Maklumbalas Litar Amplifier Operasi

Penguat pengulang dan penyongsang

Pada akhir artikel "Penguat operasi yang ideal" Telah ditunjukkan bahawa apabila menggunakan penguat operasi dalam pelbagai litar beralih, penguatan lata pada penguat operasi tunggal (OA) hanya bergantung pada kedalaman maklum balas. Oleh itu, dalam formula untuk menentukan keuntungan sesuatu litar tertentu, keuntungan dari op-amp "kosong", untuk bercakap, tidak digunakan. Itulah pekali besar yang ditentukan dalam direktori.

Maka sangat tepat untuk bertanya soalan: "Jika hasil akhir (keuntungan) tidak bergantung kepada pekali" rujukan "yang besar ini, maka apakah perbezaan antara opamp dengan penguatan beberapa ribu kali, dan dengan opamp yang sama, tetapi dengan penguatan beberapa ratus ribu dan bahkan berjuta-juta? "

Jawapannya agak mudah. Dalam kedua-dua kes, hasilnya akan sama, keuntungan cascade akan ditentukan oleh elemen OOS, tetapi dalam kes kedua (opamp dengan keuntungan tinggi), litar berfungsi dengan lebih stabil, lebih tepat lagi, kelajuan litar seperti itu lebih tinggi. Atas sebab yang munasabah, ampa op dibahagikan kepada amps aplikasi umum dan ketepatan tinggi, ketepatan.

Seperti yang telah disebutkan, penguat "operasi" yang dipersoalkan telah diterima pada masa itu, ketika kebanyakannya digunakan untuk melaksanakan operasi matematik dalam komputer analog (AVMs). Ini adalah operasi penambahan, penolakan, pendaraban, pembahagian, mendatar dan banyak fungsi lain.

Ini op-amp antediluvian dilakukan pada tiub elektron, kemudian pada transistor diskret dan komponen radio lain. Secara semulajadi, dimensi walaupun amplitud op amplitud cukup besar untuk digunakan dalam pembinaan amatur.

Dan selepas itu, terima kasih kepada pencapaian elektronik bersepadu, op-amp menjadi saiz transistor kuasa rendah biasa, penggunaan bahagian-bahagian ini dalam peralatan rumah dan litar amatur menjadi wajar.

Dengan cara ini, op-amp moden, walaupun berkualiti tinggi, pada harga yang sedikit lebih tinggi daripada dua atau tiga transistor. Kenyataan ini terpakai kepada am untuk tujuan umum. Penguat ketepatan boleh menelan kos lebih sedikit.

Mengenai litar pada op-amp, adalah penting untuk segera membuat kenyataan bahawa mereka semua dikuasai oleh sumber kuasa bipolar. Mod sedemikian adalah yang paling "biasa" untuk op-amp, yang membolehkan menguatkan bukan sahaja isyarat voltan AC, sebagai contoh, sinusoid, tetapi juga isyarat DC atau hanya voltan.

Walau bagaimanapun, cukup bekalan kuasa litar di op-amp dibuat dari sumber unipolar. Benar, dalam kes ini, tidak mungkin untuk meningkatkan voltan malar. Tetapi ia sering berlaku bahawa ini tidak perlu. Litar dengan bekalan kuasa unipolar akan diterangkan kemudian, tetapi pada masa kini kami meneruskan tentang skema beralih pada op-amp dengan bekalan kuasa bipolar.

Voltan bekalan kebanyakan op-amps paling kerap dalam ± 15V. Tetapi ini tidak bermakna sama sekali bahawa voltan ini tidak boleh dibuat agak rendah (lebih tinggi tidak digalakkan). Ramai op-amp berfungsi dengan sangat baik bermula dari ± 3V, dan beberapa model walaupun ± 1.5V. Kemungkinan sedemikian ditunjukkan dalam dokumentasi teknikal (DataSheet).

Pengikut voltan

Ia adalah peranti paling mudah dari segi litar pada op-amp; litarnya ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1. Litar pengikut voltan pada penguat operasi

Sangat mudah untuk melihatnya untuk mewujudkan skim seperti itu, tidak satu pun butiran diperlukan, kecuali OS itu sendiri. Benar, angka itu tidak menunjukkan sambungan kuasa, tetapi garis besar skema itu sering dijumpai. Satu-satunya perkara yang saya perhatikan ialah antara terminal bekalan kuasa op-amp (contohnya, untuk OP-amp KR140UD708, ini adalah kesimpulan 7 dan 4) dan dawai biasa menyekat kapasitor dengan kapasiti 0.01 ... 0.5 μF.

Tujuan mereka adalah untuk membuat operasi op amp lebih mantap, untuk menghilangkan pengujaan diri litar sepanjang litar kuasa. Kapasitor harus disambungkan sedekat mungkin ke terminal kuasa cip. Kadangkala satu kapasitor disambungkan berdasarkan sekumpulan beberapa mikrosirkuit. Kapasitor yang sama boleh dilihat di papan dengan mikrosirkuit digital, tujuannya adalah sama.

Keuntungan pengulang adalah sama dengan perpaduan, atau, untuk meletakkannya dengan cara lain, tidak ada keuntungan sama ada. Kemudian mengapa skim seperti itu? Di sini adalah agak sesuai untuk mengingatkan bahawa terdapat litar transistor - pengikut pemancar, tujuan utama yang sesuai dengan cascades dengan resistensi input yang berbeza. Cascades serupa (repeater) juga dipanggil buffer.

Rintangan input repeater pada op-amp dikira sebagai produk impedans input op-amp oleh keuntungannya. Sebagai contoh, untuk UD708 yang disebutkan, impedans input adalah lebih kurang 0.5 MΩ, keuntungan itu sekurang-kurangnya 30,000, dan mungkin lebih. Jika anda mengalikan nombor ini, maka impedans input adalah 15 GΩ, yang boleh dibandingkan dengan penentangan penebat yang tidak berkualiti tinggi, seperti kertas. Keputusan yang tinggi ini tidak dapat dicapai dengan pengikut pemancar konvensional.

Sehingga penerangannya tidak ragu-ragu, di bawah adalah angka yang menunjukkan operasi semua litar yang dijelaskan dalam Multisim simulator program. Sudah tentu, semua skim ini boleh dipasang pada papan roti, tetapi tidak hasil yang paling teruk dapat diperoleh pada skrin monitor.

Sebenarnya, ia lebih baik di sini: anda tidak perlu pergi ke suatu tempat di atas rak untuk menukar perintang atau mikroskop. Di sini segala-galanya, bahkan alat ukur, berada dalam program, dan "mendapat" menggunakan mouse atau keyboard.

Rajah 2 menunjukkan litar pengulang yang dibuat dalam program Multisim.

Rajah 2

Kajian litar agak mudah. Isyarat sinusoidal dengan kekerapan 1 KHz dan amplitud 2 V digunakan pada input pengulang dari penjana berfungsi seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3

Isyarat pada input dan output repeater diperhatikan oleh oscilloscope: isyarat input dipaparkan oleh balok biru, balok output adalah merah.

Rajah 4

Dan mengapa, pembaca penuh perhatian akan bertanya, isyarat output (merah) dua kali lebih besar sebagai input biru? Semuanya sangat mudah: dengan kepekaan yang sama dari saluran oscilloscope, kedua sinusoid dengan amplitud dan fase yang sama bergabung menjadi satu, bersembunyi di belakang satu sama lain.

Untuk membuat kedua-duanya sekaligus, kita terpaksa mengurangkan kepekaan salah satu saluran, dalam hal ini masukan. Hasilnya, gelombang sinus biru menjadi betul-betul separuh saiz pada skrin, dan berhenti bersembunyi di belakang merah. Walaupun untuk mencapai apa-apa keputusan, anda hanya dapat memindahkan sinar dengan kawalan oscilloscope, meninggalkan sensitiviti saluran yang sama.

Kedua-dua sinusoid terletak bersimetri relatif kepada paksi masa, yang menunjukkan bahawa komponen tetap isyarat adalah sama dengan sifar. Dan apa yang akan berlaku jika komponen DC kecil ditambah kepada isyarat input? Penjana maya membolehkan anda mengalihkan gelombang sinus sepanjang paksi Y. Mari cuba beralih ke atas dengan 500mV.

Rajah 5

Apa yang keluar dari ini ditunjukkan dalam Rajah 6.

Rajah 6

Adalah ketara bahawa input dan output sinusoid meningkat sebanyak setengah volt, sementara tidak berubah sama sekali. Ini menunjukkan bahawa repeater dengan tepat menghantar komponen pemalar isyarat secara tepat. Tetapi selalunya mereka cuba menyingkirkan komponen malar ini, menjadikannya sama dengan sifar, yang mengelakkan penggunaan elemen litar seperti kapasitor pemisah interstage.

Pengulang adalah, tentu saja, baik dan cantik: tiada butiran tambahan diperlukan (walaupun terdapat litar pengulang dengan tambahan "kecil"), tetapi mereka tidak menerima apa-apa keuntungan.Penguat jenis apa ini? Untuk mendapatkan penguat, hanya tambah beberapa butiran, bagaimana untuk melakukan ini akan diterangkan kemudian.

Mengalihkan penguat

Untuk membuat penguat terbalik dari op-amp, cukup untuk menambah hanya dua perintang. Apa yang datang dari ini ditunjukkan dalam Rajah 7.

Rajah 7. Litar penguat inverter

Keuntungan penguat sedemikian dikira oleh formula K = - (R2 / R1). Tanda minus tidak bermakna penguat ternyata buruk, tetapi hanya isyarat keluaran yang bertentangan dalam fasa ke input. Tidak hairanlah penguat dipanggil pembalikkan. Di sini adalah wajar untuk mengingatkan transistor termasuk dalam skema dengan OE. Terdapat juga isyarat keluaran pada pengumpul transistor dalam antiphase dengan isyarat masukan yang dibekalkan ke pangkalan.

Ini adalah di mana ia perlu diingat berapa banyak usaha yang perlu anda lakukan untuk mendapatkan sinusoid tanpa tulen pada pengumpul transistor. Ia dikehendaki untuk memilih kecenderungan berdasarkan transistor sewajarnya. Ini, sebagai peraturan, agak rumit, bergantung pada banyak parameter.

Apabila menggunakan op-amp, cukup untuk mengira rintangan perintang sesuai dengan rumus dan mendapatkan keuntungan tertentu. Ternyata penubuhan litar pada op-amp jauh lebih mudah daripada membuat beberapa cascode transistor. Oleh itu, seseorang tidak perlu takut bahawa skim itu tidak akan berfungsi, ia tidak akan berfungsi.

Rajah 8

Di sini segala-galanya sama dengan angka-angka sebelumnya: isyarat masukan ditunjukkan dalam warna biru, ia berwarna merah selepas penguat. Segala sepadan dengan formula K = - (R2 / R1). Isyarat output adalah dalam antiphase dengan input (yang sepadan dengan tanda tolak dalam formula), dan amplitud isyarat keluaran adalah tepat dua kali input. Yang juga benar dengan nisbah (R2 / R1) = (20/10) = 2. Untuk membuat keuntungan, sebagai contoh, 10, cukup untuk meningkatkan rintangan perintang R2 hingga 100KΩ.

Malah, litar penguat terbalik boleh agak rumit, seperti pilihan ditunjukkan dalam Rajah 9.

Rajah 9Membalikkan litar penguat

Bahagian baru muncul di sini - resistor R3 (sebaliknya, ia hanya hilang dari litar terdahulu). Tujuannya adalah untuk mengimbangi arus input opamp sebenar untuk mengurangkan ketidakstabilan suhu komponen DC pada output. Nilai perintang ini dipilih oleh formula R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).

Opamps moden yang sangat stabil membenarkan input bukan penyongsang disambungkan kepada dawai biasa tanpa resistor R3. Walaupun kehadiran elemen ini tidak akan melakukan apa-apa yang buruk, tetapi pada skala pengeluaran semasa, apabila mereka menyimpan segala-galanya, mereka memilih untuk tidak memasang perintang ini.

Rumus untuk mengira penguat terbalik ditunjukkan dalam Rajah 10. Mengapakah dalam angka tersebut? Ya, hanya untuk kejelasan, dalam satu baris teks mereka tidak kelihatan begitu biasa dan difahami, tidak akan begitu ketara.

Rajah 10

Mengenai keuntungan tersebut disebut tadi. Di sini, rintangan input dan output penguat bukan penyongsang perlu diperhatikan. Semuanya seolah-olah jelas dengan rintangan masukan: ternyata sama dengan rintangan perintang R1, tetapi rintangan keluaran perlu dikira mengikut formula yang ditunjukkan dalam Rajah 11.

Huruf K "menandakan pekali rujukan op-amp. Di sini, sila, hitung apa impedans keluaran akan sama dengan. Ini akan menjadi angka yang agak kecil, walaupun untuk op-amp biasa seperti UD7 dengan K "sama dengan tidak lebih daripada 30,000. Dalam hal ini, ini adalah baik: selepas itu, semakin rendah impedans keluaran cascade (ini berlaku bukan sahaja pada cascades pada op-amp) , sudah tentu, dalam had, lata ini boleh dihubungkan.

Kenyataan berasingan harus dibuat mengenai unit dalam penyebut formula untuk mengira rintangan output. Katakan bahawa nisbah R2 / R1 adalah, sebagai contoh, 100. Ini adalah nisbah yang diperolehi dalam kes keuntungan penguat terbalik 100.Ternyata jika unit ini dibuang, maka tidak akan berubah banyak. Malah, ini tidak sepenuhnya benar.

Anggapkan bahawa rintangan resistor R2 adalah sifar, seperti dalam hal pengulang. Kemudian, tanpa perpaduan, seluruh penyebut menjadi sifar, dan rintangan output juga sifar. Dan jika sifar ini muncul di suatu tempat dalam penyebut formula, bagaimana anda boleh membahagikannya? Oleh itu, adalah mustahil untuk menyingkirkan unit yang kelihatan tidak penting ini.

Dalam satu artikel, walaupun cukup besar, jangan tulis sahaja. Oleh itu, anda akan mempunyai segala yang tidak sesuai untuk dijelaskan dalam artikel seterusnya. Akan ada penerangan mengenai penguat yang tidak terbalik, penguat berbeza, penguat kuasa unipolar. Penerangan juga akan diberikan litar mudah untuk memeriksa opamp.

Boris Aladyshkin