استفاده از یک تقویت کننده عملیاتی در طرح های مختلف سوئیچینگ، بهره یک مرحله روی یک تقویت کننده عملیاتی منفرد (op-amp) تنها به عمق بازخورد بستگی دارد. بنابراین، فرمول های تعیین بهره یک مدار خاص از بهره خود آپ امپ "برهنه" استفاده نمی کنند. یعنی فقط آن ضریب عظیمی که در کتب مرجع ذکر شده است.

سپس کاملاً مناسب است که این سؤال را بپرسیم: "اگر نتیجه نهایی (بهره) به این ضریب مرجع "عظیم" بستگی ندارد، پس چه تفاوتی بین یک آپ امپ با بهره چند هزار برابری و با همان op-amp، اما با سود چند صد هزار و حتی میلیونی؟

پاسخ به اندازه کافی ساده است. در هر صورت، نتیجه یکسان خواهد بود، تقویت آبشار توسط عناصر OOS تعیین می شود، اما در حالت دوم (op-amp با بهره بالا)، مدار با ثبات تر، دقیق تر، سرعت عمل می کند. چنین مدارهایی بسیار بالاتر است. بیهوده نیست که آپ امپ ها به دو دسته اپ امپ های عمومی و با دقت بالا و دقیق تقسیم می شوند.

همانطور که قبلاً ذکر شد ، نام "عملیاتی" تقویت کننده هایی را در نظر گرفت که در آن زمان دور دریافت شدند ، زمانی که آنها عمدتاً برای انجام عملیات ریاضی در رایانه های آنالوگ (AVM) استفاده می شدند. اینها عملیات جمع، تفریق، ضرب، تقسیم، مربع کردن و بسیاری از توابع دیگر بودند.

این آمپلی فایرهای ضد غرق بر روی لوله های الکترونیکی و بعداً بر روی ترانزیستورهای گسسته و سایر اجزای رادیویی ساخته شدند. به طور طبیعی، ابعاد عملیات آمپر ترانزیستوری حتی به اندازه کافی بزرگ بود که در طراحی های آماتور مورد استفاده قرار گیرد.

و تنها پس از آن که به لطف دستاوردهای الکترونیک یکپارچه، op-amp ها به اندازه یک ترانزیستور کم مصرف معمولی شدند، سپس استفاده از این قطعات در تجهیزات خانگی و مدارهای آماتور توجیه شد.

به هر حال، آپ امپ های مدرن، حتی با کیفیت نسبتاً بالا، کمی بالاتر از دو یا سه ترانزیستور قیمت دارند. این عبارت در مورد آپ امپ های همه منظوره صدق می کند. تقویت کننده های دقیق ممکن است کمی بیشتر هزینه کنند.

در مورد مدارهای روی op-amp، باید فوراً این نکته را یادآوری کنیم که همه آنها برای تغذیه از منبع تغذیه دوقطبی طراحی شده اند. این حالت "معمول" ترین حالت برای تقویت کننده های عملیاتی است که نه تنها سیگنال های ولتاژ متناوب، مانند سینوسی، بلکه سیگنال های DC یا به سادگی ولتاژ را نیز تقویت می کند.

و با این حال، اغلب، منبع تغذیه مدارها در op-amp از یک منبع تک قطبی ساخته می شود. درست است، در این مورد، امکان افزایش ولتاژ ثابت وجود ندارد. اما اغلب اتفاق می افتد که این به سادگی ضروری نیست. بعداً در مورد مدارهای دارای منبع تغذیه تک قطبی صحبت خواهیم کرد، اما فعلاً در مورد مدارهای روشن کردن آپ امپ با منبع تغذیه دوقطبی ادامه خواهیم داد.

ولتاژ تغذیه اکثر آپ امپ ها اغلب در محدوده ± 15 ولت است. اما این به هیچ وجه به این معنی نیست که نمی توان این ولتاژ را تا حدودی پایین آورد (بالاتر توصیه نمی شود). بسیاری از آپ امپ ها از ولتاژ ± 3 ولت و برخی مدل ها حتی 1.5 ولت بسیار پایدار عمل می کنند. این امکان در اسناد فنی (DataSheet) نشان داده شده است.

دنبال کننده ولتاژ

این ساده ترین دستگاه روی یک آپ امپ در مدار است، مدار آن در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1. مدار یک دنبال کننده ولتاژ روی تقویت کننده عملیاتی

به راحتی می توان فهمید که برای ایجاد چنین مداری به جز خود آپ امپ به یک جزئیات نیاز نیست. درست است، شکل اتصال برق را نشان نمی دهد، اما چنین طرح کلی از مدارها همیشه پیدا می شود. تنها چیزی که می خواهم به آن توجه کنم این است که بین پایه های پاور آپ امپ (مثلاً برای op-amp KR140UD708 اینها پایه های 7 و 4 هستند) و سیم مشترک باید با ظرفیت 0.01 وصل شود. 0.5 mkF.

هدف آنها این است که عملکرد اپ امپ را پایدارتر کنند تا از خود تحریکی مدار در مدارهای منبع تغذیه خلاص شوند. خازن ها باید تا حد امکان به پایه های منبع تغذیه ریز مدار متصل شوند. گاهی اوقات یک خازن بر اساس گروهی متشکل از چندین میکرو مدار متصل می شود. همین خازن ها را می توان روی بردهایی با ریزمدارهای دیجیتال دید، هدف آنها یکسان است.

سود تکرار کننده برابر است با وحدت، یا به عبارت دیگر، هیچ سودی وجود ندارد. پس چرا چنین طرحی لازم است؟ در اینجا کاملاً مناسب است که به یاد داشته باشیم که یک مدار ترانزیستور وجود دارد - یک پیرو امیتر که هدف اصلی آن تطبیق آبشارها با مقاومت های ورودی مختلف است. به این گونه آبشارها (تکرارکننده ها) آبشار بافر نیز گفته می شود.

امپدانس ورودی ریپیتر روی آپ امپ به صورت حاصل ضرب امپدانس ورودی آپ امپ و بهره آن محاسبه می شود. به عنوان مثال، برای UD708 مذکور، امپدانس ورودی تقریباً 0.5 مگا اهم، بهره حداقل 30000 و شاید حتی بیشتر است. اگر این اعداد ضرب شوند، مقاومت ورودی 15GΩ است که با مقاومت عایق نه چندان باکیفیت، به عنوان مثال، کاغذ قابل مقایسه است. چنین نتیجه بالایی با یک دنبال کننده امیتر معمولی بعید است به دست آید.

برای اینکه توضیحات باعث شک و تردید نشود، در زیر تصاویری وجود دارد که عملکرد تمام مدارهای توصیف شده در برنامه شبیه ساز Multisim را نشان می دهد. البته، تمام این مدارها را می توان روی نمونه های اولیه مونتاژ کرد، اما در صفحه نمایش مانیتور نیز نمی توانید نتیجه بدتری دریافت کنید.

در واقع، اینجا حتی کمی بهتر است: برای تعویض مقاومت یا ریزمدار لازم نیست از جایی روی قفسه بالا بروید. همه چیز در اینجا، حتی دستگاه های اندازه گیری، در برنامه هستند و با کمک ماوس یا صفحه کلید "می گیرند".

شکل 2 مدار تکرار کننده ساخته شده در برنامه Multisim را نشان می دهد.

شکل 2.

انجام مطالعه مدار بسیار ساده است. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، یک سیگنال سینوسی با فرکانس 1 کیلوهرتز و دامنه 2 ولت به ورودی فالوور از ژنراتور تابع اعمال می شود.

شکل 3.

سیگنال در ورودی و خروجی تکرار کننده توسط یک اسیلوسکوپ مشاهده می شود: سیگنال ورودی به صورت یک پرتو آبی نمایش داده می شود، پرتو خروجی قرمز است.

شکل 4.

و چرا، خواننده با دقت می پرسد، آیا سیگنال خروجی (قرمز) دو برابر ورودی آبی است؟ همه چیز بسیار ساده است: با حساسیت یکسان کانال های اسیلوسکوپ، هر دو سینوسی با دامنه و فاز یکسان در یکی می شوند، پشت یکدیگر پنهان می شوند.

برای اینکه هر دوی آنها را به طور همزمان ببینیم، باید حساسیت یکی از کانال ها، در این مورد، کانال ورودی را کاهش می دادیم. در نتیجه، موج سینوسی آبی دقیقاً به اندازه نصف صفحه نمایش شد و دیگر پشت موج قرمز پنهان نشد. اگرچه برای دستیابی به نتیجه مشابه، می توانید به سادگی پرتوها را با استفاده از کنترل های اسیلوسکوپ جابجا کنید و حساسیت کانال ها را ثابت نگه دارید.

هر دو سینوسی به طور متقارن حول محور زمان قرار دارند، به این معنی که جزء ثابت سیگنال صفر است. اگر یک قطعه DC کوچک به سیگنال ورودی اضافه کنید چه اتفاقی می افتد؟ ژنراتور مجازی به شما امکان می دهد موج سینوسی را در امتداد محور Y جابجا کنید. بیایید سعی کنیم آن را 500 میلی ولت به سمت بالا تغییر دهیم.

شکل 5.

آنچه از این نتیجه حاصل شد در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6.

قابل توجه است که سینوسی های ورودی و خروجی نیم ولت بالا رفته اند در حالی که اصلا تغییر نمی کنند. این نشان می دهد که تکرار کننده به طور دقیق مولفه DC سیگنال را نیز ارسال کرده است. اما اغلب آنها سعی می کنند از شر این جزء ثابت خلاص شوند، آن را برابر با صفر کنند، که باعث می شود از استفاده از چنین عناصر مدار به عنوان خازن های جداکننده بین مرحله ای جلوگیری شود.

یک تکرار کننده، البته، خوب و حتی زیبا است: به یک جزئیات اضافی نیاز نبود (اگرچه مدارهای تکرار کننده با "اضافات" ناچیز وجود دارد)، اما آنها هیچ تقویتی دریافت نکردند. اونوقت تقویت کننده چیه؟ برای به دست آوردن یک تقویت کننده، کافی است فقط چند جزئیات اضافه کنید، نحوه انجام این کار بیشتر توضیح داده خواهد شد.

تقویت کننده معکوس کننده

برای ایجاد یک تقویت کننده معکوس کننده از op-amp کافی است فقط دو مقاومت اضافه کنید. آنچه از این نتیجه حاصل شد در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7. شماتیک یک تقویت کننده معکوس

بهره چنین تقویت کننده ای با فرمول K = - (R2 / R1) محاسبه می شود. علامت منفی به معنای بد بودن تقویت کننده نیست، بلکه فقط به این معنی است که سیگنال خروجی در فاز مخالف سیگنال ورودی است. جای تعجب نیست که تقویت کننده معکوس نامیده می شود. در اینجا مناسب است یک ترانزیستور متصل شده بر اساس مدار با OE را به یاد بیاوریم. در آنجا نیز سیگنال خروجی روی کلکتور ترانزیستور با سیگنال ورودی که به پایه تغذیه می شود، در آنتی فاز قرار دارد.

اینجاست که لازم به یادآوری است که برای به دست آوردن یک سینوسی خالص بدون اعوجاج روی کلکتور ترانزیستور چقدر باید تلاش کرد. لازم است که بایاس بر اساس ترانزیستور به درستی انتخاب شود. این معمولاً بسته به پارامترهای زیادی بسیار دشوار است.

هنگام استفاده از op-amp، کافی است به سادگی مقاومت مقاومت ها را طبق فرمول محاسبه کنید و بهره مشخص شده را بدست آورید. به نظر می رسد که راه اندازی یک مدار op-amp بسیار ساده تر از راه اندازی چند مرحله ترانزیستور است. بنابراین، نیازی به ترس از این نیست که این طرح کار نمی کند، کار نخواهد کرد.

شکل 8.

در اینجا همه چیز مانند شکل های قبلی است: سیگنال ورودی با رنگ آبی نشان داده شده است و در قرمز بعد از تقویت کننده است. همه چیز با فرمول K = - (R2 / R1) مطابقت دارد. سیگنال خروجی با سیگنال ورودی (که مطابق با علامت منفی در فرمول است) در پادفاز قرار دارد و دامنه سیگنال خروجی دقیقاً دو برابر ورودی است. این همچنین زمانی صادق است که نسبت (R2 / R1) = (20/10) = 2 باشد. برای ایجاد بهره، به عنوان مثال، 10، کافی است مقاومت مقاومت R2 را به 100KΩ افزایش دهید.

در واقع، مدار تقویت کننده معکوس می تواند تا حدودی پیچیده تر باشد، این گزینه در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9.

یک بخش جدید در اینجا ظاهر شد - مقاومت R3 (در عوض، به سادگی از مدار قبلی ناپدید شد). هدف آن جبران جریان های ورودی یک آپ امپ واقعی به منظور کاهش ناپایداری دمایی جزء ثابت در خروجی است. مقدار این مقاومت طبق فرمول R3 = R1 * R2 / (R1 + R2) انتخاب می شود.

آپامپ‌های بسیار پایدار مدرن امکان اتصال مستقیم ورودی غیر معکوس به سیم مشترک را بدون مقاومت R3 می‌دهند. اگرچه وجود این عنصر کار بدی نخواهد داشت، اما در مقیاس فعلی تولید، وقتی در همه چیز صرفه جویی می کنند، ترجیح می دهند این مقاومت را نصب نکنند.

فرمول های محاسبه تقویت کننده معکوس در شکل 10 نشان داده شده است. چرا در شکل؟ بله، فقط برای وضوح، در یک خط متن آنقدر آشنا و قابل فهم به نظر نمی رسند، چندان قابل توجه نیستند.

شکل 10.

سود قبلا ذکر شد. فقط مقاومت های ورودی و خروجی یک تقویت کننده غیر معکوس در اینجا قابل توجه است. با مقاومت ورودی، همه چیز واضح به نظر می رسد: به نظر می رسد که برابر با مقاومت مقاومت R1 است، اما مقاومت خروجی باید با استفاده از فرمول نشان داده شده در شکل 11 محاسبه شود.

حرف K نشان دهنده ضریب مرجع DT است. در اینجا، لطفاً محاسبه کنید که امپدانس خروجی چقدر خواهد بود. رقم نسبتاً کوچکی خواهد بود، حتی برای یک OA متوسط ​​از نوع UD7 با K آن که بیش از 30000 نیست، البته، در محدوده، می توانید به این آبشار متصل شوید.

یک یادداشت جداگانه در مورد واحد در مخرج فرمول برای محاسبه مقاومت خروجی باید ذکر شود. فرض کنید نسبت R2 / R1 مثلاً 100 باشد. این نسبتی است که در مورد بهره تقویت کننده معکوس کننده 100 به دست می آید. معلوم می شود که اگر این واحد دور ریخته شود، هیچ چیز تغییر زیادی نخواهد کرد. . در واقع، این صحیح نیست.

بیایید فرض کنیم که مقاومت مقاومت R2 برابر با صفر باشد، همانطور که در مورد تکرار کننده وجود دارد. سپس، بدون یک، کل مخرج به صفر تبدیل می شود و مقاومت خروجی همان صفر خواهد بود. و اگر معلوم شود که این صفر جایی در مخرج فرمول است، چگونه تقسیم بر آن را ترتیب می دهید؟ بنابراین، خلاص شدن از شر این واحد به ظاهر ناچیز به سادگی غیرممکن است.

در یک مقاله، حتی یک مقاله نسبتاً بزرگ، نمی توانید همه چیز را بنویسید. بنابراین، شما باید به هر چیزی که در مقاله بعدی نمی گنجد، بپردازید. یک تقویت کننده غیر معکوس، یک تقویت کننده دیفرانسیل، یک تقویت کننده با منبع تک قطبی توضیح داده خواهد شد. همچنین توضیحاتی در مورد مدارهای ساده برای آزمایش op-amp ارائه خواهد شد.