Palaute operaatiovahvistinpiirit

komparaattorit

Jos käytät operatiivista vahvistinta ilman negatiivista palautetta (OOS), voimme ehdottomasti sanoa, mitä tapahtuu komparaattori. Ymmärtääksesi miten se toimii, voit tehdä yksinkertaisia, mutta visuaalisia kokeita. Tarvitset vähän tätä varten: itse toimintavahvistimen, virtalähteen, jonka jännite on 9 ... 25 V, useita vastuksia, parin merkkivaloja ja volttimittarin (digitaalinen yleismittari).

Yksinkertaisin logiikkakoetin on koottu LEDistä ja vastuista, kuten kuvassa 1 esitetään.

Kun anturin tuloon kohdistetaan positiivinen jännite (voit jopa syöttää + U: n), punainen LED palaa, ja jos tulo on kytketty yhteiseen johtoon, vihreä valo syttyy. Tällaisen anturin avulla testatun operaatiovahvistimen lähtötila tulee selväksi ja ymmärrettäväksi.

Kokeellisena ”kanina” sopii jokainen, joka ei ole erityisen korkealaatuista ja kallista operaatiovahvistinesimerkiksi KR140UD608 (708) muovikoteloissa tai K140UD6 (7) pyöreässä metallissa.

Kuva 1. Kaavio yksinkertaisesta loogisesta anturista

On huomattava, että erilaisista tapauksista huolimatta näiden mikroskooppien piikki on sama ja vastaa alla olevissa kaavioissa esitettyä. Usein käy niin, että muovi- ja metallikoteloiden nasta ei vastaa toisiaan, vaikka ne ovatkin samoja mikropiirejä. Nyt suurin osa operaatiovahvistimista, etenkin maahantuotuista, on saatavana muovikoteloissa, ja kaikki toimii hyvin ja täydellisesti, eikä mikään sekaannus näppärän kanssa. Ja ennen asiantuntijat kutsuivat tällaisia ​​"muovisia" mikropiirejä halveksittavasti "kulutustavaroiksi".

Kuva 2. Kaavio toimintavahvistimesta

Ensimmäisiä kokeita varten kootaan kuvassa 2 esitetty piiri. Täällä ei ole tehty paljon: itse toimintavahvistin ja kuvassa 1 esitetty looginen koetin on kytketty yksinapaiseen virtalähteeseen. Syöttöjännite + U: n yksinapainen arvo 9 ... 30V. Kokeissamme esiintyvän stressin suuruudella ei ole erityistä merkitystä.

Tässä saattaa syntyä täysin perusteltu kysymys: "Miksi anturi on looginen, koska operaatiovahvistin on analoginen elementti?". Kyllä, mutta tässä tapauksessa operaatiovahvistin ei toimi vahvistusmoodissa, vaan vertailutilassa, ja sillä on vain kaksi lähtötasoa. Jännitettä, joka on lähellä 0 V, kutsutaan loogiseksi nollaksi ja jännitettä lähellä + U on looginen yksikkö. Bipolaarisen tehon tapauksessa jännite, joka on lähellä -U, vastaa loogista nollaa.

Syöttöjännitettä käytettäessä yhden LEDistä on palava. On mahdotonta vastata kysymykseen siitä, mikä punainen tai vihreä, koska kaikki riippuu tietyn operaatiovahvistimen parametreista ja ulkoisista olosuhteista, esimerkiksi verkon häiriöistä. Jos otat useita saman tyyppisiä op-vahvistimia, tulokset ovat hyvin erilaisia.

Jännitettä operaatiovahvistimen ulostulossa ohjataan voltmetrillä: jos punainen LED palaa, volttimittari näyttää jännitteen lähellä + U: ta ja jos vihreä LED palaa, jännite on melkein nolla.

Nyt voit yrittää kohdistaa jännitettä tuloihin ja tarkastella osoittimia ja voltmetriä, kuinka operaatiovahvistin toimii. Helpoin tapa on syöttää jännitettä koskettamalla yhtä sormea ​​operaatiovahvistimen jokaisen tulon vuorollaan ja toista virtatapeista. Tässä tapauksessa koettimen hehku ja volttimittarilukema tulisi muuttua. Mutta näitä muutoksia ei välttämättä tapahdu.

Asia on se, että jotkut operaatiovahvistimet on suunniteltu sisääntulojännitteelle tietyissä rajoissa: hiukan korkeampi kuin jännite navassa 4 ja hiukan matalampi kuin syöttöjännite navassa 7. Tämä on “jonkin verran alempi, korkeampi” on 1 ... 2B. Kokeiden jatkamiseksi, kun ilmoitettu ehto on täytetty, on tarpeen koota hieman monimutkaisempi kaavio, kuten kuvassa 3 esitetään.

Kuvio 3 Palautevahvistimen toimintapiiri

Nyt jännite syötetään sisääntuloihin muuttuvilla vastuksilla R1, R2, joiden moottorit tulisi asentaa lähellä keskiasentoa ennen mittausten aloittamista. Voltimetri on nyt siirtynyt toiseen paikkaan: se näyttää jännite-eron suorien ja käänteisten tulojen välillä.

On parempi, jos tämä volttimittari on digitaalinen: jännitteen napaisuus voi muuttua, digitaalisen laitteen osoittimeen ilmestyy miinusmerkki ja osoitinlaite yksinkertaisesti “kaatuu” vastakkaiseen suuntaan. (Voit käyttää osoitinta volttimittaria asteikon keskipisteellä.) Lisäksi digitaalisen volttimittarin tulovastus on paljon suurempi kuin osoittimen, joten mittaustulokset ovat tarkempia. Lähtötila määritetään LED-merkkivalolla.

On asianmukaista antaa sellaisia ​​neuvoja: on parempi tehdä nämä yksinkertaiset kokeet omilla käsillä, eikä vain lukea ja päättää, että kaikki on yksinkertaista ja selkeää. Näin luet kitaran opetusohjelman, vaikka et koskaan poisi kitaraa. Joten aloitetaan.

Ensimmäinen tehtävä on asettaa muuttuvavastuksiset moottorit keskiasentoon, kun taas operaatiovahvistimen tulojen jännite on lähellä puolta syöttöjännitettä. Voltimetrin herkkyys tulisi maksimoida, mutta ehkä ei heti, mutta vähitellen, jotta laite ei palaisi.

Oletetaan, että operaatiovahvistimen lähtö on alhainen, vihreä LED palaa. Jos tämä ei ole niin, tämä tila voidaan saavuttaa kiertämällä muuttuvaa vastusta R1 siten, että moottori liikkuu virtapiiriä alaspäin - se voi olla käytännössä 0 V: n saakka.

Nyt, käyttämällä muuttuvaa vastusta R1, alamme lisätä jännitettä operaatiovahvistimen suoraan tuloon (nasta 3) tarkkailemalla voltmetrimääriä. Heti kun volttimittari näyttää positiivisen jännitteen (jännite suoratulossa (napa 3) on suurempi kuin käänteisessä (napa 2)), punainen merkkivalo syttyy. Siksi operaatiovahvistimen ulostulossa oleva jännite on korkea tai, kuten aiemmin sovittiin, looginen yksikkö.

Pieni apu

Tarkemmin sanottuna, ei edes looginen yksikkö, mutta korkea taso: looginen yksikkö ilmaisee signaalin totuuden, he sanovat, että tapahtuma on tapahtunut. Mutta tämä totuus, tämä looginen yksikkö voidaan ilmaista ja matala. Esimerkiksi voidaan palauttaa mieliin RS-232-rajapinta, jossa negatiivinen jännite vastaa loogista yksikköä, kun taas loogisessa nollassa on positiivinen jännite. Vaikka muissakin järjestelmissä, looginen yksikkö ilmaistaan ​​yleensä korkealla tasolla.

Jatkamme tieteellistä kokemuksemme. Alamme kiertää vastusta R1 varovasti ja hitaasti vastakkaiseen suuntaan volttimittaria seuraamalla. Tietyssä vaiheessa se näyttää nollan, mutta punainen LED-valo palaa edelleen. On epätodennäköistä, että havaitset aseman, jossa molemmat merkkivalot eivät pala.

Kun vastusta pyöritetään edelleen, myös volttimittarin napaisuus muuttuu negatiiviseksi. Tämä viittaa siihen, että käänteistulon (2) jännite on absoluuttisena arvona korkeampi kuin suoran tulon (3). Vihreä LED-valo syttyy osoittaen alhaisesta tasosta operaatiovahvistimen ulostulossa. Sen jälkeen voit jatkaa vastuksen R1 kiertämistä samaan suuntaan, mutta muutoksia ei tapahdu: vihreä merkkivalo ei sammu eikä edes muuta kirkkautta.

Tämä ilmiö tapahtuu, kun operaatiovahvistin on vertailutilassa, ts. ilman negatiivista palautetta (joskus jopa PIC: n kanssa).Jos op-vahvistin toimii lineaarisessa tilassa, sitä peittää negatiivinen takaisinkytkentä (OOS), silloin kun vastuksen R1 moottori pyörii, lähtöjännite muuttuu suhteessa pyörimiskulmaan, lue jännite-ero tuloissa eikä ollenkaan askel. Tässä tapauksessa LEDin kirkkautta voidaan muuttaa tasaisesti.

Kaikesta edellä esitetystä voidaan päätellä: operaatiovahvistimen ulostulossa oleva jännite riippuu tulojen jännite-erosta. Tapauksessa, jossa jännite suorassa tulossa on korkeampi kuin käänteisessä, lähtöjännite on korkea. Muutoin (käänteisen jännite on korkeampi kuin suoralla), lähtötaso on looginen nolla.

Kokeen alussa suositeltiin asentamaan vastomoottorit R1, R2 suunnilleen keskiasentoon. Ja mitä tapahtuu, jos asetat heille aluksi kolmanneksen liikevaihdosta tai kaksi kolmasosaa? Kyllä, oikeastaan ​​mikään ei muutu, kaikki toimii samalla tavalla kuin yllä on kuvattu. Tästä voidaan päätellä, että operaatiovahvistimen ulostulossa oleva signaali ei ole riippuvainen jännitteiden absoluuttisesta arvosta suorissa ja käänteisissä tuloissa. Ja se riippuu vain jännite-erosta.

Kaikesta sanotusta voidaan tehdä vielä yksi tärkeä johtopäätös: operatiivinen vahvistin ilman palautetta on vertailuri - vertailija. Tässä tapauksessa referenssi- tai vertailujännite kohdistetaan toiseen tuloon ja jännite, jonka arvo on ohjattava, toiseen. Mistä sisääntulosta referenssijännite syötetään, päätetään piirin kehittämisen aikana.

Esimerkiksi kuvio 4 esittää kaavion. integroitu ajastin NE555joiden sisääntulossa on heti 2 sisäistä vertailijaa DA1 ja DA2.

Kuvio 4Integroitu ajastinpiiri NE555

Niiden tarkoituksena on hallita sisäistä RS-liipaisin. Ohjauslogiikka on melko yksinkertaista: komparaattorin DA2 lähdössä oleva looginen yksikkö asettaa liipaisimen yhteen ja komparaattorin DA1 ulostulossa oleva looginen yksikkö nollaa liipaisimen.

Vastureihin R1 ... R3 on koottu jakaja, joka toimittaa vertailujännitteet vertailijoiden sisääntuloihin. Kaikilla kolmella vastuksilla on sama vastus (5K), jotka muodostavat 2/3 ja 1/3 syöttöjännitteestä, jotka syötetään vastaavasti invertointituloon DA1 ja invertoimattomaan tuloon DA2.

Edellä kirjoitetun perusteella osoittautuu, että vertailijan DA1 ulostulossa oleva looginen yksikkö saadaan, jos suoran sisääntulon tulojännite ylittää käänteisen referenssijännitteen (2 / 3Upit), liipaisin nollataan nollaan.

Liipaisimen asettamiseksi arvoon 1 on saavutettava korkea taso sisäisen vertailun DA2 ulostulossa. Tämä ehto saavutetaan, kun jännitetaso käänteisessä tulossa DA2 on alle 1 / 3Upit. Se on sellainen vertailujännite, jota käytetään vertailun DA2 suorassa tulossa.

Tässä ei integroidun NE555-ajastimen kuvauksen tavoitetta ole asetettu, vain esimerkki op-amp: n käytöstä, tulokomparaattorit esitetään piilossa mikropiirin sisällä. Niille, jotka ovat kiinnostuneita ajastimen 555 käytöstä, voit suositella artikkelin lukemista "Integroitu ajastin NE555".

Katso myös: Palaute Operaatiovahvistinpiirit

Boris Aladyshkin