Put od deset tisuća milja počinje prvim korakom.
(kineska poslovica)
Bilo je navečer, nije se bilo što raditi ... I tako sam odjednom poželio nešto zalemiti. Nekako ... Elektronički! .. Lemljenje - dakle lemljenje. Računalo je dostupno, internet je povezan. Odabiremo shemu. I odjednom se ispostavi da su sheme za zamišljenu temu vagon i mala kolica. I svi su različiti. Nema iskustva, malo znanja. Koju odabrati? Neki od njih sadrže neke vrste pravokutnika, trokuta. Pojačala, pa čak i operativna ... Kako rade nije jasno. Stra-a-ashno!.. Što ako izgori? Biramo ono što je jednostavnije, na poznatim tranzistorima! Odabrao, zalemio, uključio ... POMOĆ !!! Ne radi!!! Zašto?
Da, jer "Jednostavnost je gora od krađe"! To je kao računalo: najbrži i najsofisticiraniji - igranje igara! A za uredski rad dovoljno je najjednostavnije. Isto je i s tranzistorima. Lemljenje kruga na njima nije dovoljno. Još uvijek morate znati kako ga postaviti. Previše "zamki" i "grablja". A to često zahtijeva iskustvo koje nikako nije ulazna razina. Pa što, prestati s uzbudljivom aktivnošću? Ni pod koju cijenu, ni u kom slučaju! Samo se nemojte bojati ovih "trokuta-pravokutnika". Ispada da je u mnogim slučajevima puno lakše raditi s njima nego s pojedinačnim tranzistorima. AKO ZNAŠ - KAKO!
Evo nas: razumijevanje kako radi operacijsko pojačalo (op-amp, ili na engleskom OpAmp), sada ćemo se pozabaviti. Istodobno, njegov ćemo rad smatrati doslovno "na prstima", praktički bez korištenja ikakvih formula, osim možda, osim zakona Ohmovog djeda: "Struja kroz dio kruga ( ja) izravno je proporcionalan naponu na njemu ( U) i obrnuto proporcionalno njegovom otporu ( R)»:
I=U/R. (1)
Za početak, u principu, nije toliko važno kako je točno op-pojačalo raspoređeno unutra. Uzmimo samo kao pretpostavku da se radi o "crnoj kutiji" s nekakvim nadjevom. U ovoj fazi nećemo razmatrati parametre op-pojačala kao što su "napon prednapona", "napon pomaka", "pomak temperature", "karakteristike buke", "koeficijent supresije zajedničkog načina", "koeficijent suzbijanja valovitosti napona napajanja ”, “propusnost” itd. Svi ovi parametri bit će važni u sljedećoj fazi njegovog proučavanja, kada se osnovni principi njegovog rada "slože" u glavi, jer "na papiru je bilo glatko, ali je zaboravio na gudure" ...
Za sada samo pretpostavimo da su parametri op-pojačala blizu idealnih i razmotrimo samo koji će signal biti na njegovom izlazu ako se neki signali primjenjuju na njegove ulaze.
Dakle, operacijsko pojačalo (op-amp) je DC diferencijalno pojačalo s dva ulaza (invertirajući i neinvertirajući) i jednim izlazom. Osim njih, op-amp ima izvode za napajanje: pozitivne i negativne. Ovih pet zaključaka nalazi se u gotovo bilo koji OS i temeljno su potrebni za njegov rad.
Op-amp ima ogroman dobitak, najmanje 50.000 ... 100.000, ali u stvarnosti - puno više. Stoga, kao prvu aproksimaciju, možemo čak pretpostaviti da je jednako beskonačnosti.
Izraz "diferencijalno" ("različit" je s engleskog preveden kao "razlika", "razlika", "razlika") znači da na izlazni potencijal op-pojačala utječe isključivo razlika potencijala između njegovih ulaza, bez obzira na to od njih apsolutna značenje i polaritet.
Izraz "DC" znači da op-pojačalo pojačava ulazne signale počevši od 0 Hz. Gornji frekvencijski raspon (frekvencijski raspon) signala pojačanih op-pojačalom ovisi o mnogim čimbenicima, kao što su frekvencijske karakteristike tranzistora od kojih se sastoji, pojačanje sklopa izgrađenog pomoću op-pojačala, itd. Ali ovo pitanje već je izvan okvira početnog upoznavanja s njegovim radom i neće se ovdje razmatrati.
Ulazi za op-amp imaju vrlo visoku ulaznu impedanciju jednaku desecima/stotinama MegaOhma, ili čak GigaOhma (a samo u nezaboravnom K140UD1, pa čak iu K140UD5 bio je samo 30...50 kOhm). Tako visoka impedancija ulaza znači da oni gotovo da nemaju utjecaja na ulazni signal.
Stoga, uz visok stupanj aproksimacije teorijskom idealu, možemo pretpostaviti da Trenutno ne teče u ulaze op-pojačala . To - prvi važno pravilo koje se primjenjuje u analizi rada OS-a. Molimo zapamtite dobro o čemu se radi samo sama OU, ali ne sheme uz njegovu upotrebu!
Što znače pojmovi "invertiranje" i "neinvertiranje"? U odnosu na što je određena inverzija i, općenito, kakva je to "životinja" - inverzija signala?
U prijevodu s latinskog, jedno od značenja riječi "inversio" je "omatanje", "prevrat". Drugim riječima, inverzija je zrcalna slika ( zrcaljenje) signal u odnosu na horizontalnu os X(vremenska os). Na sl. Slika 1 prikazuje nekoliko od mnogih mogućih opcija inverzije signala, gdje je izravni (ulazni) signal označen crvenom bojom, a invertirani (izlazni) signal plavom bojom.
Riža. 1 Koncept inverzije signala
Posebno treba napomenuti da je do nulte linije (kao na slici 1, A, B) inverzija signala nije vezan! Signali mogu biti inverzni i asimetrični. Na primjer, oba su samo u području pozitivnih vrijednosti (slika 1, B), što je tipično za digitalne signale ili s unipolarnim napajanjem (o tome će biti riječi kasnije), ili su oba djelomično u pozitivnim i djelomično u negativnim regijama (slika 1, B, D). Moguće su i druge opcije. Glavni uvjet je njihov međusobni spekularnost u odnosu na neku proizvoljno odabranu razinu (na primjer, umjetnu središnju točku, o kojoj će također biti riječi kasnije). Drugim riječima, polaritet signal također nije odlučujući faktor.
Predstavite OU na dijagramima na različite načine. U inozemstvu su OS bili ranije prikazivani, a i sada se vrlo često prikazuju u obliku jednakokračnog trokuta (sl. 2, A). Invertirajući ulaz označen je simbolom minus, a neinvertirajući ulaz je označen simbolom plus unutar trokuta. Ovi simboli uopće ne znače da potencijal na pojedinim ulazima mora biti pozitivniji ili negativniji nego na drugom. Oni jednostavno pokazuju kako izlazni potencijal reagira na potencijale primijenjene na ulaze. Kao rezultat toga, lako ih je zamijeniti s kabelima za napajanje, što može biti neočekivana "grablja", posebno za početnike.
Riža. 2 varijante uvjetnih grafičkih slika (UGO)
operacijska pojačala
U sustavu domaćih uvjetnih grafičkih slika (UGO) prije stupanja na snagu GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), OU su također bili prikazani kao trokut, samo invertni ulaz - sa simbolom inverzije - krug na sjecište izlaza s trokutom (slika 2, B), a sada - u obliku pravokutnika (slika 2, C).
Prilikom označavanja op-pojačala na dijagramima, invertirajući i neinvertirajući ulazi mogu se izmjenjivati ako je prikladnije, međutim, tradicionalno, invertirajući ulaz je prikazan na vrhu, a neinvertirajući ulaz je na dnu. Igle za napajanje obično su uvijek postavljene na jedan način (pozitivan na vrhu, negativan na dnu).
Op-pojačala se gotovo uvijek koriste u krugovima s negativnom povratnom spregom (NFB).
Povratna informacija je učinak primjene dijela izlaznog napona pojačala na njegov ulaz, gdje se on algebarski (podložno znaku) dodaje ulaznom naponu. U nastavku će biti riječi o principu zbrajanja signala. Ovisno o tome koji ulaz op-pojačala, invertirajući ili neinvertirajući, OS se napaja, postoji negativna povratna sprega (NFB), kada se dio izlaznog signala primijeni na invertirajući ulaz (slika 3, A) ili pozitivna povratna sprega (PIC), kada se dio izlazni signal dovodi na neinvertirajući ulaz (slika 3, B).
Riža. 3 Princip formiranja povratnih informacija (OS)
U prvom slučaju, budući da je izlaz inverzan ulazu, oduzima se od ulaza. Kao rezultat toga, ukupni dobitak pozornice je smanjen. U drugom slučaju, dodaje se na ulaz, povećava se ukupni dobitak kaskade.
Na prvi pogled može se činiti da POS ima pozitivan učinak, a OOS je potpuno beskorisni pothvat: zašto smanjiti dobit? Upravo to su mislili američki ispitivači patenata kada je 1928. Harold S. Black pokušao patentirati OS. Međutim, žrtvujući pojačanje, značajno poboljšavamo druge važne parametre kruga, poput njegove linearnosti, frekvencijskog raspona itd. Što je OOS dublji, karakteristike cijelog kruga manje ovise o karakteristikama op-pojačala.
Ali POS (s obzirom na vlastito veliko pojačanje op-amp) ima suprotan učinak na karakteristike sklopa i najneugodnije je to što uzrokuje njegovo samopobuđenje. Naravno, koristi se i svjesno, na primjer, u generatorima, komparatorima s histerezom (više o tome kasnije), itd., ali općenito, njegov učinak na rad krugova pojačala s op-pojačalom je prilično negativan i zahtijeva vrlo temeljitu i razumnu analizu njezine primjene.
Budući da OS ima dva ulaza, moguće su sljedeće glavne vrste njegovog uključivanja pomoću OS-a (slika 4):
Riža. 4 Osnovne sheme za uključivanje OS-a
a) invertiranje (slika 4, A) - signal se primjenjuje na invertirajući ulaz, a neinvertirajući je spojen izravno na referentni potencijal (ne koristi se);
b) neinvertirajući (Sl. 4, B) - signal se primjenjuje na neinvertirajući ulaz, a invertirajući je spojen izravno na referentni potencijal (ne koristi se);
u) diferencijal (slika 4, B) - signali se dovode na oba ulaza, invertirajući i neinvertirajući.
Za analizu rada ovih shema treba uzeti u obzir drugi najvažniji Pravilo, kojem podliježe rad OS-a: Izlaz op-pojačala obično ima nultu razliku napona između njegovih ulaza..
Međutim, svaka formulacija mora biti potrebno i dovoljno ograničiti cijeli podskup slučajeva koji mu se pokoravaju. Gornja formulacija, unatoč svom “klasicizmu”, ne daje nikakvu informaciju o tome na koje od ulaza izlaz “želi utjecati”. Na temelju toga ispada da se čini da op-amp izjednačava napone na svojim ulazima, primjenjujući napon na njih negdje "iznutra".
Pomno gledajući dijagrame na sl. 4, možete vidjeti da se OOC (kroz Rooc) u svim slučajevima pokreće od izlaza samo na invertirajući ulaz, što nam daje razlog da preformuliramo ovo pravilo na sljedeći način: Napon uključen izlaz op-pojačala, pokriven OOS-om, nastoji osigurati da je potencijal na invertirajućem ulazu jednak potencijalu na neinvertirajućem ulazu.
Na temelju ove definicije, “vodeći” pri bilo kojem uključivanju OA-a s OOS-om je neinvertirajući ulaz, a “slave” je invertirajući.
Kada se opisuje rad operacijskog pojačala, potencijal na njegovom invertirajućem ulazu često se naziva "virtualna nula" ili "virtualna srednja točka". Prijevod latinske riječi "virtus" znači "imaginarni", "imaginarni". Virtualni objekt ponaša se blisko ponašanju sličnih objekata materijalne stvarnosti, tj. za ulazne signale (zbog djelovanja FOS-a), invertirajući ulaz se može smatrati spojenim izravno na isti potencijal kao i neinvertirajući ulaz. Međutim, "virtualna nula" je samo poseban slučaj koji se odvija samo s bipolarnim napajanjem op-pojačala. Kada se koristi unipolarno napajanje (o čemu će biti riječi u nastavku), i u mnogim drugim sklopnim krugovima, neće biti nula ni na neinvertirajućim niti na invertirajućim ulazima. Stoga se složimo da ovaj izraz nećemo koristiti, budući da ometa početno razumijevanje principa rada OS-a.
S ove točke gledišta, analizirat ćemo sheme prikazane na Sl. 4. Istovremeno, da bismo pojednostavili analizu, pretpostavit ćemo da su naponi napajanja i dalje bipolarni, jednaki jedni drugima po vrijednosti (recimo, ± 15 V), sa središnjom točkom (zajednička sabirnica ili „zemlja“), relativna kojima ćemo računati ulazni i izlazni napon. Osim toga, analiza će se provoditi u istosmjernoj struji, jer. promjenjivi izmjenični signal u svakom trenutku vremena također se može predstaviti kao uzorak vrijednosti istosmjerne struje. U svim slučajevima, povratna informacija preko Rooc-a povezana je s izlaza op-pojačala na njegov invertirajući ulaz. Razlika je samo u tome na koji se od ulaza primjenjuje ulazni napon.
ALI) invertiranje uključivanje (slika 5).
Riža. 5 Princip rada op-pojačala u invertirajućoj vezi
Potencijal na neinvertirajućem ulazu je nula, jer spojen je na središnju točku („zemlja“). Ulazni signal jednak +1 V u odnosu na srednju točku (od GB) primjenjuje se na lijevi terminal ulaznog otpornika Rin. Pretpostavimo da su otpori Rooc i Rin međusobno jednaki i iznose 1 kOhm (njihov ukupni otpor je 2 kOhm).
Prema pravilu 2, invertirajući ulaz mora imati isti potencijal kao neinvertirajući ulaz, tj. 0 V. Stoga se na Rin primjenjuje napon od +1 V. Prema Ohmovom zakonu, kroz njega će teći struja jaulazni= 1 V / 1000 ohma = 0,001 A (1 mA). Smjer toka ove struje prikazan je strelicom.
Budući da su Rooc i Rin spojeni razdjelnikom, a prema pravilu 1, ulazi op-pojačala ne troše struju, da bi napon bio 0 V na sredini ovog djelitelja, napon se mora primijeniti na desno izlaz Rooc minus 1 V, i struja koja teče kroz njega jaoos također treba biti jednak 1 mA. Drugim riječima, između lijevog terminala Rin i desnog terminala Rooc primjenjuje se napon od 2 V, a struja koja teče kroz ovaj razdjelnik je 1 mA (2 V / (1 kΩ + 1 kΩ) = 1 mA), t.j. ja ulazni = ja oos .
Ako se na ulaz primijeni napon negativnog polariteta, izlaz op-pojačala će biti napon pozitivnog polariteta. Sve je isto, samo će strelice koje pokazuju protok struje kroz Rooc i Rin biti usmjerene u suprotnom smjeru.
Dakle, ako su vrijednosti Rooc i Rin jednake, napon na izlazu op-pojačala će po veličini biti jednak naponu na njegovom ulazu, ali inverznog polariteta. I dobili smo invertiranje repetitor . Ova se shema često koristi ako trebate invertirati primljeni signal pomoću sklopova koji su u osnovi pretvarači. Na primjer, logaritamska pojačala.
Zadržimo sada Rin jednak 1 kOhm i povećajmo otpor Rooc na 2 kOhm s istim ulaznim signalom +1 V. Ukupni otpor razdjelnika Rooc+Rin povećao se na 3 kOhm. Da bi potencijal od 0 V (jednak potencijalu neinvertirajućeg ulaza) ostao na svojoj središnjoj točki, kroz Rooc mora teći ista struja (1 mA) kao i kroz Rin. Stoga bi pad napona na Rooc-u (napon na izlazu op-pojačala) već trebao biti 2 V. Na izlazu op-pojačala napon je minus 2 V.
Povećajmo vrijednost Rooc-a na 10 kOhm. Sada će napon na izlazu op-pojačala pod istim drugim uvjetima već biti 10 V. Vau! Napokon smo dobili invertiranje pojačalo
! Njegov je izlazni napon veći od ulaznog napona (drugim riječima, pojačanje Ku) onoliko puta koliko je otpor Rooc veći od otpora Rin. Bez obzira na to kako sam se zakleo da neću koristiti formule, neka to ipak prikaže kao jednadžbu:
Ku \u003d - Uout / Uin \u003d - Rooc / Rin. (2)
Znak minus ispred razlomka na desnoj strani jednadžbe samo znači da je izlazni signal inverzan u odnosu na ulazni. I ništa više!
A sada povećajmo otpor Rooc na 20 kOhm i analizirajmo što se događa. Prema formuli (2), s Ku \u003d 20 i ulaznim signalom od 1 V, izlaz je trebao biti napon od 20 V. Ali nije ga bilo! Prethodno smo pretpostavili da je napon napajanja našeg op-ampa samo ± 15 V. Ali ni 15 V se ne može dobiti (zašto tako - malo niže). "Ne možete skočiti iznad glave (napon napajanja)"! Kao rezultat takve zlouporabe ocjena kruga, izlazni napon op-pojačala "počiva" na naponu napajanja (izlaz op-pojačala ulazi u zasićenje). Ravnoteža trenutne jednakosti kroz djelitelj RoocRin ( jaulazni = jaoos) se naruši, na invertirajućem ulazu pojavljuje se potencijal koji se razlikuje od potencijala na neinvertirajućem ulazu. Pravilo 2 više se ne primjenjuje.
Ulazni otpornost invertirajuće pojačalo jednak je otporu Rin, budući da kroz njega teče sva struja iz izvora ulaznog signala (GB).
Zamijenimo sada konstantu Rooc s varijablom, s nominalnom vrijednošću od, recimo, 10 kOhm (slika 6).
Riža. 6 Invertirajući krug pojačala s promjenjivim pojačanjem
S desnim (prema krugu) položajem njegovog klizača, dobitak će biti Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Pomicanjem Roocovog klizača ulijevo (smanjivanjem njegovog otpora), dobit će kruga će se smanjiti i, konačno, na svom krajnjem lijevom položaju postat će jednak nuli, budući da će brojnik u gornjoj formuli postati nula u bilo koji vrijednost nazivnika. Izlaz će također biti nula za bilo koju vrijednost i polaritet ulaznog signala. Takva se shema često koristi u krugovima za pojačanje audio signala, na primjer, u mikserima, gdje morate podesiti pojačanje od nule.
B) neinvertirajući uključivanje (slika 7).
Riža. 7 Princip rada op-pojačala u neinvertirajućoj inkluziji
Lijevi pin Rin spojen je na središnju točku ("uzemljenje"), a ulazni signal jednak +1 V primjenjuje se izravno na neinvertirajući ulaz. Budući da su nijanse analize "žvakane" gore, ovdje ćemo obratiti pozornost samo na značajne razlike.
U prvoj fazi analize također uzimamo otpore Rooc i Rin jednake jedni drugima i jednake 1 kOhm. Jer na neinvertirajućem ulazu potencijal je +1 V, tada prema pravilu 2 isti potencijal (+1 V) mora biti i na invertirajućem ulazu (prikazano na slici). Da biste to učinili, mora postojati napon od +2 V na desnom terminalu Rooc otpornika (izlaz op-pojačala). jaulazni i jaoos, jednak 1 mA, sada teku kroz otpornike Rooc i Rin u suprotnom smjeru (prikazano strelicama). Shvatili smo neinvertirajući pojačalo s dobitkom od 2, budući da ulaz od +1V proizvodi izlaz od +2V.
Čudno, zar ne? Ocjene su iste kao u invertiranoj vezi (jedina razlika je što se signal primjenjuje na drugi ulaz), a pojačanje je očito. Razmotrit ćemo ovo malo kasnije.
Sada povećavamo vrijednost Rooc-a na 2 kOhm. Za održavanje ravnoteže struja jaulazni = jaoos a potencijal invertnog ulaza je +1 V, izlaz op-pojačala bi već trebao biti +3 V. Ku \u003d 3 V / 1 V \u003d 3!
Ako usporedimo vrijednosti Ku s neinvertirajućom vezom s invertirajućom, s istim ocjenama Rooc i Rin, ispada da je dobitak u svim slučajevima veći za jedan. Izvodimo formulu:
Ku \u003d Uout / Uin + 1 \u003d (Rooc / Rin) + 1 (3)
Zašto se ovo događa? Da, vrlo lako! NFB radi potpuno isto kao u invertirajućoj vezi, ali prema pravilu 2, potencijal neinvertirajućeg ulaza uvijek se dodaje potencijalu invertirajućeg ulaza u neinvertirajućoj vezi.
Dakle, s neinvertirajućim uključivanjem, nemoguće je dobiti dobitak jednak 1? Zašto ne, zašto ne. Smanjimo vrijednost Rooc-a, slično kao što smo analizirali Sl. 6. Kada je njegova vrijednost nula - kratkim spojem izlaza s invertirajućim ulazom (slika 8, A), prema pravilu 2, izlaz će imati takav napon da je potencijal invertnog ulaza jednak potencijalu neinvertirajućeg ulaza, tj. +1 V. Dobivamo: Ku \u003d 1 V / 1 V \u003d 1 (!) Pa, budući da invertirajući ulaz ne troši struju i između njega i izlaza nema razlike potencijala, onda u ovom krugu ne teče struja.
Riža. 8 Shema uključivanja op-pojačala kao sljedbenika napona
Rin postaje općenito suvišan, jer spojen je paralelno s opterećenjem na kojem bi trebao raditi izlaz op-pojačala, a njegova će izlazna struja uzalud teći kroz njega. A što se događa ako napustite Rooc, ali uklonite Rin (slika 8, B)? Tada u formuli dobitka Ku = Roos / Rin + 1, otpor Rin teoretski postaje blizak beskonačnosti (u stvarnosti, naravno, ne, jer postoje curenja na ploči, a ulazna struja op-ampa, iako zanemariva , još uvijek je nula još uvijek nije jednako), a omjer Rooc / Rin je izjednačen s nulom. U formuli ostaje samo jedan: Ku \u003d + 1. Može li dobit biti manja od jedan za ovaj krug? Ne, manje neće raditi ni pod kojim okolnostima. Ne možete zaobići "dodatnu" jedinicu u formuli dobitka na krivoj kozi ...
Nakon što smo uklonili sve "dodatne" otpornike, dobivamo sklop neinvertirajući repetitor prikazano na sl. 8, V.
Na prvi pogled, takva shema nema praktičnog smisla: zašto nam treba jedno, pa čak i neinverzno "pojačavanje" - što, ne možete jednostavno poslati signal dalje ??? Međutim, takve se sheme često koriste i evo zašto. Prema pravilu 1, struja ne teče u ulaze op-pojačala, tj. ulazna impedancija neinvertirajući sljedbenik je vrlo velik - iste desetke, stotine, pa čak i tisuće MΩ (isto vrijedi i za sklop prema sl. 7)! Ali izlazni otpor je vrlo mali (djelići Ohma!). Izlaz op-pojačala "puca svom snagom", pokušavajući, prema pravilu 2, održati isti potencijal na invertirajućem ulazu kao i na neinvertirajućem. Jedino ograničenje je dopuštena izlazna struja op-pojačala.
Ali s ovog mjesta ćemo se malo pomaknuti u stranu i malo detaljnije razmotriti pitanje izlaznih struja op-pojačala.
Za većinu operativnih pojačala opće namjene, tehničke specifikacije navode da otpor opterećenja spojenog na njihov izlaz ne bi trebao biti manje 2 kOhm Više – koliko hoćete. Za puno manji broj, to je 1 kOhm (K140UD ...). To znači da u najgorem slučaju: maksimalni napon napajanja (npr. ±16 V ili ukupno 32 V), opterećenje spojeno između izlaza i jedne od tračnica napajanja i maksimalni izlazni napon suprotnog polariteta, a na opterećenje će se primijeniti napon od oko 30 V. U tom slučaju struja kroz njega bit će: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Ne tako malo, ali ni previše. Srećom, većina operativnih pojačala opće namjene ima ugrađenu zaštitu od prekomjerne struje - tipična maksimalna izlazna struja je 25 mA. Zaštita sprječava pregrijavanje i kvar op-pojačala.
Ako naponi napajanja nisu maksimalno dopušteni, tada se minimalni otpor opterećenja može proporcionalno smanjiti. Recimo, s napajanjem od 7,5 ... 8 V (ukupno 15 ... 16 V), može biti 1 kOhm.
NA) diferencijal uključivanje (slika 9).
Riža. 9 Princip rada op-pojačala u diferencijalnoj vezi
Dakle, pretpostavimo da se s istim ocjenama Rin i Rooc jednakim 1 kOhm, isti naponi jednaki +1 V primjenjuju na oba ulaza kruga (slika 9, A). Budući da su potencijali na obje strane otpornika Rin međusobno jednaki (napon na otporniku je 0), kroz njega ne teče struja. To znači da je struja kroz otpornik Rooc također nula. To jest, ova dva otpornika ne obavljaju nikakvu funkciju. Zapravo, dobili smo neinvertirajući sljedbenik (usporedi sa slikom 8). Sukladno tome, na izlazu ćemo dobiti isti napon kao i na neinvertirajućem ulazu, tj. +1 V. Promijenimo polaritet ulaznog signala na invertnom ulazu kruga (preokrenemo GB1) i primijenimo minus 1 V (slika 9, B). Sada se između priključaka Rin primjenjuje napon od 2 V i kroz njega teče struja jau\u003d 2 mA (nadam se da više nije potrebno detaljno opisivati zašto je to tako?). Da bi se ta struja kompenzirala, kroz Rooc mora protjecati i struja od 2 mA. A za to izlaz op-pojačala mora imati napon od +3 V.
Tu se u formuli za dobit neinvertirajućeg pojačala pojavio zlonamjerni “cerinac” dodatnog. Ispada da s takvim pojednostavljeno Kod diferencijalnog prebacivanja razlika u pojačanju konstantno pomiče izlazni signal za potencijal na neinvertirajućem ulazu. Problem sa! Međutim, "Čak i da si pojeden, još uvijek imaš barem dva izlaza." To znači da nekako trebamo izjednačiti dobitke invertirajuće i neinvertirajuće inkluzije kako bismo "neutralizirali" ovaj dodatni.
Da bismo to učinili, primijenimo ulazni signal na neinvertirajući ulaz ne izravno, već kroz razdjelnik Rin2, R1 (slika 9, B). Uzmimo njihove denominacije također za 1 kOhm. Sada, na neinvertirajućem (a samim tim i na invertirajućem) ulazu op-pojačala, postojat će potencijal od +0,5 V, struja će teći kroz njega (i Rooc) jau = jaoos\u003d 0,5 mA, kako bi se osiguralo da izlaz op-pojačala mora imati napon jednak 0 V. Fuj! Dobili smo što smo htjeli! Uz signale jednake veličine i polariteta na oba ulaza kruga (u ovom slučaju +1 V, ali isto će vrijediti za minus 1 V i za sve druge digitalne vrijednosti), nulti napon će se održavati na izlazu op- amp, jednaka razlici ulaznih signala.
Provjerimo ovo razmišljanje primjenom signala negativnog polariteta minus 1 V na invertirajući ulaz (slika 9, D). Pri čemu jau = jaoos= 2 mA, za koji bi izlaz trebao biti +2 V. Sve je potvrđeno! Izlazna razina odgovara razlici između ulaza.
Naravno, ako su Rin1 i Rooc jednaki (odnosno, Rin2 i R1), nećemo dobiti pojačanje. Da biste to učinili, morate povećati vrijednosti Rooc i R1, kao što je učinjeno prilikom analize prethodnih uključivanja op-pojačala (neću to ponavljati), a trebalo bi strogo poštujte omjer:
Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (četiri)
Što koristimo od takvog uključivanja u praksi? I dobivamo izvanredno svojstvo: izlazni napon ne ovisi o apsolutnim vrijednostima ulaznih signala, ako su međusobno jednaki po veličini i polaritetu. Izlazi samo razlika (diferencijalni) signal. To omogućuje pojačanje vrlo malih signala na pozadini šuma koji jednako djeluje na oba ulaza. Na primjer, signal s dinamičkog mikrofona na pozadini 50 Hz industrijske frekvencije mrežnog podizanja.
No, u ovoj bačvi s medom, nažalost, ima muha. Prvo, jednakost (4) mora se poštovati vrlo striktno (do desetinki, a ponekad i stotih postotaka!). U suprotnom će doći do neuravnoteženosti struja koje djeluju u strujnom krugu, pa će se, osim signala razlike ("anti-fazni") signali, pojačati i kombinirani ("common-mode") signali.
Shvatimo bit ovih pojmova (slika 10).
Riža. 10 Fazni pomak signala
Faza signala je vrijednost koja karakterizira pomak početka razdoblja signala u odnosu na ishodište vremena. Budući da su i ishodište vremena i podrijetlo razdoblja odabrani proizvoljno, faza jedan časopis signal nema fizičko značenje. Međutim, fazna razlika između njih časopis signali je veličina koja ima fizičko značenje, odražava kašnjenje jednog od signala u odnosu na drugi. Što se smatra početkom razdoblja nije važno. Za točku početka razdoblja možete uzeti nultu vrijednost s pozitivnim nagibom. Moguće je - maksimalno. Sve je u našoj moći.
Na sl. 9, crvena označava izvorni signal, zelena - pomaknuta za ¼ periode u odnosu na original, a plava - za ½ periode. Ako usporedimo crvenu i plavu krivulju s krivuljama na sl. 2, B, vidi se da su međusobno inverzan. Dakle, "infazni signali" su signali koji se međusobno podudaraju u svakoj od svojih točaka, a "antifazni signali" su inverzan jedni prema drugima.
Istovremeno, koncept inverziješiri od koncepta fazama, jer potonje se odnosi samo na redovito ponavljane, periodične signale. I koncept inverzije primjenjivo na sve signale, uključujući neperiodične, kao što su audio signal, digitalna sekvenca ili konstantni napon. Do faza je dosljedna vrijednost, signal mora biti periodičan barem u određenom intervalu. Inače se i faza i period pretvaraju u matematičke apstrakcije.
Drugo, invertirajući i neinvertirajući ulazi u diferencijalnoj vezi, s jednakim ocjenama Rooc = R1 i Rin1 = Rin2, imat će različite ulazne otpore. Ako je ulazni otpor invertirajućeg ulaza određen samo vrijednošću Rin1, tada je neinvertirajući ulaz određen vrijednostima sukcesivno uključeni Rin2 i R1 (niste li zaboravili da ulazi op-pojačala ne troše struju?). U gornjem primjeru, oni će biti 1 i 2 kΩ, respektivno. A ako povećamo Rooc i R1 kako bismo dobili potpuni stupanj pojačanja, tada će se razlika još značajnije povećati: s Ku \u003d 10 - do, respektivno, istih 1 kOhm i čak 11 kOhm!
Nažalost, u praksi se obično postavljaju ocjene Rin1 = Rin2 i Rooc = R1. Međutim, to je prihvatljivo samo ako su izvori signala za oba ulaza vrlo niski izlazna impedancija. Inače, tvori djelitelj s ulaznom impedancijom ovog stupnja za pojačanje, a budući da će faktor podjele takvih "razdjelnika" biti drugačiji, rezultat je očit: diferencijalno pojačalo s takvim vrijednostima otpornika neće obavljati svoju funkciju potiskivanja zajedničkih (kombiniranih) signala ili loše obavljaju ovu funkciju.
Jedan od načina rješavanja ovog problema može biti nejednakost vrijednosti otpornika spojenih na invertirajući i neinvertirajući ulaz op-pojačala. Naime, tako da je Rin2 + R1 = Rin1. Druga važna točka je postići točno poštivanje jednakosti (4). U pravilu se to postiže cijepanjem R1 na dva otpornika - konstantni, obično 90% željene vrijednosti, i varijabilni (R2), čiji otpor iznosi 20% tražene vrijednosti (slika 11, A).
Riža. 11 Mogućnosti balansiranja diferencijalnog pojačala
Put je općenito prihvaćen, ali opet, s ovom metodom balansiranja, iako neznatno, ulazna impedancija neinvertirajućeg ulaza se mijenja. Mnogo stabilnija opcija s uključivanjem otpornika za podešavanje (R5) u seriji s Rooc-om (slika 11, B), budući da Rooc ne sudjeluje u formiranju ulaznog otpora invertnog ulaza. Glavna stvar je zadržati omjer njihovih denominacija, slično opciji "A" (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).
Budući da smo govorili o diferencijalnoj komutaciji i spomenutim repetitorima, želio bih opisati jedan zanimljiv sklop (slika 12).
Riža. 12 Preklopljeni invertirajući/neinvertirajući sljedbeni krug
Ulazni signal se primjenjuje istovremeno na oba ulaza kruga (invertirajući i neinvertirajući). Ocjene svih otpornika (Rin1, Rin2 i Rooc) su međusobno jednake (u ovom slučaju, uzmimo njihove stvarne vrijednosti: 10 ... 100 kOhm). Neinvertirajući ulaz op-ampa sa SA ključem može se zatvoriti na zajedničku sabirnicu.
U zatvorenom položaju ključa (slika 12, A), otpornik Rin2 ne sudjeluje u radu kruga (samo struja "beskorisno" teče kroz njega javx2 od izvora signala do zajedničke sabirnice). dobivamo invertirajući sljedbenik s dobitkom jednakim minus 1 (vidi sliku 6). Ali s ključem SA u otvorenom položaju (slika 12, B), dobivamo neinvertirajući sljedbenik s dobitkom jednakim +1.
Princip rada ove sheme može se izraziti na malo drugačiji način. Kada je SA ključ zatvoren, radi kao invertujuće pojačalo s pojačanjem od minus 1, a kada je otvoren - istovremeno(!) I kao invertirajuće pojačalo s pojačanjem, minus 1, i kao neinvertirajuće pojačalo s pojačanjem od +2, odakle je: Ku = +2 + (–1) = +1.
U ovom se obliku ovaj sklop može koristiti ako je, na primjer, polaritet ulaznog signala nepoznat u fazi projektiranja (recimo, od senzora koji nije dostupan dok se uređaj ne postavi). Međutim, ako se tranzistor (na primjer, tranzistor s efektom polja) koristi kao ključ, upravlja se iz ulaznog signala pomoću komparator(o čemu će biti riječi u nastavku), dobivamo sinkroni detektor(sinkroni ispravljač). Konkretna implementacija takve sheme, naravno, nadilazi početno upoznavanje s radom OS-a i nećemo je ovdje ponovno detaljno razmatrati.
A sada razmotrimo princip zbrajanja ulaznih signala (slika 13, A), a ujedno ćemo shvatiti koje bi vrijednosti otpornika Rin i Rooc u stvarnosti trebale biti.
Riža. 13 Princip rada invertnog zbrojivača
Kao osnovu uzimamo invertirajuće pojačalo o kojem smo već raspravljali (slika 5), samo što na ulaz op-pojačala povezujemo ne jedan, već dva ulazna otpornika Rin1 i Rin2. Do sada, u "obrazovne" svrhe, prihvaćamo otpor svih otpornika, uključujući Rooc, jednak 1 kOhm. Lijevim terminalima Rin1 i Rin2 dovodimo ulazne signale jednake +1 V. Kroz ove otpornike teče struje od 1 mA (prikazano strelicama s lijeva na desno). Da bi se održao isti potencijal na invertirajućem ulazu kao i na neinvertirajućem (0 V), kroz Rooc otpornik mora teći struja jednaka zbroju ulaznih struja (1 mA + 1 mA = 2 mA), prikazano kao strelica koja pokazuje u suprotnom smjeru (s desna na lijevo), za što izlaz op-pojačala mora imati napon od minus 2 V.
Isti rezultat (izlazni napon minus 2 V) može se dobiti ako se na ulaz invertirajućeg pojačala stavi +2 V (slika 5), ili se vrijednost Rin prepolovi, t.j. do 500 Ohma. Povećajmo napon primijenjen na otpornik Rin2 do +2 V (slika 13, B). Na izlazu dobivamo napon od minus 3 V, što je jednako zbroju ulaznih napona.
Ne mogu biti dva ulaza, već koliko god želite. Načelo rada ovog kruga neće se promijeniti iz ovoga: izlazni napon u svakom slučaju bit će izravno proporcionalan algebarskom zbroju (uzimajući u obzir predznak!) struja koje prolaze kroz otpornike spojene na invertni ulaz op. -amp (obrnuto proporcionalno njihovim ocjenama), bez obzira na njihov broj.
Međutim, ako se na ulaze invertnog zbrajača primjenjuju signali jednaki +1 V i minus 1 V (slika 13, B), tada će struje koje teku kroz njih biti u različitim smjerovima, međusobno će se poništavati i izlaz će biti 0 V. Kroz otpornik Rooc u ovom slučaju neće teći struja. Drugim riječima, struja koja teče kroz Rooc algebarski se zbraja s ulazni struje.
Iz ovoga također slijedi važna točka: dok smo radili s malim ulaznim naponima (1 ... 3 V), izlaz široko korištenog op-pojačala mogao bi pružiti takvu struju (1 ... 3 mA) za Rooc a ostalo je još nešto za opterećenje spojeno na izlaz op-pojačala. Ali ako se naponi ulaznih signala povećaju na maksimalno dopušteni (blizu napona napajanja), onda se ispostavlja da će cijela izlazna struja ići na Rooc. Ništa više za učitavanje. A kome treba pojačalo koje radi "za sebe"? Osim toga, vrijednosti ulaznog otpornika od samo 1 kΩ (odnosno, za određivanje ulaznog otpora stupnja invertirajućeg pojačala) zahtijevaju prekomjerno visoke struje da teče kroz njih, jako opterećujući izvor signala. Stoga se u stvarnim krugovima odabire otpor Rin ne manji od 10 kOhm, ali je također poželjno ne više od 100 kOhm, tako da pri danom pojačanju Rooc ne bude postavljen previsoko. Iako ove vrijednosti nisu apsolutne, već samo procjene, kako kažu, "u prvoj aproksimaciji" - sve ovisi o specifičnom krugu. U svakom slučaju, nepoželjno je da struja koja teče kroz Rooc prelazi 5 ... 10% maksimalne izlazne struje ovog konkretnog op-pojačala.
Zbrojeni signali se također mogu primijeniti na neinvertirajući ulaz. Ispada neinvertirajući zbrajač. U principu, takav sklop će raditi na potpuno isti način kao invertni zbrajač, čiji će izlaz biti signal koji je izravno proporcionalan ulaznim naponima i obrnuto proporcionalan vrijednostima ulaznih otpornika. Međutim, u praksi se koristi mnogo rjeđe, jer. sadrži "grablje" koje treba uzeti u obzir.
Budući da pravilo 2 vrijedi samo za invertirajući ulaz, koji ima “virtualni nulti potencijal”, tada će neinvertirajući ulaz imati potencijal jednak algebarskom zbroju ulaznih napona. Stoga će ulazni napon dostupan na jednom od ulaza utjecati na napon koji se dovodi na druge ulaze. Na neinvertirajućem ulazu nema "virtualnog potencijala"! Kao rezultat toga, moraju se primijeniti dodatni trikovi s sklopovima.
Do sada smo razmatrali sklopove temeljene na OS-u s OOS-om. Što se događa ako se povratne informacije u potpunosti uklone? U ovom slučaju dobivamo komparator(slika 14), tj. uređaj koji uspoređuje apsolutnu vrijednost dvaju potencijala na svojim ulazima (od engleske riječi usporediti- usporediti). Na njegovom izlazu bit će napon koji se približava jednom od napona napajanja, ovisno o tome koji je od signala veći od drugog. Obično se ulazni signal primjenjuje na jedan od ulaza, a na drugi - konstantni napon s kojim se uspoređuje (tzv. "referentni napon"). To može biti bilo što, uključujući nulti potencijal (slika 14, B).
Riža. 14 Shema uključivanja op-pojačala kao komparatora
Međutim, nije sve tako dobro "u kraljevini Danskoj" ... A što se događa ako je napon između ulaza nula? U teoriji, izlaz bi također trebao biti nula, ali u stvarnosti - nikada. Ako potencijal na jednom od ulaza čak i neznatno nadmašuje potencijal drugog, tada će to već biti dovoljno da se na izlazu pojave kaotični udari napona zbog slučajnih smetnji induciranih na ulazima komparatora.
U stvarnosti, svaki signal je "šuman", jer ideal ne može biti po definiciji. A u području blizu točke jednakosti potencijala ulaza, na izlazu komparatora pojavit će se rafal izlaznih signala umjesto jednog jasnog prebacivanja. Za borbu protiv ove pojave često se uvodi komparatorski sklop histereza stvaranjem slabog pozitivnog PIC-a s izlaza na neinvertirajući ulaz (slika 15).
Riža. 15 Princip rada histereze u komparatoru zbog PIC-a
Analizirajmo rad ove sheme. Njegov napon napajanja je ± 10 V (za ravnomjeran račun). Otpor Rin je 1 kOhm, a Rpos je 10 kOhm. Srednji potencijal se bira kao referentni napon primijenjen na invertirajući ulaz. Crvena krivulja prikazuje ulazni signal koji dolazi na lijevi pin Rin (ulaz shema komparator), plava - potencijal na neinvertirajućem ulazu op-amp i zelena - izlazni signal.
Dok ulazni signal ima negativan polaritet, izlazni je negativan napon koji se preko Rpos dodaje ulaznom naponu u obrnutom razmjeru vrijednostima odgovarajućih otpornika. Kao rezultat toga, potencijal neinvertirajućeg ulaza u cijelom rasponu negativnih vrijednosti je 1 V (u apsolutnoj vrijednosti) veći od razine ulaznog signala. Čim je potencijal neinvertirajućeg ulaza jednak potencijalu invertirajućeg (za ulazni signal, to će biti + 1 V), napon na izlazu op-pojačala počet će prelaziti s negativnog na pozitivan polaritet. Pokrenut će se ukupni potencijal na neinvertirajućem ulazu poput lavine postati još pozitivniji, podržavajući proces takve promjene. Kao rezultat toga, komparator jednostavno "neće primijetiti" beznačajne fluktuacije buke ulaznog i referentnog signala, budući da će oni biti mnogo redova veličine manji po amplitudi od opisanog "koraka" potencijala na neinvertirajućem ulazu prilikom prebacivanja .
Sa smanjenjem ulaznog signala, doći će do obrnutog prebacivanja izlaznog signala komparatora pri ulaznom naponu od minus 1 V. Ova razlika između razina ulaznog signala koja dovodi do prebacivanja izlaza komparatora, jednaka je u našem slučaju na ukupno 2 V, zove se histereza. Što je veći otpor Rpos u odnosu na Rin (što je manja dubina POS), to je manja histereza prebacivanja. Dakle, s Rpos = 100 kOhm, bit će samo 0,2 V, a s Rpos = 1 MΩ bit će 0,02 V (20 mV). Histereza (PIC dubina) se odabire na temelju stvarnih radnih uvjeta komparatora u određenom krugu. U kojem će 10 mV biti puno, a u kojem - i 2 V će biti malo.
Nažalost, ne može se svako operacijsko pojačalo i ne u svim slučajevima koristiti kao komparator. Za usklađivanje analognih i digitalnih signala proizvode se specijalizirani komparatorni mikro krugovi. Neki od njih su specijalizirani za spajanje na digitalne TTL mikro krugove (597CA2), neki - na digitalne ESL mikro krugove (597CA1), ali većina je tzv. "komparatori za opću upotrebu" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Njihova glavna razlika od operacijskih pojačala leži u posebnom uređaju izlaznog stupnja, koji je izrađen na tranzistoru s otvorenim kolektorom (slika 16).
Riža. 16 Izlazni stupanj komparatora za opće primjene
i njegov spoj na otpornik opterećenja
To zahtijeva obveznu upotrebu vanjskog otpornik opterećenja(R1), bez kojeg izlazni signal jednostavno fizički nije u stanju formirati visoku (pozitivnu) izlaznu razinu. Napon +U2 na koji je spojen otpornik opterećenja može se razlikovati od napona napajanja +U1 samog komparatornog čipa. To omogućuje jednostavnim sredstvima za postizanje željene izlazne razine - bilo da se radi o TTL ili CMOS.
Bilješka U većini komparatora, čiji primjer može biti dvostruki LM393 (LM193 / LM293) ili potpuno isti u strujnom krugu, ali četverostruki LM339 (LM139 / LM239), emiter tranzistora izlaznog stupnja spojen je na negativni terminal snage, što donekle ograničava njihov opseg. S tim u vezi, želio bih skrenuti pozornost na komparator LM31 (LM111 / LM211), čiji je analog domaći 521 / 554CA3, u kojem se i kolektor i emiter izlaznog tranzistora zasebno izlaze, što se može spojen na druge napone osim napona napajanja samog komparatora. Jedini i relativni nedostatak mu je što je samo jedan u 8-pinskom (ponekad 14-pinskom) kućištu. |
Do sada smo razmatrali sklopove u kojima se ulazni signal dovodio na ulaz(ove) preko Rin, t.j. svi su bili pretvarači ulazni napon u slobodan dan napon isti. U ovom slučaju ulazna struja je tekla kroz Rin. Što se događa ako se njegov otpor uzme jednakim nuli? Krug će raditi na potpuno isti način kao invertirajuće pojačalo o kojem smo gore govorili, samo će izlazna impedancija izvora signala (Rout) služiti kao Rin, i dobivamo konverter ulazni Trenutno u slobodan dan napon(slika 17).
Riža. 17 Shema pretvarača struje u napon na op-pojačalu
Budući da je potencijal na invertirajućem ulazu isti kao i na neinvertirajućem (u ovom slučaju je "virtualna nula"), cijela ulazna struja ( jau) će teći kroz Rooc između izlaza izvora signala (G) i izlaza op-pojačala. Ulazni otpor takvog kruga je blizu nule, što omogućuje izgradnju mikro/miliampermetara na njegovoj osnovi, koji praktički ne utječu na struju koja teče kroz mjereni krug. Možda je jedino ograničenje dopušteni raspon ulaznog napona op-pojačala, koji se ne smije prekoračiti. Također se može koristiti za izgradnju, na primjer, linearnog fotodiodnog pretvarača struje u napon i mnogih drugih sklopova.
Razmotrili smo osnovna načela rada OS-a u različitim shemama za njegovo uključivanje. Ostaje jedno važno pitanje: hrana.
Kao što je gore spomenuto, operacijsko pojačalo obično ima samo 5 pinova: dva ulaza, izlaz i dva igla za napajanje, pozitivan i negativan. U općem slučaju koristi se bipolarna snaga, odnosno napajanje ima tri izlaza s potencijalima: + U; 0; -U.
Još jednom, pažljivo razmotrite sve gore navedene brojke i vidite da postoji zaseban izlaz srednje točke u op-pojačalu NE ! To jednostavno nije potrebno da bi njihov unutarnji krug radio. U nekim je krugovima na središnju točku bio spojen neinvertirajući ulaz, međutim, to nije pravilo.
posljedično, neodoljiv većina moderna operacijska pojačala dizajnirana su za napajanje UNIPOLARNO napetost! Postavlja se logično pitanje: "Zašto nam je onda potrebna bipolarna snaga", ako smo je tako tvrdoglavo i sa zavidnom postojanošću prikazali na crtežima?
Ispada da je samo vrlo udobno u praktične svrhe iz sljedećih razloga:
A) Kako bi se osigurala dovoljna struja i izlazni napon ljuljanja kroz opterećenje (slika 18).
Riža. 18 Protok izlazne struje kroz opterećenje s raznim opcijama za napajanje op-amp
Za sada nećemo razmatrati ulazne (i OOS) sklopove sklopova prikazanih na slici (“crna kutija”). Uzmimo zdravo za gotovo da se neki ulazni sinusoidalni signal primjenjuje na ulaz (crna sinusoida na grafovima), a izlaz je isti sinusoidni signal, pojačan u odnosu na ulaznu sinusoidu u boji na grafovima).
Prilikom spajanja opterećenja Rload. između izlaza op-pojačala i središnje točke spajanja izvora napajanja (GB1 i GB2) - sl. 18, A, struja teče kroz opterećenje simetrično oko središnje točke (crveni i plavi poluvalovi), a njena amplituda je maksimalna, a amplituda napona na Ropterećenju. također maksimalno moguće - može doseći gotovo napone napajanja. Struja iz izvora napajanja odgovarajućeg polariteta zatvorena je kroz OS, Rload. i izvor napajanja (crvene i plave linije koje pokazuju protok struje u odgovarajućem smjeru).
Budući da je unutarnji otpor izvora napajanja op-pojačala vrlo nizak, struja kroz opterećenje ograničena je samo njegovim otporom i maksimalnom izlaznom strujom op-pojačala, koja je obično 25 mA.
Kada se op-pojačalo napaja unipolarnim naponom kao zajednički autobus obično se odabire negativni (negativni) pol izvora napajanja, na koji je spojen drugi izlaz opterećenja (slika 18, B). Sada struja kroz opterećenje može teći samo u jednom smjeru (prikazano crvenom linijom), drugi smjer jednostavno nema odakle doći. Drugim riječima, struja kroz opterećenje postaje asimetrična (pulsirajuća).
Nemoguće je jednoznačno reći da je ova opcija loša. Ako je opterećenje, recimo, dinamička glava, onda je za nju to nedvosmisleno loše. Međutim, postoje mnoge aplikacije u kojima je povezivanje opterećenja između izlaza op-pojačala i jedne od tračnica napajanja (obično negativnog polariteta) ne samo prihvatljivo, već i jedino moguće.
Ako je ipak potrebno osigurati simetriju strujnog toka kroz opterećenje s unipolarnim napajanjem, tada ga je potrebno galvanski odvojiti od izlaza op-pojačala s galvanskim kondenzatorom C1 (slika 18, B ).
B) Za osiguranje potrebne struje invertnog ulaza, kao i uvezi ulazne signale nekima proizvoljno odabran razini prihvaćeno za referencu (nula) - postavljanje načina rada OS za istosmjernu struju (slika 19).
Riža. 19 Povezivanje izvora ulaznog signala s raznim opcijama za napajanje op-pojačala
Sada razmotrite mogućnosti povezivanja izvora ulaznog signala, isključujući iz razmatranja priključak opterećenja.
Pri analizi prethodno danih dijagrama razmatrano je povezivanje invertirajućih i neinvertirajućih ulaza na središnju točku priključka za napajanje (slika 19, A). Ako neinvertirajući ulaz ne troši struju i jednostavno prihvaća srednji potencijal, tada kroz izvor signala (G) i Rin, serijski spojeni, struja teče, zatvarajući se kroz odgovarajući izvor napajanja! A budući da su njihovi unutarnji otpori zanemarivi u usporedbi s ulaznom strujom (mnogo redova veličine manji od Rin), to praktički ne utječe na napon napajanja.
Dakle, s unipolarnim napajanjem op-pojačala, vrlo lako možete oblikovati potencijal koji se dovodi na njegov neinvertirajući ulaz pomoću razdjelnika R1R2 (slika 19, B, C). Tipične vrijednosti otpornika ovog djelitelja su 10 ... 100 kOhm, a vrlo je poželjno da se donji (spojen na zajedničku negativnu sabirnicu) shuntira kondenzatorom od 10 ... 22 mikrofarada kako bi se značajno smanjio utjecaj mreškanja napona napajanja na potencijal takvih Umjetna srednja točka.
No, krajnje je nepoželjno spajati izvor signala (G) na ovu umjetnu središnju točku zbog iste ulazne struje. da pogodimo. Čak i uz nazivne vrijednosti razdjelnika R1R2 = 10 kOhm i Rin = 10…100 kOhm, ulazna struja jau bit će u najboljem slučaju 1/10, au najgorem - do 100% struje koja prolazi kroz razdjelnik. Posljedično, potencijal na neinvertirajućem ulazu će "lebdjeti" za isti iznos u kombinaciji (u fazi) s ulaznim signalom.
Kako bi se eliminirao međusobni utjecaj ulaza jednih na druge pri pojačavanju istosmjernih signala takvom vezom, za izvor signala potrebno je organizirati odvojeni potencijal umjetne središnje točke koju čine otpornici R3R4 (slika 19, B), ili , ako je AC signal pojačan, galvanski izolirati izvor signala od invertnog ulaza kondenzatorom C2 (slika 19, B).
Treba napomenuti da smo u gornjim dijagramima (sl. 18, 19) prema zadanim postavkama pretpostavili da bi izlazni signal trebao biti simetričan ili u odnosu na središnju točku izvora napajanja ili umjetnu središnju točku. U stvarnosti, to nije uvijek potrebno. Vrlo često želite da izlazni signal ima pretežno pozitivan ili negativan polaritet. Stoga uopće nije nužno da pozitivni i negativni polaritet napajanja budu jednaki u apsolutnoj vrijednosti. Jedan od njih može biti puno manji u apsolutnoj vrijednosti od drugog - samo na način da osigura normalno funkcioniranje OS-a.
Postavlja se logično pitanje: "Koji točno?" Da bismo odgovorili na njega, ukratko razmotrimo dopuštene raspone napona ulaznih i izlaznih signala op-amp.
Za bilo koje operacijsko pojačalo, izlazni potencijal ne može biti veći od potencijala pozitivne tračnice napajanja i niži od potencijala negativne tračnice napajanja. Drugim riječima, izlazni napon ne može prijeći granice napona napajanja. Na primjer, za operacijsko pojačalo OPA277, izlazni napon pri otporu opterećenja od 10 kΩ je 2 V manji od pozitivne tračnice napajanja i 0,5 V manji od negativne tračnice napajanja. Širina ovih "mrtvih zona" izlaznog napona , koji izlaz oppojačala ne može doseći, ovisi o serijskim čimbenicima kao što su sklop izlaznog stupnja, otpor opterećenja itd.). Postoje operacijska pojačala koja imaju minimalne mrtve zone, na primjer, 50 mV do napona dovodne tračnice pri opterećenju od 10 kΩ (za OPA340), ova značajka operacijskog pojačala naziva se "rail-to-rail" (R2R).
S druge strane, za op-pojačala opće namjene, ulazni signali također ne bi trebali prelaziti napon napajanja, a za neke, biti manji od 1,5 ... 2 V. Međutim, postoje op-pojačala sa specifičnim sklopom ulaznog stupnja (na primjer, isti LM358 / LM324) , koji može raditi ne samo s negativne razine snage, već čak i "negativno" za 0,3 V, što uvelike olakšava njihovu upotrebu s unipolarnim napajanjem sa zajedničkom negativnom sabirnicom.
Idemo napokon pogledati i osjetiti ove "paukove bube". Možete čak i njuškati i lizati. Dopuštam. Razmotrite njihove najčešće opcije dostupne radioamaterima početnicima. Pogotovo ako morate lemiti operacijsko pojačalo od stare opreme.
Za op-pojačala starih dizajna, koji nužno zahtijevaju vanjske sklopove za korekciju frekvencije, kako bi se spriječilo samouzbuđenje, bilo je tipično imati dodatne zaključke. Zbog toga neka operacijska pojačala nisu ni "stala" u 8-pinski paket (Sl. 20, A) i izrađena su od 12-pinskog okruglog metalnog stakla, na primjer, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Sl. 20). , B) ili u 14-pin DIP paketima, na primjer, K140UD20, K157UD2 (slika 20, B). Skraćenica DIP je skraćenica od engleskog izraza "Dual In line Package" i prevodi se kao "dvostrani paket".
Okruglo metalno stakleno kućište (Sl. 20, A, B) korišteno je kao glavno za uvozna op-pojačala do sredine 70-ih, a za domaća op-pojačala - do sredine 80-ih, a sada se koristi za takozvani. "vojne" prijave ("5. prihvaćanje").
Ponekad su domaća op-pojačala stavljana u trenutno prilično "egzotična" kućišta: 15-pinski pravokutni metal-staklo za hibridni K284UD1 (Sl. 20, D), u kojem je ključ dodatni 15. pin iz kućišta, i drugi . Istina, osobno nisam susreo planarne 14-pinske pakete (slika 20, E) za postavljanje op-pojačala u njih. Korišteni su za digitalne sklopove.
Riža. 20 Kućišta domaćih operativnih pojačala
Moderna operacijska pojačala, uglavnom, sadrže korektivne krugove točno na čipu, što je omogućilo da se prođe s minimalnim brojem pinova (na primjer, 5-pinski SOT23-5 za jedno operacijsko pojačalo - sl. 23). To je omogućilo postavljanje dva do četiri potpuno neovisna (osim za uobičajene izlazne snage) op-pojačala napravljena na jednom čipu u jednom kućištu.
Riža. 21 Dvoredna plastična kućišta modernih operacijskih pojačala za izlaznu montažu (DIP)
Ponekad možete pronaći op-pojačala smještena u jednoredni 8-pinski (Sl. 22) ili 9-pinski (SIP) paket - K1005UD1. Kratica SIP je skraćenica od engleskog izraza "Single In line Package" i prevodi se kao "kućište s jednosmjernim pinoutom".
Riža. 22 Jednoredno plastično kućište dvostrukih op-pojačala za montažu kroz otvor (SIP-8)
Dizajnirani su tako da minimiziraju prostor koji zauzimaju na ploči, ali su, nažalost, "kasnili": do tada su paketi za površinsku montažu (SMD - Surface Mounting Device) lemljenjem izravno na staze ploče (Sl. 23) postali raširena. Međutim, za početnike njihova upotreba predstavlja značajne poteškoće.
Riža. 23 Kućišta modernih uvezenih operacijskih pojačala za površinsku montažu (SMD)
Vrlo često, isti mikrosklop proizvođač može "upakirati" u različite pakete (slika 24).
Riža. 24 Mogućnosti smještaja za isti čip u različitim paketima
Zaključci svih mikrosklopova imaju sekvencijalno numeriranje, računajući od tzv. "ključ", koji označava mjesto izlaza na broju 1. (Sl. 25). NA bilo koji ako uredite kućište s vodovima Gurnuti, njihovo numeriranje ide uzlaznim redoslijedom protiv u smjeru kazaljke na satu!
Riža. 25 Dodjela pinova operacijskog pojačala
u raznim slučajevima (pinout), pogled odozgo;
smjer numeriranja prikazan strelicama
U okruglim metalno-staklenim kućištima ključ ima oblik bočne izbočine (sl. 25, A, B). Ovdje, s mjesta ovog ključa, moguće su ogromne "grablje"! U domaćim kućištima s 8 iglica (302.8), ključ se nalazi nasuprot prve igle (Sl. 25, A), a u uvoznim TO-5 - nasuprot osmom pinu (Sl. 25, B). U kućištima s 12 pinova, domaćim (302.12) i uvoznim, nalazi se ključ između prvi i 12. zaključak.
Tipično, invertirajući ulaz, i u okruglim staklo-metalnim i DIP paketima, spojen je na 2. pin, neinvertirajući ulaz na 3. pin, izlaz na 6. pin, snaga minus na 4. pin i snaga plus na pin 4. 7. Međutim, postoje iznimke (još jedan mogući "grablje"!) U pinoutu OU K140UD8, K574UD1. Kod njih je numeracija zaključaka pomaknuta za jedan u smjeru suprotnom od kazaljke na satu u odnosu na općeprihvaćenu za većinu drugih tipova, t.j. spojeni su na stezaljke, kao u uvezenim slučajevima (slika 25, B), a numeriranje odgovara domaćim (slika 25, A).
Posljednjih godina većina OS "domaćih namjena" počela se stavljati u plastične kutije (sl. 21, 25, C-D). U tim slučajevima, ključ je ili udubljenje (točka) nasuprot prvog klina, ili izrez na kraju kućišta između prve i 8. (DIP-8) ili 14. (DIP-14) klinova, ili zakošenost duž prva polovica igle (slika 21, sredina). Numeracija pinova u ovim slučajevima također ide protiv u smjeru kazaljke na satu kada se gleda odozgo (sa zaključcima daleko od vas).
Kao što je gore spomenuto, interno ispravljena operacijska pojačala imaju ukupno pet izlaza, od kojih samo tri (dva ulaza i izlaz) pripadaju svakom pojedinačnom operacijskom pojačalu. To je omogućilo postavljanje dva potpuno neovisna (s izuzetkom plus i minus snage, koja zahtijevaju još dva pina) operacijska pojačala na jedan čip u jednom 8-pinskom kućištu (slika 25, D), pa čak četiri u 14 -pin paket (slika 25, D). Kao rezultat toga, trenutno se većina operacijskih pojačala proizvodi barem dvostruko, na primjer, TL062, TL072, TL082, jeftini i jednostavni LM358, itd. Potpuno isto u unutarnjoj strukturi, ali četverostruko - respektivno, TL064, TL074, TL084 i LM324.
Što se tiče domaćeg analoga LM324 (K1401UD2), postoji još jedna "grablja": ako je u LM324 plus napajanja spojen na 4. pin, a minus na 11., tada je u K1401UD2 obrnuto: plus snage dovodi se na 11. pin, a minus - na 4.. Međutim, ova razlika ne uzrokuje poteškoće s ožičenjem. Budući da je pinout pinova op-amp potpuno simetričan (slika 25, E), samo trebate okrenuti kućište za 180 stupnjeva tako da 1. pin zauzme mjesto 8.. Da, to je sve.
Nekoliko riječi o označavanju uvezenih OU-ova (i ne samo OU-ova). Za niz razvoja prvih 300 digitalnih oznaka bilo je uobičajeno označavati skupinu kvalitete prvom znamenkom digitalnog koda. Na primjer, LM158/LM258/LM358 op pojačala, LM193/LM293/LM393 komparatori, TL117/TL217/TL317 podesivi tri-pinski stabilizatori itd. potpuno su identični unutarnje strukture, ali se razlikuju po temperaturnom radnom rasponu. Za LM158 (TL117) raspon radne temperature je od minus 55 do +125 ... 150 stupnjeva Celzija (tzv. "borbeni" ili vojni raspon), za LM258 (TL217) - od minus 40 do +85 stupnjeva (" industrijski" raspon) i za LM358 (TL317) - od 0 do +70 stupnjeva (raspon "kućanstva"). U isto vrijeme, cijena za njih može biti potpuno neprikladna za takvu gradaciju ili se vrlo malo razlikovati ( nedokučivi načini određivanja cijena!). Dakle, možete ih kupiti s bilo kojom oznakom dostupnom "za džep" početnika, a da pritom ne jurite prvu "trojku".
Nakon što je prvih tristo digitalnih oznaka iscrpljeno, grupe pouzdanosti počele su se označavati slovima, čije je značenje dešifrirano u podatkovnim tablicama (Datasheet doslovno prevodi kao "tablica podataka") za ove komponente.
Zaključak
Tako smo proučavali "abecedu" rada op-ampa, hvatajući malo i usporedbe. Zatim morate naučiti kako dodati riječi, rečenice i cijele smislene "kompozicije" (izvedive sheme) iz ovih "slova".
Nažalost, "Nemoguće je shvatiti neizmjernost." Ako je materijal predstavljen u ovom članku pomogao razumjeti kako te "crne kutije" rade, onda je daljnje produbljivanje u analizu njihovog "nabijanja", utjecaja ulaznih, izlaznih i prolaznih karakteristika, zadatak naprednije studije. Informacije o tome detaljno su i temeljito opisane u nizu postojeće literature. Kao što je djed William od Ockhama znao reći: "Entiteti se ne smiju umnožavati više od onoga što je potrebno." Ne treba ponavljati ono što je već dobro opisano. Sve što trebate učiniti je ne biti lijen i pročitati.
11. http://www.texnic.ru/tools/lekcii/electronika/l6/lek_6.html
Stoga, dozvolite mi da se pozdravim, s poštovanjem itd., autoru Alexey Sokolyuk ()
Operacijska pojačala su jedna od glavnih komponenti suvremenih analognih elektroničkih uređaja. Zbog jednostavnosti proračuna i izvrsnih parametara, operacijska pojačala su jednostavna za korištenje. Nazivaju se i diferencijalnim pojačalima jer su u stanju pojačati razliku u ulaznim naponima.
Posebno je popularna upotreba operativnih pojačala u audio tehnologiji za poboljšanje zvuka glazbenih zvučnika.
Oznake na dijagramima
Iz kućišta pojačala obično izlazi pet pinova, od kojih su dva ulaza, jedan je izlaz, a druga dva su snaga.
Princip rada
Dva su pravila koja pomažu razumjeti kako radi operacijsko pojačalo:
- Izlaz operacijskog pojačala teži nultoj razlici napona na ulazima.
- Ulazi pojačala ne crpe struju.
Prvi ulaz je označen s "+", naziva se neinvertirajući. Drugi ulaz je označen znakom "-", smatra se invertnim.
Ulazi pojačala imaju visok otpor koji se naziva impedancija. To vam omogućuje da trošite struju na ulazima od nekoliko nanoampera. Na ulazu se procjenjuje veličina naprezanja. Ovisno o ovoj procjeni, pojačalo daje pojačani signal.
Od velike važnosti je dobitak, koji ponekad doseže milijun. To znači da ako se na ulaz dovede najmanje 1 milivolt, tada će izlazni napon biti jednak naponu napajanja pojačala. Stoga se oppojačala ne koriste bez povratnih informacija.
Ulazi pojačala rade prema sljedećem principu: ako je napon na neinvertirajućem ulazu veći od napona invertirajućeg ulaza, tada će izlaz biti najpozitivniji napon. U suprotnoj situaciji, izlaz će biti najveća negativna vrijednost.
Negativan i pozitivan napon na izlazu operacijskog pojačala moguć je zbog korištenja izvora napajanja koji ima podijeljeni bipolarni napon.
Snaga operacijskog pojačala
Ako uzmete bateriju za olovku, onda ona ima dva pola: pozitivan i negativan. Ako se negativni pol smatra nultom referentnom točkom, tada će pozitivni pol pokazati +1,5 V. To se može vidjeti iz spoja.
Uzmite dva elementa i spojite ih u seriju, tada se dobiva sljedeća slika.
Ako kao nultu točku uzmemo negativni pol donje baterije, a izmjerimo napon na pozitivnom polu gornje baterije, tada će uređaj pokazati +10 volti.
Ako srednju točku između baterija uzmemo kao nulu, tada dobivamo izvor bipolarnog napona, budući da postoji napon pozitivnog i negativnog polariteta, jednak +5 volti i -5 volti, respektivno.
Postoje jednostavni blok dijagrami podijeljene snage koji se koriste u dizajnu radioamaterijuma.
Struja se napaja u krug iz kućne mreže. Transformator smanjuje struju na 30 volti. Sekundarni namot u sredini ima granu, uz pomoć koje se na izlazu dobiva +15 V i -15 V ispravljenog napona.
Sorte
Postoji nekoliko različitih krugova operacijskih pojačala koje vrijedi detaljno razmotriti.
Invertirajuće pojačalo
Ova shema je glavna. Značajka ovog sklopa je u tome što oppojačala, osim pojačanja, karakterizira i promjena faze. Slovo "k" označava parametar pojačanja. Grafikon prikazuje utjecaj pojačala u ovom krugu.
Plava boja predstavlja ulazni signal, a crvena izlazni signal. Dobitak je u ovom slučaju: k = 2. Amplituda signala na izlazu je 2 puta veća od signala na ulazu. Izlaz pojačala je obrnut, otuda i njegovo ime. Invertirajuća operacijska pojačala imaju jednostavan sklop:
Takva su operativna pojačala postala popularna zbog jednostavnog dizajna. Za izračunavanje dobitka koristi se formula:
To pokazuje da pojačanje opamp-a ne ovisi o otporu R3, tako da možete bez njega. Ovdje se koristi za zaštitu.
Neinvertirajuća operativna pojačala
Ova shema je slična prethodnoj, razlika je u odsutnosti inverzije (preokreta) signala. To znači da je faza signala očuvana. Grafikon prikazuje pojačani signal.
Pojačanje neinvertirajućeg pojačala također je jednako: k = 2. Na ulaz se primjenjuje signal u obliku sinusoide, samo se njegova amplituda promijenila na izlazu.
Ovaj krug nije ništa manje jednostavan od prethodnog, ima dva otpora. Na ulazu se signal primjenjuje na pozitivni izlaz. Da biste izračunali dobit, morate koristiti formulu:
Iz njega se vidi da pojačanje nikada nije manje od jedinice, budući da se signal ne potiskuje.
shema oduzimanja
Ovaj sklop omogućuje stvaranje razlike između dva ulazna signala, koja se može pojačati. Grafikon prikazuje princip rada diferencijalnog kruga.
Takav krug pojačala naziva se i sklop za oduzimanje.
Ima složeniji dizajn, za razliku od prethodno razmatranih shema. Za izračunavanje izlaznog napona koristite formulu:
Lijeva strana izraza (R3/R1) određuje pojačanje, a desna strana (Ua - Ub) je razlika napona.
Shema zbrajanja
Takav sklop naziva se integrirano pojačalo. To je suprotno od sheme oduzimanja. Njegova značajka je sposobnost obrade više od dva signala. Svi mikseri zvuka rade na ovom principu.
Ovaj dijagram prikazuje mogućnost zbrajanja više signala. Za izračunavanje napona koristi se formula:
Integratorski krug
Ako u krug dodate kondenzator u povratnoj informaciji, dobit ćete integrator. Ovo je još jedan uređaj koji koristi operativna pojačala.
Integratorski sklop sličan je invertirajućem pojačalu, s kapacitetom koji se dodaje povratnoj sprezi. To dovodi do ovisnosti sustava o frekvenciji signala na ulazu.
Integrator karakterizira zanimljiva značajka prijelaza između signala: prvo se pravokutni signal pretvara u trokutasti, a zatim prelazi u sinusni. Izračun faktora pojačanja provodi se prema formuli:
U ovoj formuli, varijabla ω = 2 π f raste s povećanjem frekvencije, dakle, što je viša frekvencija, to je niže pojačanje. Stoga integrator može djelovati kao aktivni niskopropusni filtar.
diferencijalni krug
U ovoj shemi situacija je obrnuta. Kapacitivnost je spojena na ulaz, a otpor je spojen na povratnu vezu.
Sudeći prema nazivu sheme, njezin princip rada leži u razlici. Što je veća brzina promjene signala, to je veća vrijednost pojačanja. Ovaj parametar omogućuje stvaranje aktivnih filtara za visoke frekvencije.
Dobitak za diferencijator izračunava se po formuli:
Ovaj izraz je suprotan izrazu integratora. Pojačanje raste u negativnom smjeru s povećanjem frekvencije.
analogni komparator
Uređaj za usporedbu uspoređuje dvije vrijednosti napona i pretvara signal u nisku ili visoku izlaznu vrijednost, ovisno o stanju napona. Ovaj sustav uključuje digitalnu i analognu elektroniku.
Značajka ovog sustava je nedostatak povratnih informacija u glavnoj verziji. To znači da je otpor petlje vrlo visok.
Signal se dovodi na pozitivni ulaz, a glavni napon, koji se postavlja potenciometrom, primjenjuje se na negativni ulaz. Zbog nedostatka povratne sprege, dobitak teži beskonačnosti.
Kada ulazni napon prijeđe vrijednost glavnog referentnog napona, na izlazu se dobiva maksimalni napon koji je jednak pozitivnom naponu napajanja. Ako je ulazni napon manji od referentnog, tada će izlazna vrijednost biti negativan napon jednak naponu napajanja.
Postoji značajan nedostatak u krugu analognog komparatora. Kada se vrijednosti napona na dva ulaza približavaju jedna drugoj, izlazni napon se može često mijenjati, što obično dovodi do preskakanja i kvara releja. To može uzrokovati kvar opreme. Za rješavanje ovog problema koristi se krug s histerezom.
Analogni komparator s histerezom
Na slici je prikazan dijagram djelovanja kruga c koji je sličan prethodnom krugu. Razlika je u tome što se gašenje i paljenje ne događaju na istom naponu.
Smjer strelica na grafikonu označava smjer u kojem se histereza kreće. Gledajući grafikon s lijeva na desno, može se vidjeti da se prijelaz na nižu razinu vrši na naponu Uph, a pomicanjem s desna na lijevo izlazni napon će dostići višu razinu pri naponu Upl.
Ovaj princip rada dovodi do činjenice da se s jednakim vrijednostima ulaznih napona stanje na izlazu ne mijenja, jer promjena zahtijeva značajnu razliku u naponima.
Takav rad kruga dovodi do neke inercije sustava, ali je sigurniji, za razliku od kruga bez histereze. Obično se ovaj princip rada koristi u uređajima za grijanje s termostatom: peći, glačala itd. Na slici je prikazan krug pojačala s histerezom.
Naponi se izračunavaju prema sljedećim ovisnostima:
Repetitori napona
Operacijska pojačala se često koriste u strujnim krugovima napona. Glavna značajka ovih uređaja je da ne pojačavaju i ne prigušuju signal, odnosno pojačanje je u ovom slučaju jednako jedan. Ova značajka je zbog činjenice da povratna sprega ima otpor jednak nuli.
Takvi sustavi praćenja napona najčešće se koriste kao međuspremnik za povećanje struje opterećenja i performansi uređaja. Budući da je ulazna struja blizu nule, a izlazna struja ovisi o vrsti pojačala, moguće je rasteretiti slabe izvore signala, na primjer, neke senzore.
24. Invertirajuće pojačalo za oh.
25. Neinvertirajuće operacijsko pojačalo.
Krug neinvertirajućeg pojačala prikazan je na sl. 9.6. Izraz za pojačanje napona za ovaj krug dobit će se, na isti način kao i za prethodni, iz jednadžbi sastavljenih prema Kirchhoffovom zakonu
Uzimajući u obzir (9.13), izraz za faktor pojačanja imat će oblik
Slijedi da je pojačanje napona u neinvertirajućem krugu pojačala uvijek veće od 1. Za razliku od invertirajućeg pojačala, u ovom krugu operacijsko pojačalo je pokriveno krugom povratne sprege napona u seriji s ulazom. Stoga je ulazna impedancija ovog kruga 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 oh.
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 primijenjeni na njegove ulaze. Zbirci se grade pomoću invertirajućih i neinvertirajućih pojačala.
Invertirajući zbrajač
Shema invertnog zbrojivača s tri ulazna signala prikazana 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 \u003d Ios. (11.19) Zbog činjenice da invertirajući ulaz ima gotovo nulti potencijal, u njemu nema međusobnog utjecaja ulaznih signala. Izraz (11.19) se može predstaviti kao Dakle, 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 se bira prema trenutnim vrijednostima tako da su ekvivalentni otpori spojeni na ulaze op-pojačala isti: R=Roc ||R1||R2||R3 . 
Neinvertirajući zbrajač
Dijagram neinvertirajućeg zbrojivača, koji je izgrađen na bazi neinvertirajućeg pojačala, prikazan je na sl. 11.11. Budući da su pri U0=0 naponi na invertirajućem i neinvertirajućem ulazu jednaki, onda
S obzirom da je RinxOA za neinvertirajući ulaz vrlo velik, ulazna struja je 0. Prema Kirchhoffovom zakonu možemo napisati
Ako se u krugu (slika 11.11) signali i dalje primjenjuju 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 za oh.
Diferencijalno pojačalo (diferencijator) je dizajnirano da dobije izlazni signal proporcionalan brzini promjene ulaza. Prilikom diferenciranja signala, operacijsko pojačalo treba proći samo promjenjivu komponentu ulaznog napona, a pojačanje diferencirajuće veze treba se povećavati s povećanjem brzine promjene ulaznog napona. Krug diferencijatora, na čiji je ulaz spojen kondenzator C, au OS krugu - otpornik, prikazan je na sl. 11.13. Uz pretpostavku 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. Nizak ulazni otpor na visokim frekvencijama, određen kapacitivnošću C;
2. Relativno visoka razina šuma na izlazu zbog visokog pojačanja na visokim frekvencijama;
3. Sklonosti samouzbuđivanju. (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 pad od -20 dB/dec (krivulja 2 na slici 11.14) Amplitudno-frekvencijska karakteristika otvorenog sustava u nekom dijelu frekvencijskog raspona ima 
opadanje je –40 dB/dek, što je određeno razlikom u nagibu krivulja 1 i 2, te faznim pomakom ϕ = –180°, što ukazuje na mogućnost samopobude.)
Kako bi se izbjegla manifestacija ovih nedostataka diferencijatora, uzimaju se sljedeća rješenja kruga:
1. Otpornik povratne sprege se shuntuje kondenzatorom čiji je kapacitet odabran tako da frekvencijski odziv op-pojačala s opadanjem od -20 dB/dec počinje na frekvenciji većoj od maksimalne frekvencije korisnog diferencijalnog signala . To rezultira smanjenjem visokofrekventnih komponenti šuma u izlaznom signalu. Takav 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 operacijskog pojačala s niskim prednaponom i niskim ulaznim strujama, kao i kondenzatora s niskim strujama curenja i otpornicima s niskim šumom.
Prikazana je praktična shema 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 se diferencijacija ne događa na frekvencijama koje prelaze frekvenciju
U tečaju elektronike ima mnogo važnih tema. Danas ćemo se pokušati pozabaviti operativnim pojačalima.
Početi ispočetka. Operativno pojačalo je takva "stvar" koja vam omogućuje rad na sve moguće načine s analognim signalima. Najjednostavniji i najosnovniji su pojačanje, slabljenje, zbrajanje, oduzimanje i mnogi drugi (na primjer, diferencijacija ili logaritam). Velika većina operacija na operacionim pojačalima (u daljnjem tekstu op-pojačala) izvodi se pomoću pozitivne i negativne povratne sprege.
U ovom članku ćemo razmotriti određeni "idealni" OS, jer nema smisla prelaziti na određeni model. Idealno znači da će ulazni otpor težiti beskonačnosti (dakle će ulazna struja težiti nuli), a izlazni otpor će, naprotiv, težiti nuli (što znači da opterećenje ne bi trebalo utjecati na izlazni napon). Također, svako idealno operacijsko pojačalo treba pojačati signale bilo koje frekvencije. Pa, i što je najvažnije, dobitak bez povratne informacije također bi trebao težiti beskonačnosti.
Prijeđi na stvar
Operativno pojačalo na strujnim krugovima vrlo je često označeno jednakostraničnim trokutom. S lijeve strane su ulazi, koji su označeni "-" i "+", s desne strane - izlaz. Napon se može primijeniti na bilo koji od ulaza, od kojih jedan mijenja polaritet napona (zato se zvao invertirajući), drugi se ne mijenja (logično je pretpostaviti da se zove neinvertirajući). Napajanje op-amp, najčešće je bipolarno. Normalno, pozitivni i negativni napon napajanja imaju istu vrijednost (ali različit predznak!).U najjednostavnijem slučaju, izvore napona možete spojiti izravno na ulaze op-pojačala. Zatim će se izlazni napon izračunati po formuli:
, gdje je napon na neinvertirajućem ulazu, napon na invertirajućem ulazu, napon na izlazu i pojačanje bez povratne sprege.
Pogledajmo idealno op-pojačalo sa stajališta Proteusa.
Predlažem da se igrate s tim. Na neinvertirajući ulaz primijenjen je napon od 1V. Na invertirajućem 3V. Koristimo "idealni" OS. Dakle, dobivamo: Ali ovdje imamo limiter, jer nećemo moći pojačati signal iznad našeg napona napajanja. Dakle, izlaz će i dalje dobiti -15V. Ishod:
Promijenimo dobitak (da mi vjerujete). Neka parametar Voltage Gain postane jednak dva. Isti problem je jasno riješen.
Prava primjena op-pojačala na primjeru invertirajućih i neinvertirajućih pojačala
Postoje dvije takve major propisi:ja Izlaz op-pojačala nastoji osigurati da diferencijalni napon (razlika između napona na invertirajućem i neinvertirajućem ulazu) bude nula.
II. Ulazi op-amp ne crpe struju.
Prvo pravilo se provodi putem povratnih informacija. Oni. napon se prenosi s izlaza na ulaz na način da razlika potencijala postaje nula.
To su, da tako kažem, "sveti kanoni" u temi OU.
A sada, točnije. Invertirajuće pojačalo izgleda upravo ovako (obratite pažnju na to kako se nalazi ulaz):
Na temelju prvog "kanona" dobivamo omjer:
, i nakon malo "dočaravanja" s formulom, izvodimo vrijednost za pojačanje invertnog op-amp:
Gornja snimka zaslona ne zahtijeva komentare. Samo uključite sve i provjerite.
Sljedeća razina - neinvertirajući pojačalo.
Ovdje je također sve jednostavno. Napon se primjenjuje izravno na neinvertirajući ulaz. Povratna informacija se primjenjuje na invertirajući ulaz. Napon na invertirajućem ulazu bit će:
, ali primjenom prvog pravila može se tvrditi da
I opet, "veliko" znanje u području više matematike omogućuje nam da prijeđemo na formulu:
Ovdje je potpuna snimka zaslona koju možete još jednom provjeriti ako želite: 
Na kraju ću dati nekoliko zanimljivih sklopova kako ne biste stekli dojam da op-pojačala mogu samo pojačati napon.
Pratilac napona (bafersko pojačalo). Princip rada je isti kao kod tranzistorskog repetitora. Koristi se u strujnim krugovima visokog opterećenja. Također, uz njegovu pomoć možete riješiti problem usklađivanja impedancije ako u krugu postoje neželjeni djelitelji napona. Shema je genijalna jednostavna: 
zbrojno pojačalo. Može se koristiti ako želite dodati (oduzeti) nekoliko signala. Radi jasnoće - dijagram (opet, obratite pozornost na mjesto ulaza): 
Također, obratite pažnju na činjenicu da je R1 = R2 = R3 = R4, i R5 = R6. Formula za izračun u ovom slučaju bit će: (poznato, zar ne?)
Dakle, vidimo da vrijednosti napona koje se primjenjuju na neinvertirajući ulaz "stječu" znak plus. Na invertiranju - minus.
Zaključak
Sklopovi operacijskih pojačala iznimno su raznoliki. U složenijim slučajevima možete pronaći aktivne filtarske sklopove, ADC-e i uređaje za uzorkovanje pohrane, pojačala snage, strujno-naponske pretvarače i mnoge druge sklopove.Popis izvora
Kratki popis izvora koji će vam pomoći da se brzo naviknete i na OS i na elektroniku općenito:Wikipedia
P. Horowitz, W. Hill. "Umjetnost kola"
B. Baker. "Što digitalni dizajner treba znati o analognoj elektronici"
Bilješke s predavanja o elektronici (po mogućnosti vlastite)
UPD.: Hvala NLO za pozivnicu
U neinvertirajućem pojačalu, ulazni signal se dovodi na neinvertirajući ulaz op-pojačala (+), to je glavna razlika između ne-invertirajućeg pojačala na op-pojačalu od. U ovom slučaju, izvor signala "vidi" beskonačan ulazni otpor op-pojačala. Nulti prednapon je nula, pa stoga invertirajući ulaz op-pojačala mora biti na istom potencijalu kao i neinvertirajući ulaz. Struja iz izlaza op-pojačala stvara pad napona na otporniku R G , koji mora biti jednak ulaznom naponu V IN .
Riža. 1. Neinvertirajuće operacijsko pojačalo
Za izračunavanje izlaznog napona V OUT i pojačanja koristite pravilo za izračun djelitelja napona:
Nakon konverzije dobije se izraz za dobit u sljedećem obliku:
Važno je napomenuti da izraz (2) sadrži samo ocjene pasivnih elemenata.
Ako je otpor otpornika R G odabran mnogo veći od R F , tada omjer (R F /R G) teži nuli, a kada je otpor R F nula, izraz (2) se pretvara u
U ovom slučaju, neinvertirajuće pojačalo se pretvara u međuspremnik (repetitor 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 op-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 prenapona ograničavanjem struje na sigurnu razinu. Uobičajena vrijednost za ovaj otpornik je 20 kΩ. U sklopovima pojačala s povratnom povratnom spregom, otpornik R F određuje stabilnost i uvijek je potreban. Međutim, nemojte biti lijeni i pogledajte podatkovnu tablicu za opamp. Ako je uključivanje tamo opisano kao na sl. 2 - slobodno ga upotrijebite!
