Circuite amplificatoare operaționale de feedback

comparatoare

Dacă utilizați un amplificator operațional fără feedback negativ (OOS), atunci putem spune cu siguranță ce se întâmplă comparator. Pentru a înțelege cum funcționează, puteți face câteva experimente simple, dar vizuale. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de puțin: amplificatorul operațional în sine, o sursă de alimentare cu o tensiune de 9 ... 25V, mai multe rezistențe, o pereche de LED-uri și un voltmetru (multimetru digital).

Cea mai simplă sondă logică este asamblată din LED-uri și rezistențe, așa cum se arată în figura 1.

Când se aplică o tensiune pozitivă la intrarea sondei (puteți alimenta chiar + U), LED-ul roșu se aprinde, iar dacă intrarea este conectată la un fir comun, cel verde se aprinde. Cu ajutorul unei astfel de sonde, starea de ieșire a amplificatorului operațional testat devine clară și inteligibilă.

Ca un „iepure” experimental, orice dintre care nu este de foarte bună calitate și scump este potrivit amplificator operațional, de exemplu, KR140UD608 (708) în cutii din plastic sau K140UD6 (7) în metal rotund.

Figura 1. Schema unei sonde logice simple

Trebuie menționat că, în ciuda diferitelor cazuri, identificarea acestor microcircuite este aceeași și corespunde cu cea prezentată în diagramele de mai jos. Se întâmplă adesea ca identificarea carcaselor din plastic și metal să nu se potrivească, deși sunt de fapt aceleași microcircuite. Acum, cele mai multe amplificatoare operaționale, în special cele importate, sunt disponibile în cutii din plastic și totul funcționează bine și perfect și nu există nicio confuzie cu ace. Și înainte, astfel de microcircuite „din plastic” erau numite cu dispreț „bunuri de consum” de către specialiști.

Figura 2. Schema unui amplificator operațional

Pentru primele experimente, asamblam circuitul prezentat în figura 2. Nu s-a făcut foarte mult aici: amplificatorul operațional în sine și sonda logică prezentată în figura 1 sunt conectate la o sursă de alimentare unipolară. Tensiune de alimentare + U unipolare 9 ... 30V. Mărimea stresului din experimentele noastre nu are o importanță deosebită.

Aici poate apărea o întrebare complet legitimă: „De ce este logică sonda, deoarece amplificatorul operațional este un element analog?” Da, dar în acest caz, amplificatorul operațional nu funcționează în modul câștig, ci în modul comparator și are doar două niveluri de ieșire. O tensiune apropiată de 0V se numește zero logic, iar o tensiune apropiată de + U este o unitate logică. În cazul puterii bipolare, o tensiune apropiată de –U corespunde unui zero logic.

Atunci când aplicați o tensiune de alimentare, unul dintre LED-urile trebuie să fie aprins. Este imposibil să răspundeți la întrebarea care este, roșu sau verde, deoarece totul depinde de parametrii unui amplificator operațional particular și de condițiile externe, de exemplu, interferența rețelei. Dacă luați mai multe din același tip de op-amp, rezultatele vor fi foarte diferite.

Tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional este controlată de un voltmetru: dacă LED-ul roșu este aprins, voltmetrul va afișa o tensiune apropiată de + U, iar dacă LED-ul verde este aprins, tensiunea va fi aproape zero.

Acum puteți încerca să aplicați o anumită tensiune la intrări și să priviți indicatorii și voltmetrul cum se va comporta amplificatorul operațional. Cea mai simplă modalitate este de a aplica tensiunea prin atingerea unui deget la rândul său al fiecărei intrări a amplificatorului operațional, iar celălalt al unuia dintre pinii de putere. În acest caz, strălucirea sondei și citirea voltmetrului ar trebui să se schimbe. Dar aceste schimbări pot să nu apară.

Cert este că unele amplificatoare operaționale sunt proiectate pentru ca tensiunea de intrare să fie în anumite limite: puțin mai mare decât tensiunea de la terminalul 4 și puțin mai mică decât tensiunea de alimentare la terminalul 7. Aceasta este „ceva mai mică, mai mare” este 1. ... 2B. Pentru a continua experimentele, îndeplinind condiția indicată, va fi necesară asamblarea unei scheme ceva mai complexe, prezentată în figura 3.

Figura 3 Circuite operaționale amplificatoare de feedback

Acum, tensiunea este furnizată la intrări folosind rezistențe variabile R1, R2, ale căror motoare ar trebui instalate lângă poziția de mijloc înainte de începerea măsurătorilor. Voltmetrul s-a mutat acum într-un alt loc: va afișa diferența de tensiune între intrările directe și cele invers.

Este mai bine dacă acest voltmetru este digital: polaritatea tensiunii se poate schimba, un indicator minus va apărea pe indicatorul dispozitivului digital, iar dispozitivul indicator va „rula” pur și simplu în direcția opusă. (Puteți utiliza un voltmetru de indicator cu un punct de mijloc pe scară.) În plus, rezistența de intrare a unui voltmetru digital este mult mai mare decât cea a unui indicator, astfel încât rezultatele măsurării vor fi mai precise. Starea de ieșire va fi determinată de indicatorul LED.

Este potrivit să oferiți astfel de sfaturi: este mai bine să faceți aceste experimente simple cu propriile mâini și nu doar să citiți și să decideți că totul este simplu și clar. Acesta este modul de a citi tutorialul chitara, în timp ce nu ridica niciodată chitara. Așa că hai să începem.

Primul lucru de făcut este să setați motoarele cu rezistență variabilă la aproximativ poziția din mijloc, în timp ce tensiunea la intrările amplificatorului operațional este aproape de jumătate din tensiunea de alimentare. Sensibilitatea voltmetrului trebuie maximizată, dar poate nu imediat, ci treptat, pentru a nu arde dispozitivul.

Să presupunem că ieșirea amplificatorului operațional este scăzută, LED-ul verde este aprins. Dacă nu este așa, atunci această stare poate fi obținută prin rotirea rezistenței variabile R1 în așa fel încât motorul să se deplaseze în jos pe circuit - poate fi practic până la 0V.

Acum, folosind rezistența variabilă R1, începem să adăugăm tensiune la intrarea directă a amplificatorului operațional (pinul 3), observând citirile voltmetrului. De îndată ce voltmetrul arată o tensiune pozitivă (tensiunea la intrarea directă (borna 3) este mai mare decât cea la invers (borna 2)), LED-ul roșu se va aprinde. Prin urmare, tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional este ridicată sau, așa cum s-a convenit anterior, o unitate logică.

Un mic ajutor

Mai precis, nici măcar o unitate logică, ci un nivel ridicat: o unitate logică indică adevărul semnalului, spun ei, a avut loc un eveniment. Dar acest adevăr, această unitate logică poate fi exprimată și nivel scăzut. Ca exemplu, putem aminti interfața RS-232, în care o tensiune negativă corespunde unei unități logice, în timp ce un zero logic are o tensiune pozitivă. Deși în alte scheme, unitatea logică este cel mai adesea exprimată la un nivel ridicat.

Ne continuăm experiența științifică. Începem să rotim cu atenție și încet rezistența R1 în direcția opusă, urmând voltmetrul. La un moment dat, va apărea zero, dar LED-ul roșu va fi încă luminat. Este puțin probabil să prindem o poziție în care ambele LED-uri sunt stinse.

Odată cu rotirea suplimentară a rezistenței, polaritatea citirilor voltmetrului se va schimba și în negativ. Acest lucru sugerează că tensiunea la intrare inversă (2) în valoare absolută este mai mare decât la intrarea directă (3). LED-ul verde se aprinde, indicând un nivel scăzut la ieșirea amplificatorului operațional. După aceea, puteți continua să rotiți rezistența R1 în aceeași direcție, dar nu se vor produce modificări: LED-ul verde nu se stinge și nici măcar nu schimbă luminozitatea.

Acest fenomen apare atunci când amplificatorul operațional este în modul comparator, adică. fără feedback negativ (uneori chiar și cu PIC).Dacă amplificatorul oprește în modul liniar, este acoperit de feedback negativ (OOS), atunci când motorul rezistent R1 se rotește, tensiunea de ieșire se modifică proporțional cu unghiul de rotație, citiți diferența de tensiune la intrări și deloc un pas. În acest caz, luminozitatea LED-ului poate fi modificată fără probleme.

Din toate cele de mai sus, putem concluziona: tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional depinde de diferența de tensiune la intrări. În cazul în care tensiunea la intrarea directă este mai mare decât la invers, tensiunea de ieșire este ridicată. În caz contrar (tensiunea pe invers este mai mare decât pe cea directă), nivelul de ieșire este un zero logic.

La începutul acestui experiment, s-a recomandat instalarea motoarelor de rezistență R1, R2 aproximativ în poziția de mijloc. Și ce se va întâmpla dacă le setați inițial pe o treime din cifra de afaceri sau două treimi? Da, de fapt nimic nu se va schimba, totul va funcționa în același mod descris mai sus. Din aceasta putem concluziona că semnalul de la ieșirea amplificatorului operațional nu depinde de valoarea absolută a tensiunilor la intrările directe și invers. Și depinde doar de diferența de tensiune.

Din toate cele spuse, se poate trage o concluzie mai importantă: un amplificator operațional fără feedback este un comparator - un comparator. În acest caz, tensiunea de referință sau de referință se aplică la o intrare, iar tensiunea, a cărei valoare trebuie controlată, la cealaltă intrare. Ce intrare pentru alimentarea tensiunii de referință este decisă în timpul dezvoltării circuitului.

Ca exemplu, figura 4 prezintă o diagramă. cronometru integrat NE555la intrarea căruia există imediat 2 comparatori interni DA1 și DA2.

Figura 4Circuitul de cronometru integrat NE555

Scopul lor este de a gestiona interiorul Declanșator RS. Logica de control este destul de simplă: unitatea logică din ieșirea comparatorului DA2 setează declanșatorul la unul, iar unitatea logică din ieșirea comparatorului DA1 resetează declanșatorul.

Un împărțitor este montat pe rezistențele R1 ... R3, care furnizează tensiuni de referință la intrările comparatoarelor. Toate cele trei rezistențe au aceeași rezistență (5K), formând 2/3 și 1/3 din tensiunea de alimentare, care sunt furnizate, respectiv, intrării de inversare DA1 și intrării DA2 neinvertitoare.

În ceea ce privește cele scrise mai sus, se dovedește că unitatea logică la ieșirea comparatorului DA1 se obține dacă tensiunea de intrare la intrarea directă depășește tensiunea de referință la invers (2 / 3Upit), declanșatorul este resetat la zero.

Pentru a seta declanșatorul la 1, trebuie să obțineți un nivel ridicat la ieșirea comparatorului DA2 intern. Această condiție va fi atinsă când nivelul de tensiune la intrarea inversată DA2 este mai mic de 1 / 3Upit. Este o astfel de tensiune de referință aplicată la intrarea directă a comparatorului DA2.

Aici obiectivul descrierii cronometrului integrat NE555 nu este stabilit, doar ca un exemplu de utilizare a amplificatorului opțional, comparatoarele de intrare sunt afișate ascunse în interiorul microcircuitului. Pentru cei interesați de utilizarea cronometrului 555, puteți recomanda citirea articolului "Cronometru integrat NE555".

Vezi și: Circuite amplificatoare operaționale de feedback

Boris Aladyshkin