Grįžtamojo ryšio stiprintuvo schema

Komparatoriai

Jei naudosite operacinį stiprintuvą be neigiamų atsiliepimų (OOS), tada tikrai galime pasakyti, kas atsitiks lyginamasis. Norėdami suprasti, kaip tai veikia, galite atlikti keletą paprastų, bet vaizdinių eksperimentų. Tam jums reikės šiek tiek: paties operatyvinio stiprintuvo, 9 ... 25 V įtampos maitinimo šaltinio, kelių rezistorių, šviesos diodų poros ir voltmetro (skaitmeninis multimetras).

Paprasčiausias loginis zondas yra surenkamas iš šviesos diodų ir rezistorių, kaip parodyta 1 paveiksle.

Kai zondo įvestyje naudojama teigiama įtampa (jūs netgi galite tiekti + U), užsidega raudona lemputė, o jei įvestis prijungta prie bendro laido, žalia užsidega. Tokio zondo pagalba patikrintos operatyvinio stiprintuvo išėjimo būsena tampa aiški ir suprantama.

Kaip eksperimentinis triušis, tinka bet koks, kuris nėra labai aukštos kokybės ir brangus operacinis stiprintuvaspavyzdžiui, KR140UD608 (708) plastikiniuose dėkluose arba K140UD6 (7) iš apvalių metalų.

1 pav. Paprasto loginio zondo schema

Reikėtų pažymėti, kad nepaisant skirtingų atvejų, šių mikroschemų schema yra vienoda ir atitinka parodytas toliau pateiktose schemose. Dažnai atsitinka, kad plastikinių ir metalinių dėklų kampas nesutampa, nors iš tikrųjų jie yra tie patys mikroschemos. Dabar daugumą operacinių stiprintuvų, ypač importuotų, galima įsigyti plastikiniuose korpusuose, ir viskas veikia gerai ir nepriekaištingai, ir nėra painiavos su pinais. Ir anksčiau tokie „plastikiniai“ mikroschemijos specialistai buvo panieka vadinami „plataus vartojimo prekėmis“.

2 pav. Operatyvinio stiprintuvo schema

Pirmiesiems eksperimentams surenkame 2 paveiksle pavaizduotą grandinę. Čia nebuvo padaryta labai daug: pats operacinis stiprintuvas ir 1 paveiksle pavaizduotas loginis zondas yra prijungti prie vienpolio maitinimo šaltinio. Maitinimo įtampa + U vienpoliai 9 ... 30V. Mūsų eksperimentams patiriamo streso dydis neturi ypatingos reikšmės.

Čia gali iškilti visiškai pagrįstas klausimas: „Kodėl zondas yra logiškas, nes operatyvinis stiprintuvas yra analoginis elementas?“ Taip, bet šiuo atveju operacinis stiprintuvas veikia ne sustiprinimo, o palyginimo režimu, ir jis turi tik du išvesties lygius. Įtampa, artima 0V, vadinama logine nuline, o įtampa artima + U - loginiu vienetu. Bipolinės galios atveju įtampa, artima –U, atitinka loginį nulį.

Taikant maitinimo įtampą, turi užsidegti vienas iš šviesos diodų. Neįmanoma atsakyti į klausimą, kuri raudona ar žalia, nes viskas priklauso nuo konkretaus operacinio stiprintuvo parametrų ir išorinių sąlygų, pavyzdžiui, tinklo trukdžių. Jei paimsite kelis to paties tipo op-amp, tada rezultatai bus labai skirtingi.

Įtampa operatyvinio stiprintuvo išvestyje kontroliuojama voltmetru: jei dega raudonas šviesos diodas, voltmetras rodys įtampą arti + U, o jei užsidegs žalias šviesos diodas, įtampa bus beveik lygi nuliui.

Dabar galite pabandyti įvestims suteikti tam tikrą įtampą ir pažvelgti į indikatorius ir voltmetrą, kaip veiks operacinis stiprintuvas. Paprasčiausias būdas - įtampą pritaikyti palietus vieną pirštą savo ruožtu prie kiekvieno operacinio stiprintuvo įėjimo, o kitą - prie maitinimo kaiščių. Tokiu atveju turėtų keistis zondo švytėjimas ir voltmetro rodmuo. Bet šie pokyčiai gali neįvykti.

Reikalas tas, kad kai kurie operaciniai stiprintuvai yra suprojektuoti taip, kad įėjimo įtampa neviršytų tam tikrų ribų: šiek tiek didesnė nei įtampa 4 gnybte ir šiek tiek žemesnė nei maitinimo įtampa 7 gnybte. Tai yra „šiek tiek mažesnė, didesnė“ yra 1 ... 2B. Norint tęsti eksperimentus, įvykdžius nurodytą sąlygą, reikės surinkti šiek tiek sudėtingesnę schemą, parodytą 3 paveiksle.

3 pav Grįžtamojo ryšio stiprintuvo veikimo schema

Dabar įtampa tiekiama įvestims naudojant kintamuosius rezistorius R1, R2, kurių varikliai prieš pradedant matavimus turėtų būti sumontuoti netoli vidurinės padėties. Voltmetras dabar perkeltas į kitą vietą: jis parodys įtampos skirtumą tarp tiesioginių ir atvirkštinių įėjimų.

Geriau, jei šis voltmetras yra skaitmeninis: gali pasikeisti įtampos poliškumas, skaitmeninio įrenginio indikatoriuje pasirodys minuso ženklas, o rodyklės įtaisas tiesiog „apsivers“ priešinga kryptimi. (Galite naudoti rodyklės voltmetrą su skalės viduriu.) Be to, skaitmeninio voltmetro įėjimo varža yra daug didesnė nei rodyklės, taigi matavimo rezultatai bus tikslesni. Išėjimo būseną lems LED indikatorius.

Tikslinga duoti tokį patarimą: geriau atlikti šiuos paprastus eksperimentus savo rankomis, o ne tik perskaityti ir nuspręsti, kad viskas paprasta ir aišku. Taip reikia skaityti gitaros pamokymą, niekada nesirenkant gitaros. Taigi, pradėkime.

Pirmiausia reikia nustatyti kintamo rezistoriaus variklius maždaug į vidurinę padėtį, o įtampa operatyvinio stiprintuvo įėjimuose yra artima pusei maitinimo įtampos. Voltmetro jautrumas turėtų būti maksimalus, bet galbūt ne iš karto, bet palaipsniui, kad prietaisas nesudegtų.

Tarkime, kad operatyvinio stiprintuvo išėjimas žemas, šviečia žalias šviesos diodas. Jei taip nėra, tuomet šią būseną galima pasiekti sukant kintamąjį rezistorių R1 tokiu būdu, kad variklis juda grandine žemyn - jis gali būti praktiškai iki 0 V.

Dabar, naudodamiesi kintamu rezistoriumi R1, mes pradedame pridėti įtampą prie tiesioginio operatyvinio stiprintuvo įėjimo (3 kaištis), stebėdami voltmetro rodmenis. Kai tik voltmetras parodys teigiamą įtampą (tiesioginio įėjimo įtampa (3 gnybtas) yra didesnė nei atvirkštinė įtampa (2 gnybtas)), užsidegs raudonas šviesos diodas. Todėl įtampa operatyvinio stiprintuvo išvestyje yra aukšta arba, kaip anksčiau sutarta, loginis vienetas.

Truputis pagalbos

Tiksliau, net ne loginis vienetas, o aukštas lygis: loginis vienetas nurodo signalo tiesą, sakoma, įvyko įvykis. Bet ši tiesa, šis loginis vienetas gali būti išreikštas ir žemo lygio. Kaip pavyzdį galime prisiminti RS-232 sąsają, kurioje neigiama įtampa atitinka loginį vienetą, o loginis nulis turi teigiamą įtampą. Nors kitose schemose loginis vienetas dažniausiai išreiškiamas aukštu lygiu.

Tęsiame savo mokslinę patirtį. Mes pradedame atsargiai ir lėtai pasukti rezistorių R1 priešinga kryptimi, sekdami voltmetrą. Tam tikru metu jis rodys nulį, tačiau raudonas šviesos diodas vis tiek užsidegs. Vargu ar pavyks užfiksuoti padėtį, kurioje neveikia abu šviesos diodai.

Toliau sukant rezistorių, voltmetro rodmenų poliškumas taip pat pasikeis į neigiamą. Tai rodo, kad absoliutine verte atvirkštinio įėjimo (2) įtampa yra didesnė nei tiesinio įėjimo (3). Šviečia žalias šviesos diodas, rodantis žemą lygį operatyvinio stiprintuvo išvestyje. Po to jūs galite ir toliau sukti rezistorių R1 ta pačia kryptimi, tačiau jokių pakeitimų neįvyks: žalias šviesos diodas neužgęsta ir net nekeičia ryškumo.

Šis reiškinys atsiranda, kai operatyvinis stiprintuvas veikia lyginamuoju režimu, t. be neigiamų atsiliepimų (kartais net su PIC).Jei op-amp veikia linijiniu režimu, yra apimamas neigiamo grįžtamojo ryšio (OOS), tada, kai rezistorius R1 variklis sukasi, išėjimo įtampa keičiasi proporcingai sukimosi kampui, perskaitykite įtampos skirtumą įėjimuose ir visai ne žingsnį. Tokiu atveju šviesos diodo ryškumą galima sklandžiai pakeisti.

Iš to, kas išdėstyta aukščiau, galime daryti išvadą: įtampa operatyvinio stiprintuvo išvestyje priklauso nuo įtampos skirtumo įėjimuose. Tuo atveju, kai tiesioginio įėjimo įtampa yra didesnė nei atvirkštinės, išėjimo įtampa yra aukšta. Priešingu atveju (atvirkštinė įtampa yra didesnė nei tiesinėje) išėjimo lygis yra loginis nulis.

Pačioje šio eksperimento pradžioje buvo rekomenduojama rezistorių variklius R1, R2 sumontuoti maždaug vidurinėje padėtyje. O kas nutiks, jei iš pradžių nustatysite jiems trečdalį apyvartos arba du trečdalius? Taip, iš tikrųjų niekas nepasikeis, viskas veiks taip, kaip aprašyta aukščiau. Iš to galime daryti išvadą, kad signalas operatyvinio stiprintuvo išvestyje nepriklauso nuo absoliučiosios įtampos vertės tiesioginiuose ir atvirkštiniuose įėjimuose. Ir tai priklauso tik nuo įtampos skirtumo.

Iš visko, kas buvo pasakyta, galima padaryti dar vieną svarbią išvadą: operacinis stiprintuvas be grįžtamojo ryšio yra komparatorius - komparatorius. Tokiu atveju etaloninė arba etaloninė įtampa yra taikoma vienam įėjimui, o įtampa, kurios vertė turi būti kontroliuojama, - kitam įėjimui. Kuris įėjimas maitins pamatinę įtampą, nusprendžiamas kuriant grandinę.

Pavyzdžiui, 4 paveiksle pavaizduota schema. integruotas laikmatis NE555kurių įvestyje iškart yra 2 vidiniai komparatoriai DA1 ir DA2.

4 pavIntegruota laikmačio grandinė NE555

Jų tikslas yra valdyti vidinį RS trigeris. Valdymo logika yra gana paprasta: loginis vienetas iš komparatoriaus DA2 išvesties nustato trigerį į vieną, o loginis vienetas iš komparatoriaus DA1 išvesties nustato trigerį.

Ant rezistorių R1 ... R3 sumontuojamas daliklis, kuris tiekia etaloninę įtampą į komparatorių įėjimus. Visi trys rezistoriai turi vienodą varžą (5K), sudarydami 2/3 ir 1/3 maitinimo įtampos, kurie tiekiami atitinkamai į apverstinį įėjimą DA1 ir į neinvertuojamą įėjimą DA2.

Kalbant apie tai, kas buvo parašyta aukščiau, paaiškėja, kad palyginamojo DA1 išėjimo loginis vienetas gaunamas, jei įvesties įtampa tiesia įvestimi viršija etaloninę įtampą atvirkštine kryptimi (2 / 3Upit), trigeris atstatomas iki nulio.

Norėdami nustatyti trigerį ties 1, turite gauti aukštą lygį vidinio lygintuvo DA2 išvestyje. Ši sąlyga bus pasiekta, kai įtampos lygis apverstos įėjimo DA2 yra mažesnis kaip 1 / 3Upit. Tai yra tokia etaloninė įtampa, taikoma tiesioginiam komparatoriaus DA2 įėjimui.

Čia nenustatytas integruotojo laikmačio NE555 aprašymo tikslas. Tiesiog kaip op-amp naudojimo pavyzdį įvesties komparatoriai rodomi paslėpti mikroschemos viduje. Tiems, kurie domisi 555 laikmačio naudojimu, galite rekomenduoti perskaityti straipsnį "Integruotas laikmatis NE555".

Taip pat žiūrėkite: Atsiliepimai apie veikimo stiprintuvo grandines

Borisas Aladyshkinas