Një përforcues jo-invertues (NA) është një përforcues që ka një fitim të qëndrueshëm me zero diferencë fazore midis sinjaleve hyrëse dhe dalëse.
Në NU (Fig. 5.3) ekziston një OOS konsistente për sa i përket tensionit. Me një op-amp ideal ( K d = Të oc sf = ¥, R BX= ¥ dhe R OUT = 0) R OUT F= 0 (lidhja dhe voltazhi negativ), R VX. F= ¥ (OOS sekuenciale).
, (5.6)
dhe sipas Fig. 5.4,
Duke zëvendësuar (5.7) në (5.6), marrim
. (5.8)
Fitimi NU nuk varet nga rezistenca e burimit të sinjalit R C, meqenëse impedanca hyrëse e NU është e barabartë me ¥, dhe rryma përmes R C nuk rrjedh, atëherë nuk ka rënie të tensionit në këtë rezistencë dhe 
. Në R 2 = 0, R 1 = ¥ K e F= 1. Pra tensioni i daljes përsërit plotësisht hyrjen (vetëm në një nivel më të lartë të fuqisë). Prandaj emri - përsëritës i tensionit.
Koeficienti i transferimit të unitetit, impedanca hyrëse pafundësisht e madhe dhe rezistenca e daljes zero e bëjnë përsëritësin një fazë ideale tampon (transformator i rezistencës).
Metoda e balancimit rezistent për këtë qark varet nga rrethanat. Nëse R C= 0, pastaj rezistenca balancuese R SM i lidhur në seri me hyrjen jo invertuese (Fig. 5.5).
Në këtë rast D u JASHTË përshkruhet me shprehjen (5.5). Jo zero, por e njohur dhe fikse rezistencë e brendshme R C mund të balancohet vetëm me rezistorë OS, me kusht që R 1 R 2 /(R 1 +R 2)=R C. Sidoqoftë, fitimi i qarkut (5.8) gjithashtu do të ndryshojë. Rezistenca më të thjeshta R 1 dhe R 2 duhet të zgjidhet në bazë të fitimit të kërkuar dhe duhet të sigurohet balancimi aktual i qarkut RCM, i lidhur në seri me hyrjen invertuese (Fig. 5.6). Për këtë qark
. (5.9)
Nëse ka një vlerë të pasigurt dhe të paqëndrueshme, atëherë është më mirë të përdorni një op-amp me një fazë hyrëse (diferenciale) duke përdorur transistorë me efekt në terren.
 |
Për të reduktuar komponentin e mundshëm të gabimit statik të daljes D u JASHTË ju duhet ose të përdorni daljet e duhura op-amp, ose nëse ato mungojnë, balanconi qarkun në hyrje (Fig. 5.7). Vendosja e zeros në këtë qark pakëson fitimin e tij.
Fundi i punës -
Kjo temë i përket seksionit:
Pajisjet elektronike analoge
Analoge pajisjet elektronike. Pjesa II. Shënime leksionesh për studentët e specialitetit “Radio Inxhinieri” të të gjitha formave të studimit..
Nëse keni nevojë material shtesë për këtë temë, ose nuk e gjetët atë që po kërkoni, ju rekomandojmë të përdorni kërkimin në bazën e të dhënave tona të veprave:
Çfarë do të bëjmë me materialin e marrë:
Nëse ky material ishte i dobishëm për ju, mund ta ruani në faqen tuaj në rrjetet sociale:
| Tweet |
Të gjitha temat në këtë seksion:
Qëllimi, parametrat
Krahasuesit janë më të thjeshtët konvertuesit analog në dixhital(ADC), d.m.th. pajisje që konvertohen sinjal i vazhdueshëm në diskrete.Ato janë projektuar për të krahasuar sig hyrës
Karakteristikat e përdorimit të krahasuesve gjysmëpërçues
Krahasuesit më të përdorur mund të ndahen në katër grupe: përdorimi i përgjithshëm (K521CA2, K521CA5), preciziteti (K521CA3, K597CA3), me shpejtësi të lartë (K597CA1, K597CA2) dhe
Krahasues të specializuar për amplifikatorët operacionalë
Kur krahasojmë sinjalet me frekuencë të ulët me saktësi të lartë(dhjetëra mikrovolt) me konsum minimal të energjisë, përdorimi i krahasuesve të bazuar në op-amp është shpesh më i preferuar,
Ata shpesh më bënin pyetje për elektronikën analoge. A i mori sesioni studentët si të mirëqenë? ;) Mirë, është koha për një aktivitet të vogël edukativ. Në veçanti, për funksionimin e amplifikatorëve operacionalë. Çfarë është, me çfarë hahet dhe si ta llogarisim.
Çfarë është kjo
Një përforcues operacional është një përforcues me dy hyrje, neve... hmm... fitim i lartë i sinjalit dhe një dalje. ato. kemi U jashtë = K*U brenda dhe K në mënyrë ideale është e barabartë me pafundësinë. Në praktikë, natyrisht, shifrat janë më modeste. Le të themi 1 000 000. Por edhe shifra të tilla të fryjnë mendjen kur përpiqesh t'i zbatosh drejtpërdrejt. Prandaj, si në kopshti i fëmijëve, një pemë e Krishtlindjes, dy, tre, shumë pemë të Krishtlindjeve - ne kemi shumë përfitime këtu;) Dhe kjo është ajo.
Dhe ka dy hyrje. Dhe njëra prej tyre është e drejtpërdrejtë, dhe tjetra është e kundërt.
Për më tepër, hyrjet janë me rezistencë të lartë. ato. impedanca e tyre hyrëse është pafundësi në mënyrë ideale dhe SHUMË në jetën reale. Numri atje shkon në qindra MegaOhm, apo edhe gigaohm. ato. mat tensionin në hyrje, por ka efekt minimal në të. Dhe mund të supozojmë se asnjë rrymë nuk rrjedh në op-amp.
Tensioni i daljes në këtë rast llogaritet si:
U jashtë =(U 2 -U 1)*K
Natyrisht, nëse voltazhi në hyrjen direkte është më i madh se në hyrjen e kundërt, atëherë dalja është plus pafundësi. Përndryshe do të jetë minus pafundësi.
Sigurisht në skemë reale nuk do të ketë plus dhe minus të pafundësisë, por ato do të zëvendësohen nga më e larta dhe maksimumi tension i ulët furnizimi me energji i amplifikatorit. Dhe ne do të marrim:
Krahasues
Një pajisje që ju lejon të krahasoni dy sinjal analog dhe bëni një vendim - cili sinjal është më i madh. Tashmë interesante. Ju mund të dilni me shumë aplikacione për të. Nga rruga, i njëjti krahasues është ndërtuar në shumicën e mikrokontrolluesve, dhe unë tregova se si ta përdor atë duke përdorur shembullin e AVR në artikujt rreth krijimit. Krahasuesi është gjithashtu i shkëlqyeshëm për krijimin.
Por çështja nuk kufizohet vetëm në një krahasues, sepse nëse futni reagime, atëherë mund të bëhet shumë nga op-amp.
Feedback
Nëse marrim një sinjal nga dalja dhe e dërgojmë direkt në hyrje, atëherë do të lindin reagime.
Reagime pozitive
Le të marrim dhe drejtojmë sinjalin drejtpërdrejt nga dalja në hyrjen direkte.
- Tensioni U1 është më i madh se zero - prodhimi është -15 volt
- Tensioni U1 është më pak se zero - prodhimi është +15 volt
Çfarë ndodh nëse voltazhi është zero? Në teori, prodhimi duhet të jetë zero. Por në realitet, voltazhi nuk do të jetë kurrë zero. Në fund të fundit, edhe nëse ngarkesa e së djathtës tejkalon ngarkesën e të majtës një nga një elektron, atëherë kjo tashmë është e mjaftueshme për të çuar potencialin në dalje me një fitim të pafund. Dhe në dalje do të fillojë i gjithë ferri - sinjali kërcen aty-këtu me shpejtësinë e shqetësimeve të rastësishme të shkaktuara në hyrjet e krahasuesit.
Për të zgjidhur këtë problem, futet histereza. ato. një lloj hendeku midis kalimit nga një gjendje në tjetrën. Për ta bërë këtë, paraqiten reagime pozitive, si kjo:
 |
Supozojmë se në këtë moment ka +10 volt në hyrjen e kundërt. Dalja nga op-amp është minus 15 volt. Në hyrjen direkte nuk është më zero, por një pjesë e vogël e tensionit të daljes nga ndarësi. Përafërsisht -1,4 volt Tani, derisa voltazhi në hyrjen e kundërt të bjerë nën -1,4 volt, dalja op-amp nuk do të ndryshojë tensionin e saj. Dhe sapo voltazhi të bjerë nën -1.4, dalja e op-amp do të hidhet ndjeshëm në +15 dhe tashmë do të ketë një paragjykim prej +1.4 volt në hyrjen e drejtpërdrejtë.
Dhe për të ndryshuar tensionin në daljen e krahasuesit, sinjali U1 do të duhet të rritet deri në 2.8 volt për të arritur nivelin e sipërm +1.4.
Një lloj hendeku shfaqet aty ku nuk ka ndjeshmëri, midis 1.4 dhe -1.4 volt. Gjerësia e hendekut kontrollohet nga raportet e rezistorëve në R1 dhe R2. Tensioni i pragut llogaritet si Uout/(R1+R2) * R1 Le të themi se 1 deri në 100 do të japë +/-0.14 volt.
Por megjithatë, op-amps përdoren më shpesh në modalitetin e reagimeve negative.
Reagime negative
Mirë, le ta themi ndryshe:
 |
Në rast negativ reagimet Op-amp ka një pronë interesante. Ai gjithmonë do të përpiqet të rregullojë tensionin e tij të daljes në mënyrë që tensionet në hyrje të jenë të barabarta, duke rezultuar në një ndryshim zero.
Derisa ta lexova këtë në librin e madh nga shokët Horowitz dhe Hill, nuk munda të hyja në punën e OU. Por doli të ishte e thjeshtë.
Përsëritës
Dhe ne kemi një përsëritës. ato. në hyrjen U 1, në hyrjen e kundërt U jashtë = U 1. Epo, rezulton se U jashtë = U 1.
Pyetja është, pse na duhet një lumturi e tillë? Ishte e mundur të lidhej direkt tela dhe nuk do të nevojitej op-amp!
Është e mundur, por jo gjithmonë. Le të imagjinojmë këtë situatë: ekziston një sensor i bërë në formën e një ndarësi rezistent:
 |
Rezistenca më e ulët ndryshon vlerën e saj, shpërndarja e tensioneve të daljes nga ndarësi ndryshon. Dhe ne duhet të marrim lexime prej tij me një voltmetër. Por voltmetri ka rezistencën e vet të brendshme, megjithëse të madhe, por do të ndryshojë leximet nga sensori. Për më tepër, çka nëse nuk duam një voltmetër, por duam që llamba të ndryshojë ndriçimin? Nuk ka më asnjë mënyrë për të lidhur një llambë këtu! Prandaj, ne e ruajmë daljen me një përforcues operacional. Rezistenca e tij e hyrjes është e madhe dhe ndikimi i saj do të jetë minimal, dhe dalja mund të sigurojë një rrymë mjaft të dukshme (dhjetëra miliamps, apo edhe qindra), e cila është mjaft e mjaftueshme për të përdorur llambën.
Në përgjithësi, mund të gjeni aplikacione për një përsëritës. Sidomos në qarqet analoge precize. Ose ku qarku i një faze mund të ndikojë në funksionimin e një tjetre, për t'i ndarë ato.
Përforcues
Tani le të bëjmë një shtirje me veshët tanë - marrim komentet tona dhe lidhim atë me tokën përmes një ndarësi të tensionit:
 |
Tani gjysma e tensionit të daljes furnizohet në hyrjen e kundërt. Por amplifikatori ende duhet të barazojë tensionet në hyrjet e tij. Çfarë do të duhet të bëjë? Kjo është e drejtë - ngrini tensionin në daljen tuaj dy herë më të lartë se më parë në mënyrë që të kompensoni ndarjen që rezulton.
Tani do të ketë U 1 në vijën e drejtë. Në invers U jashtë /2 = U 1 ose U jashtë = 2*U 1.
Nëse vendosim një pjesëtues me një raport të ndryshëm, situata do të ndryshojë në të njëjtën mënyrë. Në mënyrë që të mos keni nevojë të ktheni formulën e ndarësit të tensionit në mendjen tuaj, unë do ta jap menjëherë:
U jashtë = U 1 *(1+R 1 /R 2)
Është kujtimore të kujtosh atë që ndahet në atë që është shumë e thjeshtë:
Rezulton se inputi sinjali po vjen përgjatë një zinxhiri rezistencash R 2, R 1 në U jashtë. Në këtë rast, hyrja e drejtpërdrejtë e amplifikatorit vendoset në zero. Le të kujtojmë zakonet e op-amp - ai do të përpiqet, me grep ose me shtrembër, të sigurojë që një tension i barabartë me hyrjen direkte të gjenerohet në hyrjen e tij të kundërt. ato. zero. Mënyra e vetme për ta bërë këtë është të ulni tensionin e daljes nën zero në mënyrë që një zero të shfaqet në pikën 1.
Kështu që. Le të imagjinojmë që U jashtë =0. Është ende zero. Dhe tensioni i hyrjes, për shembull, është 10 volt në raport me U jashtë. Një pjesëtues i R 1 dhe R 2 do ta ndajë atë në gjysmë. Kështu, në pikën 1 ka pesë volt.
Pesë volt nuk janë zero dhe oper-amp ul daljen e tij derisa pika 1 të jetë zero. Për ta bërë këtë, dalja duhet të bëhet (-10) volt. Në këtë rast, në lidhje me hyrjen, diferenca do të jetë 20 volt, dhe ndarësi do të na sigurojë saktësisht 0 në pikën 1. Kemi një inverter.
Por ne mund të zgjedhim edhe rezistorë të tjerë në mënyrë që ndarësi ynë të prodhojë koeficientë të ndryshëm!
Në përgjithësi, formula e fitimit për një përforcues të tillë do të jetë si më poshtë:
U jashtë = - U në * R 1 / R 2
Epo, një fotografi kujtese për memorizimin e shpejtë të xy nga xy.
Le të themi se U 2 dhe U 1 janë 10 volt secila. Pastaj në pikën e 2-të do të ketë 5 volt. Dhe prodhimi do të duhet të bëhet i tillë që në pikën 1 të ketë edhe 5 volt. Domethënë zero. Pra, rezulton se 10 volt minus 10 volt është zero. Ashtu eshte :)
Nëse U 1 bëhet 20 volt, atëherë dalja do të duhet të bjerë në -10 volt.
Bëni vetë llogaritjen - ndryshimi midis U 1 dhe U out do të jetë 30 volt. Rryma përmes rezistorit R4 do të jetë (U 1 -U jashtë)/(R 3 +R 4) = 30/20000 = 0.0015A, dhe rënia e tensionit në rezistencën R 4 do të jetë R 4 *I 4 = 10000 * 0.0015 = 15 volt. Zbrisni rënien 15 volt nga rënia e hyrjes 20 dhe merrni 5 volt.
Kështu, op-amp ynë zgjidhi një problem aritmetik nga 10 zbritur 20, duke rezultuar në -10 volt.
Për më tepër, problemi përmban koeficientët e përcaktuar nga rezistorët. Thjesht, për thjeshtësi, kam zgjedhur rezistorë me të njëjtën vlerë dhe për këtë arsye të gjithë koeficientët janë të barabartë me një. Por në fakt, nëse marrim rezistorë arbitrare, atëherë varësia e daljes nga hyrja do të jetë si kjo:
U jashtë = 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
Teknika mnemonike për të kujtuar formulën për llogaritjen e koeficientëve është si më poshtë:
E drejta sipas skemës. Numëruesi i fraksionit është në krye, kështu që ne mbledhim rezistorët e sipërm në qarkun e rrjedhës aktuale dhe shumëzojmë me atë të poshtëm. Emëruesi është në fund, kështu që mbledhim rezistorët e poshtëm dhe shumëzojmë me atë të sipërm.
Gjithçka është e thjeshtë këtu. Sepse pika 1 reduktohet vazhdimisht në 0, atëherë mund të supozojmë se rrymat që rrjedhin në të janë gjithmonë të barabarta me U/R, dhe rrymat që hyjnë në nyjen numër 1 përmblidhen. Raporti i rezistencës së hyrjes me rezistencën e reagimit përcakton peshën e rrymës hyrëse.
Mund të ketë aq degë sa të duash, por unë vizatova vetëm dy.
U jashtë = -1 (R 3 * U 1 / R 1 + R 3 * U 2 / R 2)
Rezistorët në hyrje (R 1, R 2) përcaktojnë sasinë e rrymës, dhe rrjedhimisht peshën totale të sinjalit në hyrje. Nëse i bëni të gjitha rezistorët të barabartë, si i imi, atëherë pesha do të jetë e njëjtë dhe faktori i shumëzimit të secilit term do të jetë i barabartë me 1. Dhe U jashtë = -1(U 1 +U 2)
Shtues jo invertues
Gjithçka është pak më e ndërlikuar këtu, por është e ngjashme.
 |
Uout = U 1 *K 1 + U 2 *K 2
K 1 = R 5 / R 1
K 2 = R 5 / R 2
Për më tepër, rezistorët në reagime duhet të jenë të tilla që të respektohet ekuacioni R 3 / R 4 = K 1 + K 2
Në përgjithësi, ju mund të bëni çdo matematikë duke përdorur përforcues operacional, të shtoni, shumëzoni, pjesëtoni, llogaritni derivatet dhe integralet. Dhe pothuajse në çast. Op-amps bëjnë analoge makinat informatike. Unë madje pashë një nga këto në katin e pestë të SUSU - një budalla sa gjysma e dhomës. Disa kabinete metalike. Programi shtypet duke lidhur blloqe të ndryshme me tela :)
24. Përforcues invertues op-amp.
25. Përforcues op-amp jo invertues.
Qarku i amplifikatorit jo-invertues është paraqitur në Fig. 9.6. Shprehja për fitimin e tensionit për këtë qark është marrë, në të njëjtën mënyrë si për atë të mëparshëm, nga ekuacionet e përpiluara sipas ligjit të Kirchhoff
Duke marrë parasysh (9.13), shprehja për faktorin e fitimit do të ketë formën
Nga kjo rrjedh se fitimi i tensionit në një qark amplifikator joinvertues është gjithmonë më i madh se 1. Ndryshe nga qarku i amplifikatorit invertues, në këtë qark op-amp mbulohet nga një qark reagimi i tensionit, serial në të gjithë hyrjen. Prandaj, rezistenca e hyrjes së këtij qarku është dukshëm më e madhe se rezistenca e hyrjes së op-amp pa reagime: 
Rezistenca e daljes përcaktohet, si për amplifikatorin invertues, sipas (9.16).
26. Qarku i grumbullimit për op-amp.
Qarqet e grumbulluesit përfshijnë qarqet e grumbullimit dhe zbritjes. Këto qarqe përdoren për të zgjidhur ekuacionet algjebrike dhe në pajisjet e përpunimit të sinjalit analog. Një grumbullues është një pajisje në daljen e së cilës përmblidhen sinjalet e dhëna në hyrjet e tij. Shtuesit janë ndërtuar duke përdorur përforcues invertues dhe jo-invertues.
Mbledhja invertuese
Qarku i një grumbulluesi invertues me tre sinjale hyrëse është paraqitur në Fig. 11.10. Për thjeshtësi të arsyetimit, supozojmë se R1=R2=R3=Roc. 
Meqenëse një op-amp ideal ka K U →∞, Rвx →∞, dhe rryma e paragjykimit është shumë e vogël në krahasim me rrymën e reagimit, atëherë sipas ligjit të Kirchhoff-it I1+I2+I3=Ios. (11.19) Për shkak të faktit se hyrja invertuese ka praktikisht zero potencial, nuk ka ndikim të ndërsjellë të sinjaleve hyrëse. Shprehja (11.19) mund të përfaqësohet si Prandaj, dalja është shuma e përmbysur e tensioneve hyrëse. Nëse R1≠R2≠R3, atëherë dalja është një shumë e përmbysur e tensioneve hyrëse (11.20) me faktorë të ndryshëm të shkallës. Një grumbullues invertues kombinon funksionet e një grumbulluesi dhe një përforcuesi duke ruajtur thjeshtësinë e qarkut. Rezistenca R shërben për të kompensuar zhvendosjen zero në daljen op-amp të shkaktuar nga luhatjet e përkohshme dhe të temperaturës në rrymën hyrëse. Rezistenca R zgjidhet në atë mënyrë që rezistencat ekuivalente të lidhura me hyrjet e op-amp janë të njëjta: R=Roc ||R1||R2||R3. 
Shtues jo invertues
Në Fig. 11.11. Meqenëse kur U0=0 tensionet në hyrjet invertuese dhe joinvertuese janë të barabarta, atëherë
Duke marrë parasysh që RvxOU në hyrjen jo-invertuese është shumë i madh, rryma hyrëse është e barabartë me 0. Sipas ligjit të Kirchhoff, ne mund të shkruajmë
Nëse në qark (Fig. 11.11) sinjalet ende furnizohen me hyrjet invertuese, atëherë qarku kryen një veprim mbledhje-zbritje. Që mbledhësi të funksionojë si duhet, është e nevojshme të balancohet fitimi invertues dhe joinvertues, d.m.th. të sigurojë barazinë e shumave të fitimeve të pjesëve invertuese dhe joinvertuese të qarkut.
27. Përforcues diferencues në op-amp.
Një përforcues diferencues (diferencues) është projektuar për të marrë një sinjal dalës proporcional me shpejtësinë e ndryshimit të sinjalit të hyrjes. Kur diferencon një sinjal, op-amp duhet të kalojë vetëm komponentin alternativ të tensionit të hyrjes, dhe fitimi i lidhjes diferencuese duhet të rritet me rritjen e shkallës së ndryshimit të tensionit të hyrjes. Qarku i një diferencuesi, në hyrjen e të cilit është lidhur një kondensator C dhe një rezistencë në qarkun OS, është paraqitur në Fig. 11.13. Duke supozuar se op-amp është ideal, rryma përmes rezistencës së reagimit mund të konsiderohet e barabartë me rrymën përmes kondensatorit Ic + Ir = 0,
, Pastaj
Diferencuesi i konsideruar përdoret rrallë për shkak të disavantazheve të mëposhtme:
1. Impedancë e ulët e hyrjes në frekuenca të larta, e përcaktuar nga kapaciteti C;
2. Në lidhje me nivel të lartë zhurma në dalje për shkak të fitimit të lartë në frekuenca të larta;
3. Prirje për vetë-ngacmim. (ky qark mund të jetë i paqëndrueshëm në rajonin e frekuencës ku përgjigja e frekuencës së diferencuesit (kurba 1 në Fig. 11.14), e cila ka një rritje prej 20 dB/dec, kryqëzohet me përgjigjen e frekuencës së op-amp të korrigjuar, e cila ka një rënie prej -20 dB/dec (kurba 2 në Fig. 11.14) Karakteristika e amplitudës-frekuencës së një sistemi me lak të hapur në një pjesë të diapazonit të frekuencës ka 
rënia –40 dB/dec, e cila përcaktohet nga ndryshimi në pjerrësinë e kthesave 1 dhe 2, dhe zhvendosja e fazës ϕ = –180°, që tregon mundësinë e vetë-ngacmimit.)
Për të shmangur shfaqjen e këtyre mangësive të diferencuesit, merren vendimet e mëposhtme të projektimit të qarkut:
1. Rezistenca kthyese mbyllet nga një kondensator, kapaciteti i të cilit zgjidhet në atë mënyrë që seksioni i përgjigjes së frekuencës së op-amp me një rrotullim prej -20 dB/dec të fillojë me një frekuencë më të lartë se frekuenca maksimale e sinjal i dobishëm diferencial. Kjo rezulton në një reduktim të komponentëve të zhurmës me frekuencë të lartë në sinjalin e daljes. Një seksion i tillë fillon me frekuencën f=1/(2πRocCoc).
2. Një rezistencë lidhet në seri me kondensatorin hyrës C, i cili kufizon fitimin në frekuencat e larta të diferencuesit. Kjo siguron stabilitet dinamik dhe redukton hyrjen rrymë kapacitore nga burimi i sinjalit.
3. Përdorimi i op-amp me tension të ulët offset dhe i vogël rrymat hyrëse, si dhe kondensatorë me rryma të ulëta rrjedhjeje dhe rezistorë me zhurmë të ulët.
Një diagram praktik i diferencuesit dhe përgjigja e tij e frekuencës janë paraqitur në
oriz. 11.15. Futja e rezistencës R çon në shfaqjen e një seksioni horizontal në përgjigjen e frekuencës (kurba 1 në Fig. 11.15b), ku diferencimi nuk ndodh në frekuenca që tejkalojnë frekuencën
Në një përforcues jo-invertues, sinjali i hyrjes furnizohet në hyrjen jo-invertuese të op-amp (+), ky është ndryshimi kryesor midis një amplifikuesi op-amp jo-invertues dhe . Në këtë rast, burimi i sinjalit "sheh" rezistencën e pafundme të hyrjes së op-amp. Tensioni i kompensimit zero është zero, dhe për këtë arsye hyrja përmbysëse e amplifikatorit duhet të jetë në të njëjtin potencial me hyrjen jo-invertuese. Rryma nga dalja op-amp krijon një rënie të tensionit në të gjithë rezistencën R G, e cila duhet të jetë e barabartë me tensionin e hyrjes V IN.
Oriz. 1. Op-amp jo-invertues
Për të llogaritur tensionin e daljes V OUT dhe fitimin, përdorni rregullin për llogaritjen e ndarësit të tensionit:
Pas transformimit, shprehja për fitimin merret në formën e mëposhtme:
Është e rëndësishme të theksohet se në shprehjen (2) janë të pranishme vetëm vlerat e elementeve pasive.
Nëse rezistenca e rezistencës R G zgjidhet shumë më e madhe se R F, atëherë raporti (RF / R G) tenton në zero, dhe me rezistencë zero shprehja R F (2) shndërrohet në
Në këtë rast, përforcuesi jo invertues kthehet në një tampon (përsëritës sinjali) me një fitim uniteti, me hyrje të pafundme dhe rezistencë në dalje zero. Në këtë rast, rezistenca R G gjithashtu mund të përjashtohet nga qarku. Në praktikë, disa op-amp mund të "digjen" kur ndizen pa rezistencë R F. Për këtë arsye, shumë modele tampon përfshijnë këtë rezistencë. Funksioni i tij është të mbrojë hyrjen invertuese nga rritjet e tensionit duke kufizuar rrymën në nivel të sigurt. Një vlerë e përdorur zakonisht për këtë rezistencë është 20 kOhm. Në qarqet e amplifikatorit të reagimit të shkarkimit, rezistenca R F përcakton stabilitetin dhe kërkohet gjithmonë. Sidoqoftë, mos u bëni dembel dhe shikoni në fletën e të dhënave për opamp. Nëse përfshirja përshkruhet atje si në Fig. 2 - mos ngurroni ta përdorni!
Është treguar se kur përdorni një përforcues operacional në skema të ndryshme me ndezjen, fitimi i kaskadës në një amplifikues operacional (op-amp) varet vetëm nga thellësia e reagimit. Prandaj, në formulat për përcaktimin e fitimit të një qarku specifik, fitimi i, si të thuash, vetë op-amp "i zhveshur" nuk përdoret. Kjo është, pikërisht koeficienti i madh që tregohet në librat e referencës.
Atëherë është mjaft e përshtatshme të shtrohet pyetja: "Nëse rezultati (fitimi) përfundimtar nuk varet nga ky koeficient i madh "referencë", atëherë cili është ndryshimi midis një op-amp me një fitim prej disa mijëra herë, dhe me i njëjti op-amp, por me një fitim prej disa qindra mijëra e madje miliona?
Përgjigja është mjaft e thjeshtë. Në të dyja rastet, rezultati do të jetë i njëjtë, fitimi i kaskadës do të përcaktohet nga elementët OOS, por në rastin e dytë (op-amp me fitim të lartë) qarku funksionon në mënyrë më të qëndrueshme, më saktë, performanca e të tilla qarqet janë shumë më të larta. Nuk është pa arsye që op-amps ndahen në op-amp për qëllime të përgjithshme dhe ato me precizion të lartë dhe precizion.
Siç është thënë tashmë, amplifikatorët në fjalë morën emrin e tyre "operativ" në atë kohë të largët kur ata përdoreshin kryesisht për të kryer operacionet matematikore në analog kompjuterët(AVM). Këto ishin veprimet e mbledhjes, zbritjes, shumëzimit, pjesëtimit, katrorit dhe shumë funksione të tjera.
Këta op-amps anti-diluvian u kryen në tuba vakum, më vonë në transistorë diskretë dhe komponentë të tjerë radio. Natyrisht, dimensionet e op-amps tranzistor madje ishin mjaft të mëdha për t'u përdorur në dizajne amatore.
Dhe vetëm pasi, falë arritjeve të elektronikës së integruar, op-amps u bënë madhësia e një të zakonshme tranzistor me fuqi të ulët, atëherë përdorimi i këtyre pjesëve në pajisjet shtëpiake dhe qarqet amatore është bërë i justifikuar.
Nga rruga, op-amps moderne janë edhe mjaft Cilesi e larte, me një çmim jo shumë më të lartë se dy ose tre transistorë. Kjo deklaratë vlen për amplifikatorët e funksionimit të përgjithshëm. Përforcuesit e saktë mund të kushtojnë pak më shumë.
Sa i përket qarqeve op-amp, ia vlen të bëni menjëherë një vërejtje se të gjitha ato janë krijuar për t'u ushqyer nga një burim energjie bipolare. Ky modalitet është më i "familuri" për op-amps, duke lejuar amplifikimin jo vetëm të sinjaleve Tensioni AC, për shembull një valë sinus, por edhe sinjale rrymë e vazhdueshme ose thjesht tension.
E megjithatë, mjaft shpesh, qarqet op-amp mundësohen nga një burim unipolar. Vërtetë, në këtë rast nuk është e mundur të rritet tensioni konstant. Por shpesh ndodh që kjo thjesht nuk është e nevojshme. Qarqet me furnizim me energji njëpolare do të diskutohen më vonë, por tani për tani le të vazhdojmë rreth qarqeve për ndezjen e op-amps me furnizim me energji bipolare.
Tensioni i furnizimit të shumicës së amplifikatorëve operativ është më shpesh brenda ± 15 V. Por kjo nuk do të thotë aspak se ky tension nuk mund të bëhet pak më i ulët (nuk rekomandohet më i lartë). Shumë op-amp funksionojnë në mënyrë shumë të qëndrueshme duke filluar nga ±3V, dhe disa modele edhe ±1.5V. Kjo mundësi tregohet në dokumentacioni teknik(Fleta e të Dhënave).
Përsëritës i tensionit
Është pajisja më e thjeshtë op-amp për sa i përket dizajnit të qarkut; qarku i tij është paraqitur në Figurën 1.
Figura 1. Qarku përcjellës i tensionit të amplifikatorit operacional
Shtë e lehtë të shihet se për të krijuar një qark të tillë, nuk nevojitej asnjë pjesë e vetme përveç vetë op-amp. Vërtetë, figura nuk tregon lidhjen e energjisë, por diagrame të tilla gjenden gjatë gjithë kohës. E vetmja gjë që dua të vërej është se midis kunjave të fuqisë op-amp (për shembull, për op-amp KR140UD708 këto janë kunjat 7 dhe 4) dhe telit të përbashkët duhet të lidhet me një kapacitet prej 0,01 ... 0,5 µF.
Qëllimi i tyre është ta bëjnë funksionimin e op-amp më të qëndrueshëm, për të hequr qafe vetë-ngacmimin e qarkut përgjatë qarqeve të energjisë. Kondensatorët duhet të lidhen sa më afër që të jetë e mundur me kunjat e fuqisë së mikroqarkut. Ndonjëherë një kondensator është i lidhur për një grup prej disa mikroqarqesh. Të njëjtët kondensatorë mund të shihen në bordet me mikroqarqe dixhitale, qëllimi i tyre është i njëjtë.
Fitimi i përsëritësit e barabartë me një, ose, e thënë ndryshe, nuk ka asnjë përfitim. Atëherë pse na duhet një skemë e tillë? Këtu është mjaft e përshtatshme të mbani mend se ekziston një qark transistor - një pasues emetues, qëllimi kryesor i të cilit është të përputhet me kaskada me rezistenca të ndryshme hyrëse. Kaskada të tilla (përsëritës) quhen edhe kaskada buferike.
Impedanca hyrëse e një përsëritësi në një op-amp llogaritet si produkt i rezistencës së hyrjes së op-amp dhe fitimit të tij. Për shembull, për UD708 të përmendur, impedanca e hyrjes është afërsisht 0,5 MOhm, fitimi është të paktën 30,000, dhe ndoshta më shumë. Nëse këto numra shumëzohen, rezistenca e hyrjes është 15 GOhm, e cila është e krahasueshme me rezistencën e izolimit jo shumë të cilësisë së lartë, siç është letra. Të tillë rezultate të larta nuk ka gjasa të arrihet me një ndjekës konvencional emetues.
Për t'u siguruar që përshkrimet të mos krijojnë dyshime, më poshtë do të jepen figura që tregojnë funksionimin e të gjitha qarqeve të përshkruara në programin simulator Multisim. Sigurisht, të gjitha këto qarqe mund të montohen duke përdorur bordet e zhvillimit, por nuk mund të merren rezultate më të këqija në ekranin e monitorit.
Në fakt, këtu është edhe pak më mirë: nuk keni pse të ngjiteni në një raft diku për të ndryshuar një rezistencë ose mikroqark. Gjithçka është këtu, madje instrumente matëse, është në program dhe “arritet” duke përdorur miun ose tastierën.
Figura 2 tregon një qark përsëritës të bërë në programin Multisim.
Figura 2.
Hulumtimi i qarkut është mjaft i thjeshtë. Një sinjal sinusoidal me një frekuencë prej 1 KHz dhe një amplitudë prej 2V i jepet hyrjes së përsëritësit nga gjeneratori funksional, siç tregohet në figurën 3.
Figura 3.
Sinjali në hyrje dhe dalje të përsëritësit vëzhgohet nga një oshiloskop: sinjali i hyrjes shfaqet nga një rreze me ngjyrë blu, rreze e daljes është e kuqe.
Figura 4.
Pse, lexuesi i vëmendshëm mund të pyesë, është sinjali i daljes (i kuq) dy herë më i madh se ai i kaltër në hyrje? Gjithçka është shumë e thjeshtë: me të njëjtën ndjeshmëri të kanaleve të oshiloskopit, të dy sinusoidet me të njëjtën amplitudë dhe fazë bashkohen në një, duke u fshehur pas njëri-tjetrit.
Për t'i parë të dyja menjëherë, ishte e nevojshme të zvogëlohej ndjeshmëria e njërit prej kanaleve, në në këtë rast hyrje Si rezultat, sinusoidi blu u bë saktësisht gjysma e madhësisë në ekran dhe pushoi së fshehuri pas atij të kuq. Megjithëse, për të arritur një rezultat të ngjashëm, thjesht mund të zhvendosni rrezet duke përdorur kontrollet e oshiloskopit, duke lënë të njëjtën ndjeshmëri të kanaleve.
Të dy sinusoidet janë të vendosura në mënyrë simetrike në lidhje me boshtin e kohës, gjë që tregon se komponenti konstant i sinjalit është zero. Çfarë ndodh nëse shtoni një komponent të vogël DC në sinjalin e hyrjes? Gjenerator virtual ju lejon të lëvizni valën sinusale përgjatë boshtit Y. Le të përpiqemi ta lëvizim atë me 500 mV.
Figura 5.
Ajo që doli nga kjo është treguar në Figurën 6.
Figura 6.
Vihet re se sinusoidet hyrëse dhe dalëse u ngritën me gjysmë volt, pa ndryshuar fare. Kjo tregon që përsëritësi ka transmetuar me saktësi komponentin DC të sinjalit. Por më shpesh ata përpiqen të heqin qafe këtë komponent të vazhdueshëm dhe ta bëjnë atë e barabartë me zero, i cili shmang përdorimin e elementeve të qarkut siç janë kondensatorët e bashkimit ndërfazor.
Një përsëritës është, natyrisht, i mirë dhe madje i bukur: nuk nevojitej asnjë i vetëm detaje shtese(megjithëse ka qarqe përsëritëse me "aditivë" të vegjël), por ata nuk patën ndonjë përfitim. Çfarë lloj amplifikuesi është ky atëherë? Për të krijuar një përforcues, ju duhet vetëm të shtoni disa detaje; si ta bëni këtë do të diskutohet më vonë.
Përforcues përmbysës
Për të bërë një përforcues përmbysës nga një op-amp, mjafton të shtoni vetëm dy rezistorë. Ajo që doli nga kjo është paraqitur në Figurën 7.
Figura 7. Qarku i amplifikatorit përmbysës
Fitimi i një amplifikuesi të tillë llogaritet duke përdorur formulën K=-(R2/R1). Shenja minus nuk do të thotë që amplifikatori doli i keq, por vetëm se sinjali i daljes do të jetë i kundërt në fazë me atë të hyrjes. Nuk është për asgjë që përforcuesi quhet një përforcues përmbysës. Këtu do të ishte e përshtatshme të kujtoni transistorin e lidhur sipas qarkut me OE. Atje, gjithashtu, sinjali i daljes në kolektorin e tranzitorit është jashtë fazës me sinjalin hyrës të aplikuar në bazë.
Këtu ia vlen të mbani mend se sa përpjekje do të duhet të bëni për të marrë një valë sinusale të pastër dhe të pashtrembëruar në kolektorin e tranzitorit. Është e nevojshme të zgjidhni paragjykimin në bazën e tranzitorit në përputhje me rrethanat. Kjo zakonisht është mjaft e ndërlikuar dhe varet nga shumë parametra.
Kur përdorni një op-amp, mjafton thjesht të llogaritni rezistencën e rezistorëve sipas formulës dhe të merrni fitimin e specifikuar. Rezulton se vendosja e një qarku duke përdorur një op-amp është shumë më e thjeshtë sesa vendosja e disa fazave të tranzistorit. Prandaj, nuk ka pse të keni frikë se skema nuk do të funksionojë, nuk do të funksionojë.
Figura 8.
Gjithçka këtu është e njëjtë si në figurat e mëparshme: sinjali i hyrjes tregohet me blu, dhe sinjali pas amplifikatorit tregohet me të kuqe. Çdo gjë korrespondon me formulën K=-(R2/R1). Sinjali i daljes është jashtë fazës me hyrjen (që korrespondon me shenjën minus në formulë), dhe amplituda e sinjalit të daljes është saktësisht dyfishi i hyrjes. E cila është e vërtetë edhe për raportin (R2/R1)=(20/10)=2. Për të bërë fitimin, për shembull, 10, mjafton të rrisni rezistencën e rezistencës R2 në 100 KOhm.
Në fakt, qarku i amplifikatorit përmbysës mund të jetë disi më i komplikuar; ky opsion tregohet në Figurën 9.
Figura 9.
Këtu është shfaqur një pjesë e re - rezistenca R3 (përkundrazi, thjesht u zhduk nga qarku i mëparshëm). Qëllimi i tij është të kompensojë rrymat hyrëse të një op-amp real në mënyrë që të zvogëlojë paqëndrueshmërinë e temperaturës së komponentit DC në dalje. Vlera e kësaj rezistence zgjidhet sipas formulës R3=R1*R2/(R1+R2).
Op-amps moderne shumë të qëndrueshme lejojnë që hyrja jo-invertuese të lidhet me telin e përbashkët drejtpërdrejt pa rezistencë R3. Edhe pse prania e këtij elementi nuk do të bëjë asgjë të keqe, në shkallën aktuale të prodhimit, kur kursejnë në gjithçka, ata preferojnë të mos e instalojnë këtë rezistencë.
Formulat për llogaritjen e amplifikatorit invertues janë paraqitur në figurën 10. Pse në figurë? Po, vetëm për qartësi, në një rresht teksti nuk do të dukeshin aq të njohura dhe të kuptueshme, nuk do të ishin aq të dukshme.
Figura 10.
Faktori i fitimit u përmend më herët. E vetmja gjë që ia vlen t'i kushtohet vëmendje këtu janë impedancat hyrëse dhe dalëse të amplifikatorit jo-invertues. ME impedanca e hyrjes gjithçka duket të jetë e qartë: rezulton të jetë e barabartë me rezistencën e rezistencës R1, por rezistenca e daljes do të duhet të llogaritet duke përdorur formulën e treguar në Figurën 11.
Shkronja "K" tregon koeficientin e referencës së op-amp. Këtu, ju lutemi, llogaritni se me çfarë do të jetë e barabartë rezistenca e daljes. Rezultati do të jetë një shifër mjaft e vogël, edhe për një op-amp mesatar të tipit UD7 me K” të barabartë me jo më shumë se 30,000. Në këtë rast, kjo është mirë: në fund të fundit, sa më e ulët të jetë impedanca e daljes së kaskadës (kjo vlen jo vetëm për kaskadat op-amp), aq më shumë ngarkesë e fuqishme, brenda kufijve të arsyeshëm, natyrisht, mund të lidhet me këtë kaskadë.
Një shënim i veçantë duhet bërë në lidhje me njësinë në emëruesin e formulës për llogaritjen e rezistencës së daljes. Le të supozojmë se raporti R2/R1 është, për shembull, 100. Ky është pikërisht raporti që do të merret në rastin e një fitimi përforcues invertues prej 100. Rezulton se nëse kjo njësi hidhet poshtë, atëherë asgjë nuk do të ndryshojë . Në fakt kjo nuk është e vërtetë.
Le të supozojmë se rezistenca e rezistencës R2 është zero, si në rastin e një përsëritësi. Pastaj, pa një, i gjithë emëruesi kthehet në zero, dhe rezistenca e daljes do të jetë po aq zero. Dhe nëse më vonë kjo zero përfundon diku në emëruesin e formulës, si e urdhëroni që të ndahet me të? Prandaj, është thjesht e pamundur të heqësh qafe këtë njësi në dukje të parëndësishme.
Ju nuk mund të shkruani gjithçka në një artikull, madje edhe një artikull mjaft të madh. Prandaj, gjithçka që nuk përshtatet në artikullin tjetër do të duhet të mbulohet. Do të ketë një përshkrim të një përforcuesi jo-invertues, një përforcues diferencial dhe një amplifikator me furnizim të vetëm. Do të jepet gjithashtu një përshkrim qarqe të thjeshta për të kontrolluar op-amp.
