Feedback operationele versterker circuits

vergelijkers

Als u een operationele versterker zonder negatieve feedback (OOS) gebruikt, kunnen we zeker zeggen wat er gebeurt comparator. Om te begrijpen hoe het werkt, kunt u enkele eenvoudige, maar visuele experimenten uitvoeren. Daar heb je een beetje voor nodig: de operationele versterker zelf, een voeding met een spanning van 9 ... 25V, verschillende weerstanden, een paar LED's en een voltmeter (digitale multimeter).

De eenvoudigste logische sonde is samengesteld uit LED's en weerstanden, zoals weergegeven in figuur 1.

Wanneer een positieve spanning op de sondeingang wordt aangelegd (u kunt zelfs + U leveren), licht de rode LED op en als de ingang is verbonden met een gemeenschappelijke draad, licht de groene op. Met behulp van een dergelijke sonde wordt de uitgangstoestand van de geteste operationele versterker duidelijk en begrijpelijk.

Als een experimenteel 'konijn' is iemand die niet van zeer hoge kwaliteit en duur is, geschikt operationele versterkerbijvoorbeeld KR140UD608 (708) in plastic behuizingen of K140UD6 (7) in rond metaal.

Figuur 1. Schema van een eenvoudige logische sonde

Opgemerkt moet worden dat ondanks de verschillende gevallen de pinout van deze microschakelingen hetzelfde is en overeenkomt met die in de onderstaande diagrammen. Het komt vaak voor dat de pinout van plastic en metalen behuizingen niet overeenkomt, hoewel het in feite dezelfde microschakelingen zijn. Nu zijn de meeste operationele versterkers, vooral geïmporteerde, beschikbaar in plastic behuizingen, en alles werkt goed en perfect, en er is geen verwarring met de pinouts. En voorheen werden dergelijke 'plastic' microschakelingen door specialisten minachtend 'consumentengoederen' genoemd.

Figuur 2. Schema op een operationele versterker

Voor de eerste experimenten assembleren we de schakeling in figuur 2. Hier is niet veel gedaan: de operationele versterker zelf en de logische sonde in figuur 1 zijn verbonden met een unipolaire stroombron. Voedingsspanning + U unipolair 9 ... 30V. De omvang van de stress in onze experimenten is niet van bijzonder belang.

Hier kan een volledig legitieme vraag rijzen: "Waarom is de sonde logisch, omdat de operationele versterker een analoog element is?" Ja, maar in dit geval werkt de operationele versterker niet in de versterkingsmodus, maar in de vergelijkingsmodus en heeft deze slechts twee uitgangsniveaus. Een spanning in de buurt van 0V wordt een logische nul genoemd en een spanning in de buurt van + U is een logische eenheid. In het geval van bipolaire stroom komt een spanning dicht bij –U overeen met een logische nul.

Wanneer een voedingsspanning wordt aangelegd, moet een van de LED's branden. Het is onmogelijk om de vraag te beantwoorden, rood of groen, omdat alles afhankelijk is van de parameters van een bepaalde operationele versterker en van externe omstandigheden, bijvoorbeeld netwerkinterferentie. Als u meerdere van hetzelfde type op-amp neemt, zullen de resultaten heel anders zijn.

De spanning aan de uitgang van de operationele versterker wordt geregeld door een voltmeter: als de rode LED brandt, geeft de voltmeter een spanning dicht bij + U aan en als de groene LED brandt, is de spanning bijna nul.

Nu kunt u proberen wat spanning op de ingangen te leggen en te kijken naar de indicatoren en voltmeter hoe de operationele versterker zich zal gedragen. De eenvoudigste manier is om spanning toe te passen door één vinger aan te raken om de beurt van elke ingang van de operationele versterker en de andere van een van de voedingspinnen. In dit geval zouden de gloed van de sonde en de voltmeter moeten veranderen. Maar deze veranderingen kunnen niet voorkomen.

Het punt is dat sommige operationele versterkers zijn ontworpen om ervoor te zorgen dat de spanning op de ingangen binnen bepaalde grenzen is: iets hoger dan de spanning op klem 4 en iets lager dan de voedingsspanning op klem 7. Dit "iets lager, hoger" is 1 ... 2B. Om door te gaan met de experimenten, nadat aan de aangegeven voorwaarde is voldaan, moet een iets complexer schema worden samengesteld, weergegeven in figuur 3.

Figuur 3 Feedbackcircuit operationele circuits

Nu wordt de spanning aan de ingangen geleverd met behulp van variabele weerstanden R1, R2, waarvan de motoren in de buurt van de middelste positie moeten worden geïnstalleerd voordat de metingen worden gestart. De voltmeter is nu naar een andere plaats verplaatst: deze toont het spanningsverschil tussen de directe en omgekeerde ingangen.

Het is beter als deze voltmeter digitaal is: de polariteit van de spanning kan veranderen, een minteken verschijnt op de indicator van het digitale apparaat en het aanwijsapparaat "rolt gewoon" in de tegenovergestelde richting. (U kunt een pointer-voltmeter gebruiken met een middelpunt op de schaal.) Bovendien is de ingangsweerstand van een digitale voltmeter veel hoger dan die van een pointer, zodat de meetresultaten nauwkeuriger zijn. De uitgangsstatus wordt bepaald door de LED-indicator.

Het is gepast om dergelijk advies te geven: het is beter om deze eenvoudige experimenten met uw eigen handen te doen, en niet alleen te lezen en te beslissen dat alles eenvoudig en begrijpelijk is. Zo lees je de gitaarstudie, zonder de gitaar op te pakken. Laten we beginnen.

Het eerste wat u moet doen, is de motoren met variabele weerstand op ongeveer de middelste positie zetten, terwijl de spanning aan de ingangen van de operationele versterker bijna de helft van de voedingsspanning is. De gevoeligheid van de voltmeter moet worden gemaximaliseerd, maar misschien niet onmiddellijk, maar geleidelijk, om het apparaat niet te verbranden.

Stel dat de uitgang van de operationele versterker laag is, de groene LED brandt. Als dit niet zo is, kan deze toestand worden bereikt door de variabele weerstand R1 zodanig te roteren dat de motor langs het circuit naar beneden beweegt - deze kan praktisch tot 0V zijn.

Nu, met behulp van de variabele weerstand R1, beginnen we spanning toe te voegen aan de directe ingang van de operationele versterker (pin 3), met inachtneming van de voltmeterwaarden. Zodra de voltmeter een positieve spanning aangeeft (de spanning op de directe ingang (klem 3) is groter dan die op de inverse (klem 2)), gaat de rode LED branden. Daarom is de spanning aan de uitgang van de operationele versterker hoog of, zoals eerder overeengekomen, een logische eenheid.

Een beetje hulp

Meer precies, zelfs geen logische eenheid, maar een hoog niveau: een logische eenheid geeft de waarheid van het signaal aan, zeggen ze, er heeft zich een gebeurtenis voorgedaan. Maar deze waarheid, deze logische eenheid kan worden uitgedrukt en laag niveau. Als voorbeeld kunnen we de RS-232-interface oproepen, waarin een negatieve spanning overeenkomt met een logische eenheid, terwijl een logische nul een positieve spanning heeft. Hoewel in andere schema's de logische eenheid meestal wordt uitgedrukt op een hoog niveau.

We zetten onze wetenschappelijke ervaring voort. We beginnen de weerstand R1 voorzichtig en langzaam in de tegenovergestelde richting te draaien, de voltmeter volgend. Op een bepaald punt zal het nul tonen, maar de rode LED blijft branden. Het is onwaarschijnlijk dat een positie wordt vastgelegd waarin beide LED's uit zijn.

Met verdere rotatie van de weerstand zal de polariteit van de voltmeterwaarden ook negatief worden. Dit suggereert dat de spanning op de inverse ingang (2) in absolute waarde hoger is dan op de directe ingang (3). De groene LED licht op, wat een laag niveau aan de uitgang van de operationele versterker aangeeft. Daarna kunt u doorgaan met het roteren van de weerstand R1 in dezelfde richting, maar er zullen geen veranderingen optreden: de groene LED gaat niet uit en zal zelfs de helderheid helemaal niet veranderen.

Dit fenomeen doet zich voor wanneer de operationele versterker zich in de vergelijkingsmodus bevindt, d.w.z. zonder negatieve feedback (soms zelfs met PIC).Als de op-amp in lineaire modus werkt, wordt gedekt door negatieve feedback (OOS), dan verandert de uitgangsspanning wanneer de weerstand R1-motor draait in verhouding tot de rotatiehoek, lees het spanningsverschil aan de ingangen, en helemaal niet een stap. In dit geval kan de helderheid van de LED soepel worden gewijzigd.

Uit het bovenstaande kunnen we concluderen: de spanning aan de uitgang van de operationele versterker hangt af van het verschil in spanning aan de ingangen. In het geval dat de spanning op de directe ingang hoger is dan op de inverse, is de uitgangsspanning hoog. Anders (de spanning op de inverse is hoger dan op de directe), is het uitgangsniveau een logische nul.

Aan het begin van dit experiment werd aanbevolen om de weerstandsmotoren R1, R2 ongeveer in de middelste positie te installeren. En wat gebeurt er als u ze aanvankelijk op een derde van de omzet of tweederde zet? Ja, eigenlijk verandert er niets, alles werkt op dezelfde manier als hierboven beschreven. Hieruit kunnen we concluderen dat het signaal aan de uitgang van de operationele versterker niet afhankelijk is van de absolute waarde van de spanningen op de directe en omgekeerde ingangen. En het hangt alleen af ​​van het spanningsverschil.

Uit alles wat gezegd is, kan nog een belangrijke conclusie worden getrokken: een operationele versterker zonder feedback is een comparator - een comparator. In dit geval wordt de referentie of referentiespanning aangelegd op de ene ingang en de spanning, waarvan de waarde moet worden geregeld, op de andere ingang. Welke ingang voor het leveren van de referentiespanning wordt bepaald tijdens de ontwikkeling van het circuit.

Als een voorbeeld toont figuur 4 een diagram. geïntegreerde timer NE555aan de ingang waarvan er onmiddellijk 2 interne vergelijkers DA1 en DA2 zijn.

Figuur 4Geïntegreerd tijdcircuit NE555

Hun doel is het interne te beheren RS trigger. De besturingslogica is vrij eenvoudig: de logische eenheid van de uitgang van de comparator DA2 stelt de trigger in op één, en de logische eenheid van de uitgang van de comparator DA1 reset de trigger.

Een deler is gemonteerd op weerstanden R1 ... R3, die referentiespanningen levert aan de ingangen van de comparators. Alle drie weerstanden hebben dezelfde weerstand (5K), die 2/3 en 1/3 van de voedingsspanning vormen, die respectievelijk worden toegevoerd aan de inverterende ingang DA1 en aan de niet-inverterende ingang DA2.

In termen van wat hierboven is geschreven, blijkt dat de logische eenheid aan de uitgang van de comparator DA1 wordt verkregen als de ingangsspanning op de directe ingang de referentiespanning aan de inverse (2 / 3Upit) overschrijdt, de trigger wordt gereset naar nul.

Om de trigger op 1 te zetten, moet u een hoog niveau krijgen aan de uitgang van de interne comparator DA2. Deze voorwaarde wordt bereikt wanneer het spanningsniveau op de geïnverteerde ingang DA2 minder is dan 1 / 3Upit. Het is zo'n referentiespanning die wordt aangelegd op de directe ingang van de comparator DA2.

Hier is het doel van de beschrijving van de NE555-geïntegreerde timer niet ingesteld, net als een voorbeeld van het gebruik van de op-amp, worden inputcomparators verborgen in de microcircuit getoond. Degenen die geïnteresseerd zijn in het gebruik van de 555-timer, kunnen het artikel lezen "Geïntegreerde timer NE555".

Zie ook: Feedback operationele versterkingscircuits

Boris Aladyshkin