Visszajelzés az operációs erősítő áramköre

komparátor

Ha negatív visszacsatolás nélküli (OOS) operációs erősítőt használunk, akkor határozottan elmondhatjuk, mi történik komparátor. Annak megértése érdekében, hogyan működik, végezhet egyszerű, de vizuális kísérleteket. Ehhez egy kicsit szüksége lesz: maga az operációs erősítő, 9 ... 25 V feszültségű tápegység, több ellenállás, pár LED és egy voltmérő (digitális multiméter).

A legegyszerűbb logikai szondát LED-ekből és ellenállásokból állítják össze, az 1. ábra szerint.

Ha pozitív feszültséget adnak a szonda bemenetére (akár + U-t is alkalmazhat), akkor a piros LED kigyullad, és ha a bemenetet egy közös vezetékhez csatlakoztatják, akkor a zöld kigyullad. Egy ilyen szonda segítségével a tesztelt operációs erősítő kimeneti állapota világos és érthetővé válik.

Kísérleti „nyúlnak” megfelelő minden olyan, amely nem túl jó minőségű és drága operációs erősítőpéldául KR140UD608 (708) műanyag tokokban vagy K140UD6 (7) kerek fémben.

1. ábra: Egy egyszerű logikai szonda vázlata

Meg kell jegyezni, hogy a különféle esetek ellenére ezeknek a mikroáramköröknek az elrendezése azonos és megfelel az alábbi ábrákon bemutatottnak. Gyakran előfordul, hogy a műanyag és a fém tokok nem egyeznek, bár valójában ugyanazok a mikroáramkörök. Most a legtöbb operációs erősítő, különösen az importált, műanyag tokokban kapható, és minden jól működik és tökéletesen működik, és nincs összetéveszthető a pinoutokkal. És korábban az ilyen „műanyag” mikroáramköröket a szakemberek megvetően „fogyasztási cikkeknek” hívták.

2. ábra. Séma egy operációs erősítőn

Az első kísérletekhez összeállítottuk a 2. ábrán bemutatott áramkört. Itt nem sokat tettünk: maga az operációs erősítő és az 1. ábrán látható logikai szonda egy egypólusú áramforráshoz van csatlakoztatva. Tápfeszültség + U unipoláris 9 ... 30 V. Kísérleteinkben a stressz nagysága nem különösebben fontos.

Itt teljesen legitim kérdés merülhet fel: „Miért logikus a szonda, mert az operációs erősítő analóg elem?” Igen, de ebben az esetben az operációs erősítő nem erősítés módban, hanem összehasonlító módban működik, és csak két kimeneti szinttel rendelkezik. A 0V-os feszültséget logikai nullának nevezzük, a + U-hoz közeli feszültséget logikai egységnek. Bipoláris energia esetén a –U közeli feszültség logikai nullának felel meg.

Tápfeszültség alkalmazásakor az egyik LED-nek világítania kell. Lehetetlen megválaszolni azt a kérdést, melyik a vörös vagy a zöld, mivel minden egy adott operációs erősítő paramétereitől és a külső körülményektől, például a hálózati interferenciától függ. Ha több azonos típusú op-amp-ot vesz, akkor az eredmények nagyon különböznek.

Az operációs erősítő kimeneti feszültségét voltmérővel vezérlik: ha a piros LED világít, a voltmérő + U-hoz közeli feszültséget mutat, és ha a zöld LED világít, akkor a feszültség majdnem nulla lesz.

Most megpróbálhat bizonyos feszültséget alkalmazni a bemenetekre, és megnézheti az indikátorokat és a voltmérőt, hogyan fog viselkedni az operációs erősítő. A legegyszerűbb módszer a feszültség bekapcsolása azáltal, hogy megérinti az egyik ujját az operatív erősítő minden egyes bemenete, a másik pedig az egyik tápcsapot. Ebben az esetben a szonda izzásának és a voltmérő értékének meg kell változnia. De ezek a változások nem fordulhatnak elő.

A helyzet az, hogy néhány működési erősítőt úgy tervezték, hogy a bemenetek feszültsége bizonyos határokon belül legyen: kissé magasabb, mint a 4. kivezetés feszültsége, és kissé alacsonyabb, mint a tápfeszültség a 7. kivezetésnél. Ez a „kissé alacsonyabb, magasabb” 1 ... 2B. A kísérletek folytatásához, miután teljesítette a feltüntetett feltételt, össze kell állítanunk egy kissé összetettebb sémát, amint azt a 3. ábra mutatja.

3. ábra Visszajelző erősítő működési áramköre

Most a feszültséget az R1, R2 változó ellenállásokkal látják el a bemenetekbe, amelyek motorjait a mérés megkezdése előtt a középső helyzet közelében kell felszerelni. A voltmérő egy másik helyre költözött: megmutatja a feszültségkülönbséget a közvetlen és inverz bemenetek között.

Sokkal jobb, ha ez a voltmérő digitális: a feszültség polaritása megváltozhat, mínuszjel jelenik meg a digitális eszköz kijelzőjén, és a mutatóeszköz egyszerűen „felborul” az ellenkező irányba. (Használhat egy mutató voltmérőt egy skála középpontjával.) Ezen felül a digitális voltmérő bemeneti ellenállása sokkal nagyobb, mint egy mutatóé, tehát a mérési eredmények pontosabbak lesznek. A kimeneti állapotot a LED-jelző határozza meg.

Helyénvaló ilyen tanácsokat adni: jobb, ha ezeket az egyszerű kísérleteket saját kezével végzi el, nem csak elolvassa és eldönti, hogy minden egyszerű és érthető. Így lehet elolvasni a gitár oktatóprogramját, miközben soha nem vette fel a gitárt. Tehát kezdjük el.

Az első lépés, ha a változó ellenállású motorokat középső helyzetbe állítja, miközben az operációs erősítő bemenetein a feszültség közel van a tápfeszültség felének. A voltmérő érzékenységét maximalizálni kell, de talán nem azonnal, hanem fokozatosan, hogy az eszköz ne égesse el.

Tegyük fel, hogy az operációs erősítő kimenete alacsony, a zöld LED világít. Ha ez nem így van, akkor ezt az állapotot úgy érheti el, hogy az R1 változó ellenállást úgy elforgatja, hogy a motor lefelé mozog az áramkörön - gyakorlatilag 0 V-ig lehet.

Most, az R1 változó ellenállás használatával, feszültséget kezdünk hozzáadni az operációs erősítő közvetlen bemenetéhez (3. tű), megfigyelve a voltmérő értékeit. Amint a voltmérő pozitív feszültséget mutat (a közvetlen bemenetnél a feszültség (3. kapocs) nagyobb, mint a fordítottnál (2. kapocs)), a piros LED kigyullad. Ezért a működési erősítő kimenetén a feszültség magas, vagy, ahogy az előzőekben megállapodtak, logikai egység.

Egy kis segítség

Pontosabban, még nem logikai egység, hanem magas szint is: egy logikai egység jelzi a jel valódiságát, mondják, hogy történt esemény. De ez az igazság, ez a logikai egység kifejezhető és alacsony szintű. Példaként említhetjük az RS-232 interfészt, amelyben a negatív feszültség logikai egységnek felel meg, míg a logikai nulla pozitív feszültséggel rendelkezik. Bár más sémákban a logikai egységet általában magas szinten fejezik ki.

Folytatjuk tudományos tapasztalatainkat. Az R1 ellenállást óvatosan és lassan kezdjük el forgatni az ellenkező irányba, a voltmérőt követve. Egy bizonyos ponton nulla lesz, de a piros LED továbbra is világít. Nem valószínű, hogy olyan helyzetbe kerülne, amelyben mindkét LED nem világít.

Az ellenállás további forgatásával a voltmérő leolvasásának polaritása szintén negatívra változik. Ez azt sugallja, hogy a 2 inverz bemeneten a feszültség abszolút értékben magasabb, mint a közvetlen bemeneten (3). A zöld LED kigyullad, jelezve az alacsony szintjét az operációs erősítő kimenetén. Ezután tovább folytathatja az R1 ellenállás azonos irányú forgatását, de nem történik változás: a zöld LED nem világít, és egyáltalán nem változtatja meg a fényerőt.

Ez a jelenség akkor fordul elő, amikor az operációs erősítő összehasonlító módban van, azaz negatív visszajelzés nélkül (néha PIC-vel is).Ha az op-amp erősítő lineáris módban működik, negatív visszacsatolás (OOS) fedi le, akkor az R1 ellenállás motor forgatásakor a kimeneti feszültség a forgási szöghez képest változik, olvassa le a feszültségkülönbséget a bemeneteknél, és egyáltalán nem lép. Ebben az esetben a LED fényereje simán megváltoztatható.

A fentiekből arra következtethetünk, hogy az operációs erősítő kimenetén a feszültség a bemenetek feszültségkülönbségétől függ. Abban az esetben, ha a közvetlen bemenet feszültsége nagyobb, mint a fordítottnál, a kimeneti feszültség magas. Ellenkező esetben (a fordított feszültség magasabb, mint a közvetlen feszültségnél) a kimeneti szint logikai nulla.

A kísérlet elején azt javasolták, hogy az R1, R2 ellenállásmotorokat helyezze körülbelül középső helyzetbe. És mi fog történni, ha kezdetben a forgalom egyharmadára vagy kétharmadára állítja őket? Igen, valójában semmi sem változik, minden a fent leírtak szerint fog működni. Ebből arra következtethetünk, hogy az operációs erősítő kimenetén lévő jel nem függ a közvetlen és inverz bemenetek feszültségeinek abszolút értékétől. És ez csak a feszültségkülönbségtől függ.

Mindezek alapján még egy fontos következtetést lehet levonni: egy visszacsatolás nélküli operációs erősítő egy komparátor - egy komparátor. Ebben az esetben a referencia- vagy referenciafeszültséget az egyik bemenetre, a feszültséget, amelynek értékét ellenőrizni kell, a másik bemenetre kell alkalmazni. A referenciafeszültség táplálására melyik bemenet kerül kiválasztásra az áramkör fejlesztése során.

Példaként a 4. ábra diagramot mutat. beépített NE555 időzítőamelyek bemeneténél azonnal 2 belső DA1 és DA2 komparátor található.

4. ábraIntegrált időmérő áramkör NE555

Céljuk a belső irányítása RS ravasz. A vezérlő logika meglehetősen egyszerű: a DA2 összehasonlító kimenetének logikai egysége az indítót egyre állítja, és a DA1 összehasonlító kimenetének logikai egysége visszaállítja a triggert.

Az R1 ... R3 ellenállásokra osztó van felszerelve, amely referenciafeszültséget szolgáltat a komparátorok bemeneteihez. Mindhárom ellenállás azonos ellenállással (5K) rendelkezik, és a tápfeszültség 2/3-át és 1/3-át képezi, amelyeket a DA1 invertáló bemenethez és a nem invertáló DA2 bemenetet táplálnak be.

A fentebb leírtak szerint kiderül, hogy a DA1 összehasonlító kimenetén a logikai egységet akkor kapjuk meg, ha a közvetlen bemenet bemeneti feszültsége meghaladja a referencia feszültséget fordított irányban (2 / 3Upit), és az indítót nullára állítjuk vissza.

Annak érdekében, hogy az triggert 1-re állítsa, magas szintre van szüksége a DA2 belső komparátor kimenetén. Ezt a feltételt akkor lehet elérni, ha a DA2 fordított bemenet feszültségszintje kisebb, mint 1 / 3Upit. Ez egy olyan referenciafeszültség, amelyet a DA2 komparátor közvetlen bemenetére alkalmaznak.

Itt nem szerepel a NE555 integrált időzítő leírásának célja, csakúgy, mint az op-amp használatának példája, a bemeneti komparátorokat a mikroáramkörben rejtett módon mutatjuk be. Azok számára, akik érdeklődnek az 555 időzítő használatáról, javasolhatja a cikk elolvasását "Integrált időmérő NE555".

Lásd még: Visszacsatolás működési erősítő áramkörök

Boris Aladyshkin