Neinvertirajuće pojačalo (NA) je pojačalo koje ima stabilno pojačanje s nultom faznom razlikom između ulaznog i izlaznog signala.
U NU (slika 5.3) postoji sekvencijalni OOS za napon. Za idealan OA ( K d = K oc sf = ¥, R IN= ¥ i R VAN = 0) R VAN. F= 0 (priključak je negativan i napon), R IN. F= ¥ (sekvencijalni OOS).
, (5.6)
a prema sl. 5.4,
Zamjenom (5.7) u (5.6) dobivamo
. (5.8)
Pojačanje NU ne ovisi o impedanciji izvora signala R C, budući da je ulazni otpor NU ¥, a struja kroz njega R C ne teče, tada nema pada napona na ovom otporu i 
... Na R 2 = 0, R 1 = ¥ K e F= 1. To znači da je izlazni napon potpuno isti kao i ulazni napon (samo na višoj razini snage). Otuda i naziv - sljedbenik napona.
Jedinično pojačanje, beskonačno visoka ulazna impedancija i nulta izlazna impedancija čine sljedbenik idealnim međuspremnim stupnjem (impedancijski transformator).
Metoda otpornog balansiranja ovog kruga ovisi o okolnostima. Ako R C= 0, zatim balun otpornik R CM uključuje serijski s neinvertirajućim ulazom (sl.5.5).
Štoviše, D u VAN opisuje se izrazom (5.5). Ne-nula, ali poznati i fiksni unutarnji otpor R C mogao se balansirati samo s OS otpornicima, pod uvjetom da R 1 R 2 /(R 1 +R 2)=R C. Međutim, u ovom slučaju će se promijeniti i pojačanje kruga (5.8). Jednostavniji otpornici R 1 i R 2 treba odabrati na temelju potrebnog pojačanja, a treba osigurati trenutnu ravnotežu kruga R CM spojena u seriju s invertirajućim ulazom (sl. 5.6). Za ovu shemu
. (5.9)
Ako ima nedefiniranu i nestabilnu vrijednost, onda je bolje koristiti op-pojačalo s ulaznim stupnjem (diferencijalom) na tranzistorima s efektom polja.
 |
Za smanjenje potencijalne komponente izlazne statičke greške D u VAN potrebno je ili koristiti odgovarajuće izlaze op-pojačala, ili, ako ih nema, uravnotežiti krug na ulazu (slika 5.7). Postavljanje nule u ovom krugu blago smanjuje njegovo pojačanje.
Kraj rada -
Ova tema pripada odjeljku:
Analogni elektronički uređaji
Analogni elektronički uređaji. Dio II. Bilješke s predavanja za studente specijalnosti "Radiotehnika" svih oblika obrazovanja..
Ako vam je potreban dodatni materijal na ovu temu, ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučujemo korištenje pretraživanja u našoj bazi radova:
Što ćemo s primljenim materijalom:
Ako vam se ovaj materijal pokazao korisnim, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:
| Cvrkut |
Sve teme u ovom dijelu:
Svrha, parametri
Komparatori su najjednostavniji analogno-digitalni pretvarači (ADC), t.j. uređaji koji pretvaraju kontinuirani signal u diskretni signal; dizajnirani su za usporedbu ulaznog signala
Značajke uporabe poluvodičkih komparatora
Najrašireniji komparatori mogu se podijeliti u četiri skupine: opće uporabe (K521SA2, K521SA5), precizni (K521SA3, K597SA3), brzi (K597SA1, K597SA2) i
Specijalizirani komparatori na bazi operacijskih pojačala
Kada se uspoređuju niskofrekventni signali s visokom točnošću (desetke mikrovolta) s minimalnom potrošnjom energije, često je poželjnija upotreba komparatora baziranih na op-amp.
Nešto mi je često počelo postavljati pitanja o analognoj elektronici. Je li sjednica odvela studente na jaja? ;) Dobro, krajnje je vrijeme da pomaknemo mali edukativni program. Konkretno, o radu operativnih pojačala. Što je to, s čime se jede i kako to izračunati.
Što je
Operativno pojačalo je pojačalo s dva ulaza, nevier ... hhm ... velikim pojačanjem signala i jednim izlazom. Oni. imamo U out = K * U in i K je idealno jednako beskonačnosti. U praksi, naravno, ima skromnijih brojeva. Recimo 1 000 000. Ali čak vam i takvi brojevi oduševljavaju kada ih pokušate izravno primijeniti. Stoga, kao i u vrtiću, jedno jelke, dva, tri, puno božićnih drvca - ovdje imamo dosta pojačanja;) I to je to.
I dva su ulaza. I jedan od njih je ravan, a drugi inverzan.
Štoviše, ulazi su visokog otpora. Oni. njihova je ulazna impedancija jednaka beskonačnosti u idealnom slučaju i JAKO mnogo u stvarnom životu. Račun tamo ide na stotine MegaOhma, pa čak i na gigaohma. Oni. mjeri napon na ulazu, ali na njega utječe minimalno. I možemo pretpostaviti da struja ne teče u op-pojačalu.
U ovom slučaju, izlazni napon se izračunava kao:
U izlaz = (U 2 -U 1) * K
Očito, ako je napon na izravnom ulazu veći nego na inverznom, onda na izlazu plus beskonačnost. Inače će biti minus beskonačnost.
Naravno, u stvarnom krugu neće biti beskonačnosti plusa i minusa, a zamijenit će ih najveći i najniži mogući napon napajanja pojačala. A mi ćemo dobiti:
Komparator
Uređaj koji vam omogućuje da usporedite dva analogna signala i donesete presudu – koji je od signala veći. Već zanimljivo. Možete smisliti mnogo aplikacija za to. Inače, isti je komparator ugrađen u većinu mikrokontrolera, a pokazao sam kako ga koristiti na primjeru AVR-a u člancima i o stvaranju. Također je komparator izvrstan za stvaranje.
No, stvar nije ograničena na jedan komparator, jer ako uvedete povratnu informaciju, onda se od op-pojačala može puno napraviti.
Povratne informacije
Ako uzmemo signal s izlaza i pošaljemo ga ravno na ulaz, tada će doći do povratne informacije.
Pozitivna ocjena
Uzmimo i utjerajmo u izravni ulaz signal odmah s izlaza.
- U1 napon je veći od nule - na izlazu -15 volti
- U1 napon je manji od nule - na izlazu +15 volti
Što se događa ako je napon nula? U teoriji, izlaz bi trebao biti nula. Ali u stvarnosti, napon NIKADA neće biti nula. Uostalom, čak i ako za jedan elektron naboj desnog nadmašuje naboj lijevog, onda je to već dovoljno da se potencijal kotrlja u izlaz uz beskonačno pojačanje. A na izlazu će početi pakao u obliku - signal tu i tamo skače brzinom slučajnih poremećaja induciranih na ulazima komparatora.
Za rješavanje ovog problema uvodi se histereza. Oni. svojevrsni jaz između prelaska iz jednog stanja u drugo. Za to se uvodi pozitivna povratna informacija, ovako:
 |
Smatramo da na inverznom ulazu u ovom trenutku postoji +10 volti. Na izlazu iz op-pojačala minus 15 volti. Na izravnom ulazu više nije nula, već mali dio izlaznog napona iz razdjelnika. Otprilike -1,4 volta Sada, dok napon na inverznom ulazu ne padne ispod -1,4 volta, izlaz op-pojačala neće promijeniti svoj napon. A čim napon padne ispod -1,4, izlaz op-pojačala će naglo skočiti na +15 i već će biti pomak od +1,4 volta na izravnom ulazu.
A da bi se promijenio napon na izlazu komparatora, signal U1 će se morati povećati za čak 2,8 volti da bi došao do gornje trake od +1,4.
Postoji neka vrsta jaza gdje nema osjetljivosti, između 1,4 i -1,4 volta. Širina razmaka kontrolira se omjerom otpornika u R1 i R2. Napon praga se izračunava kao Uout / (R1 + R2) * R1 Recimo da će 1 do 100 dati +/- 0,14 volti.
Ipak, op-pojačala se češće koriste u načinu negativne povratne sprege.
Negativne povratne informacije
U redu, stavimo to drugačije:
 |
U slučaju negativne povratne informacije, op-pojačalo ima zanimljivo svojstvo. Uvijek će pokušati podesiti svoj izlazni napon tako da ulazni naponi budu jednaki, što rezultira nultom razlikom.
Dok to nisam pročitao u velikoj knjizi od drugova Horowitza i Hilla, nisam se mogao uklopiti u rad OU. Ali sve se pokazalo jednostavnim.
Ponavljač
I dobili smo repetitor. Oni. na ulazu U 1, na inverznom ulazu U izlaz = U 1. Pa, ispada da je U out = U 1.
Postavlja se pitanje čemu nam tolika sreća? Bilo je moguće izravno baciti žicu i nikakvo op-pojačalo ne bi bilo potrebno!
Moguće je, ali ne uvijek. Zamislite ovu situaciju, postoji senzor napravljen u obliku otpornog razdjelnika:
 |
Niži otpor mijenja svoju vrijednost, mijenja se raspodjela izlaznih napona iz razdjelnika. I trebamo uzeti očitanja s njega voltmetrom. Ali voltmetar ima svoj unutarnji otpor, iako velik, ali će promijeniti očitanja senzora. Štoviše, ako ne želimo voltmetar, ali želimo da žarulja mijenja svjetlinu? Ovdje se već ne može spojiti žarulja! Stoga je izlaz baferiran operacijskim pojačalom. Njegova ulazna impedancija je ogromna i imat će minimalan učinak, a izlazna može dati sasvim opipljivu struju (desetke miliampera, pa čak i stotine), što je sasvim dovoljno da žarulja radi.
Općenito, možete pronaći aplikacije za repetitor. Pogotovo u preciznim analognim sklopovima. Ili gdje sklop jednog stupnja može utjecati na rad drugog kako bi ih razdvojio.
Pojačalo
A sada napravimo fintu s našim ušima - uzmite našu povratnu informaciju i stavite je na tlo kroz razdjelnik napona:
 |
Inverzni ulaz sada daje polovicu izlaznog napona. A pojačalo još treba izjednačiti napone na svojim ulazima. Što će morati učiniti? Tako je - podići napon na njegovom izlazu dvostruko više nego prije kako bi se kompenzirao nastali razdjelnik.
Sada će na pravoj liniji biti U 1. Na obrnutom U out / 2 = U 1 ili U out = 2 * U 1.
Stavimo djelitelj s drugim omjerom - situacija će se promijeniti na isti način. Kako ne biste vrtjeli formulu djelitelja napona u svom umu, odmah ću vam je dati:
U izlaz = U 1 * (1 + R 1 / R 2)
Mnemonički se pamti ono što se vrlo jednostavno dijeli na:
U ovom slučaju ispada da ulazni signal prolazi kroz lanac otpornika R 2, R 1 do U out. U ovom slučaju, izravni ulaz pojačala je postavljen na nulu. Sjećamo se ponašanja op-pojačala - on će pokušati, nevjerojatno, osigurati da se na njegovom inverznom ulazu formira napon jednak izravnom ulazu. Oni. nula. Jedini način da to učinite je da smanjite izlazni napon ispod nule tako da se nula pojavi u točki 1.
Tako. Zamislimo da je U out = 0. Do sada je jednak nuli. A napon na ulazu je, na primjer, 10 volti u odnosu na U out. Djelitelj R 1 i R 2 će ga prepoloviti. Dakle, u točki 1 postoji pet volti.
Pet volti nije nula i op-pojačalo snižava svoj izlaz dok ne bude nula u točki 1. Za to bi izlaz trebao biti (-10) volti. U ovom slučaju razlika u odnosu na ulaz bit će 20 volti, a razdjelnik će nam dati točno 0 u točki 1. Dobili smo inverter.
Ali možete odabrati i druge otpornike tako da naš djelitelj daje druge koeficijente!
Općenito, formula dobitka za takvo pojačalo bit će sljedeća:
U izlaz = - U ulaz * R 1 / R 2
Pa, i mnemonička slika za brzo pamćenje xy iz xy.
Recimo da će U 2 i U 1 biti svaki od 10 volti. Tada će u 2. točki biti 5 volti. A izlaz će morati biti takav da će u 1. točki također biti 5 volti. Odnosno nula. Dakle, ispada da je 10 volti minus 10 volti jednako nuli. Tako je :)
Ako U 1 postane 20 volti, tada bi izlaz trebao pasti na -10 volti.
Izračunajte sami - razlika između U 1 i U out bit će 30 volti. Struja kroz otpornik R4 bit će (U 1 -U out) / (R 3 + R 4) = 30/20000 = 0,0015 A, a pad napona na otporniku R 4 bit će R 4 * I 4 = 10 000 * 0,0015 = 15 volti ... Oduzmite pad od 15 volti od ulaza 20 da biste dobili 5 volti.
Tako je naše op-pojačalo riješilo aritmetički problem od 10, oduzelo 20 i dobilo -10 volti.
Štoviše, problem ima koeficijente određene otpornicima. Samo što su kod mene, radi jednostavnosti, otpornici iste vrijednosti i stoga su svi koeficijenti jednaki jedinici. Ali zapravo, ako uzmemo proizvoljne otpornike, tada će ovisnost izlaza o ulazu biti sljedeća:
U izlaz = U 2 * K 2 - U 1 * K 1
K 2 = ((R 3 + R 4) * R 6) / (R 6 + R 5) * R 4
K 1 = R 3 / R 4
Mnemotehnička tehnika za pamćenje formule za izračun koeficijenata je sljedeća:
Izravno prema shemi. Brojnik razlomka je na vrhu, tako da u strujni strujni krug dodajemo gornje otpornike i množimo s donjim. Nazivnik je na dnu, pa dodajemo donje otpornike i množimo s gornjim.
Ovdje je sve jednostavno. Jer točka 1 se stalno smanjuje na 0, tada možemo pretpostaviti da su struje koje teku u nju uvijek jednake U / R, a struje koje ulaze u čvor broj 1 se zbrajaju. Omjer ulaznog otpornika i povratnog otpornika određuje težinu ulazne struje.
Grana može biti koliko hoćete, ali ja sam nacrtao samo dvije.
U izlaz = -1 (R 3 * U 1 / R 1 + R 3 * U 2 / R 2)
Otpornici na ulazu (R 1, R 2) određuju količinu struje, što znači ukupnu težinu ulaznog signala. Ako sve otpornike učinimo jednakima, kao što je moj, onda će težina biti ista, a faktor množenja svakog člana bit će 1. I U out = -1 (U 1 + U 2)
Neinvertirajući zbrajač
Ovdje je sve malo kompliciranije, ali izgleda.
 |
Uout = U 1 * K 1 + U 2 * K 2
K 1 = R 5 / R 1
K 2 = R 5 / R 2
Štoviše, otpornici u povratnoj sprezi trebaju biti takvi da je jednadžba R 3 / R 4 = K 1 + K 2
Općenito, na operativnim pojačalima možete raditi bilo koju matematiku, zbrajati, množiti, dijeliti, računati derivacije i integrale. I gotovo trenutno. Analogna računala izrađuju se na op-pojačalu. Čak sam jednog takvog vidio na petom katu SUSU-a - budalu veličine sobe. Nekoliko metalnih ormara. Program se upisuje spajanjem različitih blokova žicama :)
24. Invertirajuće pojačalo za op.
25. Neinvertirajuće pojačalo na op.
Shematski dijagram neinvertirajućeg pojačala prikazan je na Sl. 9.6. Izraz za pojačanje napona za ovaj krug dobiva se, na isti način kao i za prethodni, iz jednadžbi sastavljenih prema Kirchhoffovom zakonu
Uzimajući u obzir (9.13), izraz za dobit će imati oblik
Iz toga slijedi da je pojačanje napona u neinvertirajućem krugu pojačala uvijek veće od 1. Za razliku od invertirajućeg pojačala u ovom krugu, op-pojačalo je pokriveno krugom povratne sprege napona koji je sekvencijalan na ulazu. Stoga je ulazna impedancija ovog sklopa mnogo veća od ulazne impedancije op-pojačala bez OS-a: 
Izlazna impedancija određuje se, kao i za invertirajuće pojačalo, prema (9.16).
26. Shema zbrajalice na op.
Krugovi za zbrajanje uključuju sklopove za zbrajanje i oduzimanje. Ovi sklopovi se koriste za rješavanje algebarskih jednadžbi i u uređajima za obradu analognih signala. Zbirač je uređaj na čijem se izlazu zbrajaju signali dostavljeni na njegove ulaze. Zbirci su izgrađeni pomoću invertirajućih i neinvertirajućih pojačala.
Invertirajući zbrajač
Krug invertnog zbrajanja s tri ulazna signala prikazan je na Sl. 11.10. Radi jednostavnosti zaključivanja, pretpostavljamo da je R1 = R2 = R3 = Roc. 
Budući da idealno op-pojačalo ima K U → ∞, Rvx → ∞, a struja prednapona je vrlo mala u usporedbi sa strujom povratne sprege, tada prema Kirchhoffovom zakonu I1 + I2 + I3 = Ios. (11.19) Zbog činjenice da invertirajući ulaz ima praktički nula potencijala, u njemu nema međusobnog utjecaja ulaznih signala. Izraz (11.19) se može predstaviti kao Posljedično, izlaz je obrnuti zbroj ulaznih napona. Ako je R1 ≠ R2 ≠ R3, tada je izlaz obrnuti zbroj ulaznih napona (11.20) s različitim faktorima skale. Invertujuće zbrajalo kombinira funkcije zbrajača i pojačala zadržavajući jednostavnost sklopa. Otpornik R se koristi za kompenzaciju pomaka nule na izlazu op-pojačala uzrokovanog vremenskim i temperaturnim fluktuacijama u ulaznoj struji. Otpor R je odabran trenutne vrijednosti tako da su ekvivalentni otpori spojeni na ulaze op-ampa isti: R = Roc || R1 || R2 || R3. 
Neinvertirajući zbrajač
Sklop neinvertirajućeg zbrajača, koji je izgrađen na bazi neinvertirajućeg pojačala, prikazan je na sl. 11.11. Kako su pri U0 = 0 naponi na invertirajućem i neinvertirajućem ulazu jednaki, tada
S obzirom da je RinxOU na neinvertirajućem ulazu vrlo velik, ulazna struja je 0. Prema Kirchhoffovom zakonu, možete napisati
Ako se u krugu (slika 11.11) signali i dalje dovode na invertirajuće ulaze, tada sklop izvodi operaciju zbrajanja-oduzimanja. Da bi zbrajalo ispravno radilo potrebno je uravnotežiti invertirajuće i neinvertirajuće pojačanje, t.j. osigurati jednakost zbroja dobitaka invertirajućeg i neinvertirajućeg dijela strujnog kruga.
27. Diferencijalno pojačalo na op.
Diferencijalno pojačalo (diferencijator) je dizajnirano da dobije izlazni signal proporcionalan brzini promjene ulaza. Prilikom diferenciranja signala, op-pojačalo mora proći samo izmjeničnu komponentu ulaznog napona, a pojačanje diferencirajuće veze mora se povećavati s povećanjem brzine promjene ulaznog napona. Krug diferencijatora, na čiji je ulaz spojen kondenzator C i otpornik u OS krugu, prikazan je na sl. 11.13. Pod pretpostavkom da je op-amp idealan, struja kroz povratni otpornik može se smatrati jednakom struji kroz kondenzator Is + Ir = 0,
, onda
Razmatrani diferencijator rijetko se koristi zbog sljedećih nedostataka:
1. Niska ulazna impedancija na visokim frekvencijama, određena kapacitivnošću C;
2. Relativno visok izlazni šum zbog visokog pojačanja na visokim frekvencijama;
3. Sklonost samouzbuđenju. (ovaj sklop može biti nestabilan u frekvencijskom području gdje se frekvencijski odziv diferencijatora (krivulja 1 na slici 11.14), koji ima porast od 20 dB/dec, siječe s frekvencijskim odzivom korigiranog op-pojačala, koji ima roll-off od −20 dB/dec (krivulja 2 na slici 11.14) Amplitudno-frekvencijska karakteristika sustava otvorene petlje u nekom dijelu frekvencijskog raspona ima 
opadanje od –40 dB/dec, što je određeno razlikom između nagiba krivulja 1 i 2, i fazni pomak ϕ = –180 °, što ukazuje na mogućnost samopobude.)
Kako bi se izbjegla manifestacija ovih nedostataka diferencijatora, uzimaju se sljedeća rješenja sklopa:
1. Povratni otpornik se šantira kondenzatorom čiji je kapacitet odabran tako da frekvencijski odziv operacijskog pojačala s padom od -20 dB/dec počinje na frekvenciji većoj od maksimalne frekvencije korisnog diferencijalnog signala. To rezultira smanjenjem visokofrekventnih komponenti šuma u izlaznom signalu. Ovaj segment počinje na frekvenciji f = 1 / (2πRocCoc).
2. S ulaznim kondenzatorom C serijski je spojen otpornik, koji ograničava pojačanje na visokim frekvencijama diferencijatora. To osigurava dinamičku stabilnost i smanjuje ulaznu kapacitivnu struju iz izvora signala.
3. Korištenje operativnih pojačala s niskim prednaponom i niskim ulaznim strujama, kao i kondenzatora s niskim strujama propuštanja i otpornicima niske razine šuma.
Prikazan je praktični dijagram diferencijatora i njegov frekvencijski odziv
riža. 11.15. Uvođenje otpornika R dovodi do pojave na frekvencijskom odzivu (krivulja 1 na slici 11.15, b) horizontalnog presjeka, gdje nema diferencijacije na frekvencijama koje prelaze frekvenciju
U neinvertirajućem pojačalu, ulazni signal se dovodi na neinvertirajući ulaz op-pojačala (+), to je glavna razlika između ne-invertirajućeg pojačala na op-pojačalu od. U ovom slučaju, izvor signala "vidi" beskonačnu ulaznu impedanciju op-pojačala. Napon pomaka nule je nula, pa stoga invertirajući ulaz operacijskog pojačala mora biti na istom potencijalu kao i neinvertirajući ulaz. Struja iz izlaza op-amp stvara pad napona na otporniku R G, koji mora biti jednak ulaznom naponu V IN.
Riža. 1. Neinvertirajuće op-pojačalo
Za izračunavanje izlaznog napona V OUT i pojačanja, koristit će se pravilo izračuna djelitelja napona:
Nakon transformacije dobiva se izraz za dobit u sljedećem obliku:
Važno je napomenuti da izraz (2) sadrži samo nazive pasivnih elemenata.
Ako je otpor otpornika R G odabran mnogo veći od R F, tada omjer (R F / R G) teži nuli, a pri nultom otporu R F izraz (2) se pretvara u
U ovom slučaju, neinvertirajuće pojačalo pretvara se u međuspremnik (sljedbenik signala) s jediničnim pojačanjem, s beskonačnim ulaznim i nultim izlaznim otporom. Otpornik R G u ovom slučaju također se može isključiti iz kruga. U praksi, neka operacijska pojačala mogu "izgorjeti" kada se uključe bez otpornika R F. Iz tog razloga, ovaj otpornik je prisutan u mnogim izvedbama međuspremnika. Njegova je funkcija zaštititi invertirajući ulaz od napona ograničavanjem struje na sigurnu razinu. Uobičajena vrijednost za ovaj otpornik je 20 kΩ. U krugovima pojačala s povratnom povratnom spregom, otpornik R F određuje stabilnost i uvijek je potreban. Međutim, nemojte biti lijeni i pregledajte podatkovnu tablicu za op-amp. Ako je uključivanje tamo opisano kao na sl. 2 - slobodno koristite!
Pokazalo se da pri korištenju operacijskog pojačala u različitim sklopnim shemama, pojačanje stupnja na jednom operacijskom pojačalu (op-amp) ovisi samo o dubini povratne sprege. Stoga formule za određivanje pojačanja pojedinog sklopa ne koriste, da tako kažem, pojačanje samog "golog" op-pojačala. Odnosno, upravo taj ogromni koeficijent, koji je naveden u referentnim knjigama.
Tada je sasvim prikladno postaviti pitanje: "Ako konačni rezultat (dobitak) ne ovisi o ovom ogromnom" referentnom "koeficijentu, koja je onda razlika između op-pojačala s pojačanjem od nekoliko tisuća puta i s isto op-amp, ali s dobitkom od nekoliko stotina tisuća, pa čak i milijuna?"
Odgovor je dovoljno jednostavan. U oba slučaja, rezultat će biti isti, pojačanje kaskade će biti određeno OOS elementima, ali u drugom slučaju (op-pojačalo s velikim pojačanjem), sklop radi stabilnije, točnije, brzina takvih sklopova je mnogo veća. Nije uzalud što se op-pojačala dijele na op-pojačala opće uporabe i visokoprecizna, precizna.
Kao što je već spomenuto, naziv "operativni" smatra se pojačalima koja su primljena u to daleko vrijeme, kada su se uglavnom koristila za izvođenje matematičkih operacija u analognim računalima (AVM). To su bile operacije zbrajanja, oduzimanja, množenja, dijeljenja, kvadriranja i mnoge druge funkcije.
Ova pretpotopna op-pojačala napravljena su na elektroničkim cijevima, kasnije na diskretnim tranzistorima i drugim radio komponentama. Naravno, dimenzije čak i tranzistorskih operacijskih pojačala bile su dovoljno velike da se koriste u amaterskim dizajnima.
I tek nakon što su, zahvaljujući dostignućima integrirane elektronike, op-pojačala postala veličine običnog tranzistora male snage, tada je upotreba ovih dijelova u kućnoj opremi i amaterskim krugovima postala opravdana.
Usput, moderna op-pojačala, čak i prilično visoke kvalitete, imaju cijenu nešto više od dva ili tri tranzistora. Ova se izjava odnosi na op-pojačala opće namjene. Precizna pojačala mogu koštati malo više.
Što se tiče sklopova na op-pojačalu, vrijedi odmah napomenuti da su svi dizajnirani da se napajaju iz bipolarnog izvora napajanja. Ovaj način rada je najuobičajeniji za operacijsko pojačalo, dopuštajući pojačavanje ne samo signala izmjeničnog napona, kao što je sinusoid, već i istosmjernih signala ili jednostavno napona.
Pa ipak, vrlo često se napajanje krugova na op-pojačalu vrši iz unipolarnog izvora. Istina, u ovom slučaju nije moguće povećati konstantni napon. Ali često se događa da to jednostavno nije potrebno. Kasnije ćemo govoriti o krugovima s unipolarnim napajanjem, ali za sada ćemo nastaviti s sklopovima za uključivanje op-pojačala s bipolarnim napajanjem.
Napon napajanja većine operativnih pojačala najčešće je unutar ± 15V. Ali to uopće ne znači da se ovaj napon ne može učiniti nešto nižim (veći se ne preporučuje). Mnoga operacijska pojačala rade vrlo stabilno od ± 3 V, a neki modeli čak i od ± 1,5 V. Ova mogućnost je naznačena u tehničkoj dokumentaciji (DataSheet).
Pratilac napona
To je najjednostavniji uređaj na op-pojačalu u strujnom krugu, njegov krug je prikazan na slici 1.
Slika 1. Krug sljedbenika napona na operacijskom pojačalu
Lako je vidjeti da za stvaranje takvog sklopa nije bio potreban niti jedan detalj, osim samog op-pojačala. Istina, slika ne prikazuje priključak za napajanje, ali takav obris krugova nalazi se cijelo vrijeme. Jedino što bih želio napomenuti je da između pinova napajanja op-amp (na primjer, za op-amp KR140UD708, to su pinovi 7 i 4) i zajednička žica treba biti spojena s kapacitetom od 0,01 .. 0,5 mkF.
Njihova je svrha učiniti rad op-ampa stabilnijim, kako bi se riješili samouzbude kruga u krugovima napajanja. Kondenzatori bi trebali biti spojeni što je moguće bliže naponima napajanja mikrosklopa. Ponekad je jedan kondenzator spojen na temelju skupine od nekoliko mikro krugova. Isti kondenzatori se mogu vidjeti na pločama s digitalnim mikro krugovima, njihova namjena je ista.
Dobitak repetitora jednak je jedinici, ili, drugačije rečeno, nema nikakvog dobitka. Zašto je onda potrebna takva shema? Ovdje je sasvim prikladno zapamtiti da postoji tranzistorski krug - sljedbenik emitera, čija je glavna svrha uskladiti kaskade s različitim ulaznim otporima. Takve kaskade (ponavljači) nazivaju se i tampon kaskade.
Ulazna impedancija repetitora na op-pojačalu izračunava se kao umnožak ulazne impedancije op-pojačala i njegovog pojačanja. Primjerice, za spomenuti UD708 ulazna impedancija je cca 0,5 MΩ, pojačanje je najmanje 30.000, a možda i više. Ako se ovi brojevi pomnože, tada je ulazni otpor 15 GΩ, što je usporedivo s otporom ne baš kvalitetne izolacije, na primjer, papira. Tako visok rezultat vjerojatno se neće postići s konvencionalnim sljedbenikom emitera.
Kako opisi ne bi izazivali sumnje, ispod će se nalaziti slike koje prikazuju rad svih opisanih sklopova u programu Multisim simulatora. Naravno, svi ti sklopovi mogu se sastaviti na prototipovima, ali ništa lošije rezultate možete postići ni na ekranu monitora.
Zapravo, ovdje je čak i malo bolje: ne morate se penjati negdje na policu da biste promijenili otpornik ili mikrosklop. Ovdje je sve, pa i mjerni uređaji, u programu, i "dobiva" uz pomoć miša ili tipkovnice.
Na slici 2 prikazan je krug repetitora izrađen u programu Multisim.
Slika 2.
Proučavanje kruga je prilično jednostavno za izvođenje. Sinusoidni signal s frekvencijom od 1KHz i amplitudom od 2V primjenjuje se na ulaz sljedbenika iz funkcijskog generatora, kao što je prikazano na slici 3.
Slika 3.
Signal na ulazu i izlazu repetitora promatra se osciloskopom: ulazni signal se prikazuje kao plavi snop, izlazni snop je crven.
Slika 4.
A zašto je, pitat će se pažljivi čitatelj, izlazni (crveni) signal dvostruko veći od ulaznog plavog? Sve je vrlo jednostavno: s istom osjetljivošću kanala osciloskopa, obje se sinusoide s istom amplitudom i fazom spajaju u jednu, skrivaju se jedna iza druge.
Da bismo vidjeli oba odjednom, morali smo smanjiti osjetljivost jednog od kanala, u ovom slučaju ulaznog. Kao rezultat toga, plavi sinusni val postao je točno upola manji na ekranu i prestao se skrivati iza crvenog. Iako da biste postigli sličan rezultat, možete jednostavno pomicati zrake pomoću kontrola osciloskopa, ostavljajući osjetljivost kanala istom.
Obje sinusoide nalaze se simetrično oko vremenske osi, što znači da je konstantna komponenta signala nula. Što se događa ako ulaznom signalu dodate malu istosmjernu komponentu? Virtualni generator omogućuje vam da pomaknete sinusni val duž osi Y. Pokušajmo ga pomaknuti prema gore za 500mV.
Slika 5.
Što je od toga proizašlo prikazano je na slici 6.
Slika 6.
Primjetno je da su ulazni i izlazni sinusoidi porasli za pola volta, a da se uopće ne mijenjaju. To ukazuje da je repetitor također točno prenio istosmjernu komponentu signala. Ali najčešće se pokušavaju riješiti ove konstantne komponente, učiniti je jednakom nuli, što omogućuje izbjegavanje upotrebe takvih elemenata kruga kao međustupanjskih kondenzatora za razdvajanje.
Repetitor je, naravno, dobar, pa čak i lijep: niti jedan dodatni detalj nije bio potreban (iako postoje krugovi repetitora s beznačajnim "dodatcima"), ali nisu dobili nikakvo pojačanje. Kakvo je onda pojačalo? Da biste dobili pojačalo, dovoljno je dodati samo nekoliko detalja, kako to učiniti bit će opisano dalje.
Invertirajuće pojačalo
Da bi se od op-pojačala napravilo invertirajuće pojačalo, dovoljno je dodati samo dva otpornika. Što je od toga proizašlo prikazano je na slici 7.
Slika 7. Shema invertnog pojačala
Dobitak takvog pojačala izračunava se po formuli K = - (R2 / R1). Znak minus ne znači da se pojačalo pokazalo lošim, već samo da će izlazni signal biti suprotan po fazi od ulaznog. Nije ni čudo što se pojačalo naziva invertiranjem. Ovdje bi bilo prikladno prisjetiti se tranzistora spojenog prema krugu s OE. I tamo je izlazni signal na kolektoru tranzistora u antifazi s ulaznim signalom koji se dovodi na bazu.
Ovdje je vrijedno prisjetiti se koliko će se truda morati uložiti da bi se dobila čista neiskrivljena sinusoida na kolektoru tranzistora. Potrebno je pravilno odabrati pristranost na temelju tranzistora. To je obično prilično teško, ovisno o mnogim parametrima.
Kada koristite op-amp, dovoljno je jednostavno izračunati otpor otpornika prema formuli i dobiti navedeni dobitak. Ispostavilo se da je postavljanje kruga op-pojačala mnogo lakše nego postavljanje više stupnjeva tranzistora. Stoga se ne treba bojati da shema neće raditi, neće raditi.
Slika 8.
Ovdje je sve isto kao i na prethodnim slikama: ulazni signal je prikazan plavom bojom, a crvenom je iza pojačala. Sve odgovara formuli K = - (R2 / R1). Izlazni signal je u antifazi s ulaznim signalom (što odgovara predznaku minus u formuli), a amplituda izlaznog signala je točno dvostruko veća od ulaznog. To vrijedi i kada je omjer (R2 / R1) = (20/10) = 2. Da bi dobitak bio, na primjer, 10, dovoljno je povećati otpor otpornika R2 na 100KΩ.
Zapravo, krug invertnog pojačala može biti nešto kompliciraniji, ova opcija je prikazana na slici 9.
Slika 9.
Ovdje se pojavio novi dio - otpornik R3 (dapače, jednostavno je nestao iz prethodnog kruga). Njegova je svrha kompenzirati ulazne struje pravog op-pojačala kako bi se smanjila temperaturna nestabilnost konstantne komponente na izlazu. Vrijednost ovog otpornika odabire se prema formuli R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).
Moderna visoko stabilna op-pojačala omogućuju spajanje neinvertirajućeg ulaza na zajedničku žicu izravno bez otpornika R3. Iako prisutnost ovog elementa neće učiniti ništa loše, ali s trenutnim opsegom proizvodnje, kada štede na svemu, radije ne instaliraju ovaj otpornik.
Formule za proračun invertnog pojačala prikazane su na slici 10. Zašto na slici? Da, samo radi jasnoće, u retku teksta ne bi izgledali tako poznato i razumljivo, ne bi bili toliko uočljivi.
Slika 10.
Dobitak je spomenut ranije. Ovdje su vrijedni pažnje samo ulazni i izlazni otpori neinvertirajućeg pojačala. Čini se da je s ulaznim otporom sve jasno: ispada da je jednak otporu otpornika R1, ali izlazni otpor morat će se izračunati pomoću formule prikazane na slici 11.
Slovo K ”označava referentni koeficijent DT-a. Ovdje, molim vas, izračunajte kolika će biti izlazna impedancija. Pokazat će se da je to prilično mala brojka, čak i za prosječni OA tipa UD7 s njegovim K "jednakim ne više od 30.000, naravno, unutar granica, možete se povezati s ovom kaskadom.
Posebnu napomenu treba napraviti o jedinici u nazivniku formule za izračun izlaznog otpora. Pretpostavimo da će omjer R2 / R1 biti, na primjer, 100. To je omjer koji će se dobiti u slučaju pojačanja invertnog pojačala 100. Ispada da ako se ova jedinica odbaci, onda se ništa bitno neće promijeniti . Zapravo to nije istina.
Pretpostavimo da je otpor otpornika R2 jednak nuli, kao što je slučaj s repetitorom. Tada se, bez jedinice, cijeli nazivnik pretvara u nulu, a izlazni otpor bit će ista nula. A ako se onda ispostavi da je ova nula negdje u nazivniku formule, kako naređujete dijeljenje s njom? Stoga je jednostavno nemoguće riješiti se ove naizgled beznačajne jedinice.
U jednom članku, čak i prilično velikom, ne možete sve napisati. Stoga ćete morati sve ono što se ne uklapa u sljedeći članak. Bit će opisani neinvertirajuće pojačalo, diferencijalno pojačalo, pojačalo s unipolarnim napajanjem. Također će biti opisani jednostavni sklopovi za testiranje op-pojačala.
