جاده ده هزار لی با اولین قدم شروع می شود.
(ضرب المثل چینی)

عصر بود، کاری برای انجام دادن وجود نداشت... و ناگهان می خواستم چیزی را لحیم کنم. چنین ... الکترونیکی! .. برای لحیم کاری - بنابراین به لحیم کاری. یک کامپیوتر وجود دارد، اینترنت متصل است. انتخاب یک طرح و ناگهان معلوم می شود که طرح های مورد نظر یک کالسکه و یک گاری کوچک است. و همه آنها متفاوت هستند. بدون تجربه، دانش اندک. کدام را انتخاب کنیم؟ برخی از آنها حاوی نوعی مستطیل، مثلث هستند. آمپلی فایرها و حتی عملیاتی ... نحوه کار آنها مشخص نیست. عجیبه!.. اگه بسوزه چی؟ ما با استفاده از ترانزیستورهای آشنا ساده تر را انتخاب می کنیم! ما انتخاب کردیم، لحیم کاری کردیم، روشن کردیم ... HELP !!! کار نمی کند!!! چرا؟

چون «سادگی از دزدی بدتر است»! این مانند یک کامپیوتر است: سریع ترین و پیچیده ترین - بازی! و برای کارهای اداری، حتی ساده ترین آنها کافی است. در مورد ترانزیستورها هم همینطور است. لحیم کردن مدار روی آنها کافی نیست. همچنین باید بتوانید آن را پیکربندی کنید. تله ها و چنگک ها خیلی زیاد است. و این اغلب نیاز به تجربه ای دارد که به هیچ وجه در سطح ابتدایی نیست. پس چه، یک فعالیت هیجان انگیز را رها کنید؟ دور از آن! فقط لازم نیست از این "مثلث-مستطیل" ها بترسید. به نظر می رسد کار با آنها، در بسیاری از موارد، بسیار ساده تر از ترانزیستورهای فردی است. اگر می دانید - چگونه!

در اینجا این است: درک نحوه عملکرد یک تقویت کننده عملیاتی (op-amp، یا به زبان انگلیسی OpAmp)، اکنون به آن خواهیم پرداخت. در این مورد، ما کار او را به معنای واقعی کلمه "روی انگشتان" در نظر خواهیم گرفت، عملاً بدون استفاده از هیچ فرمولی، به جز قانون پدربزرگ اهم: "جریان عبور از بخش مدار ( من) با ولتاژ دو طرف آن نسبت مستقیم دارد ( U) و با مقاومت آن نسبت معکوس دارد ( آر)»:
I = U / R. (1)

برای شروع، در اصل، این مهم نیست که چگونه op-amp در داخل چیده شده است. بیایید فقط فرض کنیم که این یک "جعبه سیاه" با نوعی پر کردن در آنجا است. در این مرحله، ما پارامترهای آپمپ مانند "ولتاژ افست"، "ولتاژ افست"، "انحراف دما"، "ویژگی های نویز"، "نسبت رد حالت معمول"، "نسبت سرکوب امواج ولتاژ تغذیه"، "را در نظر نخواهیم گرفت. پهنای باند "و غیره همه این پارامترها در مرحله بعدی مطالعه آن مهم خواهند بود، زمانی که اصول اولیه کار آن در ذهن من "قرار می گیرد"، زیرا "روی کاغذ صاف بود، اما آنها دره ها را فراموش کردند" ...

در حال حاضر، اجازه دهید فرض کنیم که پارامترهای op-amp نزدیک به ایده آل هستند و تنها در نظر بگیریم که اگر سیگنال هایی به ورودی های آن اعمال شود، چه سیگنالی در خروجی آن خواهد بود.

بنابراین، تقویت کننده عملیاتی (OA) یک تقویت کننده دیفرانسیل DC با دو ورودی (معکوس و غیر معکوس) و یک خروجی است. علاوه بر آنها، op-amp دارای سرنخ های قدرت است: مثبت و منفی. این پنج یافته در دسترس هستند تقریباهر آپ امپ و اساسا برای عملکرد آن ضروری هستند.

Op-amp سود زیادی دارد، حداقل 50000 ... 100000، اما در واقعیت - بسیار بیشتر. بنابراین، به عنوان اولین تقریب، حتی می توان آن را برابر با بی نهایت فرض کرد.

اصطلاح "دیفرانسیل" ("متفاوت" از انگلیسی به "تفاوت"، "تفاوت"، "تفاوت" ترجمه شده است) به این معنی است که پتانسیل خروجی آپ امپ منحصراً تحت تأثیر اختلاف پتانسیل بین ورودی های آن است. هر چهاز آنها مطلقارزش ها و قطبیت ها

اصطلاح "DC" به این معنی است که سیگنال های ورودی op-amp را با شروع 0 هرتز تقویت می کند. محدوده فرکانس بالایی (محدوده فرکانس) سیگنال های تقویت شده توسط آپ امپ به دلایل زیادی بستگی دارد، مانند ویژگی های فرکانس ترانزیستورهایی که از آن تشکیل شده است، بهره مدار ساخته شده با استفاده از آپ امپ و غیره. اما این موضوع در حال حاضر از حوصله آشنایی اولیه با کار آن خارج است و در اینجا به آن پرداخته نخواهد شد.

ورودی های op-amp دارای امپدانس ورودی بسیار بزرگ، برابر با ده ها / صدها مگا اهم یا حتی گیگا اهم هستند (و فقط در K140UD1 همیشه به یاد ماندنی و حتی در K140UD5 فقط 30 ... 50 کیلو اهم بود). چنین امپدانس بالایی از ورودی ها به این معنی است که آنها عملاً هیچ تأثیری بر سیگنال ورودی ندارند.

بنابراین، با یک درجه تقریب زیاد به ایده آل نظری، می توانیم چنین فرض کنیم جاری به ورودی های op-amp جریان نمی یابد ... این - اولینیک قانون مهم که هنگام تجزیه و تحلیل عملکرد یک op-amp اعمال می شود. لطفاً به خوبی به خاطر داشته باشید که به چه چیزی مربوط می شود فقط خود OU، اما نه طرح ها با کاربردش!

اصطلاحات معکوس و غیر معکوس به چه معنا هستند؟ در رابطه با آنچه که وارونگی تعریف شده است و به طور کلی، این چه نوع "حیوانی" است - وارونگی سیگنال؟

ترجمه شده از لاتین، یکی از معانی کلمه "inversio" "عطف"، "کودتا" است. به عبارت دیگر، وارونگی یک تصویر آینه ای است ( آینه کاری) سیگنال نسبت به محور افقی X(محور زمان). در شکل شکل 1 چندین مورد از انواع مختلف وارونگی سیگنال را نشان می دهد، که در آن سیگنال مستقیم (ورودی) با رنگ قرمز و سیگنال معکوس (خروجی) با رنگ آبی نشان داده شده است.

برنج. 1 درک وارونگی سیگنال

به ویژه باید توجه داشت که به خط صفر (مانند شکل 1، A، B)، وارونگی سیگنال گره خورده نیست! سیگنال ها می توانند معکوس و نامتقارن باشند. به عنوان مثال، هر دو فقط در ناحیه مقادیر مثبت هستند (شکل 1، C)، که برای سیگنال های دیجیتال یا با منبع تغذیه تک قطبی معمول است (این مورد بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت)، یا هر دو تا حدی مثبت هستند. و تا حدی در مناطق منفی (شکل 1، B، E). گزینه های دیگر نیز امکان پذیر است. شرط اصلی متقابل آنهاست گمانه زنینسبت به سطحی که خودسرانه انتخاب شده است (به عنوان مثال، یک نقطه میانی مصنوعی، که در ادامه نیز مورد بحث قرار خواهد گرفت). به عبارت دیگر، قطبیتسیگنال نیز یک عامل تعیین کننده نیست.

Op-amp ها به روش های مختلف بر روی نمودارهای شماتیک نشان داده می شوند. در خارج از کشور، OU ها قبلاً به تصویر کشیده شده بودند، و اکنون آنها اغلب به شکل یک مثلث متساوی الساقین به تصویر کشیده می شوند (شکل 2، A). ورودی معکوس نماد منهای است و ورودی غیر معکوس یک نماد مثبت در داخل مثلث است. این نمادها اصلاً به این معنی نیست که در ورودی های مربوطه پتانسیل باید مثبت یا منفی تر از دیگری باشد. آنها به سادگی نشان می دهند که پتانسیل خروجی چگونه به پتانسیل های اعمال شده روی ورودی ها واکنش نشان می دهد. در نتیجه، آنها را می توان به راحتی با پریزهای برق اشتباه گرفت، که می تواند یک "راک" غیرمنتظره باشد، به خصوص برای مبتدیان.

برنج. 2 انواع تصاویر گرافیکی شرطی (UGO)
تقویت کننده های عملیاتی

در سیستم تصاویر گرافیکی مرسوم داخلی (UGO)، قبل از اجرایی شدن GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81)، OU ها نیز به شکل یک مثلث، فقط ورودی معکوس - توسط نماد وارونگی به تصویر کشیده می شدند. - توسط یک دایره در تقاطع خروجی با مثلث (شکل 2، B)، و در حال حاضر - به شکل یک مستطیل (شکل 2، C).

هنگام تعیین یک آپمپ در نمودارها، در صورتی که راحت تر باشد، ورودی های معکوس و غیر معکوس را می توان تعویض کرد، با این حال، به طور سنتی ورودی معکوس در بالا و ورودی غیر معکوس در پایین نشان داده می شود. پایه های پاور معمولاً همیشه به یک صورت (مثبت در بالا و منفی در پایین) قرار می گیرند.

آمپرهای عملیاتی تقریباً همیشه در مدارهای بازخورد منفی (NF) استفاده می شوند.

فیدبک اثر تغذیه بخشی از ولتاژ خروجی تقویت کننده به ورودی آن است، جایی که به صورت جبری (با در نظر گرفتن علامت) به ولتاژ ورودی اضافه می شود. اصل جمع سیگنال در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت. بسته به اینکه بازخورد به کدام ورودی op-amp، معکوس یا غیر معکوس داده می شود، بازخورد منفی (OOS) متمایز می شود، زمانی که بخشی از سیگنال خروجی به ورودی معکوس تغذیه می شود (شکل 3، A) یا بازخورد مثبت (PIC)، هنگامی که بخشی از سیگنال خروجی، به ترتیب، به ورودی غیر معکوس تغذیه می شود (شکل 3، B).

برنج. 3 اصل تشکیل بازخورد (OS)

در حالت اول، از آنجایی که خروجی معکوس با ورودی است، از ورودی کم می شود. در نتیجه، سود کلی مرحله کاهش می یابد. در حالت دوم، به ورودی اضافه می شود، بهره کلی مرحله افزایش می یابد.

در نگاه اول، ممکن است به نظر برسد که PIC تأثیر مثبتی دارد و OOS یک تعهد کاملاً بی فایده است: چرا سود را کاهش دهید؟ این دقیقاً همان چیزی است که بازرسان ثبت اختراع ایالات متحده در سال 1928، هارولد اس. بلک فکر کردند تلاش کردثبت اختراع OOS با این حال، با قربانی کردن تقویت، سایر پارامترهای مهم مدار مانند خطی بودن، محدوده فرکانس و غیره را به طور قابل توجهی بهبود می‌دهیم.

اما PIC (با در نظر گرفتن تقویت کننده عظیم خود از op-amp)، تأثیر معکوس بر ویژگی های مدار دارد و ناخوشایندترین چیز این است که باعث خود تحریکی آن می شود. البته به عمد نیز استفاده می‌شود، مثلاً در ژنراتورها، مقایسه‌کننده‌های دارای هیسترزیس (در ادامه در این مورد بیشتر توضیح می‌دهیم) و غیره، اما به طور کلی تأثیر آن بر عملکرد مدارهای تقویت‌کننده با آپ امپ نسبتاً منفی است و نیاز به یک تجزیه و تحلیل بسیار دقیق و منطقی کاربرد آن.

از آنجایی که OA دارای دو ورودی است، انواع اصلی زیر با استفاده از OOS امکان پذیر است (شکل 4):

برنج. 4 طرح اساسی برای روشن کردن op-amp

آ) معکوس کردن (شکل 4، A) - سیگنال به ورودی معکوس تغذیه می شود و سیگنال غیر معکوس مستقیماً به پتانسیل مرجع متصل می شود (استفاده نمی شود).

ب) غیر معکوس (شکل 4، B) - سیگنال به ورودی غیر معکوس تغذیه می شود و وارونه مستقیماً به پتانسیل مرجع متصل می شود (استفاده نمی شود).

v) دیفرانسیل (شکل 4، B) - سیگنال ها به هر دو ورودی، معکوس و غیر معکوس اعمال می شوند.

برای تجزیه و تحلیل عملکرد این طرح ها، باید در نظر گرفت دومینمهم ترین قانون، که کار OA موضوع آن است: خروجی تقویت کننده عملیاتی اطمینان حاصل می کند که اختلاف ولتاژ بین ورودی های آن صفر است..

با این حال، هر عبارتی باید باشد لازم و کافیبرای محدود کردن کل زیر مجموعه موارد اطاعت. فرمول فوق، با همه «کلاسیک بودن» خود، هیچ اطلاعاتی در مورد اینکه خروجی به دنبال تأثیرگذاری بر کدام یک از ورودی ها است، نمی دهد. بر اساس آن، معلوم می شود که op-amp به نظر می رسد ولتاژها را در ورودی های خود برابر می کند و ولتاژ را از جایی "از داخل" به آنها تامین می کند.

اگر به نمودارهای شکل زیر دقت کنید. 4، مشاهده می شود که OOS (از طریق Roos) در همه موارد از خروجی شروع می شود فقطبه ورودی معکوس، که به ما دلیلی می دهد تا این قانون را به صورت زیر دوباره فرمول بندی کنیم: ولتاژ روشن خروجی آپ امپ پوشش داده شده توسط OOS اطمینان حاصل می کند که پتانسیل در ورودی معکوس برابر با پتانسیل ورودی غیر معکوس است..

بر اساس این تعریف، "master" برای هر روشن کردن OA با OOS ورودی غیر معکوس است و "Slave" ورودی معکوس است.

هنگام توصیف عملکرد یک آپ امپ، پتانسیل در ورودی معکوس آن اغلب "صفر مجازی" یا "نقطه میانی مجازی" نامیده می شود. ترجمه کلمه لاتین "virtus" به معنای "خیالی"، "خیالی" است. یک شی مجازی نزدیک به رفتار اشیاء مشابه واقعیت مادی رفتار می کند، به عنوان مثال، برای سیگنال های ورودی (به دلیل عملکرد OOS)، ورودی معکوس را می توان به طور مستقیم به همان پتانسیل متصل در نظر گرفت که ورودی غیر معکوس به آن متصل است. نیز متصل است. با این حال، "صفر مجازی" فقط یک مورد خاص است که فقط با یک منبع دوقطبی op-amp انجام می شود. هنگام استفاده از منبع تغذیه تک قطبی (که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت) و در بسیاری از طرح های سوئیچینگ دیگر، هیچ صفر در ورودی های غیر معکوس یا معکوس وجود نخواهد داشت. بنابراین، اجازه دهید موافقت کنیم که از این اصطلاح استفاده نخواهیم کرد، زیرا با درک اولیه اصول سیستم عامل تداخل دارد.

از این دیدگاه، طرح های نشان داده شده در شکل 1 را تحلیل خواهیم کرد. 4. در این مورد، برای ساده کردن تحلیل، فرض می‌کنیم که ولتاژهای تغذیه همچنان دوقطبی هستند، از نظر بزرگی برابر با یکدیگر (مثلاً 15 ولت)، با یک نقطه میانی (گذرگاه مشترک یا "زمین")، نسبت به که ولتاژ ورودی و خروجی را اندازه گیری می کنیم. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل بر روی جریان مستقیم انجام خواهد شد، زیرا یک سیگنال متناوب در حال تغییر در هر لحظه از زمان نیز می تواند به عنوان نمونه ای از مقادیر DC نمایش داده شود. در همه موارد، بازخورد از طریق Roos از خروجی آپ امپ به ورودی معکوس آن آورده می شود. تنها تفاوت این است که کدام یک از ورودی ها با ولتاژ ورودی تغذیه می شود.

آ) معکوس کردنروشن کردن (شکل 5).

برنج. 5 اصل عملکرد op-amp در اتصال معکوس

پتانسیل در ورودی غیر معکوس صفر است، زیرا به نقطه میانی ("زمین") متصل است. یک سیگنال ورودی برابر با 1+ ولت نسبت به نقطه میانی (از گیگابایت) به ترمینال سمت چپ مقاومت ورودی Rin اعمال می شود. فرض کنید مقاومت های Roos و Rin با یکدیگر برابر و برابر با 1 کیلو اهم هستند (مقاومت کل آنها 2 کیلو اهم است).

طبق قانون 2، ورودی معکوس باید همان پتانسیل ورودی غیر معکوس خنثی را داشته باشد، یعنی 0 ولت. بنابراین، ولتاژ 1 + ولت به Rin اعمال می شود. طبق قانون اهم، جریانی از آن عبور می کند. منکه در.= 1 ولت / 1000 اهم = 0.001 A (1 میلی آمپر). جهت جریان این جریان با یک فلش نشان داده شده است.

از آنجایی که Roos و Rin توسط یک تقسیم کننده روشن می شوند و طبق قانون 1، ورودی های op-amp جریان مصرف نمی کنند، بنابراین برای اینکه ولتاژ در نقطه میانی این تقسیم کننده 0 ولت باشد، باید یک ولتاژ به ترمینال راست Roos اعمال می شود منهای 1 ولت و جریانی که از آن عبور می کند مناوسهمچنین باید برابر با 1 میلی آمپر باشد. به عبارت دیگر، ولتاژ 2 ولت بین ترمینال Rin چپ و ترمینال راست Roos اعمال می شود و جریانی که از این تقسیم کننده عبور می کند 1 میلی آمپر (2 V / (1 kΩ + 1 kΩ) = 1 mA) است، یعنی. من که در. = من اوس .

اگر ولتاژ منفی به ورودی اعمال شود، خروجی آپ امپ دارای ولتاژ مثبت خواهد بود. همه چیز یکسان است، فقط فلش ​​هایی که جریان جریان را از طریق Roos و Rin نشان می دهد در جهت مخالف هدایت می شوند.

بنابراین، با رتبه‌بندی‌های مساوی Roos و Rin، ولتاژ خروجی op-amp برابر با ولتاژ ورودی آن از نظر بزرگی، اما در قطبیت معکوس خواهد بود. و گرفتیم معکوس کردن تکرار کننده ... این مدار اغلب در صورت نیاز به معکوس کردن سیگنال دریافتی با استفاده از مدارهایی که در اصل اینورتر هستند، استفاده می شود. به عنوان مثال، تقویت کننده های لگاریتمی.

حال اجازه دهید با حفظ مقدار Rin برابر با 1 کیلو اهم، مقاومت Roos را با همان سیگنال ورودی +1 ولت به 2 کیلو اهم افزایش دهیم. مقاومت کل تقسیم کننده Roos + Rin به 3 کیلو اهم افزایش یافت. برای اینکه پتانسیل 0 ولت در نقطه میانی خود (برابر پتانسیل ورودی غیر معکوس) باقی بماند، همان جریان (1 میلی آمپر) باید از طریق Roos عبور کند که از طریق Rin می‌گذرد. بنابراین، افت ولتاژ روی Roos (ولتاژ در خروجی آپ امپ) باید از قبل 2 ولت باشد. در خروجی آپ امپ، ولتاژ برابر با منفی 2 ولت است.

بیایید رتبه Roos را به 10 کیلو اهم افزایش دهیم. اکنون ولتاژ خروجی op-amp تحت همان شرایط دیگر قبلاً 10 ولت خواهد بود. بالاخره رسیدیم معکوس کردن تقویت کننده ! ولتاژ خروجی آن بیشتر از ولتاژ ورودی (به عبارت دیگر بهره Ku) به اندازه مقاومت Roos از مقاومت Rin بیشتر است. به همان اندازه که قسم می خورم از فرمول ها استفاده نکنم، بیایید همچنان آن را در قالب یک معادله نمایش دهیم:
Ku = - Uout / Uin = - Roos / Rin. (2)

علامت منفی جلوی کسری در سمت راست معادله فقط به این معنی است که سیگنال خروجی نسبت به سیگنال ورودی معکوس شده است. و نه چیزی بیشتر!

حالا بیایید مقاومت Roos را به 20 کیلو اهم افزایش دهیم و آنچه اتفاق می افتد را تجزیه و تحلیل کنیم. طبق فرمول (2)، با Ku = 20 و سیگنال ورودی 1 ولت، خروجی باید ولتاژ 20 ولت داشته باشد، اما آن جا نبود! ما قبلاً این فرض را داشتیم که ولتاژ تغذیه آپمپ ما فقط 15 ولت است. اما حتی 15 ولت هم نمی توان به دست آورد (چرا کمی پایین تر است). "شما نمی توانید از بالای سر خود بپرید (ولتاژ منبع تغذیه)!" در نتیجه چنین سوء استفاده ای از درجه بندی مدارها، ولتاژ خروجی آپ امپ روی ولتاژ تغذیه قرار می گیرد (خروجی آپ امپ به حالت اشباع می رود). تعادل برابری جریان ها از طریق تقسیم کننده RoosRin ( منکه در. = مناوس) نقض می شود، یک پتانسیل در ورودی معکوس ظاهر می شود که با پتانسیل در ورودی غیر معکوس متفاوت است. قانون 2 دیگر اعمال نمی شود.

ورودی مقاومت تقویت کننده معکوسبرابر با مقاومت Rin است، زیرا تمام جریان منبع سیگنال ورودی (GB) از آن عبور می کند.

حالا اجازه دهید ثابت Roos را با یک متغیر با مقدار اسمی مثلاً 10 کیلو اهم جایگزین کنیم (شکل 6).

برنج. 6 مدار تقویت کننده بهره متغیر معکوس

با سمت راست (طبق نمودار) لغزنده آن، بهره به صورت Roos / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10 خواهد بود. با حرکت اسلایدر Roos به سمت چپ (کاهش مقاومت آن)، بهره مدار خواهد شد. کاهش می یابد و در نهایت در سمت چپ منتهی الیه آن برابر با صفر می شود، زیرا در فرمول فوق در حالت صفر صفر می شود. هر ارزش مخرج خروجی نیز برای هر مقدار و قطبیت سیگنال ورودی صفر خواهد بود. این اغلب در مدارهای تقویت صدا، مانند میکسرها، که در آن شما باید بهره را از صفر تنظیم کنید، استفاده می شود.

ب) غیر معکوسروشن کردن (شکل 7).

برنج. 7 اصل عملکرد op-amp در اتصال غیر معکوس

پین Rin سمت چپ به نقطه میانی ("زمین") متصل است و سیگنال ورودی برابر با 1+ ولت مستقیماً به ورودی غیر معکوس اعمال می شود. از آنجایی که تفاوت های ظریف تجزیه و تحلیل در بالا "جویده" شده است، در اینجا فقط به تفاوت های قابل توجهی توجه خواهیم کرد.

در مرحله اول آنالیز، مقاومت های Roos و Rin را نیز برابر یکدیگر و برابر با 1 کیلو اهم می گیریم. زیرا در ورودی غیر معکوس پتانسیل +1 V است، سپس طبق قانون 2 همان پتانسیل (+1 V) باید در ورودی معکوس باشد (در شکل نشان داده شده است). برای این کار باید ولتاژ 2 + ولت در ترمینال سمت راست مقاومت Roos (خروجی op-amp) وجود داشته باشد. منکه در.و مناوس، برابر با 1 میلی آمپر، اکنون از طریق مقاومت های Roos و Rin در جهت مخالف جریان می یابد (با فلش نشان داده شده است). گرفتیم غیر معکوس تقویت کننده با بهره 2 چون ورودی +1 ولت خروجی 2 + ولت تولید می کند.

عجیب است، اینطور نیست؟ درجه بندی ها مانند اتصال معکوس هستند (تنها تفاوت این است که سیگنال به ورودی دیگری تغذیه می شود) و بهره واضح است. ما کمی بعداً این موضوع را مشخص خواهیم کرد.

اکنون مقدار Roos را به 2 کیلو اهم افزایش می دهیم. برای حفظ تعادل جریان منکه در. = مناوسو پتانسیل ورودی معکوس +1 V است، خروجی op-amp باید از قبل +3 V باشد. Ku = 3 V / 1 V = 3!

اگر مقادیر Ku را با یک اتصال غیر معکوس با یک وارونه، با همان رتبه‌بندی‌های Roos و Rin مقایسه کنیم، معلوم می‌شود که بهره در همه موارد یک بیشتر است. ما فرمول را به دست می آوریم:
Ku = Uout / Uin + 1 = (Roos / Rin) + 1 (3)

چرا این اتفاق می افتد؟ خیلی ساده است! NF مانند اتصال معکوس عمل می کند، اما طبق قانون 2، پتانسیل ورودی غیر معکوس همیشه به پتانسیل ورودی معکوس در یک اتصال غیر معکوس اضافه می شود.

بنابراین، با روشن شدن غیر معکوس، نمی توانید یک بهره برابر با 1 دریافت کنید؟ چرا که نه - شما می توانید. بیایید به همان روشی که شکل 1 را تجزیه و تحلیل کردیم، ارزش Roos را کاهش دهیم. 6. با مقدار صفر خود - اتصال کوتاه خروجی با ورودی معکوس (شکل 8، A)، مطابق قانون 2، خروجی دارای ولتاژی خواهد بود که پتانسیل ورودی معکوس برابر با پتانسیل ورودی است. ورودی غیر معکوس، یعنی +1 ولت. دریافت می کنیم: Ku = 1 V / 1 V = 1 (!) خوب، از آنجایی که ورودی معکوس کننده جریان مصرف نمی کند و هیچ اختلاف پتانسیلی بین آن و خروجی وجود ندارد، پس هیچ جریانی در این مدار جریان ندارد.

برنج. 8 طرحی برای روشن کردن آپ امپ به عنوان دنبال کننده ولتاژ

رین به طور کلی اضافی می شود، زیرا به موازات باری که باید خروجی آپ امپ روی آن کار کند وصل می شود و جریان خروجی آن کاملاً بیهوده از آن عبور می کند. و اگر Roos را ترک کنید، اما Rin را بردارید، چه اتفاقی می‌افتد (شکل 8، B)؟ سپس، در فرمول تقویت Ku = Roos / Rin + 1، مقاومت Rin از نظر تئوری به بی نهایت نزدیک می شود (البته در واقعیت، نه، زیرا نشتی روی برد وجود دارد، و جریان ورودی op-amp، اگرچه ناچیز، صفر است، برابر نیست)، و نسبت Roos / Rin برابر با صفر است. فقط یک در فرمول باقی می ماند: Ku = + 1. آیا می توانید برای این مدار بهره کمتر از یک بگیرید؟ خیر، کمتر تحت هیچ شرایطی کار نمی کند. واحد "اضافی" در فرمول بهره روی منحنی توسط یک بز قابل اجتناب نیست ...

پس از حذف تمام مقاومت های "اضافی"، مدار را دریافت می کنیم غیر معکوس تکرار کننده نشان داده شده در شکل 8، B.

در نگاه اول، چنین طرحی معنای عملی ندارد: چرا ما به یک "تقویت" واحد و حتی غیر معکوس نیاز داریم - چه، شما نمی توانید سیگنال را بیشتر تغذیه کنید ؟؟؟ با این حال، چنین طرح هایی اغلب استفاده می شود و در اینجا دلیل آن است. طبق قانون 1، هیچ جریانی به ورودی های آپ امپ جریان نمی یابد، به عنوان مثال، امپدانس ورودی تکرار کننده غیر معکوس بسیار بزرگ است - آن ده ها، صدها و حتی هزاران مگا اهم (همین مورد در مورد مدار در شکل 7 صدق می کند)! اما امپدانس خروجی بسیار کوچک است (کسری اهم!). خروجی آپ امپ با تمام توان خود پاف می کند و طبق قانون 2 سعی می کند پتانسیل یکسانی را در ورودی معکوس مانند ورودی غیر معکوس حفظ کند. تنها محدودیت جریان خروجی مجاز op-amp است.

اما از این جا کمی به کناری تکان می‌دهیم و موضوع جریان‌های خروجی آپ امپ را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کنیم.

برای اکثر آپامپ های پرکاربرد، پارامترهای فنی نشان می دهد که مقاومت بار متصل به خروجی آنها نباید باشد. کمتر 2 کیلو اهم. بیشتر - به اندازه لازم. برای یک عدد بسیار کوچکتر، 1 کیلو اهم (K140UD…) است. این بدان معناست که در بدترین شرایط: حداکثر ولتاژ تغذیه (به عنوان مثال، ± 16 ولت یا کل 32 ولت)، یک بار متصل بین خروجی و یکی از ریل های برق و حداکثر ولتاژ خروجی با قطب مخالف، ولتاژ حدود 30 V به بار اعمال می شود. جریان عبوری از آن خواهد بود: 30 ولت / 2000 اهم = 0.015 A (15 میلی آمپر). نه خیلی کم، اما نه خیلی زیاد. خوشبختانه، اکثر آپ امپ های همه منظوره دارای حفاظت داخلی در برابر جریان اضافه هستند - معمولا حداکثر جریان خروجی 25 میلی آمپر. حفاظت از گرم شدن بیش از حد و خرابی آپ امپ جلوگیری می کند.

اگر ولتاژهای تغذیه حداکثر مجاز نباشد، حداقل مقاومت بار را می توان به طور متناسب کاهش داد. به عنوان مثال، هنگامی که با 7.5 ... 8 ولت (مجموع 15 ... 16 ولت) تغذیه می شود، می تواند 1 کیلو اهم باشد.

V) دیفرانسیلروشن کردن (شکل 9).

برنج. 9 اصل عملکرد op-amp در اتصال دیفرانسیل

بنابراین، بیایید بگوییم که با مقادیر Rin و Roos یکسان برابر با 1 کیلو اهم، ولتاژهای یکسانی برابر با 1 + ولت به هر دو ورودی مدار اعمال می شود (شکل 9، A). از آنجایی که پتانسیل های دو طرف مقاومت Rin با یکدیگر برابر است (ولتاژ دو طرف مقاومت 0 است)، هیچ جریانی از آن عبور نمی کند. این بدان معنی است که جریان عبوری از مقاومت Roos نیز برابر با صفر است. یعنی این دو مقاومت هیچ عملکردی ندارند. در واقع، ما در واقع یک تکرار کننده غیر معکوس دریافت کردیم (مقایسه با شکل 8). بر این اساس، در خروجی همان ولتاژ ورودی غیر معکوس، یعنی 1+ ولت را دریافت می کنیم. قطبیت سیگنال ورودی را در ورودی معکوس مدار تغییر دهید (GB1 بچرخانید) و منهای 1 ولت را اعمال کنید (شکل 1). 9، ب). اکنون ولتاژ 2 ولت بین پایانه های Rin اعمال می شود و جریانی از آن عبور می کند منکه در= 2 میلی آمپر (امیدوارم به طور مفصل توضیح دهم، چرا دیگر لازم نیست؟). برای جبران این جریان باید جریان 2 میلی آمپری نیز از روس عبور کند. و برای این کار خروجی آپ امپ باید ولتاژ +3 ولت داشته باشد.

اینجاست که "پوزخند" مخرب 1 اضافی در فرمول افزایش یک تقویت کننده غیر معکوس خود را نشان داد. معلوم می شود که با این ساده شدهسوئیچینگ دیفرانسیل، اختلاف بهره دائماً سیگنال خروجی را با مقدار پتانسیل در ورودی غیر معکوس جابجا می کند. یک مشکل با! با این حال، "حتی اگر خورده شوید، باز هم حداقل دو گزینه دارید." این بدان معنی است که ما به نحوی نیاز داریم که دستاوردهای ادخال های معکوس و غیر معکوس را برابر کنیم تا این واحد اضافی را "خنثی کنیم".

برای انجام این کار، اجازه دهید سیگنال ورودی را نه به طور مستقیم، بلکه از طریق تقسیم کننده Rin2، R1 به ورودی غیر معکوس اعمال کنیم (شکل 9، B). همچنین هر کدام 1 کیلو اهم آنها را می پذیریم. اکنون در ورودی غیر معکوس (و بنابراین در ورودی معکوس کننده) op-amp پتانسیل +0.5 V وجود خواهد داشت، جریانی از آن عبور می کند (و Roos) منکه در = مناوس= 0.5 میلی آمپر، که برای آن خروجی آپ امپ باید ولتاژی برابر با 0 ولت داشته باشد. ما به آنچه می خواستیم رسیدیم! اگر سیگنال‌های هر دو ورودی مدار از نظر قدر و قطبیت برابر باشند (در این مورد 1+ ولت، اما برای منهای 1 ولت و برای هر مقدار دیجیتال دیگر صدق می‌کند)، خروجی آپ امپ خواهد بود. ولتاژ صفر برابر با اختلاف سیگنال های ورودی را حفظ کنید ...

بیایید این استدلال را با اعمال یک سیگنال با قطبیت منفی منهای 1 ولت به ورودی معکوس بررسی کنیم (شکل 9، D). که در آن منکه در = مناوس= 2 میلی آمپر، که خروجی آن باید 2 ولت باشد. همه چیز تایید شد! سطح سیگنال خروجی مربوط به تفاوت بین سیگنال های ورودی است.

البته اگر Rin1 و Roos برابر باشند (به ترتیب Rin2 و R1) هیچ سودی نخواهیم داشت. برای انجام این کار، همانطور که در تجزیه و تحلیل سوئیچ های قبلی سیستم عامل انجام شد (تکرار نمی کنم)، باید رتبه بندی Roos و R1 را افزایش دهید. موکدا نسبت مشاهده می شود:

Roos / Rin1 = R1 / Rin2. (4)

بنابراین ما از چنین گنجاندن در عمل چه سودمندی به دست می آوریم؟ و ما یک ویژگی شگفت انگیز به دست می آوریم: ولتاژ خروجی به مقادیر مطلق سیگنال های ورودی بستگی ندارد، اگر آنها از نظر قدر و قطبیت با یکدیگر برابر باشند. فقط سیگنال تفاوت (دیفرانسیل) در خروجی دریافت می شود. این اجازه می دهد تا سیگنال های بسیار کوچک در برابر پس زمینه ای از تداخل که به طور یکسان در هر دو ورودی عمل می کند، تقویت شوند. به عنوان مثال، یک سیگنال از یک میکروفون پویا در برابر پس‌زمینه یک پیکاپ برق صنعتی فرکانس 50 هرتز.

با این حال، متأسفانه در این بشکه عسل یک مگس در مرهم وجود دارد. اولاً تساوی (4) باید بسیار دقیق رعایت شود (تا دهم و گاهی حتی صدم درصد!). در غیر این صورت، عدم تعادل جریان های فعال در مدار وجود خواهد داشت و بنابراین، علاوه بر سیگنال های اختلاف ("ضد فاز")، سیگنال های ترکیبی ("در فاز") نیز تقویت می شوند.

بیایید ماهیت این اصطلاحات را درک کنیم (شکل 10).

برنج. 10 تغییر فاز سیگنال

فاز سیگنال مقداری است که انحراف مبدأ دوره سیگنال را نسبت به مبدأ زمان مشخص می کند. از آنجایی که هم مبدا زمانی و هم مبدا دوره به طور تصادفی انتخاب می شوند، فاز یک تناوبیسیگنال معنای فیزیکی ندارد. با این حال، اختلاف فاز این دو تناوبیسیگنال ها کمیتی است که معنای فیزیکی دارد، تاخیر یکی از سیگنال ها را نسبت به دیگری منعکس می کند. چه چیزی شروع دوره در نظر گرفته می شود مهم نیست. نقطه شروع دوره را می توان با شیب مثبت صفر در نظر گرفت. شما می توانید - حداکثر. همه چیز در اختیار ماست.

در شکل 9 قرمز نشان دهنده سیگنال اصلی است، سبز - با ¼ دوره نسبت به اصلی، و آبی - با ½ دوره. اگر منحنی های قرمز و آبی را با منحنی های شکل 2 مقایسه کنیم. 2، B، سپس می توانید ببینید که آنها متقابل هستند معکوس... بنابراین، "سیگنال های درون فاز" سیگنال هایی هستند که در هر نقطه با یکدیگر منطبق هستند و "سیگنال های ضد فاز" معکوسنسبت به یکدیگر

در عین حال، مفهوم وارونگی هاگسترده تر از مفهوم فازاز آنجا که مورد دوم فقط برای سیگنال های دوره ای که به طور منظم تکرار می شوند، اعمال می شود. و مفهوم وارونگی هاقابل استفاده برای هر سیگنال، از جمله سیگنال های غیر تناوبی، مانند سیگنال صوتی، دنباله دیجیتال یا ولتاژ ثابت. به فازیک مقدار ثابت بود، سیگنال باید حداقل برای مدتی دوره ای باشد. در غیر این صورت، هم فاز و هم دوره به انتزاعات ریاضی تبدیل می شوند.

ثانیاً ورودی های معکوس و غیر معکوس در اتصال دیفرانسیل با رتبه های مساوی Roos = R1 و Rin1 = Rin2 دارای مقاومت های ورودی متفاوتی خواهند بود. اگر مقاومت ورودی ورودی معکوس فقط با رتبه Rin1 تعیین شود، ورودی غیر معکوس با درجه بندی ها تعیین می شود. همواره Rin2 و R1 را روشن کردید (آیا فراموش نکرده اید که ورودی های op-amp جریان مصرف نمی کنند؟). در مثال بالا به ترتیب 1 و 2 کیلو اهم خواهند بود. و اگر Roos و R1 را برای به دست آوردن یک مرحله تقویت کننده کامل افزایش دهیم، تفاوت به میزان قابل توجهی افزایش می یابد: با Ku = 10 - به ترتیب، به همان 1 کیلو اهم و به اندازه 11 کیلو اهم!

متأسفانه، در عمل، آنها معمولاً نامهای Rin1 = Rin2 و Roos = R1 را تنظیم می کنند. با این حال، این تنها در صورتی قابل قبول است که منابع سیگنال برای هر دو ورودی بسیار کم باشد. امپدانس خروجی... در غیر این صورت، یک تقسیم کننده با امپدانس ورودی این مرحله تقویت کننده تشکیل می دهد، و از آنجایی که نسبت تقسیم چنین "تقسیم کننده ها" متفاوت خواهد بود، نتیجه واضح است: تقویت کننده دیفرانسیل با چنین درجه بندی مقاومتی عملکرد خود را برای سرکوب مشترک انجام نمی دهد. سیگنال های حالت (ترکیبی) یا این عملکرد را ضعیف انجام می دهند ...

یکی از راه های حل این مشکل ممکن است نابرابری مقادیر مقاومت های متصل به ورودی های معکوس و غیر معکوس op-amp باشد. یعنی Rin2 + R1 = Rin1. نکته مهم دیگر دستیابی به رعایت دقیق برابری است (4). به عنوان یک قاعده، این با تقسیم R1 به دو مقاومت به دست می آید - یک ثابت، معمولا 90٪ از امتیاز مورد نیاز و یک متغیر (R2)، که مقاومت آن 20٪ از امتیاز مورد نیاز است (شکل 11، A).

برنج. 11 گزینه متعادل کننده تقویت کننده دیفرانسیل

راه به طور کلی پذیرفته شده است، اما باز هم با این روش بالانس، هرچند اندک، اما مقاومت ورودی ورودی غیر معکوس تغییر می کند. بسیار با ثبات تر است، از آنجایی که Roos در تشکیل مقاومت ورودی ورودی معکوس شرکت نمی کند، نوع با گنجاندن یک مقاومت پیرایش (R5) به صورت سری با Roos (شکل 11، B) است. نکته اصلی این است که نسبت فرقه های آنها را مانند گزینه "A" (Roos / Rin1 = R1 / Rin2) حفظ کنید.

به محض اینکه در مورد سوئیچینگ دیفرانسیل صحبت کردیم و تکرار کننده ها را ذکر کردیم، می خواهم یک مدار جالب را شرح دهم (شکل 12).

برنج. 12 مدار تکرار کننده معکوس / غیر معکوس سوئیچ

سیگنال ورودی به طور همزمان به هر دو ورودی مدار (معکوس و غیر معکوس) اعمال می شود. رتبه بندی همه مقاومت ها (Rin1، Rin2 و Roos) با یکدیگر برابر است (در این مورد، بیایید مقادیر واقعی آنها را در نظر بگیریم: 10 ... 100 کیلو اهم). ورودی غیر معکوس op-amp با کلید SA می تواند به گذرگاه مشترک بسته شود.

در موقعیت بسته کلید (شکل 12، A)، مقاومت Rin2 در عملکرد مدار شرکت نمی کند (فقط جریان "بی فایده" از آن عبور می کند. مندر 2از منبع سیگنال به اتوبوس مشترک). ما گرفتیم تکرار کننده معکوسبا بهره ای برابر با منهای 1 (شکل 6 را ببینید). اما با باز بودن کلید SA (شکل 12، B) بدست می آوریم تکرار کننده غیر معکوسبا افزایش +1.

اصل عملکرد این مدار را می توان به روشی کمی متفاوت بیان کرد. هنگامی که سوئیچ SA بسته است، به عنوان یک تقویت کننده معکوس با بهره منهای 1 کار می کند و زمانی که باز است، به عنوان یک تقویت کننده معکوس عمل می کند. همزمان(!) و به عنوان یک تقویت کننده معکوس با بهره، منهای 1، و به عنوان یک تقویت کننده غیر معکوس با بهره +2، از آنجا: Ku = +2 + (–1) = +1.

در این شکل، اگر مثلاً در مرحله طراحی، قطبیت سیگنال ورودی ناشناخته باشد (مثلاً از سنسوری که قبل از شروع نصب دستگاه قابل دسترسی نیست) می‌توان از این مدار استفاده کرد. با این حال، اگر یک ترانزیستور (به عنوان مثال، اثر میدان) به عنوان یک کلید استفاده شود، با استفاده از سیگنال ورودی کنترل می شود. مقایسه کننده(در زیر در مورد آن صحبت خواهیم کرد)، سپس دریافت می کنیم آشکارساز سنکرون(یکسو کننده سنکرون). اجرای خاص چنین طرحی البته فراتر از آشنایی اولیه با عملکرد op-amp است و ما در اینجا دیگر آن را به تفصیل بررسی نمی کنیم.

و اکنون بیایید به اصل جمع کردن سیگنال های ورودی نگاه کنیم (شکل 13، A) و در عین حال بفهمیم که مقاومت های Rin و Roos باید در واقعیت چه مقدار باشند.

برنج. 13 اصل عملکرد جمع کننده معکوس

ما تقویت کننده معکوس کننده را که قبلاً در بالا توضیح داده شد (شکل 5) به عنوان پایه در نظر می گیریم، فقط ما نه یک، بلکه دو مقاومت ورودی Rin1 و Rin2 را به ورودی op-amp متصل می کنیم. تا اینجای کار، برای اهداف آموزشی، مقاومت همه مقاومت ها از جمله Roos را برابر با 1 کیلو اهم می گیریم. ما سیگنال های ورودی را برابر با 1 + ولت به پایانه های چپ Rin1 و Rin2 عرضه می کنیم. جریان هایی برابر با 1 میلی آمپر از این مقاومت ها عبور می کنند (با فلش هایی که از چپ به راست نشان داده شده اند نشان داده شده است). برای حفظ پتانسیل یکسان در ورودی معکوس مانند ورودی غیر معکوس (0 ولت)، جریانی برابر با مجموع جریان های ورودی (1 mA + 1 mA = 2 mA) باید از مقاومت Roos عبور کند که با نشان داده شده توسط فلشی که در جهت مخالف (از راست به چپ) است، که برای آن باید ولتاژ منفی 2 ولت در خروجی op-amp وجود داشته باشد.

همان نتیجه (ولتاژ خروجی منهای 2 ولت) را می توان به دست آورد اگر 2 + ولت به ورودی تقویت کننده معکوس اعمال شود (شکل 5)، یا مقدار Rin نصف شود، یعنی. تا 500 اهم بیایید ولتاژ اعمال شده به مقاومت Rin2 را به +2 V افزایش دهیم (شکل 13، B). در خروجی، ولتاژ منفی 3 ولت را دریافت می کنیم که برابر با مجموع ولتاژهای ورودی است.

نه دو ورودی، بلکه به تعداد دلخواه شما وجود دارد. اصل عملکرد این مدار از این تغییر نخواهد کرد: ولتاژ خروجی در هر صورت مستقیماً با مجموع جبری (با در نظر گرفتن علامت!) جریان های عبوری از مقاومت های متصل به ورودی معکوس عملیات متناسب خواهد بود. -amp (به طور معکوس متناسب با رتبه بندی آنها)، صرف نظر از تعداد آنها.

با این حال، اگر سیگنال هایی برابر با 1+ و منهای 1 ولت به ورودی های جمع کننده معکوس اعمال شود (شکل 13، B)، جریان های عبوری از آنها در جهت مخالف خواهند بود، آنها متقابلاً جبران می کنند و خروجی 0 V خواهد بود. از طریق مقاومت Roos در این حالت هیچ جریانی جریان نخواهد داشت. به عبارت دیگر، جریانی که از روس می گذرد به صورت جبری با آن خلاصه می شود ورودیجریان ها

این موضوع همچنین به یک نکته مهم منجر می‌شود: در حالی که ما با ولتاژهای ورودی کوچک (1 ... 3 ولت) کار می‌کردیم، خروجی یک op-amp برای استفاده گسترده می‌تواند چنین جریانی (1 ... 3 میلی آمپر) را برای Roos و چیز دیگری برای بار متصل به خروجی op-amp باقی مانده است. اما اگر ولتاژ سیگنال های ورودی به حداکثر مجاز (نزدیک به ولتاژ تغذیه) افزایش یابد، معلوم می شود که کل جریان خروجی به Roos می رود. چیزی برای بار باقی نخواهد ماند. چه کسی به یک مرحله تقویت کننده نیاز دارد که "برای خودش" کار کند؟ علاوه بر این، مقادیر مقاومت ورودی تنها 1 کیلو اهم (به ترتیب، تعیین مقاومت ورودی مرحله تقویت کننده معکوس) نیاز به جریان های بیش از حد بالایی برای عبور از آنها دارد که منبع سیگنال را به شدت بارگذاری می کند. بنابراین، در مدارهای واقعی، مقاومت Rin حداقل 10 کیلو اهم انتخاب می شود، اما ترجیحاً بیش از 100 کیلو اهم نیست، به طوری که در یک فاکتور بهره معین، Roos نباید خیلی بالا تنظیم شود. اگرچه این مقادیر مطلق نیستند ، اما همانطور که می گویند "در اولین تقریب" فقط تقریبی هستند - همه اینها به طرح خاصی بستگی دارد. در هر صورت، جریانی بیش از 5 ... 10 درصد از حداکثر جریان خروجی این آپ امپ خاص، نامطلوب است.

سیگنال های جمع شده را نیز می توان به ورودی غیر معکوس اعمال کرد. معلوم می شود جمع کننده غیر معکوس... در اصل ، چنین مداری مانند یک جمع کننده معکوس کار می کند ، خروجی آن سیگنالی است که مستقیماً با ولتاژهای ورودی متناسب و با مقادیر مقاومت های ورودی متناسب است. با این حال، در عمل، بسیار کمتر استفاده می شود، زیرا حاوی "کلنگ" است که باید در نظر گرفته شود.

از آنجایی که قانون 2 فقط برای ورودی معکوس، که تحت تأثیر «پتانسیل صفر مجازی» است، معتبر است، بنابراین ورودی غیر معکوس پتانسیلی برابر با مجموع جبری ولتاژهای ورودی خواهد داشت. بنابراین، ولتاژ ورودی موجود در یکی از ورودی ها بر ولتاژ اعمال شده به ورودی های دیگر تأثیر می گذارد. هیچ "پتانسیل مجازی" در ورودی غیر معکوس وجود ندارد! در نتیجه، ترفندهای مداری اضافی باید اعمال شوند.

تاکنون مدارهایی را بر اساس OA با OOS در نظر گرفته ایم. و اگر بازخورد به طور کلی حذف شود چه؟ در این صورت می گیریم مقایسه کننده(شکل 14)، یعنی دستگاهی که دو پتانسیل را در ورودی های خود به صورت قدر مطلق مقایسه می کند (از کلمه انگلیسی مقایسه کنید- مقایسه کنید). در خروجی آن، بسته به اینکه کدام یک از سیگنال ها بیشتر از دیگری باشد، ولتاژی به یکی از ولتاژهای تغذیه نزدیک می شود. به طور معمول، یک سیگنال ورودی به یکی از ورودی ها اعمال می شود، و به دیگری، یک ولتاژ DC که با آن مقایسه می شود (به اصطلاح "ولتاژ مرجع"). می تواند هر، از جمله برابر با پتانسیل صفر باشد (شکل 14، B).

برنج. 14 طرح روشن کردن آپ امپ به عنوان مقایسه کننده

با این حال، همه چیز آنقدر خوب نیست "در پادشاهی دانمارک" ... اما اگر ولتاژ بین ورودی ها صفر باشد چه اتفاقی می افتد؟ در تئوری، خروجی نیز باید صفر باشد، اما در واقعیت - هرگز... اگر پتانسیل در یکی از ورودی ها حتی اندکی بیشتر از پتانسیل دیگری باشد، آنگاه این برای نوسانات ولتاژ آشفته در خروجی به دلیل اختلالات تصادفی ایجاد شده در ورودی مقایسه کننده کافی خواهد بود.

در واقعیت، هر سیگنالی "نویزدار" است، زیرا هیچ ایده آلی بر اساس تعریف نمی تواند وجود داشته باشد. و در منطقه نزدیک به نقطه برابری پتانسیل های ورودی ها، به جای یک سوئیچینگ واضح، یک انفجار سیگنال های خروجی در خروجی مقایسه کننده ظاهر می شود. برای مبارزه با این پدیده، مدار مقایسه کننده اغلب معرفی می شود هیسترزیسبا ایجاد یک PIC مثبت ضعیف از خروجی به ورودی غیر معکوس (شکل 15).

برنج. 15 اصل عملکرد هیسترزیس در مقایسه کننده به دلیل PIC

بیایید عملکرد این طرح را تجزیه و تحلیل کنیم. ولتاژ تغذیه آن ± 10 ولت (برای شمارش یکنواخت) است. Rin مقاومت 1 کیلو اهم و Rpos 10 کیلو اهم است. پتانسیل نقطه مرکزی به عنوان ولتاژ مرجع عرضه شده به ورودی معکوس انتخاب می شود. منحنی قرمز سیگنال ورودی را نشان می دهد که به پین ​​Rin سمت چپ می رسد (ورودی طرحمقایسه کننده)، آبی - پتانسیل در ورودی غیر معکوس op-amp و سبز - سیگنال خروجی.

در حالی که سیگنال ورودی دارای قطبیت منفی است، خروجی ولتاژ منفی است که از طریق Rpos به ولتاژ ورودی به طور معکوس متناسب با مقادیر مقاومت های مربوطه اضافه می شود. در نتیجه، پتانسیل ورودی غیر معکوس در کل محدوده مقادیر منفی 1 ولت (مقدار مطلق) بالاتر از سطح سیگنال ورودی است. به محض اینکه پتانسیل ورودی غیر معکوس با پتانسیل ورودی معکوس برابر شود (برای سیگنال ورودی + 1 ولت خواهد بود)، ولتاژ در خروجی op-amp شروع به تغییر از قطبیت منفی به مثبت می کند. پتانسیل کل در ورودی غیر معکوس شروع خواهد شد بهمنبا حمایت از این فرآیند تعویض، حتی مثبت تر می شوند. در نتیجه، مقایسه کننده به سادگی متوجه نوسانات ناچیز نویز سیگنال های ورودی و مرجع نمی شود، زیرا در هنگام سوئیچ کردن، دامنه آنها چندین مرتبه کوچکتر از «مرحله» پتانسیل توصیف شده در ورودی غیر معکوس خواهد بود. .

هنگامی که سیگنال ورودی کاهش می یابد، سوئیچینگ معکوس سیگنال خروجی مقایسه کننده در ولتاژ ورودی منهای 1 ولت رخ می دهد. این تفاوت بین سطوح سیگنال ورودی است که منجر به سوئیچینگ خروجی مقایسه کننده می شود، که در مورد ما برابر است با یک ولتاژ ورودی. مجموعا 2 ولت است و نامیده می شود هیسترزیس... هرچه مقاومت Rpos در رابطه با Rin بیشتر باشد (هرچه عمق PIC کمتر باشد)، پسماند سوئیچینگ کوچکتر است. بنابراین، با Rpos = 100 kΩ فقط 0.2 V خواهد بود و با Rpos = 1 MΩ - 0.02 V (20 mV). پسماند (عمق PIC) بر اساس شرایط عملیاتی واقعی مقایسه کننده در یک مدار خاص انتخاب می شود. در کدام و 10 میلی ولت زیاد خواهد بود و در آن - و 2 ولت کافی نیست.

متأسفانه نمی توان از هر آپ امپ و نه در همه موارد به عنوان مقایسه کننده استفاده کرد. ریزمدارهای مقایسه کننده تخصصی برای تطبیق بین سیگنال های آنالوگ و دیجیتال در دسترس هستند. برخی از آنها برای اتصال به ریزمدارهای دیجیتال TTL (597CA2) و برخی - به ریزمدارهای دیجیتال ECL (597CA1) تخصصی هستند، اما اکثر آنها به اصطلاح هستند. "مقایسه کننده های کاربرد گسترده" (LM393 / LM339 / K554CA3 / K597CA3). تفاوت اصلی آنها با op-amp در دستگاه ویژه مرحله خروجی است که بر روی یک ترانزیستور کلکتور باز ساخته شده است (شکل 16).

برنج. 16 مرحله خروجی برای مقایسه کننده های عمومی
و اتصال آن به مقاومت pull-up

این مستلزم استفاده اجباری از خارجی است مقاومت بار(R1)، که بدون آن سیگنال خروجی به سادگی قادر به تشکیل یک سطح خروجی بالا (مثبت) نیست. ولتاژ + U2، که مقاومت بار به آن متصل است، ممکن است با ولتاژ تغذیه + U1 خود ریزمدار مقایسه کننده متفاوت باشد. این به شما امکان می دهد تا سطح سیگنال خروجی مورد نظر را با وسایل ساده - TTL یا CMOS - ارائه دهید.

توجه داشته باشید در اکثر مقایسه‌کننده‌ها، نمونه‌ای از آنها می‌تواند LM393 دوتایی (LM193 / LM293) یا دقیقاً همان مدار، اما LM339 چهارگانه (LM139 / LM239) باشد، امیتر ترانزیستور مرحله خروجی به ترمینال منبع تغذیه منفی متصل است که تا حدودی دامنه آنها را محدود می کند. در این راستا، من می خواهم توجه شما را به مقایسه کننده LM31 (LM111 / LM211) جلب کنم، که آنالوگ آن 521 / 554CA3 داخلی است که در آن هر دو کلکتور و امیتر ترانزیستور خروجی به طور جداگانه بیرون آورده شده اند. می تواند به ولتاژهای دیگری غیر از ولتاژ تغذیه خود مقایسه کننده متصل شود. تنها و عیب نسبی آن این است که فقط یکی در بسته بندی 8 پین (گاهی اوقات 14 پین) است.

تا اینجا مدارهایی را در نظر گرفتیم که در آنها سیگنال ورودی از طریق Rin به ورودی (ها) می رسید، یعنی. همه آنها بودند مبدل هاورودی ولتاژ درتعطیلات آخر هفته ولتاژهمان در این حالت جریان ورودی از طریق Rin عبور می کرد. و اگر مقاومت آن برابر با صفر در نظر گرفته شود چه اتفاقی می افتد؟ مدار همانند تقویت کننده معکوس که در بالا توضیح داده شد کار می کند، فقط مقاومت خروجی منبع سیگنال (Rout) به عنوان Rin عمل می کند و ما دریافت می کنیم مبدلورودی جاری vتعطیلات آخر هفته ولتاژ(شکل 17).

برنج. 17 مدار مبدل جریان به ولتاژ در op-amp

از آنجایی که پتانسیل در ورودی معکوس مانند ورودی غیر معکوس است (در این مورد برابر با "صفر مجازی" است)، کل جریان ورودی ( منکه در) از طریق Roos بین خروجی منبع سیگنال (G) و خروجی op-amp جریان می یابد. امپدانس ورودی چنین مداری نزدیک به صفر است که امکان ساخت میکرو / میلی‌متر بر اساس آن را فراهم می‌کند که عملاً بر جریان عبوری از مدار اندازه‌گیری شده تأثیری نمی‌گذارد. شاید تنها محدودیت، محدوده مجاز ولتاژ ورودی op-amp باشد که نباید از آن تجاوز کرد. همچنین می توان از آن برای ساخت، به عنوان مثال، مبدل جریان به ولتاژ فوتودیود خطی و بسیاری مدارهای دیگر استفاده کرد.

ما اصول اساسی عملکرد یک op-amp را در طرح های مختلف گنجاندن آن بررسی کردیم. یک سوال مهم باقی می ماند: آنها تغذیه.

همانطور که در بالا گفته شد، یک آپ امپ معمولاً فقط 5 پایه دارد: دو ورودی، یک خروجی، و دو پایه تغذیه مثبت و منفی. در حالت کلی، منبع تغذیه دوقطبی استفاده می شود، یعنی منبع تغذیه دارای سه پایانه با پتانسیل است: + U; 0; -U.

یک بار دیگر، تمام ارقام بالا را با دقت در نظر بگیرید و ببینید که یک خروجی جداگانه از نقطه میانی در op-amp نه ! برای اینکه مدار داخلی آنها کار کند، به سادگی مورد نیاز نیست. در برخی مدارها، یک ورودی غیر معکوس به نقطه میانی متصل شده است، اما این یک قانون نیست.

از این رو، غافلگیر کننده اکثریت آپ امپ های مدرن برای تامین طراحی شده اند یک قطبی تنش! یک سوال طبیعی مطرح می شود: "پس چرا ما به تغذیه دوقطبی نیاز داریم" اگر اینقدر مداوم و با ثبات رشک برانگیز آن را در نقاشی ها به تصویر کشیده ایم؟

معلوم شد فقط همین است خیلی راحتبرای اهداف عملی به دلایل زیر:

الف) برای اطمینان از نوسان کافی جریان و ولتاژ خروجی در سرتاسر بار (شکل 18).

برنج. 18 جریان خروجی از طریق بار با گزینه های مختلف تامین آپمپ

در حال حاضر، مدارهای ورودی (و OOS) مدارهای نشان داده شده در شکل ("جعبه سیاه") را در نظر نخواهیم گرفت. بیایید آن را بدیهی فرض کنیم که نوعی سیگنال سینوسی ورودی (موج سینوسی سیاه روی نمودارها) به ورودی تغذیه می شود و خروجی همان سیگنال سینوسی است که نسبت به موج سینوسی رنگ ورودی در نمودارها تقویت می شود.

هنگامی که بار متصل است Rload. بین خروجی آپ امپ و نقطه میانی اتصال منابع تغذیه (GB1 و GB2) - شکل. 18، A، جریان از طریق بار به طور متقارن در مورد نقطه میانی (به ترتیب، نیمه موج های قرمز و آبی) جریان می یابد و دامنه آن حداکثر و دامنه ولتاژ در Rload است. همچنین حداکثر ممکن - می تواند تقریباً به ولتاژهای تغذیه برسد. جریان منبع تغذیه قطبی مربوطه از طریق آپ امپ، Rload بسته می شود. و یک منبع تغذیه (خطوط قرمز و آبی که جریان جریان را در جهت مربوطه نشان می دهد).

از آنجایی که مقاومت داخلی منبع تغذیه آپ امپ بسیار کوچک است، جریان عبوری از بار تنها با مقاومت آن و حداکثر جریان خروجی آپ امپ، که معمولاً 25 میلی آمپر است، محدود می شود.

هنگامی که آپ امپ با ولتاژ تک قطبی تغذیه می شود، اتوبوس مشترکمعمولا قطب منفی (منفی) منبع تغذیه انتخاب می شود که خروجی بار دوم به آن وصل می شود (شکل 18، B). اکنون جریان عبوری از بار فقط می تواند در یک جهت جریان یابد (که با خط قرمز نشان داده شده است) ، جهت دوم به سادگی جایی برای آمدن ندارد. به عبارت دیگر جریان عبوری از بار نامتقارن (تپشی) می شود.

نمی توان به صراحت گفت که این گزینه بد است. اگر بار، مثلاً، یک هد پویا باشد، بدون ابهام برای آن بد است. با این حال، زمانی که اتصال یک بار بین خروجی آپ امپ و یکی از ریل های قدرت (معمولاً قطبیت منفی) نه تنها قابل قبول است، بلکه تنها مورد ممکن نیز کاربردهای زیادی دارد.

با این وجود، اگر لازم است از تقارن جریان از طریق بار با منبع تغذیه تک قطبی اطمینان حاصل شود، لازم است آن را به صورت گالوانیکی از خروجی op-amp با خازن گالوانیکی C1 جدا کرد (شکل 18، ب).

ب) برای اطمینان از جریان مورد نیاز ورودی معکوس و همچنین اتصالاتسیگنال های ورودی به برخی خودسرانه انتخاب شده استمرحله، پذیرفته شدهبرای مرجع (صفر) - تنظیم حالت عملکرد سیستم عامل با جریان مستقیم (شکل 19).

برنج. 19 اتصال یک منبع سیگنال ورودی با گزینه های مختلف منبع تغذیه op-amp

حالا بیایید گزینه های اتصال منابع ورودی را در نظر بگیریم، بدون در نظر گرفتن اتصال بار.

اتصال ورودی های معکوس و غیر معکوس به نقطه میانی اتصال منابع تغذیه (شکل 19، الف) هنگام تجزیه و تحلیل نمودارهای قبلی در نظر گرفته شد. اگر ورودی غیر معکوس جریان را مصرف نکند و به سادگی پتانسیل نقطه میانی را بپذیرد، از طریق منبع سیگنال (G) و Rin که به صورت سری به هم وصل شده اند، جریان جریان می یابد و از طریق منبع تغذیه مربوطه بسته می شود! و از آنجایی که مقاومت های داخلی آنها در مقایسه با جریان ورودی ناچیز است (بسیاری مرتبه کمتر از Rin)، بنابراین عملاً تأثیری بر ولتاژ تغذیه ندارد.

بنابراین، با منبع تغذیه تک قطبی op-amp، می توان کاملاً آرام پتانسیل عرضه شده به ورودی غیر معکوس آن را با استفاده از تقسیم کننده R1R2 شکل داد (شکل 19، B، C). درجه بندی مقاومت معمولی این تقسیم کننده 10 ... 100 کیلو اهم است، و بسیار مطلوب است که پایین تر (متصل به یک گذرگاه منفی مشترک) با خازن 10 ... 22 μF به منظور کاهش قابل توجه اثر شنت شود. موج ولتاژ منبع تغذیه بر روی پتانسیل چنین است ساختگی نقطه میانی.

اما اتصال منبع سیگنال (G) به این نقطه میانی مصنوعی به دلیل جریان ورودی یکسان بسیار نامطلوب است. تخمین بزنیم حتی با رتبه های تقسیم کننده R1R2 = 10 کیلو اهم و Rin = 10 ... 100 کیلو اهم، جریان ورودی منکه دردر بهترین حالت 1/10 و در بدترین حالت - تا 100٪ جریان عبوری از تقسیم کننده خواهد بود. در نتیجه، پتانسیل در ورودی غیر معکوس در ترکیب (در فاز) با سیگنال ورودی به همان میزان "شناور" خواهد شد.

برای از بین بردن تأثیر متقابل ورودی ها روی یکدیگر هنگام تقویت سیگنال های DC با چنین کلید روشنی، باید یک پتانسیل جداگانه از یک نقطه میانی مصنوعی که توسط مقاومت های R3R4 (شکل 19، B) تشکیل شده است برای منبع سیگنال ترتیب داده شود، یا اگر سیگنال AC تقویت می شود، منبع سیگنال باید به صورت گالوانیکی از خازن ورودی معکوس C2 جدا شود (شکل 19، B).

لازم به ذکر است که در نمودارهای بالا (شکل 18 و 19) به طور پیش فرض فرض کردیم که سیگنال خروجی باید متقارن باشد یا در مورد نقطه میانی منابع تغذیه یا یک نقطه میانی مصنوعی. در واقع، این همیشه ضروری نیست. اغلب، شما می خواهید سیگنال خروجی دارای قطبیت مثبت یا منفی باشد. بنابراین، اصلاً لازم نیست که قطب مثبت و منفی منبع تغذیه از نظر قدر مطلق برابر باشد. یکی از آنها می تواند به طور قابل توجهی از نظر قدر مطلق کمتر از دیگری باشد - فقط برای اطمینان از عملکرد طبیعی op-amp.

یک سوال طبیعی مطرح می شود: "دقیقا چگونه؟" برای پاسخ به آن، اجازه دهید به طور خلاصه محدوده ولتاژ مجاز سیگنال های ورودی و خروجی op-amp را در نظر بگیریم.

برای هر آپ امپ، پتانسیل خروجی نمی تواند بیشتر از ریل منبع تغذیه مثبت و کمتر از ریل منبع تغذیه منفی باشد. به عبارت دیگر، ولتاژ خروجی نمی تواند از ولتاژهای تغذیه فراتر رود. به عنوان مثال، برای آپمپ OPA277، ولتاژ خروجی با مقاومت بار 10 کیلو اهم کمتر از ولتاژ ریل تغذیه مثبت 2 ولت و ریل تغذیه منفی 0.5 ولت است. عرض این "مناطق مرده" ولتاژ خروجی که خروجی آپ امپ نمی تواند به آن برسد، به عوامل سری مانند مدار مرحله خروجی، مقاومت بار و غیره بستگی دارد. آمپرهای عملیاتی وجود دارند که دارای حداقل مناطق مرده هستند، به عنوان مثال، 50 میلی ولت تا ولتاژ ریل منبع تغذیه در بار 10 کیلو اهم (برای OPA340)، این ویژگی ریل به ریل (R2R) نامیده می شود.

از سوی دیگر، برای آپامپ های پرکاربرد، سیگنال های ورودی نیز نباید از ولتاژ تغذیه تجاوز کنند، و برای برخی - کمتر از آنها 1.5 ... 2 ولت باشد. با این حال، آپ امپرهایی با مدارهای خاص وجود دارد. از مرحله ورودی (به عنوان مثال، همان LM358 / LM324)، که می تواند نه تنها از سطح منبع تغذیه منفی، بلکه حتی "منهای" آن را با 0.3 ولت کار کند، که استفاده از آنها را با منبع تغذیه تک قطبی با یک منبع تغذیه مشترک بسیار تسهیل می کند. اتوبوس منفی

بیایید در نهایت به این "حشره های عنکبوتی" نگاه کنیم و احساس کنیم. حتی می توانید بو بکشید و لیس بزنید. من اجازه می دهم. رایج ترین گزینه های موجود برای آماتورهای رادیویی تازه کار را در نظر بگیرید. علاوه بر این، اگر مجبور هستید op-amp را از تجهیزات قدیمی جدا کنید.

برای آپ امپ طرح های قدیمی، بدون شکست نیاز به مدارهای خارجی برای تصحیح فرکانس، به منظور جلوگیری از خود تحریکی، وجود لیدهای اضافی مشخص بود. به همین دلیل، برخی از آپ امپ حتی در یک بسته 8 لید (شکل 20، A) "جا نمی شوند" و در نمونه های 12 سرب گرد فلزی-شیشه ای ساخته شده اند، به عنوان مثال، K140UD1، K140UD2، K140UD5 (شکل. 20، B) یا c بسته های DIP 14 پین، به عنوان مثال، K140UD20، K157UD2 (شکل 20، B). مخفف DIP مخفف عبارت انگلیسی "Dual In line Package" است و به عنوان "بسته دو طرفه" ترجمه می شود.

یک محفظه فلزی-شیشه ای گرد (شکل 20، A، B) به عنوان اصلی برای آپ امپ های وارداتی تا اواسط دهه 70 و برای آپامپ های داخلی - تا اواسط دهه 80 استفاده می شد و اکنون برای آپامپ های وارداتی استفاده می شود. به اصطلاح. برنامه های "نظامی" ("پنجمین پذیرش").

گاهی اوقات آپ‌آمپ‌های داخلی در بسته‌های نسبتاً عجیب و غریب فعلی قرار می‌گرفتند: شیشه‌های فلزی مستطیلی 15 سرب برای هیبرید K284UD1 (شکل 20، D)، که در آن کلید پانزدهمین لید اضافی از بسته است، و موارد دیگر. درست است، من شخصاً هرگز پکیج های 14 پین مسطح (شکل 20، D) را برای قرار دادن آپ امپ ندیده ام. آنها برای میکرو مدارهای دیجیتال استفاده می شدند.

برنج. 20 محفظه تقویت کننده های عملیاتی داخلی

آپ امپ های مدرن در بیشتر موارد حاوی مدارهای اصلاحی مستقیماً روی کریستال هستند که امکان مدیریت با حداقل تعداد پین را فراهم می کند (به عنوان مثال - 5 پین SOT23-5 برای یک آپمپ منفرد - شکل. 23). این امر امکان قرار دادن دو یا چهار آپامپ کاملاً مستقل (به جز پایه های برق رایج) را که روی یک کریستال ساخته شده اند را در یک بسته ممکن می کند.

برنج. 21 محفظه پلاستیکی دو ردیفه از آپ امپ های مدرن خروجی (DIP)

گاهی اوقات می توانید آپ امپ های واقع در بسته های تک ردیفی 8 لید (شکل 22) یا 9 لید (SIP) - K1005UD1 را پیدا کنید. مخفف SIP مخفف عبارت انگلیسی "Single In line Package" است و به عنوان "بسته یک طرفه" ترجمه می شود.

برنج. 22 قاب پلاستیکی تک ردیفی از دو آپ امپر برای نصب خروجی (SIP-8)

آنها برای به حداقل رساندن ردپا روی برد طراحی شده بودند، اما متأسفانه، دیر شده بودند: در این زمان، بسته های SMD (دستگاه نصب سطحی) با لحیم کردن مستقیم به مسیرهای برد گسترش یافته بودند (شکل 23). با این حال، برای مبتدیان، استفاده از آنها مشکلات قابل توجهی دارد.

برنج. 23 محفظه آپ امپ های وارداتی مدرن برای نصب روی سطح (SMD)

اغلب اوقات همان ریزمدار می تواند توسط سازنده در موارد مختلف "بسته بندی" شود (شکل 24).

برنج. 24 گزینه برای قرار دادن یک ریز مدار در موارد مختلف

نتیجه گیری همه ریز مدارها به ترتیب شماره گذاری می شوند و از مواردی که به آنها می گویند شمارش می شوند. "کلید" نشان دهنده محل پین شماره 1. (شکل 25). V هر اگر پرونده را با سرنخ ها ترتیب دهید فشار دادن، شماره گذاری آنها به ترتیب صعودی می شود در برابر در جهت عقربه های ساعت!

برنج. 25 پین اوپ آمپر
در ساختمان های مختلف (pinout)، نمای بالا.
جهت شماره گذاری با فلش نشان داده شده است

در محفظه های گرد شیشه ای فلزی، کلید به شکل یک لبه کناری است (شکل 25، الف، ب). از محل این کلید، "کلنگ" های عظیم ممکن است! در موارد داخلی 8 لید (302.8)، کلید در مقابل ترمینال اول قرار دارد (شکل 25، A)، و در TO-5 وارداتی - در مقابل ترمینال هشتم (شکل 25، B). در بسته بندی های 12 سرب، داخلی (302.12) و وارداتی، کلید قرار دارد. بیننتیجه گیری اول و دوازدهم

معمولاً ورودی معکوس، چه در کیس‌های فلزی-شیشه‌ای گرد و چه در کیس‌های DIP، به پایه دوم، ورودی غیر معکوس به پایه سوم، خروجی به ششم، منبع تغذیه منهای به پایه چهارم و منبع تغذیه متصل می‌شود. به علاوه به 7. با این حال، استثنائاتی وجود دارد (یک "راک" دیگر!) در پین اوت OU K140UD8، K574UD1. در آن‌ها، شماره‌گذاری پین‌ها در مقایسه با موارد پذیرفته‌شده برای اکثر انواع دیگر، یک خلاف جهت عقربه‌های ساعت جابه‌جا می‌شود، یعنی. آنها مانند موارد وارداتی به پایانه ها متصل می شوند (شکل 25، B)، و شماره گذاری مربوط به موارد داخلی است (شکل 25، A).

در سال های اخیر، بیشتر سیستم عامل "مصرف خانگی" شروع به قرار دادن در جعبه های پلاستیکی کرد (شکل 21، 25، V-D). در این موارد، کلید یا یک فرورفتگی (نقطه) روبروی پین اول است یا یک برش در انتهای کیس بین پایه های اول و هشتم (DIP-8) یا چهاردهمین (DIP-14) یا یک پخ در امتداد آن. نیمه اول پین ها (شکل 21، وسط). شماره گذاری پین ها در این بسته ها نیز انجام می شود در برابر در جهت عقربه های ساعتوقتی از بالا (با نتیجه گیری از خود) مشاهده شود.

همانطور که در بالا ذکر شد، آپ امپ های اصلاح شده داخلی تنها دارای پنج پایه هستند که تنها سه پایه (دو ورودی و یک خروجی) متعلق به هر آپ امپ جداگانه است. این اجازه می دهد تا در یک بسته 8 سرب روی یک کریستال دو کاملا مستقل (به جز منبع مثبت و منفی که نیاز به دو پین بیشتر است) آپ امپ (شکل 25، D) و در یک بسته 14 لید - یکنواخت قرار گیرد. چهار (شکل 25، D). در نتیجه در حال حاضر اکثر آپ امپ ها حداقل دوبرابر تولید می شوند، مثلا TL062، TL072، TL082، LM358 ارزان و ساده و غیره. در ساختار داخلی دقیقاً یکسان است، اما چهار برابر - TL064، TL074، TL084 و LM324 ، به ترتیب.

با توجه به آنالوگ داخلی LM324 (K1401UD2) ، یک "راک" دیگر وجود دارد: اگر در LM324 منبع تغذیه پلاس به پین ​​4 و منفی به 11 می رسد ، برعکس در K1401UD2: پاور پلاس به پین ​​یازدهم و منهای - در 4 می رسد. با این حال، این تفاوت هیچ مشکلی در سیم کشی ایجاد نمی کند. از آنجایی که پین ​​اوت پایه های آپ امپ کاملا متقارن است (شکل 25، E)، فقط باید کیس را 180 درجه بچرخانید تا پایه 1 جای پایه 8 را بگیرد. و این همه است.

چند کلمه در مورد برچسب زدن آپ امپ های وارداتی (و نه تنها آپ امپ). برای تعدادی از پیشرفت‌های 300 نامگذاری دیجیتال اول، مرسوم بود که گروه کیفیت را با اولین رقم کد دیجیتال تعیین می‌کردند. به عنوان مثال، تقویت کننده های عملیاتی LM158 / LM258 / LM358، مقایسه کننده های LM193 / LM293 / LM393، تثبیت کننده های سه پین ​​قابل تنظیم TL117 / TL217 / TL317 و غیره در ساختار داخلی کاملاً یکسان هستند، اما در محدوده عملکرد دما متفاوت هستند. برای LM158 (TL117)، محدوده دمای عملیاتی از منفی 55 تا + 125 ... 150 درجه سانتیگراد (به اصطلاح محدوده "مبارزه" یا نظامی)، برای LM258 (TL217) - از منفی 40 تا +85 درجه ( محدوده "صنعتی") و برای LM358 (TL317) - از 0 تا +70 درجه (محدوده "خانگی"). در عین حال، قیمت آنها ممکن است کاملاً با چنین درجه بندی ناسازگار باشد یا بسیار کمی متفاوت باشد ( روش های غیرقابل تشخیص قیمت گذاری!). بنابراین می‌توانید آنها را با هر علامتی که برای یک مبتدی در دسترس است، بدون تعقیب سه مورد اول خریداری کنید.

پس از اتمام سیصد علامت دیجیتال اول، گروه های قابلیت اطمینان شروع به علامت گذاری با حروف کردند که معنای آن در برگه های داده (Datasheet به معنای واقعی کلمه به عنوان "جدول داده" ترجمه می شود) برای این اجزا رمزگشایی می شود.

نتیجه

بنابراین ما "الفبای" op-amp را مطالعه کرده ایم و مقایسه کننده ها را کمی جذب می کنیم. سپس باید بیاموزید که چگونه کلمات، جملات و "ترکیبات" معنی دار (طرح های قابل اجرا) را از این "حروف" کنار هم قرار دهید.

متأسفانه، "درک بیکرانی غیرممکن است." اگر مطالب ارائه شده در این مقاله به درک نحوه عملکرد این "جعبه های سیاه" کمک کرد، پس بررسی بیشتر در تجزیه و تحلیل "پر کردن" آنها، تأثیر ورودی، خروجی و ویژگی های گذرا، وظیفه یک مطالعه پیشرفته تر است. اطلاعات در مورد این به تفصیل و به طور کامل در انواع ادبیات موجود شرح داده شده است. همانطور که پدربزرگ ویلیام اوکام می گفت: "شما نباید موجودات را بیش از آنچه لازم است ضرب کنید." نیازی به تکرار آنچه قبلاً به خوبی توضیح داده شده است وجود ندارد. شما فقط باید تنبل نباشید و آن را بخوانید.

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

بعد با احترام و غیره نویسنده مرخصی بگیرم الکسی سوکولیوک ()

تقویت کننده های عملیاتی یکی از اجزای اصلی در دستگاه های الکترونیکی آنالوگ مدرن هستند. به دلیل سادگی محاسبات و پارامترهای عالی، استفاده از تقویت کننده های عملیاتی آسان است. به آنها تقویت کننده دیفرانسیل نیز می گویند زیرا می توانند اختلاف ولتاژ ورودی را تقویت کنند.

استفاده از تقویت کننده های عملیاتی در فناوری صوتی برای تقویت صدای بلندگوهای موسیقی بسیار محبوب است.

تعیین روی نمودارها

معمولاً پنج پایه از کیس تقویت کننده خارج می شود که دو پایه آن ورودی، یکی خروجی و دو پایه دیگر قدرت هستند.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

دو قانون وجود دارد که به شما در درک نحوه عملکرد تقویت کننده عملیاتی کمک می کند:

1. خروجی تقویت کننده عملیاتی به صفر اختلاف ولتاژ در ورودی ها تمایل دارد.
2. ورودی های تقویت کننده هیچ جریانی مصرف نمی کنند.

اولین ورودی با "+" مشخص شده است، به آن غیر معکوس می گویند. ورودی دوم با "-" مشخص شده و وارونه در نظر گرفته می شود.

ورودی های تقویت کننده دارای مقاومت بالایی به نام امپدانس هستند. این امکان مصرف جریان چند نانو آمپر را در ورودی ها فراهم می کند. در ورودی، مقدار ولتاژها ارزیابی می شود. بسته به این تخمین، تقویت کننده یک سیگنال تقویت شده را خروجی می دهد.

سودی که گاهی به یک میلیون هم می رسد از اهمیت بالایی برخوردار است. به این معنی که اگر حداقل 1 میلی ولت به ورودی اعمال شود، ولتاژ خروجی برابر با ولتاژ منبع تغذیه تقویت کننده خواهد بود. بنابراین، opamp بدون بازخورد استفاده نمی شود.

ورودی های تقویت کننده بر اساس اصل زیر عمل می کنند: اگر ولتاژ در ورودی غیر معکوس بیشتر از ولتاژ ورودی معکوس باشد، خروجی بالاترین ولتاژ مثبت خواهد بود. در شرایط مخالف، خروجی بزرگترین مقدار منفی خواهد بود.

ولتاژهای منفی و مثبت در خروجی آپ امپ به دلیل استفاده از منبع تغذیه دوقطبی تقسیم شده امکان پذیر است.

منبع تغذیه تقویت کننده عملیاتی

اگر باتری انگشتی بگیرید، دو قطب مثبت و منفی دارد. اگر قطب منفی به عنوان نقطه مرجع صفر شمارش شود، قطب مثبت +1.5 V را نشان می دهد. این را می توان از وصل شده مشاهده کرد.

دو عنصر را بگیرید و آنها را به صورت سری به هم وصل کنید، تصویر زیر را دریافت می کنید.

اگر قطب منفی باتری پایین به عنوان نقطه صفر در نظر گرفته شود و ولتاژ در قطب مثبت باتری بالایی اندازه گیری شود، دستگاه +10 ولت را نشان می دهد.

اگر نقطه وسط بین باتری ها را صفر در نظر بگیریم، منبع ولتاژ دوقطبی به دست می آید، زیرا ولتاژ قطب مثبت و منفی به ترتیب برابر با 5+ ولت و 5- ولت است.

نمودارهای بلوک تقسیم قدرت ساده ای وجود دارد که در طراحی های رادیویی آماتور استفاده می شود.

مدار از شبکه خانگی تغذیه می شود. ترانسفورماتور جریان را به 30 ولت کاهش می دهد. سیم پیچ ثانویه دارای یک انشعاب در وسط است که با کمک آن ولتاژ تصحیح +15 ولت و -15 ولت در خروجی به دست می آید.

انواع

چندین مدار عملیاتی مختلف وجود دارد که ارزش بررسی دقیق را دارد.

تقویت کننده معکوس کننده

این طرح اساسی است. ویژگی این مدار این است که opamp علاوه بر تقویت، با تغییر فاز نیز مشخص می شود. حرف "k" پارامتر بهره را نشان می دهد. نمودار اثر تقویت کننده در این مدار را نشان می دهد.

آبی نشان دهنده سیگنال ورودی و قرمز نشان دهنده سیگنال خروجی است. بهره در این حالت عبارت است از: k = 2. دامنه سیگنال خروجی 2 برابر بیشتر از سیگنال ورودی است. خروجی تقویت کننده معکوس است، از این رو نام آن است. تقویت کننده های عملیاتی معکوس مدار ساده ای دارند:

این آپ امپ ها به دلیل طراحی ساده شان محبوب شده اند. برای محاسبه سود از فرمول استفاده کنید:

این نشان می دهد که تقویت opamp به مقاومت R3 بستگی ندارد، بنابراین می توانید بدون آن کار کنید. در اینجا برای محافظت استفاده می شود.

تقویت کننده های عملیاتی غیر معکوس

این مدار مشابه مدار قبلی است، تفاوت این است که سیگنال معکوس (معکوس) نیست. این به معنای حفظ فاز سیگنال است. نمودار سیگنال تقویت شده را نشان می دهد.

بهره تقویت کننده غیر معکوس نیز: k = 2. یک سیگنال به شکل سینوسی به ورودی تغذیه می شود، فقط دامنه آن در خروجی تغییر کرده است.

این مدار کمتر از مدار قبلی ساده نیست، دو مقاومت دارد. در ورودی، سیگنال به ترمینال مثبت اعمال می شود. برای محاسبه سود، باید از فرمول استفاده کنید:

از آن می توان دریافت که بهره هرگز کمتر از وحدت نیست، زیرا سیگنال سرکوب نمی شود.

طرح تفریق

این مدار امکان ایجاد اختلاف بین دو سیگنال را در ورودی ایجاد می کند که می تواند تقویت شود. نمودار اصل عملکرد مدار دیفرانسیل را نشان می دهد.

به این مدار تقویت کننده مدار تفریق نیز می گویند.

برخلاف طرح‌های مورد بحث قبلی، طراحی پیچیده‌تری دارد. برای محاسبه ولتاژ خروجی از فرمول استفاده کنید:

سمت چپ عبارت (R3 / R1) بهره را مشخص می کند و سمت راست (Ua - Ub) اختلاف ولتاژ است.

طرح اضافه

این تقویت کننده یکپارچه نامیده می شود. برعکس طرح تفریق است. ویژگی آن توانایی پردازش بیش از دو سیگنال است. همه میکسرهای صدا بر اساس این اصل کار می کنند.

این نمودار امکان جمع چند سیگنال را نشان می دهد. برای محاسبه ولتاژ از فرمول زیر استفاده می شود:

مدار یکپارچه ساز

اگر یک خازن به مدار بازخورد اضافه کنید، یک انتگرالگر دریافت می کنید. این دستگاه دیگری است که از تقویت کننده های عملیاتی استفاده می کند.

مدار یکپارچه شبیه تقویت کننده معکوس است، با افزودن ظرفیت خازنی در فیدبک. این منجر به وابستگی عملکرد سیستم به فرکانس سیگنال ورودی می شود.

یکپارچه ساز با یک ویژگی جالب انتقال بین سیگنال ها مشخص می شود: ابتدا یک سیگنال مستطیلی به یک سیگنال مثلثی تبدیل می شود، سپس به یک سیگنال سینوسی تبدیل می شود. سود با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

در این فرمول متغیر ω = 2 π f با افزایش فرکانس افزایش می یابد، بنابراین، هر چه فرکانس بیشتر باشد، بهره کمتر می شود. بنابراین، یکپارچه کننده می تواند به عنوان یک فیلتر پایین گذر فعال عمل کند.

مدار افتراقی

در این طرح وضعیت برعکس است. یک خازن در ورودی و یک مقاومت در فیدبک وصل می شود.

با قضاوت بر اساس نام مدار، اصل عملکرد آن در تفاوت نهفته است. هر چه نرخ تغییر سیگنال بیشتر باشد، مقدار بهره بیشتر می شود. این پارامتر به شما امکان می دهد فیلترهای فعال برای فرکانس بالا ایجاد کنید.

بهره برای دیفرانسیل با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

این عبارت معکوس از انتگرالگر است. بهره در جهت منفی با افزایش فرکانس افزایش می یابد.

مقایسه کننده آنالوگ

دستگاه مقایسه کننده دو مقدار ولتاژ را با هم مقایسه می کند و بسته به وضعیت ولتاژ سیگنال را به مقدار کم یا زیاد در خروجی تبدیل می کند. این سیستم شامل الکترونیک دیجیتال و آنالوگ است.

از ویژگی های این سیستم عدم وجود بازخورد در نسخه اصلی است. این بدان معنی است که مقاومت حلقه بسیار بالا است.

یک سیگنال به ورودی مثبت داده می شود و ولتاژ اصلی به ورودی منفی اعمال می شود که توسط یک پتانسیومتر تنظیم می شود. به دلیل عدم وجود بازخورد، سود به سمت بی نهایت متمایل می شود.

هنگامی که ولتاژ در ورودی از مقدار ولتاژ مرجع اصلی بیشتر شود، بالاترین ولتاژ در خروجی به دست می آید که برابر با ولتاژ تغذیه مثبت است. اگر ولتاژ ورودی کمتر از مرجع باشد، مقدار خروجی یک ولتاژ منفی برابر با ولتاژ منبع تغذیه خواهد بود.

یک نقطه ضعف قابل توجه در مدار مقایسه کننده آنالوگ وجود دارد. هنگامی که مقادیر ولتاژ در دو ورودی به یکدیگر نزدیک می شوند، ولتاژ خروجی ممکن است به طور مکرر تغییر کند که معمولاً منجر به شکاف و خرابی در عملکرد رله می شود. این می تواند منجر به خرابی تجهیزات شود. برای حل این مشکل از مدار هیسترزیس استفاده می شود.

مقایسه کننده آنالوگ با هیسترزیس

شکل، طرح عمل طرح با را نشان می دهد که مشابه طرح قبلی است. تفاوت این است که خاموش و روشن شدن در یک ولتاژ اتفاق نمی افتد.

جهت فلش های روی نمودار جهت حرکت هیسترزیس را نشان می دهد. هنگام نگاه کردن به نمودار از چپ به راست، می توان دریافت که انتقال به سطح پایین تر در ولتاژ Uph انجام می شود و با حرکت از راست به چپ، ولتاژ در خروجی به بالاترین سطح در ولتاژ می رسد. Upl.

این اصل عملکرد منجر به این واقعیت می شود که با مقادیر مساوی ولتاژهای ورودی، وضعیت در خروجی تغییر نمی کند، زیرا تغییر نیاز به تفاوت ولتاژ به میزان قابل توجهی دارد.

چنین عملکرد مدار منجر به مقداری اینرسی سیستم می شود، اما بر خلاف مدار بدون هیسترزیس، ایمن تر است. معمولاً از این اصل کار در وسایل گرمایشی با ترموستات استفاده می شود: اجاق گاز، اتو و غیره. شکل یک مدار تقویت کننده با هیسترزیس را نشان می دهد.

تنش ها بر اساس روابط زیر محاسبه می شوند:

تکرار کننده های ولتاژ

تقویت کننده های عملیاتی اغلب در مدارهای پیرو ولتاژ استفاده می شوند. ویژگی اصلی این دستگاه ها این است که سیگنال را تقویت یا تضعیف نمی کنند، یعنی بهره در این حالت برابر با واحد است. این ویژگی به این دلیل است که حلقه بازخورد مقاومت صفر دارد.

چنین سیستم های پیرو ولتاژ اغلب به عنوان یک بافر برای افزایش جریان بار و عملکرد دستگاه استفاده می شود. از آنجایی که جریان ورودی نزدیک به صفر است و جریان خروجی به نوع تقویت کننده بستگی دارد، یعنی امکان تخلیه منابع سیگنال ضعیف، به عنوان مثال، برخی از سنسورها.

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 کوچک 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 فرکانسی آپ امپ 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 درس الکترونیک مباحث مهم زیادی وجود دارد. امروز سعی خواهیم کرد به تقویت کننده های عملیاتی بپردازیم.
از نو شروع کن تقویت کننده عملیاتی چنین "چیزی" است که به شما امکان می دهد از هر طریق ممکن با سیگنال های آنالوگ کار کنید. ساده ترین و اساسی ترین آنها تقویت، تضعیف، جمع، تفریق و بسیاری موارد دیگر (به عنوان مثال، تمایز یا لگاریتم) است. اکثریت قریب به اتفاق عملیات روی تقویت کننده های عملیاتی (از این پس به عنوان آمپلی فایرهای عملیاتی نامیده می شود) با استفاده از بازخوردهای مثبت و منفی انجام می شود.
در این مقاله ما "ایده آل" خاصی از یک آپ امپ را در نظر خواهیم گرفت، زیرا تغییر به یک مدل خاص منطقی نیست. ایده آل به این معنی است که مقاومت ورودی به بی نهایت میل خواهد کرد (از این رو، جریان ورودی به صفر میل خواهد کرد)، و مقاومت خروجی، برعکس، به صفر تمایل دارد (این بدان معنی است که بار نباید بر ولتاژ خروجی تأثیر بگذارد). همچنین، هر آپ امپ ایده آل باید سیگنال های هر فرکانسی را تقویت کند. خوب، و مهمتر از همه، سود در غیاب بازخورد نیز باید به سمت بی نهایت باشد.

برو سر اصل مطلب

یک تقویت کننده عملیاتی در مدارها اغلب با یک مثلث متساوی الاضلاع نشان داده می شود. در سمت چپ ورودی ها هستند که با "-" و "+" مشخص شده اند، در سمت راست - خروجی. ولتاژ را می توان به هر یک از ورودی ها اعمال کرد که یکی از آنها قطبیت ولتاژ را تغییر می دهد (بنابراین به آن معکوس می گویند)، دیگری تغییر نمی کند (منطقی است که فرض کنیم آن را غیر معکوس می گویند). منبع تغذیه آپ امپ معمولا دوقطبی است. معمولاً ولتاژهای تغذیه مثبت و منفی معنی یکسانی دارند (اما علامت متفاوت!).
در ساده ترین حالت، می توانید منابع ولتاژ را مستقیماً به ورودی های op-amp متصل کنید. و سپس ولتاژ خروجی با فرمول محاسبه می شود:
، ولتاژ در ورودی غیر معکوس کجاست، ولتاژ ورودی معکوس، ولتاژ در خروجی و بهره حلقه باز است.
بیایید آپ امپ ایده آل را از دیدگاه پروتئوس بررسی کنیم.


من پیشنهاد می کنم با او "بازی" کنم. ولتاژ 1 ولت به ورودی غیر معکوس اعمال شد. در معکوس کردن 3 ولت. ما از op-amp "ایده آل" استفاده می کنیم. بنابراین، ما دریافت می کنیم:. اما در اینجا ما یک محدود کننده داریم، زیرا ما نمی توانیم سیگنال بالاتر از ولتاژ منبع تغذیه خود را تقویت کنیم. بنابراین، خروجی همچنان -15 ولت خواهد بود. نتیجه:


بیایید سود را تغییر دهیم (تا بتوانید مرا باور کنید). بگذارید پارامتر Voltage Gain برابر با دو باشد. همین مشکل به وضوح در حال حل شدن است.

کاربرد واقعی آپ امپ با استفاده از مثال تقویت کننده های معکوس و غیر معکوس

دو مورد از این قبیل وجود دارد عمدهآئین نامه:
من. خروجی op-amp تمایل دارد ولتاژ دیفرانسیل (تفاوت بین ولتاژ در ورودی معکوس و غیر معکوس) را برابر با صفر نگه دارد.
II. ورودی های op-amp جریان مصرف نمی کنند.
قانون اول از طریق بازخورد اجرا می شود. آن ها ولتاژ از خروجی به ورودی به گونه ای منتقل می شود که اختلاف پتانسیل صفر شود.
اینها، به اصطلاح، "قانون های مقدس" در موضوع OU هستند.
حالا به طور خاص تر تقویت کننده معکوس کنندهبه نظر می رسد (به نحوه قرارگیری ورودی ها توجه کنید):


بر اساس اولین "کانون" نسبت را بدست می آوریم:
، و با کمی "پوک کردن" با فرمول، مقدار بهره op-amp معکوس را بدست می آوریم:

صفحه فوق نیازی به نظر ندارد. فقط همه چیز را خودتان جایگزین کنید و بررسی کنید.

مرحله بعد - غیر معکوستقویت کننده
همه چیز در اینجا نیز ساده است. ولتاژ به طور مستقیم به ورودی غیر معکوس اعمال می شود. بازخورد به ورودی معکوس اعمال می شود. ولتاژ در ورودی معکوس خواهد بود:
، اما با اعمال قانون اول می توان استدلال کرد که

و دوباره دانش "بزرگ" در زمینه ریاضیات عالی به شما امکان می دهد به فرمول بروید:
در اینجا یک صفحه جامع وجود دارد که در صورت تمایل می توانید آن را دوباره بررسی کنید:

در نهایت، من چند مدار جالب ارائه می دهم تا این تصور را نداشته باشید که تقویت کننده های عملیاتی فقط می توانند ولتاژ را تقویت کنند.

دنبال کننده ولتاژ (تقویت کننده بافر).اصل کار مانند فالوور ترانزیستور است. در زنجیرهای سنگین استفاده می شود. همچنین، در صورت وجود تقسیم کننده های ولتاژ ناخواسته در مدار، می توان از آن برای حل مشکل تطبیق امپدانس استفاده کرد. این طرح تا حد نبوغ ساده است:

تقویت کننده جمع.زمانی می توان از آن استفاده کرد که نیاز به اضافه کردن (کم کردن) چندین سیگنال دارید. برای وضوح - یک نمودار (دوباره به محل ورودی ها توجه کنید):


همچنین به این نکته توجه کنید که R1 = R2 = R3 = R4 و R5 = R6. فرمول محاسبه در این مورد به صورت زیر خواهد بود: (آشنا، اینطور نیست؟)
بنابراین، می بینیم که مقادیر ولتاژی که به ورودی غیر معکوس اعمال می شود، یک علامت مثبت به دست می آورند. در معکوس کردن - منهای.

نتیجه

مدارهای Op-amp بسیار متنوع هستند. در موارد پیچیده‌تر، می‌توانید مدارهای فیلتر فعال، ADCها و دستگاه‌های نمونه‌گیری ذخیره‌سازی، تقویت‌کننده‌های قدرت، مبدل‌های جریان به ولتاژ و بسیاری از مدارهای دیگر را بیابید.

فهرست منابع

فهرست کوتاهی از منابعی که به شما کمک می‌کند تا به سرعت به Op-amp و به طور کلی الکترونیک عادت کنید:
ویکیپدیا
پی. هوروویتز، دبلیو. هیل. "هنر مدار"
بیکر. آنچه یک طراح دیجیتال باید در مورد الکترونیک آنالوگ بداند
یادداشت های سخنرانی در مورد الکترونیک (ترجیحا خود شما)
UPD .:متشکرم بشقاب پرندهبرای دعوت

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 مانند شکل 1 توضیح داده شده باشد. 2 - با خیال راحت استفاده کنید!