Ανατρέξτε στο κύκλωμα λειτουργικού ενισχυτή

Συγκριτικά

Εάν χρησιμοποιείτε επιχειρησιακό ενισχυτή χωρίς αρνητική ανάδραση (OOS), τότε μπορούμε σίγουρα να πούμε τι συμβαίνει συγκριτή. Για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί, μπορείτε να κάνετε μερικά απλά αλλά οπτικά πειράματα. Θα χρειαστεί λίγο για αυτό: ο ίδιος ο επιχειρησιακός ενισχυτής, μια τροφοδοσία τάσης 9 ... 25V, αρκετές αντιστάσεις, ένα ζευγάρι LED και ένα βολτόμετρο (ψηφιακό πολύμετρο).

Ο απλούστερος λογικός καθετήρας συναρμολογείται από τις λυχνίες LED και τις αντιστάσεις, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.

Όταν εφαρμόζεται θετική τάση στην είσοδο του αισθητήρα (μπορείτε ακόμη και να εφαρμόσετε + U), ανάβει το κόκκινο LED και αν η είσοδος είναι συνδεδεμένη με ένα κοινό καλώδιο, το πράσινο ανάβει. Με τη βοήθεια ενός τέτοιου ανιχνευτή, η κατάσταση εξόδου του δοκιμασμένου λειτουργικού ενισχυτή καθίσταται σαφής και κατανοητή.

Ως πειραματικό "κουνέλι", είναι κατάλληλο οποιοσδήποτε που δεν είναι πολύ υψηλής ποιότητας και ακριβός λειτουργικού ενισχυτή, για παράδειγμα, KR140UD608 (708) σε πλαστικές θήκες ή K140UD6 (7) σε στρογγυλό μέταλλο.

Σχήμα 1. Σχήμα ενός απλού λογικού καθετήρα

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρά τις διαφορετικές περιπτώσεις, το pinout αυτών των μικροκυκλωμάτων είναι το ίδιο και αντιστοιχεί σε αυτό που φαίνεται στα παρακάτω διαγράμματα. Συχνά συμβαίνει ότι το pinout των πλαστικών και μεταλλικών περιβλημάτων δεν ταιριάζει, αν και στην πραγματικότητα είναι τα ίδια microcircuits. Τώρα, οι περισσότεροι επιχειρησιακοί ενισχυτές, ειδικά εισαγόμενοι, διατίθενται σε πλαστικές θήκες, και όλα λειτουργούν καλά και τέλεια και δεν υπάρχει σύγχυση με τα pinouts. Και πριν, τέτοια "πλαστικά" μικροκυκλώματα περιφρονούσαν περιφρονητικά "καταναλωτικά αγαθά" από ειδικούς.

Σχήμα 2. Σχέδιο σε λειτουργικό ενισχυτή

Για τα πρώτα πειράματα συναρμολογούμε το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 2. Δεν έχουν γίνει πολλά εδώ: ο ίδιος ο λειτουργικός ενισχυτής και ο λογικός ανιχνευτής που φαίνεται στο σχήμα 1 συνδέονται με μία μονοπολική πηγή ισχύος. Τάση τροφοδοσίας + U μονοπολικό 9 ... 30V. Το μέγεθος του στρες στα πειράματά μας δεν έχει ιδιαίτερη σημασία.

Εδώ μπορεί να προκύψει μια απολύτως θεμιτή ερώτηση: "Γιατί ο αισθητήρας είναι λογικός, επειδή ο λειτουργικός ενισχυτής είναι ένα αναλογικό στοιχείο;" Ναι, αλλά σε αυτή την περίπτωση, ο λειτουργικός ενισχυτής δεν λειτουργεί σε τρόπο κέρδους, αλλά σε λειτουργία σύγκρισης και έχει μόνο δύο επίπεδα εξόδου. Μια τάση κοντά στο 0V ονομάζεται λογικό μηδέν και μια τάση κοντά στο + U είναι μια λογική μονάδα. Στην περίπτωση διπολικής ισχύος, μια τάση κοντά στο -U αντιστοιχεί σε ένα λογικό μηδέν.

Κατά την εφαρμογή μιας τάσης τροφοδοσίας, μία από τις λυχνίες LED πρέπει να ανάβει. Είναι αδύνατο να απαντήσουμε στο ερώτημα ποιο, κόκκινο ή πράσινο, αφού όλα εξαρτώνται από τις παραμέτρους ενός συγκεκριμένου επιχειρησιακού ενισχυτή και από εξωτερικές συνθήκες, για παράδειγμα, παρεμβολές στο δίκτυο. Εάν παίρνετε αρκετούς από τον ίδιο τύπο op-amp, τότε τα αποτελέσματα θα είναι πολύ διαφορετικά.

Η τάση στην έξοδο του λειτουργικού ενισχυτή ελέγχεται από ένα βολτόμετρο: αν το κόκκινο LED είναι αναμμένο, το βολτόμετρο θα δείξει τάση κοντά στο + U και αν η πράσινη λυχνία είναι αναμμένη, η τάση θα είναι σχεδόν μηδενική.

Τώρα μπορείτε να προσπαθήσετε να εφαρμόσετε κάποια τάση στις εισόδους και κοιτάξτε τους δείκτες και το βολτόμετρο πώς θα συμπεριφερθεί ο ενισχυτής. Ο ευκολότερος τρόπος είναι να εφαρμόσετε τάση αγγίζοντας ένα δάκτυλο με τη σειρά κάθε εισόδου του λειτουργικού ενισχυτή και το άλλο από έναν από τους ακροδέκτες τροφοδοσίας. Σε αυτή την περίπτωση, η λάμψη του αισθητήρα και η ανάγνωση βολτόμετρου θα πρέπει να αλλάξουν. Αλλά αυτές οι αλλαγές μπορεί να μην εμφανιστούν.

Το γεγονός είναι ότι ορισμένοι λειτουργικοί ενισχυτές έχουν σχεδιαστεί για να διασφαλίζουν ότι η τάση στις εισόδους είναι εντός ορισμένων ορίων: ελαφρώς μεγαλύτερη από την τάση στον ακροδέκτη 4 και ελαφρώς χαμηλότερη από την τάση τροφοδοσίας στον ακροδέκτη 7. Αυτό το "ελαφρώς χαμηλότερο, υψηλότερο" είναι 1 ... 2Β. Για να συνεχίσετε τα πειράματα, έχοντας ολοκληρώσει την υποδεικνυόμενη συνθήκη, θα χρειαστεί να συναρμολογήσετε ένα ελαφρώς πιο περίπλοκο σχήμα, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3 Λειτουργικό κύκλωμα ενισχυτή ανάδρασης

Τώρα η τάση τροφοδοτείται στις εισόδους χρησιμοποιώντας μεταβλητές αντιστάσεις R1, R2, οι κινητήρες των οποίων πρέπει να εγκατασταθούν κοντά στη μεσαία θέση πριν από την έναρξη των μετρήσεων. Το βολτόμετρο έχει πλέον μετακινηθεί σε άλλη θέση: θα δείξει τη διαφορά τάσης μεταξύ των άμεσων και των αντίστροφων εισόδων.

Είναι καλύτερο αν το βολτόμετρο είναι ψηφιακό: η πολικότητα της τάσης μπορεί να αλλάξει, στην ένδειξη της ψηφιακής συσκευής θα εμφανιστεί ένα σύμβολο μείον και η συσκευή δείκτη απλά θα "κυλήσει" προς την αντίθετη κατεύθυνση. (Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα βολτόμετρο δείκτη με ένα μεσαίο σημείο στην κλίμακα.) Επιπλέον, η αντίσταση εισόδου ενός ψηφιακού βολτόμετρου είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή ενός δείκτη, έτσι τα αποτελέσματα μέτρησης θα είναι πιο ακριβή. Η κατάσταση εξόδου θα καθοριστεί από την ενδεικτική λυχνία LED.

Είναι σκόπιμο να δώσετε τέτοια συμβουλή: είναι καλύτερο να κάνετε αυτά τα απλά πειράματα με τα χέρια σας και όχι μόνο να διαβάσετε και να αποφασίσετε ότι όλα είναι απλά και σαφή. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο μπορείτε να διαβάσετε το σεμινάριο για κιθάρα, χωρίς να παραλάβετε ποτέ την κιθάρα. Ας αρχίσουμε λοιπόν.

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να ρυθμίσετε τους μεταβλητούς ηλεκτροκινητήρες αντιστάσεων σε περίπου τη μεσαία θέση, ενώ η τάση στις εισόδους του λειτουργικού ενισχυτή είναι κοντά στο ήμισυ της τάσης τροφοδοσίας. Η ευαισθησία του βολτόμετρου πρέπει να μεγιστοποιηθεί, αλλά ίσως όχι αμέσως, αλλά σταδιακά, ώστε να μην καεί η συσκευή.

Ας υποθέσουμε ότι η έξοδος του λειτουργικού ενισχυτή είναι χαμηλή, η πράσινη λυχνία LED είναι αναμμένη. Εάν αυτό δεν συμβαίνει, τότε αυτή η κατάσταση μπορεί να επιτευχθεί περιστρέφοντας τη μεταβλητή αντίσταση R1 με τέτοιο τρόπο ώστε ο κινητήρας να κινείται προς τα κάτω στο κύκλωμα - είναι δυνατόν να φτάσει σχεδόν 0V.

Τώρα, χρησιμοποιώντας τη μεταβλητή αντίσταση R1, αρχίζουμε να προσθέτουμε τάση στην άμεση είσοδο του λειτουργικού ενισχυτή (ακροδέκτης 3), παρατηρώντας τις μετρήσεις βολτόμετρου. Μόλις το βολτόμετρο παρουσιάσει θετική τάση (η τάση στην άμεση είσοδο (ακροδέκτης 3) είναι μεγαλύτερη από την τάση στο αντίστροφο (ακροδέκτης 2)), ανάβει το κόκκινο LED. Συνεπώς, η τάση στην έξοδο του λειτουργικού ενισχυτή είναι υψηλή ή, όπως συμφωνήθηκε προηγουμένως, μια λογική μονάδα.

Μια μικρή βοήθεια

Πιο συγκεκριμένα, ούτε καν μια λογική μονάδα, αλλά ένα υψηλό επίπεδο: μια λογική μονάδα υποδηλώνει την αλήθεια του σήματος, λένε, ένα συμβάν έχει συμβεί. Αλλά αυτή η αλήθεια, αυτή η λογική μονάδα μπορεί να εκφραστεί και χαμηλό επίπεδο. Για παράδειγμα, μπορούμε να θυμηθούμε τη διεπαφή RS-232, στην οποία μια αρνητική τάση αντιστοιχεί σε μια λογική μονάδα, ενώ ένα λογικό μηδέν έχει θετική τάση. Αν και σε άλλα σχήματα, η λογική μονάδα εκφράζεται συχνότερα σε υψηλό επίπεδο.

Συνεχίζουμε την επιστημονική μας εμπειρία. Αρχίζουμε να περιστρέψουμε προσεκτικά και αργά την αντίσταση R1 στην αντίθετη κατεύθυνση, ακολουθώντας το βολτόμετρο. Σε κάποιο σημείο, θα εμφανιστεί μηδέν, αλλά το κόκκινο LED θα ανάψει ακόμα. Είναι απίθανο να πιάσετε μια θέση στην οποία και τα δύο LED είναι απενεργοποιημένα.

Με περαιτέρω περιστροφή της αντίστασης, η πολικότητα των μετρήσεων βολτόμετρου θα αλλάξει επίσης σε αρνητική. Αυτό υποδηλώνει ότι η τάση στην αντίστροφη είσοδο (2) σε απόλυτη τιμή είναι υψηλότερη από την άμεση είσοδο (3). Η πράσινη λυχνία LED ανάβει, υποδεικνύοντας ένα χαμηλό επίπεδο στην έξοδο του ενισχυτή λειτουργίας. Στη συνέχεια, μπορείτε να συνεχίσετε να περιστρέφετε την αντίσταση R1 στην ίδια κατεύθυνση, αλλά δεν θα υπάρξουν αλλαγές: η πράσινη λυχνία LED δεν θα σβήσει και δεν θα αλλάξει καθόλου τη φωτεινότητα.

Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει όταν ο λειτουργικός ενισχυτής βρίσκεται σε λειτουργία σύγκρισης, δηλ. χωρίς αρνητική ανάδραση (μερικές φορές ακόμη και με PIC).Εάν ο ενισχυτής λειτουργεί σε γραμμική λειτουργία, καλύπτεται από αρνητική ανατροφοδότηση (OOS), τότε όταν ο κινητήρας αντίστασης R1 περιστρέφεται, η τάση εξόδου αλλάζει ανάλογα με τη γωνία περιστροφής, διαβάζει τη διαφορά τάσης στις εισόδους και καθόλου ένα βήμα. Σε αυτή την περίπτωση, η φωτεινότητα της λυχνίας LED μπορεί να αλλάξει ομαλά.

Από τα παραπάνω μπορούμε να συμπεράνουμε: η τάση στην έξοδο του λειτουργικού ενισχυτή εξαρτάται από τη διαφορά τάσης στις εισόδους. Στην περίπτωση όπου η τάση στην άμεση είσοδο είναι υψηλότερη από την αντίστροφη, η τάση εξόδου είναι υψηλή. Διαφορετικά (η τάση στο αντίστροφο είναι υψηλότερη από την άμεση), το επίπεδο εξόδου είναι λογικό μηδέν.

Στην αρχή αυτού του πειράματος, συνιστάται η εγκατάσταση των κινητήρων αντίστασης R1, R2 περίπου στη μεσαία θέση. Και τι θα συμβεί αν τα θέσετε αρχικά στο ένα τρίτο του κύκλου εργασιών ή στα δύο τρίτα; Ναι, στην πραγματικότητα τίποτα δεν θα αλλάξει, όλα θα λειτουργήσουν με τον ίδιο τρόπο όπως περιγράφεται παραπάνω. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το σήμα στην έξοδο του λειτουργικού ενισχυτή δεν εξαρτάται από την απόλυτη τιμή των τάσεων στις άμεσες και τις αντίστροφοι είσοδοι. Και εξαρτάται μόνο από τη διαφορά τάσης.

Από όλα όσα ειπώθηκαν, μπορεί να συναχθεί ένα ακόμη σημαντικό συμπέρασμα: ένας λειτουργικός ενισχυτής χωρίς ανατροφοδότηση είναι ένας συγκριτής - ένας συγκριτής. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση αναφοράς ή αναφοράς εφαρμόζεται σε μία είσοδο και η τάση, η τιμή της οποίας πρέπει να ελέγχεται, στην άλλη είσοδο. Ποια είσοδος για την παροχή της τάσης αναφοράς αποφασίζεται κατά την ανάπτυξη του κυκλώματος.

Για παράδειγμα, το σχήμα 4 δείχνει ένα διάγραμμα. ενσωματωμένο χρονιστή NE555στην είσοδο του οποίου υπάρχουν αμέσως 2 εσωτερικοί συγκριτές DA1 και DA2.

Σχήμα 4Ενσωματωμένο κύκλωμα χρονοδιακόπτη NE555

Σκοπός τους είναι να διαχειριστούν την εσωτερική RS σκανδάλη. Η λογική ελέγχου είναι αρκετά απλή: η λογική μονάδα από την έξοδο του συγκριτή DA2 θέτει τη σκανδάλη σε μία και η λογική μονάδα από την έξοδο του συγκριτή DA1 επαναφέρει τη σκανδάλη.

Ένας διαχωριστής συναρμολογείται σε αντιστάτες R1 ... R3, οι οποίοι τροφοδοτούν τάσεις αναφοράς στις εισόδους των συγκριτών. Και οι τρεις αντιστάσεις έχουν την ίδια αντίσταση (5Κ), σχηματίζοντας 2/3 και 1/3 της τάσης τροφοδοσίας, οι οποίες τροφοδοτούνται αντιστοίχως στην είσοδο αναστροφής DA1 και στην μη αναστρέψιμη είσοδο DA2.

Από την άποψη που περιγράψαμε παραπάνω προκύπτει ότι η λογική μονάδα στην έξοδο του συγκριτή DA1 θα ληφθεί εάν η τάση εισόδου στην άμεση είσοδο υπερβεί την τάση αναφοράς στο αντίστροφο (2 / 3Upit), η σκανδάλη θα επανέλθει στο μηδέν.

Για να ρυθμίσετε τη σκανδάλη στο 1, πρέπει να έχετε υψηλό επίπεδο στην έξοδο του εσωτερικού συγκριτή DA2. Αυτή η κατάσταση θα επιτευχθεί όταν η στάθμη τάσης στην ανεστραμμένη είσοδο DA2 είναι μικρότερη από 1 / 3Upit. Αυτή η τάση αναφοράς εφαρμόζεται στην άμεση είσοδο του συγκριτή DA2.

Εδώ δεν έχει οριστεί ο στόχος της περιγραφής του ενσωματωμένου χρονοδιακόπτη NE555, ακριβώς όπως ένα παράδειγμα χρήσης του op-amp, οι συγκριτές εισόδου εμφανίζονται κρυμμένοι στο εσωτερικό του μικροκυκλώματος. Για όσους ενδιαφέρονται να χρησιμοποιήσουν το χρονόμετρο 555, μπορείτε να προτείνετε την ανάγνωση του άρθρου "Ενσωματωμένος χρονοδιακόπτης NE555".

Δείτε επίσης: Λειτουργικά κυκλώματα ενισχυτή

Μπόρις Αλαντίσκιν