Maklum balas litar penguat operasi

Perbandingan

Jika anda menggunakan penguat operasi tanpa maklum balas negatif (OOS), maka kami pasti boleh mengatakan apa yang berlaku komparator. Untuk memahami bagaimana ia berfungsi, anda boleh melakukan beberapa eksperimen yang mudah tetapi visual. Anda memerlukan sedikit untuk ini: penguat operasi itu sendiri, bekalan kuasa dengan voltan 9 ... 25V, beberapa perintang, sepasang LED dan voltmeter (multimeter digital).

Siasatan logik paling mudah dipasang dari LED dan perintang, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

Apabila voltan positif diterapkan pada input siasatan (anda juga boleh memohon + U), LED merah menyala, dan jika input disambungkan kepada dawai biasa, lampu hijau menyala. Dengan bantuan siasatan sedemikian, keadaan output penguat operasi yang diuji menjadi jelas dan difahami.

Sebagai "arnab" eksperimen, mana-mana yang tidak berkualiti tinggi dan mahal adalah sesuai penguat operasi, sebagai contoh, KR140UD608 (708) dalam kes plastik atau K140UD6 (7) dalam logam bulat.

Rajah 1. Skema pemeriksaan logik mudah

Perlu diingatkan bahawa walaupun terdapat kes-kes yang berbeza, pinout dari mikrosirkuit ini adalah sama dan sepadan dengan yang ditunjukkan dalam gambarajah di bawah. Ia sering berlaku bahawa pinout kes plastik dan logam tidak sepadan, walaupun sebenarnya mereka adalah mikrosirkuit yang sama. Sekarang kebanyakan penguat operasi, terutamanya yang diimport, tersedia dalam kes plastik, dan semuanya berfungsi dengan baik dan sempurna, dan tidak ada kekeliruan dengan pinouts. Dan sebelum ini, "plastik" mikrosirkuit itu menghina "barangan pengguna" dengan pakar-pakar.

Rajah 2. Skema pada penguat operasi

Untuk eksperimen pertama, kita memasang litar yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Tidak banyak yang dilakukan di sini: penguat operasi itu sendiri dan penyelidikan logik yang ditunjukkan dalam Rajah 1 disambungkan kepada sumber kuasa unipolar. Bekalan voltan + unipolar 9 ... 30V. Magnitud tekanan dalam eksperimen kita tidak begitu penting.

Di sini soalan yang benar-benar sah mungkin timbul: "Mengapa siasatan logik, kerana penguat operasi adalah elemen analog?" Ya, tetapi dalam kes ini, penguat operasi tidak berfungsi dalam mod keuntungan, tetapi dalam mod komparator, dan hanya mempunyai dua tingkat output. Voltan yang dekat dengan 0V dipanggil sifar logik, dan voltan yang dekat dengan + U adalah unit logik. Dalam kes kuasa bipolar, voltan yang dekat dengan -U sepadan dengan sifar logik.

Apabila menggunakan voltan bekalan, salah satu LED mesti disalakan. Tidak mustahil untuk menjawab persoalan yang, merah atau hijau, kerana semuanya bergantung pada parameter penguat operasi tertentu dan pada keadaan luaran, contohnya gangguan rangkaian. Jika anda mengambil beberapa jenis op-amp yang sama, maka hasilnya akan sangat berbeza.

Voltan pada output penguat operasi dikawal oleh voltmeter: jika LED merah dihidupkan, voltmeter akan menunjukkan voltan yang dekat dengan + U, dan jika LED hijau menyala, voltan akan hampir sifar.

Sekarang anda boleh cuba menggunakan beberapa voltan ke input dan lihat penunjuk dan voltmeter bagaimana penguat operasi akan berkelakuan. Cara termudah ialah menerapkan voltan dengan menyentuh satu jari pada giliran setiap input penguat operasi, dan satu lagi dari pin kuasa. Dalam kes ini, cahaya siasatan dan bacaan voltmeter perlu diubah. Tetapi perubahan ini mungkin tidak berlaku.

Masalahnya adalah bahawa beberapa penguat operasi direka untuk memastikan bahawa voltan pada input adalah dalam had tertentu: sedikit lebih tinggi daripada voltan pada terminal 4 dan sedikit lebih rendah daripada voltan bekalan pada terminal 7. Ini adalah "agak lebih rendah, lebih tinggi" adalah 1 ... 2B. Untuk meneruskan eksperimen, setelah memenuhi syarat yang ditetapkan, diperlukan untuk memasang skema yang lebih kompleks, ditunjukkan dalam Gambar 3.

Rajah 3 Litar operasi penguat suis

Kini voltan dibekalkan kepada input menggunakan perintang pembolehubah R1, R2, motor yang perlu dipasang di kedudukan tengah sebelum memulakan pengukuran. Voltan telah kini berpindah ke tempat lain: ia akan menunjukkan perbezaan voltan antara input langsung dan songsang.

Lebih baik jika voltmeter ini digital: polaritas voltan boleh berubah, tanda tolak akan muncul pada penunjuk peranti digital, dan peranti penunjuk hanya akan "melancarkan" ke arah yang bertentangan. (Anda boleh menggunakan voltmeter penunjuk dengan titik tengah pada skala.) Di samping itu, rintangan input voltmeter digital jauh lebih tinggi daripada penunjuk, jadi hasil pengukuran akan lebih tepat. Status keluaran akan ditentukan oleh penunjuk LED.

Adalah sesuai untuk memberi nasihat sedemikian: lebih baik untuk melakukan percubaan mudah ini dengan tangan anda sendiri, dan bukan hanya membaca dan memutuskan bahawa semuanya adalah mudah dan jelas. Inilah cara membaca tutorial gitar, dan tidak pernah mengambil gitar. Jadi mari kita mulakan.

Perkara pertama yang perlu dilakukan adalah menetapkan motor resistor ubah untuk kedudukan tengah, manakala voltan pada input penguat operasi hampir separuh voltan bekalan. Kepekaan voltmeter perlu dimaksimumkan, tetapi mungkin tidak serta-merta, tetapi secara beransur-ansur, supaya tidak membakar peranti.

Katakan bahawa keluaran penguat operasi adalah rendah, LED hijau dihidupkan. Jika ini tidak begitu, maka keadaan ini boleh dicapai dengan berputar resistor pemboleh ubah R1 sedemikian rupa sehingga enjin bergerak ke bawah litar - ia boleh dikatakan sehingga 0V.

Sekarang, dengan menggunakan perintang variabel R1, kita mula menambah voltan ke input langsung penguat operasi (pin 3), memerhatikan bacaan voltmeter. Sebaik sahaja voltmeter menunjukkan voltan positif (voltan pada input langsung (terminal 3) adalah lebih besar daripada yang di sebalik (terminal 2)), LED merah akan menyala. Oleh itu, voltan pada output penguat operasi adalah tinggi atau, seperti yang dipersetujui sebelum ini, satu unit logik.

Sedikit bantuan

Lebih tepat lagi, walaupun unit logik, tetapi tahap yang tinggi: satu unit logik menunjukkan kebenaran isyarat, mereka mengatakan, peristiwa telah berlaku. Tetapi kebenaran ini, unit logik ini boleh dinyatakan dan tahap rendah. Sebagai contoh, kita boleh ingat antara muka RS-232, di mana voltan negatif sepadan dengan unit logik, manakala sifar logik mempunyai voltan positif. Walaupun dalam skim lain, unit logik paling sering dinyatakan dalam tahap yang tinggi.

Kami meneruskan pengalaman saintifik kami. Kita mula dengan berhati-hati dan perlahan-lahan berputar perintang R1 ke arah yang bertentangan, berikutan voltmeter. Pada titik tertentu, ia akan menunjukkan sifar, tetapi LED merah akan tetap terang. Ia tidak dapat menangkap kedudukan di mana kedua-dua LED dimatikan.

Dengan putaran perintang yang lebih jauh, polaritas bacaan voltmeter juga akan berubah menjadi negatif. Ini menunjukkan bahawa voltan pada input songsang (2) dalam nilai mutlak adalah lebih tinggi daripada pada input langsung (3). LED hijau menyala, menunjukkan tahap yang rendah pada output penguat operasi. Selepas itu, anda boleh terus memutarkan perintang R1 ke arah yang sama, tetapi tiada perubahan akan berlaku: LED hijau tidak keluar dan tidak mengubah kecerahan sama sekali.

Fenomena ini berlaku apabila penguat operasi berada dalam mod komparator, iaitu. tanpa maklum balas negatif (kadang-kadang walaupun dengan PIC).Jika op-amp beroperasi dalam mod linier, diliputi oleh maklum balas negatif (OOS), maka apabila resistor R1 berputar, voltan keluaran berubah mengikut perkadaran dengan sudut putaran, baca perbezaan voltan pada input, dan tidak sama sekali satu langkah. Dalam kes ini, kecerahan LED boleh diubah dengan lancar.

Daripada semua perkara di atas, kita dapat membuat kesimpulan: voltan pada output penguat operasi bergantung pada perbezaan voltan pada input. Dalam kes di mana voltan pada input langsung adalah lebih tinggi daripada pada songsang, voltan output adalah tinggi. Jika tidak (voltan di sebalik adalah lebih tinggi daripada pada satu langsung), tahap output ialah sifar logik.

Pada permulaan percubaan ini, disyorkan untuk memasang motor perintang R1, R2 kira-kira di kedudukan tengah. Dan apa yang akan berlaku jika anda pada mulanya menetapkannya sepertiga perolehan atau dua pertiga? Ya, sebenarnya tiada apa yang akan berubah, semuanya akan berfungsi dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan di atas. Daripada ini, kita dapat menyimpulkan bahawa isyarat pada output penguat operasi tidak bergantung kepada nilai mutlak tegasan pada input langsung dan songsang. Dan ia hanya bergantung pada perbezaan voltan.

Dari semua yang telah dikatakan, satu kesimpulan yang lebih penting dapat diambil: penguat operasi tanpa maklum balas adalah komparator - komparator. Dalam kes ini, voltan rujukan atau rujukan digunakan untuk satu input, dan voltan, nilai yang mesti dikawal, kepada input lain. Input untuk membekalkan voltan rujukan ditentukan semasa pembangunan litar.

Sebagai contoh, Rajah 4 menunjukkan gambarajah. pemasa bersepadu NE555pada input yang mana terdapat segera 2 pembanding dalaman DA1 dan DA2.

Rajah 4Litar Pemasa Bersepadu NE555

Tujuan mereka adalah untuk menguruskan dalaman Pemicu RS. Logik kawalan agak mudah: unit logik dari output DA2 penyusun menetapkan pencetus kepada satu, dan unit logik dari output DA1 komparator mengesetkan pencetus.

Pembahagi dipasang pada resistor R1 ... R3, yang membekalkan voltan rujukan kepada input komparator. Ketiga-tiga perintang mempunyai rintangan yang sama (5K), yang membentuk 2/3 dan 1/3 voltan bekalan, yang dibekalkan, masing-masing, kepada input DA1 yang terbalik dan kepada input DA2 yang tidak terbalik.

Dari segi apa yang ditulis di atas, ternyata unit logik pada output DA1 komparator akan diperolehi jika voltan masukan pada input langsung melebihi voltan rujukan di songsang (2 / 3Upit), pemicu akan ditetapkan semula kepada sifar.

Untuk menetapkan pencetus kepada 1, anda perlu mendapatkan tahap tinggi pada output DA2 komparator dalaman. Keadaan ini akan dicapai apabila tahap voltan pada input DA2 terbalik adalah kurang daripada 1 / 3Upit. Ia adalah voltan rujukan yang digunakan untuk input langsung dari DA2 komparator.

Di sini matlamat penerangan pemasa bersepadu NE555 tidak ditetapkan, contohnya menggunakan op-amp, comparators input ditunjukkan tersembunyi di dalam microcircuit. Bagi mereka yang berminat menggunakan pemasa 555, anda boleh mengesyorkan membaca artikel itu "Pemasa bersepadu NE555".

Lihat juga: Maklumbalas Litar Amplifier Operasi

Boris Aladyshkin