Τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ? Είναι πολύ απλό! Μη αντιστρεπτικός ενισχυτής Op-amp. Αρχή λειτουργίας

Καλή μέρα. Στο τελευταίο άρθρο μίλησα για τη διατροφή. Σε αυτό το άρθρο, θα μιλήσω για τη χρήση Op-amp σε γραμμικά κυκλώματα.

Ακολουθητής τάσης

Το πρώτο κύκλωμα για το οποίο θα μιλήσω είναι το κύκλωμα ενισχυτή απολαβής μονάδας (ενισχυτής μονάδας) ή το λεγόμενο. Το κύκλωμα αυτού του ενισχυτή φαίνεται παρακάτω.

Ενισχυτής απολαβής μονάδας (ακόλουθος τάσης).

Αυτό το κύκλωμα είναι μια τροποποίηση, η διαφορά είναι ότι δεν υπάρχει αντίσταση ανάδρασης και αντίσταση στην είσοδο αναστροφής. Έτσι, η τάση από την έξοδο του οπ-ενισχυτή τροφοδοτείται πλήρως στην αντιστρεπτική είσοδο του οπ-ενισχυτή και, κατά συνέπεια, ο συντελεστής μεταφοράς ανάδρασης είναι ίσος με ένα (β = 1).

Ως γνωστόν, αντίσταση εισόδουΟ ενισχυτής ανατροφοδότησης ορίζεται από την ακόλουθη έκφραση

• όπου R BX είναι η σύνθετη αντίσταση εισόδου του λειτουργικού συστήματος χωρίς λειτουργικό σύστημα,

Στη συνέχεια, για τον ακολουθητή τάσης, η αντίσταση εισόδου θα μοιάζει

Η σύνθετη αντίσταση εξόδου του ενισχυτή ανατροφοδότησης είναι η ακόλουθη έκφραση

• όπου R BYX είναι η σύνθετη αντίσταση εισόδου του λειτουργικού συστήματος χωρίς λειτουργικό σύστημα,
• β είναι ο συντελεστής μετάδοσης του κυκλώματος ΛΣ,
• K είναι το κέρδος του ΛΣ χωρίς ΛΣ.

Εφόσον ο ακολουθητής τάσης έχει συντελεστή μεταφοράς ανάδρασης ίσο με ένα (β = 1), η αντίσταση εξόδου θα έχει την ακόλουθη μορφή

Ένα παράδειγμα υπολογισμού των παραμέτρων ενός ακολουθητή τάσης

Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε τον ακολουθητή τάσης στον op-amp, ο οποίος έχει κέρδος K U = 80 (38 dB) στην απαιτούμενη συχνότητα, σύνθετη αντίσταση εισόδου R BX = 500 kOhm, σύνθετη αντίσταση εξόδου R BYX = 300 Ohm.

Η σύνθετη αντίσταση εισόδου του ακολουθητή τάσης θα είναι

Η σύνθετη αντίσταση εξόδου του ακολουθητή τάσης θα είναι

Μειονεκτήματα του απλούστερου κυκλώματος παρακολούθησης τάσης

Λόγω του γεγονότος ότι το κέρδος ενός ενισχυτή λειτουργίας με λειτουργικό σύστημα ανοιχτού κυκλώματος αλλάζει με τη συχνότητα (με την αύξηση της συχνότητας, το κέρδος μειώνεται), επομένως οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου εξαρτώνται επίσης από τη συχνότητα (με την αύξηση της συχνότητας, η αντίσταση εισόδου μειώνεται και η αντίσταση εξόδου αυξάνεται).

Εάν το σήμα εισόδου έχει μια αρκετά μεγάλη συνιστώσα DC και μια σημαντική ταλάντευση πλάτους, τότε μπορεί να προκύψει μια κατάσταση κατά την υπέρβαση του ορίου των τάσεων εισόδου κοινού τρόπου λειτουργίας. Για να εξαλειφθεί αυτό το πρόβλημα, πρέπει να εφαρμοστεί ένα σήμα στη μη αναστρέφουσα είσοδο μέσω ενός πυκνωτή αποσύνδεσης και μια αντίσταση πρέπει να συνδεθεί μεταξύ της μη αναστρέφουσας εισόδου και της γείωσης, ωστόσο, αυτή η αντίσταση θα επηρεάσει την αντίσταση εισόδου του επαναλήπτη.

Ένας άλλος τρόπος βελτίωσης των παραμέτρων ενός ακολουθητή τάσης, που προτείνεται από τους κατασκευαστές op-amp, είναι η συμπερίληψη αντιστάσεων με την ίδια αντίσταση στο κύκλωμα του λειτουργικού συστήματος και μεταξύ της μη αναστρέφουσας εισόδου και της «γείωσης». Σε αυτήν την περίπτωση, το κέρδος του op-amp θα είναι επίσης ίσο με τη μονάδα, αλλά η αντίσταση εισόδου και εξόδου θα εξαρτηθεί από τις εξωτερικές αντιστάσεις και όχι από τις παραμέτρους του op-amp.

Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να βελτιώσετε τις παραμέτρους ενός μόνο ενισχυτή είναι ένα κύκλωμα στο οποίο, μετά το κύκλωμα παρακολούθησης τάσης, ενεργοποιείτε έναν ενισχυτή ισχύος που παρέχει μεγάλο ρεύμα εξόδου. Σε αυτήν την περίπτωση, το κέρδος τάσης θα είναι περίπου μονάδα και το ρεύμα ανάδρασης καθορίζεται από το χαρακτηριστικό του ενισχυτή ισχύος (οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου πολλαπλασιάζονται με τα κέρδη και των δύο ενισχυτών).

Ενισχυτής χωρίς αναστροφή

Αφού αναλύσουμε τον ακολουθητή τάσης, ο οποίος, στην πραγματικότητα, είναι ένας μη αντιστρεφόμενος ενισχυτής με κέρδος ίσο με μονάδα, ας προχωρήσουμε στην εξέταση ενός κυκλώματος ενισχυτή χωρίς αναστροφή με αυθαίρετο κέρδος. Αυτός ο τύπος ενισχυτή χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι έχει υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου και χαμηλής εξόδου, το κύκλωμα του ενισχυτή φαίνεται παρακάτω.

Σχηματικό διάγραμμα μη αντιστρεφόμενου ενισχυτή.

Αυτό το κύκλωμα είναι ένα από τα τυπικά κυκλώματα για την ενεργοποίηση λειτουργικών ενισχυτών και περιέχει τον ενισχυτή DA1, την αντίσταση πόλωσης R1 και την αντίσταση ανάδρασης R2. Ο λειτουργικός ενισχυτής σε αυτό το κύκλωμα καλύπτεται από ανάδραση σειριακής τάσης, το κέρδος του κυκλώματος ανάδρασης θα είναι

Τότε η σύνθετη αντίσταση εισόδου του μη αντιστρεφόμενου ενισχυτή θα είναι

R BX.OU - σύνθετη αντίσταση εισόδου του λειτουργικού συστήματος με ανοιχτό κύκλωμα λειτουργικού συστήματος,

TO OU - συντελεστής κέρδους του op-amp με ανοιχτό κύκλωμα λειτουργικού συστήματος.

Η σύνθετη αντίσταση εξόδου ενός μη αντιστρεφόμενου ενισχυτή μπορεί να υπολογιστεί από την ακόλουθη έκφραση

R OUTPUT OU - σύνθετη αντίσταση εξόδου του OU με ανοιχτό κύκλωμα λειτουργικού συστήματος.

Μη αναστροφικό κέρδος ενισχυτή

Αυτός ο τύπος ενισχυτή έχει κάποιο επίπεδο τάσης μετατόπισης εισόδου UCM, επομένως αυτό το κύκλωμα μπορεί να εφαρμοστεί όπου το επίπεδο της τάσης μετατόπισης εισόδου δεν έχει σημαντικό αποτέλεσμα. Το επίπεδο τάσης πόλωσης στην είσοδο θα είναι

Ένα παράδειγμα υπολογισμού ενός μη αντιστρεφόμενου ενισχυτή

Υπολογίζουμε έναν μη αντιστρεφόμενο ενισχυτή, ο οποίος θα πρέπει να παρέχει κέρδος K = 10. Ως op-amp, χρησιμοποιούμε τον K157UD2, ο οποίος έχει τις ακόλουθες παραμέτρους: κέρδος (σε συχνότητα 1 kHz) K = 1800 (65 dB) , σύνθετη αντίσταση εισόδου R BX.OU = 500 kOhm, αντίσταση εξόδου R OUT.OU = 300 Ω, τάση πόλωσης U CM = 10 mV, ρεύμα εισόδου I IN ≤ 500 nA. Το σήμα εισόδου έχει επίπεδο U IN = 40 mV.

Μη αντιστρεφόμενος αθροιστής

Συνεχίζοντας το θέμα των μη αντιστρεφόμενων ενισχυτών, θα μιλήσω για έναν μη αναστροφικό αθροιστή που εκτελεί τη λειτουργία της προσθήκης σημάτων εισόδου και βρίσκει την εφαρμογή του ως γραμμικοί μείκτες σημάτων (μίξερ), για παράδειγμα, όταν πρέπει να συνδυαστούν σήματα από διάφορες πηγές και τροφοδοτείται στην είσοδο ενός ενισχυτή ισχύος. Το κύκλωμα του μη αναστροφικού αθροιστή φαίνεται παρακάτω.

Αυτό το κύκλωμα είναι ένας ενισχυτής χωρίς αναστροφή δύο εισόδων και αποτελείται από op-amp DA1, αντιστάσεις εισόδου περιορισμού ρεύματος R1 και R2, αντίσταση πόλωσης R3 και αντίσταση ανάδρασης R4.

Για αυτό το κύκλωμα, οι βασικές σχέσεις αντιστοιχούν στο κύκλωμα ενός απλού μη αναστροφικού ενισχυτή, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η τάση εισόδου στο κύκλωμα αντιστοιχεί στη μέση τάση των ακροδεκτών εισόδου

Και η αντίσταση των αντιστάσεων πρέπει να πληροί την ακόλουθη προϋπόθεση

Τα κέρδη για διαφορετικά κανάλια καθορίζονται από την ακόλουθη έκφραση

R N είναι η αντίσταση της αντίστασης εισόδου,

K N είναι το κέρδος του αντίστοιχου καναλιού ενίσχυσης.

Το κύριο μειονέκτημα του κυκλώματος μη αντιστρεπτικού αθροιστή είναι η έλλειψη σημείου μηδενικού δυναμικού, επομένως το κέρδος στις διάφορες εισόδους δεν είναι ανεξάρτητο. Αυτό το μειονέκτημα εκδηλώνεται σε περιπτώσεις όπου η εσωτερική αντίσταση των πηγών τάσης εισόδου ή μόνο μία από αυτές είναι περίπου γνωστή ή αλλάζει κατά τη λειτουργία.

Η θεωρία είναι καλή, αλλά η θεωρία χωρίς πρακτική είναι απλώς να τρέμει τον αέρα.

Το ταξίδι των δέκα χιλιάδων μιλίων ξεκινά με το πρώτο βήμα.
(Κινέζικη παροιμία)

Ήταν βράδυ, δεν υπήρχε τίποτα να κάνω ... Και έτσι ξαφνικά ήθελα να κολλήσω κάτι. Κάτι ... Ηλεκτρονικό! Ο υπολογιστής είναι διαθέσιμος, το Διαδίκτυο είναι συνδεδεμένο. Επιλέγουμε ένα σχήμα. Και ξαφνικά αποδεικνύεται ότι τα σχήματα για το αντικείμενο που συλλαμβάνεται είναι ένα βαγόνι και ένα μικρό καροτσάκι. Και ο καθένας είναι διαφορετικός. Καμία εμπειρία, λίγες γνώσεις. Ποιο να διαλέξω; Μερικά από αυτά περιέχουν κάποιου είδους ορθογώνια, τρίγωνα. Ενισχυτές, ακόμη και λειτουργικοί ... Το πώς λειτουργούν δεν είναι ξεκάθαρο. Στρα-α-άσνο! .. Κι αν καεί; Επιλέγουμε ό,τι είναι πιο απλό, σε γνωστά τρανζίστορ! Επέλεξε, συγκολλήθηκε, ενεργοποιήθηκε ... ΒΟΗΘΕΙΑ !!! Δεν δουλεύει!!! Γιατί;

Ναι, γιατί «Η απλότητα είναι χειρότερη από την κλοπή»! Είναι σαν υπολογιστής: το πιο γρήγορο και εξελιγμένο - gaming! Και για εργασίες γραφείου, το πιο απλό αρκεί. Το ίδιο συμβαίνει και με τα τρανζίστορ. Η συγκόλληση ενός κυκλώματος πάνω τους δεν αρκεί. Πρέπει ακόμα να ξέρετε πώς να το ρυθμίσετε. Πάρα πολλές «παγίδες» και «τσουγκράνα». Και αυτό απαιτεί συχνά εμπειρία που σε καμία περίπτωση δεν αποτελεί βασικό επίπεδο. Τι, να σταματήσετε μια συναρπαστική δραστηριότητα; Με κανένα τρόπο! Απλά μην φοβάστε αυτά τα «τρίγωνα-ορθογώνια». Αποδεικνύεται ότι σε πολλές περιπτώσεις είναι πολύ πιο εύκολο να δουλέψεις μαζί τους παρά με μεμονωμένα τρανζίστορ. ΑΝ ΞΕΡΕΙΣ - ΠΩΣ!

Εδώ είναι: κατανόηση του πώς λειτουργεί τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ(OU, ή στα αγγλικά OpAmp) θα κάνουμε τώρα. Ταυτόχρονα, θα εξετάσουμε το έργο του κυριολεκτικά "στα δάχτυλα", πρακτικά χωρίς να χρησιμοποιήσουμε οποιουσδήποτε τύπους, εκτός ίσως, εκτός από τον νόμο του παππού του Ohm: "Ρεύμα μέσω ενός τμήματος κυκλώματος ( Εγώ) είναι ευθέως ανάλογη με την τάση σε αυτό ( U) και αντιστρόφως ανάλογη της αντίστασής του ( R)»:
I=U/R. (1)

Καταρχήν, δεν είναι τόσο σημαντικό πώς ακριβώς είναι τοποθετημένος ο ενισχυτής λειτουργίας. Ας πάρουμε απλώς ως υπόθεση ότι είναι ένα "μαύρο κουτί" με λίγη γέμιση εκεί. Σε αυτό το στάδιο, δεν θα εξετάσουμε παραμέτρους του op-amp όπως "τάση πόλωσης", "τάση μετατόπισης", "μετατόπιση θερμοκρασίας", "χαρακτηριστικά θορύβου", "συντελεστής καταστολής κοινής λειτουργίας", "συντελεστής καταστολής κυματισμού τάσης τροφοδοσίας », «εύρος ζώνης» κ.λπ. Όλες αυτές οι παράμετροι θα είναι σημαντικές στο επόμενο στάδιο της μελέτης του, όταν οι βασικές αρχές της δουλειάς του «εγκαθιστούν» στο κεφάλι, επειδή «ήταν ομαλή στα χαρτιά, αλλά ξέχασε τις χαράδρες» ...

Προς το παρόν, ας υποθέσουμε απλώς ότι οι παράμετροι του op-amp είναι κοντά στο ιδανικό και ας εξετάσουμε μόνο τι σήμα θα είναι στην έξοδο του εάν εφαρμοστούν κάποια σήματα στις εισόδους του.

Έτσι, ο λειτουργικός ενισχυτής (op-amp) είναι ένας διαφορικός ενισχυτής συνεχές ρεύμαμε δύο εισόδους (αναστροφικές και μη) και μία έξοδο. Εκτός από αυτά, ο op-amp διαθέτει καλώδια ισχύος: θετικά και αρνητικά. Αυτά τα πέντε συμπεράσματα βρίσκονται στο σχεδόνοποιοδήποτε λειτουργικό σύστημα και είναι θεμελιωδώς απαραίτητα για τη λειτουργία του.

Ο op-amp έχει τεράστιο κέρδος, τουλάχιστον 50.000 ... 100.000, αλλά στην πραγματικότητα - πολύ περισσότερο. Επομένως, ως πρώτη προσέγγιση, μπορούμε ακόμη και να υποθέσουμε ότι ισούται με το άπειρο.

Ο όρος "διαφορικό" (το "διαφορετικό" μεταφράζεται από τα αγγλικά ως "διαφορά", "διαφορά", "διαφορά") σημαίνει ότι το δυναμικό εξόδου του op-amp επηρεάζεται αποκλειστικά από τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των εισόδων του, Ανεξάρτητααπό αυτούς απόλυτοςνόημα και πολικότητα.

Ο όρος "DC" σημαίνει ότι ο op-amp ενισχύει τα σήματα εισόδου ξεκινώντας από 0 Hz. ανώτερη περιοχή συχνοτήτων ( εύρος συχνοτήτων) των σημάτων που ενισχύονται από το op-amp εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως τα χαρακτηριστικά συχνότητας των τρανζίστορ από τα οποία αποτελείται, το κέρδος του κυκλώματος που κατασκευάζεται με τη χρήση του op-amp κ.λπ. Όμως αυτό το θέμα ξεφεύγει ήδη από τα όρια της αρχικής γνωριμίας με το έργο του και δεν θα εξεταστεί εδώ.

Οι είσοδοι Op-amp έχουν πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου ίση με δεκάδες/εκατοντάδες MegaOhm, ή ακόμα και GigaOhm (και μόνο στο αξιομνημόνευτο K140UD1, και ακόμη και στο K140UD5 ήταν μόνο 30...50 kOhm). Μια τέτοια υψηλή σύνθετη αντίσταση των εισόδων σημαίνει ότι δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στο σήμα εισόδου.

Επομένως, με υψηλό βαθμό προσέγγισης στο θεωρητικό ιδανικό, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ρεύμα δεν ρέει στις εισόδους του op-amp . Αυτό - πρώτασημαντικός κανόνας που ισχύει στην ανάλυση Λειτουργία ΛΣ. Θυμηθείτε καλά τι αφορά μόνο το ίδιο το OU, αλλά όχι συστήματα με τη χρήση του!

Τι σημαίνουν οι όροι «αντιστρέφοντας» και «μη αντιστρεφόμενο»; Σε σχέση με το τι καθορίζεται η αναστροφή και, γενικά, τι είδους «ζώο» είναι αυτό - αναστροφή σήματος;

Μετάφραση από τα λατινικά, μία από τις έννοιες της λέξης "inversio" είναι "τύλιγμα", "πραξικόπημα". Με άλλα λόγια, η αναστροφή είναι μια κατοπτρική εικόνα ( καθρέφτισμα) σήμα σε σχέση με τον οριζόντιο άξονα X(άξονας χρόνου). Στο Σχ. 1 δείχνει μερικά από τα πολλά επιλογέςαναστροφή σήματος, όπου το άμεσο σήμα (εισόδου) σημειώνεται με κόκκινο και το ανεστραμμένο (έξοδος) σήμα είναι μπλε.

Ρύζι. 1 Έννοια της αντιστροφής σήματος

Πρέπει να σημειωθεί ιδιαίτερα ότι στη γραμμή μηδέν (όπως στο Σχ. 1, Α, Β) η αντιστροφή του σήματος όχι δεμένο! Τα σήματα μπορεί να είναι αντίστροφα και ασύμμετρα. Για παράδειγμα, και τα δύο βρίσκονται μόνο στην περιοχή των θετικών τιμών (Εικ. 1, Β), η οποία είναι τυπική για ψηφιακά σήματα ή με μονοπολική τροφοδοσία (αυτό θα συζητηθεί αργότερα), ή και τα δύο βρίσκονται εν μέρει στο θετικό και εν μέρει στις αρνητικές περιοχές (Εικ. 1, Β, Δ). Είναι επίσης δυνατές και άλλες επιλογές. Βασική προϋπόθεση είναι η αμοιβαία τους κερδοσκοπίασε σχέση με κάποιο αυθαίρετα επιλεγμένο επίπεδο (για παράδειγμα, ένα τεχνητό μέσο, ​​το οποίο θα συζητηθεί επίσης αργότερα). Με άλλα λόγια, πόλωσηΤο σήμα επίσης δεν είναι καθοριστικός παράγοντας.

Απεικονίστε το OU σε διαγράμματα κυκλωμάτων με διαφορετικούς τρόπους. Στο εξωτερικό, τα OS απεικονίζονταν παλαιότερα και ακόμη και τώρα απεικονίζονται πολύ συχνά με τη μορφή ισοσκελούς τριγώνου (Εικ. 2, Α). Η είσοδος αναστροφής επισημαίνεται με σύμβολο μείον και η μη αναστρέφουσα είσοδος επισημαίνεται με σύμβολο συν μέσα σε ένα τρίγωνο. Αυτά τα σύμβολα δεν σημαίνουν καθόλου ότι το δυναμικό στις αντίστοιχες εισόδους πρέπει να είναι πιο θετικό ή πιο αρνητικό από ότι στις άλλες. Υποδεικνύουν απλώς πώς το δυναμικό εξόδου αντιδρά στα δυναμικά που εφαρμόζονται στις εισόδους. Ως αποτέλεσμα, είναι εύκολο να συγχέονται με τα καλώδια ισχύος, κάτι που μπορεί να είναι μια απροσδόκητη «τσάντα», ειδικά για αρχάριους.

Ρύζι. 2 Παραλλαγές γραφικών εικόνων υπό όρους (UGO)
λειτουργικούς ενισχυτές

Στο σύστημα εγχώριων εικόνων γραφικών υπό όρους (UGO) πριν από την έναρξη ισχύος του GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), οι OU απεικονίζονταν επίσης ως τρίγωνο, μόνο η είσοδος αναστροφής - με σύμβολο αντιστροφής - ένας κύκλος στο η τομή της εξόδου με ένα τρίγωνο (Εικ. 2, Β), και τώρα - με τη μορφή ορθογωνίου (Εικ. 2, Γ).

Κατά τον καθορισμό του ενισχυτή λειτουργίας στα διαγράμματα, οι εισόδους αναστροφής και μη αναστροφής μπορούν να εναλλάσσονται εάν είναι πιο βολικό, ωστόσο, παραδοσιακά, η είσοδος αναστροφής εμφανίζεται στο επάνω μέρος και η μη αναστρέφουσα είσοδος στο κάτω μέρος. Οι ακίδες τροφοδοσίας συνήθως τοποθετούνται πάντα με έναν τρόπο (θετικός στην κορυφή, αρνητικός στο κάτω μέρος).

Οι ενισχυτές λειτουργίας χρησιμοποιούνται σχεδόν πάντα σε κυκλώματα αρνητικής ανάδρασης (NFB).

Η ανάδραση είναι το αποτέλεσμα της εφαρμογής ενός τμήματος της τάσης εξόδου ενός ενισχυτή στην είσοδό του, όπου προστίθεται αλγεβρικά (υπόκειται σε πρόσημο) στην τάση εισόδου. Η αρχή της άθροισης σήματος θα συζητηθεί παρακάτω. Ανάλογα με την είσοδο του op-amp, αναστροφής ή μη, τροφοδοτείται το λειτουργικό σύστημα, υπάρχει αρνητική ανάδραση (NFB), όταν μέρος του σήματος εξόδου εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής (Εικ. 3, A) ή θετική ανάδραση (PIC), όταν μέρος του σήματος εξόδου τροφοδοτείται, αντίστοιχα, στη μη αναστρέφουσα είσοδο (Εικ. 3, B).

Ρύζι. 3 Η αρχή του σχηματισμού ανάδρασης (OS)

Στην πρώτη περίπτωση, εφόσον η έξοδος είναι το αντίστροφο της εισόδου, αφαιρείται από την είσοδο. Ως αποτέλεσμα, το συνολικό κέρδος της σκηνής μειώνεται. Στη δεύτερη περίπτωση, προστίθεται στην είσοδο, αυξάνεται το συνολικό κέρδος του καταρράκτη.

Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται ότι το POS έχει θετικό αποτέλεσμα και το OOS είναι ένα εντελώς άχρηστο εγχείρημα: γιατί να μειώσουμε το κέρδος; Αυτό ακριβώς σκέφτηκαν οι ελεγκτές διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας των ΗΠΑ όταν, το 1928, ο Harold S. Black δοκιμασμένοςκατοχυρώστε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το ΛΣ. Ωστόσο, θυσιάζοντας την ενίσχυση, βελτιώνουμε σημαντικά άλλες σημαντικές παραμέτρους του κυκλώματος, όπως τη γραμμικότητά του, το εύρος συχνοτήτων κ.λπ. Όσο πιο βαθιά είναι το FOS, τόσο λιγότερο τα χαρακτηριστικά ολόκληρου του κυκλώματος εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του op-amp.

Όμως το POS (δεδομένου του δικού του τεράστιου κέρδους του op-amp) έχει το αντίθετο αποτέλεσμα στα χαρακτηριστικά του κυκλώματος και το πιο δυσάρεστο είναι ότι προκαλεί την αυτοδιέγερσή του. Φυσικά, χρησιμοποιείται επίσης συνειδητά, για παράδειγμα, σε γεννήτριες, συγκριτές με υστέρηση (περισσότερα για αυτό αργότερα) κ.λπ., αλλά σε γενική εικόναΗ επίδρασή του στη λειτουργία των κυκλωμάτων ενισχυτών με ενισχυτές λειτουργίας είναι μάλλον αρνητική και απαιτεί μια πολύ ενδελεχή και λογική ανάλυση της εφαρμογής του.

Δεδομένου ότι το ΛΣ έχει δύο εισόδους, είναι δυνατοί οι ακόλουθοι κύριοι τύποι συμπερίληψής του χρησιμοποιώντας το ΛΣ (Εικ. 4):

Ρύζι. 4 Βασικά σχήματα για την ενεργοποίηση του ΛΣ

ένα) αναστρέφοντας (Εικ. 4, Α) - το σήμα εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής και το μη αντιστρεφόμενο συνδέεται απευθείας στο δυναμικό αναφοράς (δεν χρησιμοποιείται).

σι) μη αντιστρεπτική (Εικ. 4, Β) - το σήμα εφαρμόζεται στη μη αντιστρεπτική είσοδο και η αναστροφή συνδέεται απευθείας στο δυναμικό αναφοράς (δεν χρησιμοποιείται).

σε) διαφορικός (Εικ. 4, Β) - τα σήματα τροφοδοτούνται και στις δύο εισόδους, αντιστρέφοντας και μη.

Για την ανάλυση της λειτουργίας αυτών των σχημάτων, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη δεύτεροςτο πιο σημαντικό κανόνας, στο οποίο υπόκειται η λειτουργία του ΛΣ: Η έξοδος ενός op-amp τείνει να έχει μηδενική διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων του..

Ωστόσο, οποιαδήποτε διατύπωση πρέπει να είναι αναγκαία και επαρκήνα περιορίσει ολόκληρο το υποσύνολο των περιπτώσεων που το υπακούουν. Η παραπάνω διατύπωση, παρ' όλο τον «κλασικισμό» της, δεν δίνει καμία πληροφορία για το ποιες από τις εισροές «επιδιώκει να επηρεάσει η έξοδος». Με βάση αυτό, αποδεικνύεται ότι ο op-amp φαίνεται να εξισώνει τις τάσεις στις εισόδους του, εφαρμόζοντας τάση σε αυτές από κάπου "από μέσα".

Εξετάζοντας προσεκτικά τα διαγράμματα στο Σχ. 4, μπορείτε να δείτε ότι το OOC (μέσω Rooc) σε όλες τις περιπτώσεις ξεκινά από την έξοδο μόνοστην αντιστρεπτική είσοδο, που μας δίνει λόγο να επαναδιατυπώσουμε αυτόν τον κανόνα ως εξής: Τάση ενεργοποιημένη η έξοδος του op-amp, που καλύπτεται από το OOS, τείνει να διασφαλίζει ότι το δυναμικό στην είσοδο αναστροφής είναι ίσο με το δυναμικό στη μη αναστρέφουσα είσοδο.

Με βάση αυτόν τον ορισμό, το "πρωταρχικό" σε κάθε συμπερίληψη του ΟΑ με το OOS είναι η μη αντιστρεπτική είσοδος και ο "σκλάβος" είναι η αναστροφή.

Όταν περιγράφεται η λειτουργία ενός ενισχυτή λειτουργίας, το δυναμικό στην αναστροφική του είσοδο αναφέρεται συχνά ως "εικονικό μηδέν" ή "εικονικό μέσο". Η μετάφραση της λατινικής λέξης "virtus" σημαίνει "φανταστικό", "φανταστικό". Ένα εικονικό αντικείμενο συμπεριφέρεται κοντά στη συμπεριφορά παρόμοιων αντικειμένων της υλικής πραγματικότητας, δηλαδή, για τα σήματα εισόδου (λόγω της δράσης του FOS), η είσοδος αναστροφής μπορεί να θεωρηθεί συνδεδεμένη απευθείας στο ίδιο δυναμικό με τη μη αναστρέφουσα είσοδο. Ωστόσο, το "εικονικό μηδέν" είναι απλώς μια ειδική περίπτωση που πραγματοποιείται μόνο με διπολική τροφοδοσία του op-amp. Όταν χρησιμοποιείτε μονοπολικό τροφοδοτικό (το οποίο θα συζητηθεί παρακάτω) και σε πολλά άλλα κυκλώματα μεταγωγής, δεν θα υπάρχει μηδέν ούτε στις μη αναστροφικές ούτε στις αναστροφικές εισόδους. Επομένως, ας συμφωνήσουμε ότι δεν θα χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον όρο, καθώς παρεμβαίνει στην αρχική κατανόηση των αρχών λειτουργίας του ΛΣ.

Από αυτή την άποψη, θα αναλύσουμε τα σχήματα που φαίνονται στο Σχ. 4. Ταυτόχρονα, για να απλοποιήσουμε την ανάλυση, θα υποθέσουμε ότι οι τάσεις τροφοδοσίας είναι ακόμα διπολικές, ίσες μεταξύ τους σε τιμή (ας πούμε, ± 15 V), με ένα μέσο (κοινός δίαυλος ή «γείωση»), σχετικό στην οποία θα μετρήσουμε τις τάσεις εισόδου και εξόδου. Επιπλέον, η ανάλυση θα γίνει σε συνεχές ρεύμα, επειδή. ένα μεταβαλλόμενο εναλλασσόμενο σήμα σε κάθε χρονική στιγμή μπορεί επίσης να αναπαρασταθεί ως δείγμα τιμών συνεχούς ρεύματος. Σε όλες τις περιπτώσεις, η ανάδραση μέσω του Rooc συνδέεται από την έξοδο του οπ-ενισχυτή στην αναστροφική του είσοδο. Η διαφορά είναι μόνο σε ποια από τις εισόδους εφαρμόζεται η τάση εισόδου.

ΑΛΛΑ) αναστρέφονταςενεργοποίηση (Εικ. 5).

Ρύζι. 5 Η αρχή λειτουργίας του op-amp σε μια αναστροφική σύνδεση

Το δυναμικό στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο είναι μηδέν, γιατί συνδέεται με το μεσαίο σημείο («γείωση»). Ένα σήμα εισόδου ίσο με +1 V σε σχέση με το μεσαίο σημείο (από GB) εφαρμόζεται στον αριστερό ακροδέκτη της αντίστασης εισόδου Rin. Ας υποθέσουμε ότι οι αντιστάσεις Rooc και Rin είναι ίσες μεταξύ τους και ανέρχονται σε 1 kOhm (η συνολική τους αντίσταση είναι 2 kOhm).

Σύμφωνα με τον κανόνα 2, η είσοδος αναστροφής πρέπει να έχει το ίδιο δυναμικό με τη μηδενική μη αντιστρεπτική, δηλαδή 0 V. Επομένως, εφαρμόζεται τάση +1 V στο Rin. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, ένα ρεύμα θα διαρρέει Εγώεισαγωγή= 1 V / 1000 ohms = 0,001 A (1 mA). Η κατεύθυνση ροής αυτού του ρεύματος φαίνεται με ένα βέλος.

Δεδομένου ότι το Rooc και το Rin συνδέονται με ένα διαιρέτη και σύμφωνα με τον κανόνα 1, οι είσοδοι του op-amp δεν καταναλώνουν ρεύμα, προκειμένου η τάση να είναι 0 V στο μέσο αυτού του διαιρέτη, πρέπει να εφαρμοστεί τάση σε η σωστή έξοδος του Rooc μείον 1 V και το ρεύμα που το διαρρέει Εγώωςθα πρέπει επίσης να είναι ίσο με 1 mA. Με άλλα λόγια, εφαρμόζεται μια τάση 2 V μεταξύ του αριστερού ακροδέκτη Rin και του δεξιού ακροδέκτη Rooc και το ρεύμα που ρέει μέσω αυτού του διαχωριστή είναι 1 mA (2 V / (1 kΩ + 1 kΩ) = 1 mA), δηλ. Εγώ εισαγωγή = Εγώ ως .

Εάν εφαρμοστεί τάση αρνητικής πολικότητας στην είσοδο, η έξοδος του op-amp θα είναι μια τάση θετικής πολικότητας. Όλα είναι ίδια, μόνο τα βέλη που δείχνουν τη ροή του ρεύματος μέσω του Rooc και του Rin θα κατευθύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Έτσι, εάν οι τιμές των Rooc και Rin είναι ίσες, η τάση στην έξοδο του op-amp θα είναι ίση με την τάση στην είσοδο του σε μέγεθος, αλλά αντίστροφη σε πολικότητα. Και πήραμε αναστρέφοντας επαναληπτικός . Αυτό το σχήμα χρησιμοποιείται συχνά εάν χρειάζεται να αντιστρέψετε το σήμα που λαμβάνεται χρησιμοποιώντας κυκλώματα που είναι βασικά μετατροπείς. Για παράδειγμα, λογαριθμικοί ενισχυτές.

Τώρα ας διατηρήσουμε το Rin ίσο με 1 kOhm και ας αυξήσουμε την αντίσταση Rooc στα 2 kOhm με το ίδιο σήμα εισόδου +1 V. Η συνολική αντίσταση διαιρέτη Rooc+Rin έχει αυξηθεί στα 3 kOhm. Προκειμένου ένα δυναμικό 0 V (ίσο με το δυναμικό της μη αντιστρεπτικής εισόδου) να παραμείνει στο μέσο του, το ίδιο ρεύμα (1 mA) πρέπει να ρέει μέσω του Rooc όπως και μέσω του Rin. Επομένως, η πτώση τάσης στο Rooc (τάση στην έξοδο του op-amp) θα πρέπει να είναι ήδη 2 V. Στην έξοδο του op-amp, η τάση είναι μείον 2 V.

Ας αυξήσουμε την τιμή του Rooc στα 10 kOhm. Τώρα η τάση στην έξοδο του op-amp υπό τις ίδιες άλλες συνθήκες θα είναι ήδη 10 V. Ουάου! Τελικά πήραμε αναστρέφοντας ενισχυτής ! Του τάση εξόδουπερισσότερο από την είσοδο (με άλλα λόγια, το κέρδος Ku) όσες φορές η αντίσταση Rooc είναι μεγαλύτερη από την αντίσταση Rin. Ανεξάρτητα από το πώς ορκίστηκα να μην χρησιμοποιήσω τύπους, ας το εμφανίσουμε ως εξίσωση:
Ku \u003d - Uout / Uin \u003d - Rooc / Rin. (2)

Το σύμβολο μείον μπροστά από το κλάσμα στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης σημαίνει μόνο ότι το σήμα εξόδου είναι αντίστροφο σε σχέση με την είσοδο. Και τίποτα παραπάνω!

Και τώρα ας αυξήσουμε την αντίσταση Rooc στα 20 kOhm και ας αναλύσουμε τι συμβαίνει. Σύμφωνα με τον τύπο (2), με Ku \u003d 20 και σήμα εισόδου 1 V, η έξοδος θα έπρεπε να ήταν τάση 20 V. Αλλά δεν ήταν εκεί! Προηγουμένως υποθέσαμε ότι η τάση τροφοδοσίας του op-amp μας είναι μόνο ± 15 V. Αλλά ακόμη και 15 V δεν μπορούν να ληφθούν (γιατί έτσι - λίγο χαμηλότερα). «Δεν μπορείς να πηδήξεις πάνω από το κεφάλι σου (τάση τροφοδοσίας)»! Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας κατάχρησης των χαρακτηριστικών του κυκλώματος, η τάση εξόδου του op-amp "ακουμπά" στην τάση τροφοδοσίας (η έξοδος του op-amp εισέρχεται σε κορεσμό). Η ισορροπία της τρέχουσας ισότητας μέσω του διαιρέτη RoocRin ( Εγώεισαγωγή = Εγώως) παραβιάζεται, εμφανίζεται ένα δυναμικό στην αντιστρεπτική είσοδο, το οποίο είναι διαφορετικό από το δυναμικό στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο. Ο κανόνας 2 δεν ισχύει πλέον.

εισαγωγή αντίσταση αναστροφής ενισχυτήςισούται με την αντίσταση Rin, αφού όλο το ρεύμα από την πηγή σήματος εισόδου (GB) ρέει μέσα από αυτήν.

Τώρα ας αντικαταστήσουμε τη σταθερά Rooc με μια μεταβλητή, με ονομαστική τιμή, ας πούμε, 10 kOhm (Εικ. 6).

Ρύζι. 6 Κύκλωμα ενισχυτή αναστροφής μεταβλητού κέρδους

Με τη δεξιά (σύμφωνα με το κύκλωμα) θέση του ρυθμιστή του, το κέρδος θα είναι Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Μετακινώντας το ρυθμιστικό Rooc προς τα αριστερά (μειώνοντας την αντίστασή του), το κέρδος του κυκλώματος θα μειώνεται και, τέλος, στην άκρα αριστερή του θέση θα γίνει ίσο με μηδέν, αφού ο αριθμητής στον παραπάνω τύπο θα γίνει μηδέν στο όποιος την τιμή του παρονομαστή. Η έξοδος θα είναι επίσης μηδέν για οποιαδήποτε τιμή και πολικότητα του σήματος εισόδου. Ένα τέτοιο σχήμα χρησιμοποιείται συχνά σε κυκλώματα ενίσχυσης σήματος ήχου, για παράδειγμα, σε μίκτες, όπου πρέπει να ρυθμίσετε το κέρδος από το μηδέν.

ΣΙ) μη αντιστρεπτικήενεργοποίηση (Εικ. 7).

Ρύζι. 7 Η αρχή λειτουργίας του οπ-ενισχυτή σε μη αντιστρεπτικό έγκλειμα

Ο αριστερός ακροδέκτης του Rin συνδέεται στο μεσαίο σημείο ("γείωση") και το σήμα εισόδου ίσο με +1 V εφαρμόζεται απευθείας στη μη αναστρέφουσα είσοδο. Δεδομένου ότι οι αποχρώσεις της ανάλυσης "μασάθηκαν" παραπάνω, εδώ θα δώσουμε προσοχή μόνο σε σημαντικές διαφορές.

Στο πρώτο στάδιο της ανάλυσης, παίρνουμε επίσης τις αντιστάσεις Rooc και Rin ίσες μεταξύ τους και ίσες με 1 kOhm. Επειδή στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο, το δυναμικό είναι +1 V, τότε σύμφωνα με τον κανόνα 2, το ίδιο δυναμικό (+1 V) πρέπει να είναι στην είσοδο αναστροφής (που φαίνεται στο σχήμα). Για να γίνει αυτό, πρέπει να υπάρχει τάση +2 V στον δεξιό ακροδέκτη της αντίστασης Rooc (έξοδος του op-amp). Εγώεισαγωγήκαι Εγώως, ίσο με 1 mA, τώρα ρέει μέσω των αντιστάσεων Rooc και Rin προς την αντίθετη κατεύθυνση (δείχνεται με βέλη). Το έχουμε μη αντιστρεπτική ενισχυτής με κέρδος 2, αφού μια είσοδος +1V παράγει έξοδο +2V.

Περίεργο, έτσι δεν είναι; Οι ονομασίες είναι ίδιες με αυτές της σύνδεσης αναστροφής (η μόνη διαφορά είναι ότι το σήμα εφαρμόζεται σε άλλη είσοδο), και το κέρδος είναι προφανές. Θα το εξετάσουμε λίγο αργότερα.

Τώρα αυξάνουμε την τιμή του Rooc στα 2 kOhm. Να κρατήσει την ισορροπία των ρευμάτων Εγώεισαγωγή = Εγώωςκαι το δυναμικό της εισόδου αναστροφής είναι +1 V, η έξοδος του op-amp θα πρέπει να είναι ήδη +3 V. Ku \u003d 3 V / 1 V \u003d 3!

Εάν συγκρίνουμε τις τιμές του Ku με μια μη αντιστρεπτική σύνδεση με μια αναστροφή, με τις ίδιες βαθμολογίες Rooc και Rin, αποδεικνύεται ότι το κέρδος σε όλες τις περιπτώσεις είναι μεγαλύτερο κατά ένα. Βγάζουμε τον τύπο:
Ku \u003d Uout / Uin + 1 \u003d (Rooc / Rin) + 1 (3)

Γιατί συμβαίνει αυτό? Ναι, πολύ εύκολο! Το NFB λειτουργεί ακριβώς το ίδιο όπως σε μια αναστροφική σύνδεση, αλλά σύμφωνα με τον κανόνα 2, το δυναμικό της μη αναστρέφουσας εισόδου προστίθεται πάντα στο δυναμικό της εισόδου αναστροφής σε μια μη αντιστρεφόμενη σύνδεση.

Άρα, με μια μη αντιστρεπτική συμπερίληψη, είναι αδύνατο να ληφθεί κέρδος ίσο με 1; Γιατί όχι, γιατί όχι. Ας μειώσουμε την τιμή του Rooc, παρόμοια με το πώς αναλύσαμε το Σχ. 6. Με τη μηδενική του τιμή - βραχυκυκλώνοντας την έξοδο με την είσοδο αναστροφής (Εικ. 8, Α), σύμφωνα με τον κανόνα 2, η έξοδος θα έχει τέτοια τάση ώστε το δυναμικό της εισόδου αναστροφής να είναι ίσο με το δυναμικό της η μη αντιστρεφόμενη είσοδος, δηλ. +1 V. Παίρνουμε: Ku \u003d 1 V / 1 V \u003d 1 (!) Λοιπόν, εφόσον η είσοδος αναστροφής δεν καταναλώνει ρεύμα και δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτής και της εξόδου, τότε δεν ρέει ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα.

Ρύζι. 8 Σχέδιο ενεργοποίησης του op-amp ως ακολουθητής τάσης

Το Rin γίνεται γενικά περιττό, γιατί συνδέεται παράλληλα με το φορτίο στο οποίο θα πρέπει να λειτουργεί η έξοδος του οπ-ενισχυτή και το ρεύμα εξόδου του θα διαρρέει μάταια. Και τι θα συμβεί αν φύγετε από το Rooc, αλλά αφαιρέσετε το Rin (Εικ. 8, B); Στη συνέχεια, στον τύπο απολαβής Ku = Roos / Rin + 1, η αντίσταση Rin γίνεται θεωρητικά κοντά στο άπειρο (στην πραγματικότητα, φυσικά, όχι, επειδή υπάρχουν διαρροές στην πλακέτα και το ρεύμα εισόδου του op-amp, αν και αμελητέα , το μηδέν εξακολουθεί να μην είναι ίσο), και η αναλογία Rooc / Rin ισοδυναμεί με μηδέν. Μόνο ένα παραμένει στον τύπο: Ku \u003d + 1. Μπορεί το κέρδος να είναι μικρότερο από ένα για αυτό το κύκλωμα; Όχι, το λιγότερο δεν θα λειτουργήσει σε καμία περίπτωση. Δεν μπορείτε να περιηγηθείτε την «επιπλέον» μονάδα στη φόρμουλα κέρδους σε μια στραβή κατσίκα ...

Αφού αφαιρέσαμε όλες τις «επιπλέον» αντιστάσεις, παίρνουμε ένα κύκλωμα μη αντιστρεπτική επαναληπτικός φαίνεται στο Σχ. 8, V.

Με την πρώτη ματιά, ένα τέτοιο σχήμα δεν έχει πρακτικό νόημα: γιατί χρειαζόμαστε μια ενιαία, ακόμη και μη αντίστροφη "ενίσχυση" - τι, δεν μπορείτε απλώς να στείλετε ένα σήμα περαιτέρω ??? Ωστόσο, τέτοια σχήματα χρησιμοποιούνται αρκετά συχνά και να γιατί. Σύμφωνα με τον κανόνα 1, το ρεύμα δεν ρέει στις εισόδους του op-amp, δηλ. αντίσταση εισόδου ο μη αντιστρεφόμενος ακόλουθος είναι πολύ μεγάλος - οι ίδιες δεκάδες, εκατοντάδες ακόμη και χιλιάδες MΩ (το ίδιο ισχύει και για το κύκλωμα σύμφωνα με το Σχ. 7)! Αλλά η αντίσταση εξόδου είναι πολύ μικρή (κλάσματα Ohm!). Η έξοδος του οπ-ενισχυτή «φουσκώνει με όλη της τη δύναμη», προσπαθώντας, σύμφωνα με τον Κανόνα 2, να διατηρήσει το ίδιο δυναμικό στην είσοδο αναστροφής όπως και στη μη αναστρέφουσα. Ο μόνος περιορισμός είναι το επιτρεπόμενο ρεύμα εξόδου του op-amp.

Αλλά από αυτό το μέρος θα κουνήσουμε λίγο στο πλάι και θα εξετάσουμε το θέμα των ρευμάτων εξόδου του op-amp με λίγο περισσότερες λεπτομέρειες.

Για τους περισσότερους ενισχυτές γενικής χρήσης, οι τεχνικές προδιαγραφές αναφέρουν ότι η αντίσταση του φορτίου που συνδέεται με την έξοδό τους δεν πρέπει να είναι πιο λιγο 2 kOhm Περισσότερα - όσο θέλετε. Για πολύ μικρότερο αριθμό, είναι 1 kOhm (K140UD ...). Αυτό σημαίνει ότι κάτω από τις χειρότερες συνθήκες: μέγιστη τάση τροφοδοσίας (π.χ. ±16 V ή 32 V συνολικά), φορτίο συνδεδεμένο μεταξύ της εξόδου και μιας από τις ράγες τροφοδοσίας και μέγιστη τάση εξόδου αντίθετης πολικότητας, τάση περίπου Στο φορτίο θα εφαρμοστούν 30 V. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα που διαπερνά θα είναι: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Όχι τόσο λίγο, αλλά ούτε και πολύ. Ευτυχώς, οι περισσότεροι ενισχυτές λειτουργίας γενικής χρήσης διαθέτουν ενσωματωμένη προστασία υπερέντασης - το τυπικό μέγιστο ρεύμα εξόδου είναι 25 mA. Η προστασία αποτρέπει την υπερθέρμανση και την αστοχία του op-amp.

Εάν οι τάσεις τροφοδοσίας δεν είναι οι μέγιστες επιτρεπόμενες, τότε η ελάχιστη αντίσταση φορτίου μπορεί να μειωθεί αναλογικά. Ας πούμε, με τροφοδοτικό 7,5 ... 8 V (σύνολο 15 ... 16 V), μπορεί να είναι 1 kOhm.

ΣΤΟ) διαφορικόςενεργοποίηση (Εικ. 9).

Ρύζι. 9 Η αρχή λειτουργίας του op-amp σε διαφορική σύνδεση

Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι με τις ίδιες τιμές Rin και Rooc ίσες με 1 kOhm, εφαρμόζονται οι ίδιες τάσεις ίσες με +1 V και στις δύο εισόδους του κυκλώματος (Εικ. 9, Α). Δεδομένου ότι τα δυναμικά και στις δύο πλευρές της αντίστασης Rin είναι ίσα μεταξύ τους (η τάση κατά μήκος της αντίστασης είναι 0), δεν ρέει ρεύμα μέσω αυτής. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα μέσω της αντίστασης Rooc είναι επίσης μηδέν. Δηλαδή, αυτές οι δύο αντιστάσεις δεν εκτελούν καμία λειτουργία. Στην πραγματικότητα, έχουμε στην πραγματικότητα έναν μη αντιστρεφόμενο ακόλουθο (συγκρίνετε με το Σχ. 8). Αντίστοιχα, θα λάβουμε την ίδια τάση στην έξοδο με τη μη αναστροφική είσοδο, δηλαδή +1 V. Ας αλλάξουμε την πολικότητα του σήματος εισόδου στην είσοδο αναστροφής του κυκλώματος (αναποδογυρίστε το GB1) και εφαρμόστε μείον 1 V (Εικ. 9, Β). Τώρα εφαρμόζεται μια τάση 2 V μεταξύ των ακροδεκτών Rin και ένα ρεύμα ρέει μέσα από αυτό Εγώσε\u003d 2 mA (ελπίζω ότι δεν είναι πλέον απαραίτητο να περιγράψουμε λεπτομερώς γιατί συμβαίνει αυτό;). Για να αντισταθμιστεί αυτό το ρεύμα, ένα ρεύμα 2 mA πρέπει επίσης να ρέει μέσω του Rooc. Και για αυτό, η έξοδος του op-amp πρέπει να έχει τάση +3 V.

Εκεί εμφανίστηκε το κακόβουλο «χαμόγελο» ενός επιπλέον στη φόρμουλα για το κέρδος ενός μη αντιστρεφόμενου ενισχυτή. Αποδεικνύεται ότι με τέτοια απλοποιημένηΣτη διαφορική μεταγωγή, η διαφορά στο κέρδος μετατοπίζει συνεχώς το σήμα εξόδου κατά το δυναμικό στη μη αντιστρεπτική είσοδο. Ένα πρόβλημα με! Ωστόσο, «Ακόμα κι αν σε έφαγαν, έχεις τουλάχιστον δύο εξόδους». Αυτό σημαίνει ότι πρέπει με κάποιο τρόπο να εξισώσουμε τα κέρδη των αναστρεφόμενων και μη αναστρέψιμων εγκλεισμάτων για να «εξουδετερώσουμε» αυτό το επιπλέον.

Για να γίνει αυτό, ας εφαρμόσουμε το σήμα εισόδου στη μη αναστρέφουσα είσοδο όχι απευθείας, αλλά μέσω του διαιρέτη Rin2, R1 (Εικ. 9, B). Ας πάρουμε τις ονομασίες τους επίσης για 1 kOhm. Τώρα, στη μη αναστρέφουσα (και επομένως και στην αναστροφή) είσοδο του op-amp, θα υπάρχει δυναμικό +0,5 V, ένα ρεύμα θα ρέει μέσα από αυτό (και το Rooc) Εγώσε = Εγώως\u003d 0,5 mA, για να διασφαλιστεί ότι η έξοδος του op-amp πρέπει να έχει τάση ίση με 0 V. Phew! Πήραμε αυτό που θέλαμε! Με ίσα σήματα μεγέθους και πολικότητας και στις δύο εισόδους του κυκλώματος (σε αυτήν την περίπτωση +1 V, αλλά το ίδιο θα ισχύει για μείον 1 V και για οποιεσδήποτε άλλες ψηφιακές τιμές), η έξοδος του op-amp θα διατηρεί μηδενική τάση ίση στη διαφορά στα σήματα εισόδου.

Ας ελέγξουμε αυτό το σκεπτικό εφαρμόζοντας ένα σήμα αρνητικής πολικότητας μείον 1 V στην είσοδο αναστροφής (Εικ. 9, D). Εν Εγώσε = Εγώως= 2 mA, για τα οποία η έξοδος πρέπει να είναι +2 V. Όλα επιβεβαιώθηκαν! Το επίπεδο εξόδου αντιστοιχεί στη διαφορά μεταξύ των εισόδων.

Φυσικά, αν οι Rin1 και Rooc είναι ίσοι (αντίστοιχα, Rin2 και R1), δεν θα πάρουμε ενίσχυση. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να αυξήσετε τις τιμές των Rooc και R1, όπως έγινε κατά την ανάλυση προηγούμενων συμπεριλήψεων του op-amp (δεν θα το επαναλάβω) και θα πρέπει αυστηρά σεβαστείτε την αναλογία:

Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (τέσσερα)

Τι χρήσιμο έχουμε από μια τέτοια ένταξη στην πράξη; Και έχουμε μια αξιοσημείωτη ιδιότητα: η τάση εξόδου δεν εξαρτάται από τις απόλυτες τιμές των σημάτων εισόδου, εάν είναι ίσες μεταξύ τους σε μέγεθος και πολικότητα. Μόνο το σήμα διαφοράς (διαφορικό) εξέρχεται. Αυτό καθιστά δυνατή την ενίσχυση πολύ μικρών σημάτων σε φόντο θορύβου που ενεργεί εξίσου και στις δύο εισόδους. Για παράδειγμα, ένα σήμα από ένα δυναμικό μικρόφωνο στο φόντο μιας βιομηχανικής λήψης συχνοτήτων 50 Hz.

Ωστόσο, σε αυτό το βαρέλι με το μέλι, δυστυχώς, υπάρχει μια μύγα στην αλοιφή. Πρώτον, η ισότητα (4) πρέπει να τηρείται πολύ αυστηρά (έως δέκατα και μερικές φορές εκατοστά του τοις εκατό!). Διαφορετικά, θα υπάρξει ανισορροπία των ρευμάτων που ενεργούν στο κύκλωμα και επομένως, εκτός από τα σήματα διαφοράς («αντιφασικής»), θα ενισχυθούν και τα συνδυασμένα σήματα («κοινή λειτουργία»).

Ας κατανοήσουμε την ουσία αυτών των όρων (Εικ. 10).

Ρύζι. 10 Μετατόπιση φάσης σήματος

Η φάση του σήματος είναι μια τιμή που χαρακτηρίζει τη μετατόπιση της αρχής της περιόδου σήματος σε σχέση με την αρχή του χρόνου. Εφόσον τόσο η προέλευση του χρόνου όσο και η προέλευση της περιόδου επιλέγονται αυθαίρετα, η φάση του ενός περιοδικόςτο σήμα δεν έχει φυσική σημασία. Ωστόσο, η διαφορά φάσης μεταξύ των δύο περιοδικόςΤα σήματα είναι μια ποσότητα που έχει φυσική σημασία, αντανακλά την καθυστέρηση ενός από τα σήματα σε σχέση με το άλλο. Το τι θεωρείται αρχή της περιόδου δεν έχει σημασία. Για το σημείο της αρχής της περιόδου, μπορείτε να πάρετε μια μηδενική τιμή με θετική κλίση. Είναι δυνατό - μέγιστο. Όλα είναι στη δύναμή μας.

Στο Σχ. 9, το κόκκινο δείχνει το αρχικό σήμα, το πράσινο - μετατοπισμένο κατά ¼ περίοδο σε σχέση με το πρωτότυπο και το μπλε - κατά ½ περίοδο. Αν συγκρίνουμε τις κόκκινες και μπλε καμπύλες με τις καμπύλες στο Σχ. 2, Β, φαίνεται ότι είναι αμοιβαία αντίστροφος. Έτσι, τα «σε φάση» είναι σήματα που συμπίπτουν μεταξύ τους σε κάθε σημείο τους και τα «αντιφασικά σήματα» είναι αντίστροφοςσε σχέση μεταξύ τους.

Ταυτόχρονα, η έννοια αναστροφέςευρύτερη από την έννοια φάσεις, επειδή Το τελευταίο ισχύει μόνο για τακτικά επαναλαμβανόμενα, περιοδικά σήματα. Και η έννοια αναστροφέςισχύει για οποιαδήποτε σήματα, συμπεριλαμβανομένων των μη περιοδικών, όπως ένα ηχητικό σήμα, μια ψηφιακή ακολουθία ή μια σταθερή τάση. Προς την φάσηείναι μια σταθερή τιμή, το σήμα πρέπει να είναι περιοδικό τουλάχιστον σε ένα συγκεκριμένο διάστημα. Διαφορετικά, τόσο η φάση όσο και η περίοδος μετατρέπονται σε μαθηματικές αφαιρέσεις.

Δεύτερον, οι εισόδους αναστροφής και μη στη διαφορική σύνδεση, με ίσες τιμές Rooc = R1 και Rin1 = Rin2, θα έχουν διαφορετικές αντιστάσεις εισόδου. Εάν η αντίσταση εισόδου της αναστροφής εισόδου καθορίζεται μόνο από την τιμή Rin1, τότε η μη αναστρέφουσα είσοδος καθορίζεται από τις τιμές διαδοχικώςπεριλαμβάνονται Rin2 και R1 (δεν έχετε ξεχάσει ότι οι είσοδοι op-amp δεν καταναλώνουν ρεύμα;). Στο παραπάνω παράδειγμα, θα είναι 1 και 2 kΩ, αντίστοιχα. Και αν αυξήσουμε το Rooc και το R1 για να αποκτήσουμε ένα πλήρες στάδιο ενίσχυσης, τότε η διαφορά θα αυξηθεί ακόμη πιο σημαντικά: με Ku \u003d 10 - μέχρι, αντίστοιχα, όλα τα ίδια 1 kOhm και έως και 11 kOhm!

Δυστυχώς, στην πράξη, συνήθως ορίζονται οι βαθμολογίες Rin1 = Rin2 και Rooc = R1. Ωστόσο, αυτό είναι αποδεκτό μόνο εάν οι πηγές σήματος και για τις δύο εισόδους είναι πολύ χαμηλές αντίσταση εξόδου. Διαφορετικά, σχηματίζει έναν διαιρέτη με την αντίσταση εισόδου αυτού του σταδίου ενίσχυσης, και δεδομένου ότι ο συντελεστής διαίρεσης τέτοιων «διαιρετών» θα είναι διαφορετικός, το αποτέλεσμα είναι προφανές: ένας διαφορικός ενισχυτής με τέτοιες τιμές αντίστασης δεν θα εκτελέσει τη λειτουργία καταστολής σήματα κοινής λειτουργίας (συνδυασμένη) ή δεν εκτελούν αυτή τη λειτουργία κακώς.

Ένας από τους τρόπους επίλυσης αυτού του προβλήματος μπορεί να είναι η ανισότητα των τιμών των αντιστάσεων που συνδέονται με τις εισόδους αναστροφής και μη του op-amp. Δηλαδή, έτσι ώστε Rin2 + R1 = Rin1. Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι να επιτευχθεί η ακριβής τήρηση της ισότητας (4). Κατά κανόνα, αυτό επιτυγχάνεται με τη διαίρεση του R1 σε δύο αντιστάσεις - μια σταθερή, συνήθως 90% της επιθυμητής τιμής, και μια μεταβλητή (R2), της οποίας η αντίσταση είναι 20% της απαιτούμενης τιμής (Εικ. 11, Α).

Ρύζι. 11 Επιλογές εξισορρόπησης διαφορικού ενισχυτή

Η διαδρομή είναι γενικά αποδεκτή, αλλά και πάλι, με αυτήν τη μέθοδο εξισορρόπησης, έστω και ελαφρά, αλλάζει η σύνθετη αντίσταση εισόδου της μη αναστρέφουσας εισόδου. Μια πολύ πιο σταθερή επιλογή με τη συμπερίληψη μιας αντίστασης συντονισμού (R5) σε σειρά με το Rooc (Εικ. 11, B), αφού το Rooc δεν συμμετέχει στο σχηματισμό της αντίστασης εισόδου της αναστροφής εισόδου. Το κύριο πράγμα είναι να διατηρήσετε την αναλογία των ονομασιών τους, παρόμοια με την επιλογή "A" (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).

Επειδή μιλήσαμε για διαφορική μεταγωγή και αναφέραμε επαναλήπτες, θα ήθελα να περιγράψω ένα ενδιαφέρον κύκλωμα (Εικ. 12).

Ρύζι. 12 Κύκλωμα ακολούθου με μεταγωγή αναστροφής/μη αναστροφής

Το σήμα εισόδου εφαρμόζεται ταυτόχρονα και στις δύο εισόδους του κυκλώματος (αντιστρέφοντας και μη). Οι βαθμολογίες όλων των αντιστάσεων (Rin1, Rin2 και Rooc) είναι ίσες μεταξύ τους (στην περίπτωση αυτή, ας πάρουμε τις πραγματικές τους τιμές: 10 ... 100 kOhm). Η μη αναστρέφουσα είσοδος του op-amp με το κλειδί SA μπορεί να κλείσει σε έναν κοινό δίαυλο.

Στην κλειστή θέση του κλειδιού (Εικ. 12, Α), η αντίσταση Rin2 δεν συμμετέχει στη λειτουργία του κυκλώματος (μόνο ρεύμα διαρρέει "άχρηστα" Εγώvx2από την πηγή σήματος στον κοινό δίαυλο). Παίρνουμε αντιστρέφοντας οπαδόςμε κέρδος ίσο με μείον 1 (βλ. Εικ. 6). Αλλά με το κλειδί SA στην ανοιχτή θέση (Εικ. 12, B), παίρνουμε μη αντιστρεφόμενος ακόλουθοςμε κέρδος ίσο με +1.

Η αρχή λειτουργίας αυτού του σχήματος μπορεί να εκφραστεί με ελαφρώς διαφορετικό τρόπο. Όταν το κλειδί SA είναι κλειστό, λειτουργεί ως αναστροφικός ενισχυτής με κέρδος ίσο με μείον 1 και όταν είναι ανοιχτό - ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ(!) Και ως αντιστρεφόμενος ενισχυτής με κέρδος, μείον 1, και ως μη αντιστρεφόμενος ενισχυτής με κέρδος +2, από όπου: Ku = +2 + (–1) = +1.

Σε αυτή τη μορφή, αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί εάν, για παράδειγμα, η πολικότητα του σήματος εισόδου είναι άγνωστη στο στάδιο του σχεδιασμού (για παράδειγμα, από έναν αισθητήρα που δεν είναι προσβάσιμος μέχρι να ρυθμιστεί η συσκευή). Εάν, ωστόσο, ένα τρανζίστορ (για παράδειγμα, ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου) χρησιμοποιείται ως κλειδί, ελέγχεται από το σήμα εισόδου χρησιμοποιώντας συγκριτής(το οποίο θα συζητηθεί παρακάτω), παίρνουμε σύγχρονος ανιχνευτής(σύγχρονος ανορθωτής). Η συγκεκριμένη εφαρμογή ενός τέτοιου σχήματος, φυσικά, ξεφεύγει από την αρχική γνωριμία με τη λειτουργία του ΛΣ και δεν θα το ξανασχολιάσουμε εδώ αναλυτικά.

Και τώρα ας εξετάσουμε την αρχή της άθροισης των σημάτων εισόδου (Εικ. 13, Α) και ταυτόχρονα θα καταλάβουμε ποιες τιμές των αντιστάσεων Rin και Rooc πρέπει να είναι στην πραγματικότητα.

Ρύζι. 13 Η αρχή λειτουργίας του αναστροφικού αθροιστή

Λαμβάνουμε ως βάση τον ενισχυτή αναστροφής που ήδη συζητήθηκε παραπάνω (Εικ. 5), μόνο που συνδέουμε όχι μία, αλλά δύο αντιστάσεις εισόδου Rin1 και Rin2 στην είσοδο του op-amp. Μέχρι στιγμής, για «εκπαιδευτικούς» σκοπούς, δεχόμαστε την αντίσταση όλων των αντιστάσεων, συμπεριλαμβανομένου του Rooc, ίση με 1 kOhm. Παρέχουμε σήματα εισόδου ίσα με +1 V στους αριστερούς ακροδέκτες Rin1 και Rin2. Ρεύματα ίσα με 1 mA ρέουν μέσω αυτών των αντιστάσεων (δείχνονται με βέλη που δείχνουν από αριστερά προς τα δεξιά). Για να διατηρηθεί το ίδιο δυναμικό στην είσοδο αναστροφής όπως και στη μη αναστρέφουσα (0 V), ένα ρεύμα ίσο με το άθροισμα των ρευμάτων εισόδου (1 mA + 1 mA = 2 mA) πρέπει να ρέει μέσω της αντίστασης Rooc, που φαίνεται από ένα βέλος που δείχνει προς την αντίθετη κατεύθυνση (από τα δεξιά προς τα αριστερά), για το οποίο η έξοδος του οπ-ενισχυτή πρέπει να έχει τάση μείον 2 V.

Το ίδιο αποτέλεσμα (τάση εξόδου μείον 2 V) μπορεί να επιτευχθεί εάν εφαρμοστεί +2 V στην είσοδο του ενισχυτή αναστροφής (Εικ. 5) ή η τιμή του Rin μειωθεί στο μισό, δηλ. έως 500 Ohm. Ας αυξήσουμε την τάση που εφαρμόζεται στην αντίσταση Rin2 έως +2 V (Εικ. 13, B). Στην έξοδο παίρνουμε μια τάση μείον 3 V, η οποία είναι ίση με το άθροισμα των τάσεων εισόδου.

Δεν μπορεί να υπάρχουν δύο είσοδοι, αλλά όσες θέλετε. Η αρχή λειτουργίας αυτού του κυκλώματος δεν θα αλλάξει από αυτό: η τάση εξόδου σε κάθε περίπτωση θα είναι ευθέως ανάλογη με το αλγεβρικό άθροισμα (λαμβάνοντας υπόψη το πρόσημο!) των ρευμάτων που διέρχονται από τις αντιστάσεις που συνδέονται με την είσοδο αναστροφής του op -amp (αντίστροφα ανάλογο με τις βαθμολογίες τους), ανεξάρτητα από τον αριθμό τους.

Εάν, από την άλλη πλευρά, εφαρμοστούν σήματα ίσα με +1 V και μείον 1 V στις εισόδους του αντιστρεπτικού αθροιστή (Εικ. 13, Β), τότε τα ρεύματα που διαρρέουν από αυτούς θα είναι σε διαφορετικές κατευθύνσεις, θα ακυρώσουν το καθένα άλλο έξω και η έξοδος θα είναι 0 V. Μέσω της αντίστασης Rooc σε αυτή την περίπτωση δεν θα ρέει ρεύμα. Με άλλα λόγια, το ρεύμα που διαρρέει το Rooc αθροίζεται αλγεβρικά με εισαγωγήρεύματα.

Ένα σημαντικό σημείο προκύπτει επίσης από αυτό: ενώ λειτουργούσαμε με μικρές τάσεις εισόδου (1 ... 3 V), η έξοδος ενός ευρέως χρησιμοποιούμενου op-amp θα μπορούσε κάλλιστα να παρέχει ένα τέτοιο ρεύμα (1 ... 3 mA) για το Rooc και κάτι άλλο έμεινε για το φορτίο συνδεδεμένο στην έξοδο του op-amp. Αλλά εάν οι τάσεις των σημάτων εισόδου αυξηθούν στο μέγιστο επιτρεπόμενο (κοντά στις τάσεις τροφοδοσίας), τότε αποδεικνύεται ότι ολόκληρο το ρεύμα εξόδου θα πάει στο Rooc. Δεν έμεινε τίποτα για φόρτωση. Και ποιος χρειάζεται ένα στάδιο ενίσχυσης που λειτουργεί "για τον εαυτό του"; Επιπλέον, οι τιμές αντίστασης εισόδου μόνο 1 kΩ (αντίστοιχα, καθορίζουν την αντίσταση εισόδου της βαθμίδας του ενισχυτή αναστροφής) απαιτούν υπερβολικά υψηλά ρεύματα να ρέουν μέσω αυτών, φορτώνοντας πολύ την πηγή σήματος. Επομένως, σε πραγματικά κυκλώματα, η αντίσταση Rin επιλέγεται όχι μικρότερη από 10 kOhm, αλλά είναι επίσης επιθυμητό όχι περισσότερο από 100 kOhm, έτσι ώστε σε δεδομένο κέρδος, το Rooc να μην ρυθμίζεται πολύ ψηλά. Αν και αυτές οι τιμές δεν είναι απόλυτες, αλλά μόνο εκτιμήσεις, όπως λένε, "στην πρώτη προσέγγιση" - όλα εξαρτώνται από το συγκεκριμένο κύκλωμα. Σε κάθε περίπτωση, δεν είναι επιθυμητό ένα ρεύμα που διαρρέει το Rooc να υπερβαίνει το 5 ... 10% του μέγιστου ρεύματος εξόδου αυτού του συγκεκριμένου οπ-ενισχυτή.

Τα αθροιστικά σήματα μπορούν επίσης να εφαρμοστούν στη μη αντιστρεπτική είσοδο. Αποδεικνύεται μη αντιστρεφόμενος αθροιστής. Κατ 'αρχήν, ένα τέτοιο κύκλωμα θα λειτουργεί με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως ένας αναστροφικός αθροιστής, η έξοδος του οποίου θα είναι ένα σήμα που είναι άμεσα ανάλογο με τις τάσεις εισόδου και αντιστρόφως ανάλογο με τις τιμές των αντιστάσεων εισόδου. Ωστόσο, στην πράξη χρησιμοποιείται πολύ λιγότερο συχνά, επειδή. περιέχει μια «τσούνα» που πρέπει να ληφθεί υπόψη.

Εφόσον ο κανόνας 2 ισχύει μόνο για την αντιστρεπτική είσοδο, η οποία έχει «εικονικό μηδενικό δυναμικό», τότε η μη αντιστρεφόμενη είσοδος θα έχει δυναμικό ίσο με το αλγεβρικό άθροισμα των τάσεων εισόδου. Επομένως, η διαθέσιμη τάση εισόδου σε μία από τις εισόδους θα επηρεάσει την τάση που παρέχεται στις άλλες εισόδους. Δεν υπάρχει «εικονικό δυναμικό» στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο! Ως αποτέλεσμα, πρέπει να εφαρμοστούν πρόσθετα κόλπα κυκλώματος.

Μέχρι στιγμής, έχουμε εξετάσει κυκλώματα βασισμένα σε λειτουργικό σύστημα με OOS. Τι θα συμβεί εάν τα σχόλια αφαιρεθούν εντελώς; Σε αυτή την περίπτωση, παίρνουμε συγκριτής(Εικ. 14), δηλαδή μια συσκευή που συγκρίνει την απόλυτη τιμή δύο δυναμικών στις εισόδους της (από την αγγλική λέξη συγκρίνω- συγκρίνω). Στην έξοδό του, θα υπάρχει μια τάση που πλησιάζει τη μία από τις τάσεις τροφοδοσίας, ανάλογα με το ποιο από τα σήματα είναι μεγαλύτερο από το άλλο. Συνήθως, το σήμα εισόδου εφαρμόζεται σε μία από τις εισόδους και στην άλλη - μια σταθερή τάση με την οποία συγκρίνεται (η λεγόμενη "τάση αναφοράς"). Μπορεί να είναι οτιδήποτε, συμπεριλαμβανομένου του μηδενικού δυναμικού (Εικ. 14, Β).

Ρύζι. 14 Σχέδιο ενεργοποίησης του op-amp ως σύγκριση

Ωστόσο, δεν είναι όλα τόσο καλά "στο βασίλειο της Δανίας" ... Και τι συμβαίνει αν η τάση μεταξύ των εισόδων είναι μηδέν; Θεωρητικά, η έξοδος θα πρέπει επίσης να είναι μηδενική, αλλά στην πραγματικότητα - ποτέ. Εάν το δυναμικό σε μία από τις εισόδους υπερβαίνει έστω και ελαφρώς το δυναμικό της άλλης, τότε αυτό θα είναι ήδη αρκετό για να εμφανιστούν χαοτικές υπερτάσεις στην έξοδο λόγω τυχαίων διαταραχών που προκαλούνται στις εισόδους του συγκριτή.

Στην πραγματικότητα, οποιοδήποτε σήμα είναι «θορυβώδες», γιατί ιδανικό δεν μπορεί να είναι εξ ορισμού. Και στην περιοχή κοντά στο σημείο ισότητας των δυναμικών των εισόδων, θα εμφανιστεί μια έκρηξη σημάτων εξόδου στην έξοδο του συγκριτή αντί για μια καθαρή μεταγωγή. Για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου, εισάγεται συχνά το κύκλωμα σύγκρισης υστέρησηδημιουργώντας ένα αδύναμο θετικό PIC από την έξοδο στη μη αναστρέφουσα είσοδο (Εικόνα 15).

Ρύζι. 15 Η αρχή λειτουργίας της υστέρησης στον συγκριτή λόγω του POS

Ας αναλύσουμε τη λειτουργία αυτού του σχήματος. Η τάση τροφοδοσίας του είναι ± 10 V (για ζυγό λογαριασμό). Η αντίσταση Rin είναι 1 kOhm και το Rpos είναι 10 kOhm. Το δυναμικό μέσου σημείου επιλέγεται ως η τάση αναφοράς που εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής. Η κόκκινη καμπύλη δείχνει το σήμα εισόδου που έρχεται στην αριστερή ακίδα Rin (είσοδος σχέδιοσυγκριτής), μπλε - το δυναμικό στη μη αντιστρεπτική είσοδο του op-amp και πράσινο - το σήμα εξόδου.

Ενώ το σήμα εισόδου έχει αρνητική πολικότητα, η έξοδος είναι μια αρνητική τάση, η οποία, μέσω του Rpos, προστίθεται στην τάση εισόδου σε αντίστροφη αναλογία με τις τιμές των αντίστοιχων αντιστάσεων. Ως αποτέλεσμα, το δυναμικό της μη αναστροφής εισόδου σε όλο το εύρος των αρνητικών τιμών είναι 1 V (σε απόλυτη τιμή) υψηλότερο από το επίπεδο σήματος εισόδου. Μόλις το δυναμικό της μη αναστρέφουσας εισόδου εξισωθεί με το δυναμικό της αντιστρεπτικής εισόδου (για το σήμα εισόδου, αυτό θα είναι + 1 V), η τάση στην έξοδο του op-amp θα αρχίσει να αλλάζει από αρνητική σε θετική πολικότητα. Το συνολικό δυναμικό στη μη αντιστρεπτική είσοδο θα ξεκινήσει σαν χιονοστιβάδαγίνονται ακόμα πιο θετικοί, υποστηρίζοντας τη διαδικασία μιας τέτοιας αλλαγής. Ως αποτέλεσμα, ο συγκριτής απλά "δεν θα παρατηρήσει" ασήμαντες διακυμάνσεις θορύβου των σημάτων εισόδου και αναφοράς, καθώς θα είναι πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερες σε πλάτος από το περιγραφόμενο "βήμα" του δυναμικού στη μη αναστρέφουσα είσοδο κατά την εναλλαγή. .

Όταν το σήμα εισόδου μειωθεί, η αντίστροφη μεταγωγή του σήματος εξόδου του συγκριτή θα συμβεί με τάση εισόδου μείον 1 V. Αυτή η διαφορά μεταξύ των επιπέδων του σήματος εισόδου οδηγεί στην εναλλαγή της εξόδου του συγκριτή, η οποία στην περίπτωσή μας είναι ίση με συνολικό των 2 V, καλείται υστέρηση. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση Rpos σε σχέση με το Rin (όσο μικρότερο είναι το βάθος του POS), τόσο μικρότερη είναι η υστέρηση μεταγωγής. Έτσι, με Rpos \u003d 100 kOhm, θα είναι μόνο 0,2 V και με Rpos \u003d 1 MΩ, θα είναι 0,02 V (20 mV). Η υστέρηση (βάθος PIC) επιλέγεται με βάση τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του συγκριτή σε ένα συγκεκριμένο κύκλωμα. Σε ποια 10 mV θα είναι πολλά, και σε ποια - και 2 V θα είναι μικρά.

Δυστυχώς, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συγκριτικός κάθε ενισχυτής op και όχι σε όλες τις περιπτώσεις. Κατασκευάζονται εξειδικευμένα μικροκυκλώματα σύγκρισης για αντιστοίχιση αναλογικών και ψηφιακών σημάτων. Μερικά από αυτά είναι εξειδικευμένα για σύνδεση σε ψηφιακά μικροκυκλώματα TTL (597CA2), μερικά - σε ψηφιακά μικροκυκλώματα ESL (597CA1), αλλά τα περισσότερα είναι τα λεγόμενα. "συγκριτές γενικής χρήσης" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Η κύρια διαφορά τους από τους ενισχυτές λειτουργίας έγκειται στην ειδική διάταξη της βαθμίδας εξόδου, η οποία κατασκευάζεται σε τρανζίστορ ανοιχτού συλλέκτη (Εικ. 16).

Ρύζι. 16 Στάδιο εξόδου σύγκρισης για γενικές εφαρμογές
και τη σύνδεσή του με την αντίσταση φορτίου

Αυτό απαιτεί την υποχρεωτική χρήση ενός εξωτερικού αντίσταση φορτίου(R1), χωρίς το οποίο το σήμα εξόδου είναι απλά φυσικά ανίκανο να σχηματίσει ένα υψηλό (θετικό) επίπεδο εξόδου. Η τάση +U2 στην οποία είναι συνδεδεμένη η αντίσταση φορτίου μπορεί να είναι διαφορετική από την τάση τροφοδοσίας +U1 του ίδιου του τσιπ σύγκρισης. Αυτό επιτρέπει σε απλά μέσα να παρέχουν το επιθυμητό επίπεδο εξόδου - είτε είναι TTL είτε CMOS.

Σημείωση Στους περισσότερους συγκριτές, ένα παράδειγμα των οποίων μπορεί να είναι διπλό LM393 (LM193 / LM293) ή ακριβώς το ίδιο σε κύκλωμα, αλλά τετραπλό LM339 (LM139 / LM239), ο πομπός του τρανζίστορ σταδίου εξόδου συνδέεται στον ακροδέκτη αρνητικής ισχύος, ο οποίος κάπως περιορίζει το πεδίο εφαρμογής τους. Από αυτή την άποψη, θα ήθελα να επιστήσω την προσοχή στον συγκριτή LM31 (LM111 / LM211), το ανάλογο του οποίου είναι το οικιακό 521/554CA3, στον οποίο τόσο ο συλλέκτης όσο και ο πομπός του τρανζίστορ εξόδου εξέρχονται ξεχωριστά, το οποίο μπορεί να συνδέεται με άλλες τάσεις εκτός από την τάση τροφοδοσίας του ίδιου του συγκριτή. Το μόνο και σχετικό του μειονέκτημα είναι ότι είναι μόνο ένα σε συσκευασία 8 ακίδων (μερικές φορές 14 ακίδων).

Μέχρι στιγμής, έχουμε εξετάσει κυκλώματα στα οποία το σήμα εισόδου τροφοδοτήθηκε στην είσοδο(ες) μέσω του Rin, δηλ. ήταν όλοι μετατροπείςεισαγωγή τάση σερεπό Τάσηίδιο. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα εισόδου διέρρευσε το Rin. Τι συμβαίνει αν η αντίστασή του ληφθεί ίση με το μηδέν; Το κύκλωμα θα λειτουργεί ακριβώς με τον ίδιο τρόπο όπως ο ενισχυτής αναστροφής που συζητήθηκε παραπάνω, μόνο η αντίσταση εξόδου της πηγής σήματος (Rout) θα χρησιμεύσει ως Rin, και παίρνουμε μετατροπέαςεισαγωγή ρεύμα σερεπό Τάση(Εικ. 17).

Ρύζι. 17 Σχέδιο του μετατροπέα ρεύματος σε τάση στον ενισχυτή λειτουργίας

Δεδομένου ότι το δυναμικό στην είσοδο αναστροφής είναι το ίδιο με αυτό στη μη αναστρέφουσα (στην περίπτωση αυτή είναι "εικονικό μηδέν"), ολόκληρο το ρεύμα εισόδου ( Εγώσε) θα ρέει μέσω του Rooc μεταξύ της εξόδου της πηγής σήματος (G) και της εξόδου του op-amp. Η αντίσταση εισόδου ενός τέτοιου κυκλώματος είναι κοντά στο μηδέν, γεγονός που καθιστά δυνατή τη δημιουργία μικρο/χιλιοστόμετρων στη βάση του, τα οποία πρακτικά δεν επηρεάζουν το ρεύμα που ρέει μέσω του μετρούμενου κυκλώματος. Ίσως ο μόνος περιορισμός είναι το επιτρεπόμενο εύρος τάσης εισόδου του op-amp, το οποίο δεν πρέπει να ξεπεραστεί. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή, για παράδειγμα, ενός μετατροπέα ρεύματος σε τάση γραμμικής φωτοδιόδου και πολλών άλλων κυκλωμάτων.

Εξετάσαμε τις βασικές αρχές λειτουργίας του ΛΣ διάφορα σχήματατην ένταξή του. Ένα σημαντικό ερώτημα παραμένει: φαγητό.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένας ενισχυτής λειτουργίας έχει συνήθως μόνο 5 ακίδες: δύο εισόδους, μια έξοδο και δύο ακροδέκτες ισχύος, θετικό και αρνητικό. ΣΤΟ γενική περίπτωσηχρησιμοποιείται διπολική ισχύς, δηλαδή, το τροφοδοτικό έχει τρεις εξόδους με δυναμικά: + U; 0; -U.

Για άλλη μια φορά, εξετάστε προσεκτικά όλα τα παραπάνω σχήματα και δείτε ότι μια ξεχωριστή έξοδος του μεσαίου σημείου στο op-amp ΟΧΙ ! Απλώς δεν χρειάζεται για να λειτουργήσει το εσωτερικό τους κύκλωμα. Σε ορισμένα κυκλώματα, μια μη αναστροφική είσοδος συνδέθηκε στο μεσαίο σημείο, ωστόσο, αυτός δεν είναι ο κανόνας.

Συνεπώς, υπερβολικός η πλειοψηφία Οι σύγχρονοι ενισχυτές λειτουργίας έχουν σχεδιαστεί για να τροφοδοτούν UNIPOLAR ένταση! Τίθεται ένα λογικό ερώτημα: «Γιατί χρειαζόμαστε τότε διπολική δύναμη», αν την απεικονίζαμε τόσο πεισματικά και με αξιοζήλευτη σταθερότητα στα σχέδια;

Αποδεικνύεται ότι είναι απλά πολύ άνεταγια πρακτικούς σκοπούς για τους ακόλουθους λόγους:

A) Για να εξασφαλιστεί επαρκής ταλάντευση ρεύματος και τάσης εξόδου μέσω του φορτίου (Εικ. 18).

Ρύζι. 18 Η ροή του ρεύματος εξόδου μέσω του φορτίου με διάφορες επιλογές για την τροφοδοσία του op-amp

Προς το παρόν, δεν θα εξετάσουμε τα κυκλώματα εισόδου (και OOS) των κυκλωμάτων που φαίνονται στο σχήμα («μαύρο κουτί»). Ας θεωρήσουμε δεδομένο ότι κάποιο ημιτονοειδές σήμα εισόδου εφαρμόζεται στην είσοδο (μαύρο ημιτονοειδές στα γραφήματα) και η έξοδος είναι το ίδιο ημιτονοειδές σήμα, ενισχυμένο σε σχέση με το έγχρωμο ημιτονοειδές εισόδου στα γραφήματα).

Κατά τη σύνδεση του φορτίου Rload. μεταξύ της εξόδου του op-amp και του μεσαίου σημείου της σύνδεσης των τροφοδοτικών (GB1 και GB2) - Εικ. 18, Α, το ρεύμα ρέει διαμέσου του φορτίου συμμετρικά γύρω από το μεσαίο σημείο (αντίστοιχα, τα κόκκινα και μπλε μισά κύματα) και το πλάτος του είναι μέγιστο και το πλάτος της τάσης στο Rload. επίσης το μέγιστο δυνατό - μπορεί να φτάσει σχεδόν τις τάσεις τροφοδοσίας. Το ρεύμα από την πηγή ισχύος της αντίστοιχης πολικότητας κλείνει μέσω του λειτουργικού συστήματος, Rload. και μια πηγή ρεύματος (κόκκινες και μπλε γραμμές που δείχνουν τη ροή ρεύματος προς την αντίστοιχη κατεύθυνση).

Δεδομένου ότι η εσωτερική αντίσταση των τροφοδοτικών op-amp είναι πολύ χαμηλή, το ρεύμα μέσω του φορτίου περιορίζεται μόνο από την αντίστασή του και το μέγιστο ρεύμα εξόδου του op-amp, το οποίο είναι συνήθως 25 mA.

Όταν το op-amp τροφοδοτείται από μονοπολική τάση όπως κοινό λεωφορείοσυνήθως επιλέγεται ο αρνητικός (αρνητικός) πόλος της πηγής ισχύος, στον οποίο συνδέεται η δεύτερη έξοδος του φορτίου (Εικ. 18, Β). Τώρα το ρεύμα μέσω του φορτίου μπορεί να ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση (που φαίνεται από την κόκκινη γραμμή), η δεύτερη κατεύθυνση απλά δεν έχει από πού να προέλθει. Με άλλα λόγια, το ρεύμα μέσω του φορτίου γίνεται ασύμμετρο (παλμικό).

Είναι αδύνατο να πούμε κατηγορηματικά ότι αυτή η επιλογή είναι κακή. Εάν το φορτίο είναι, ας πούμε, μια δυναμική κεφαλή, τότε για αυτό είναι αναμφισβήτητα κακό. Ωστόσο, υπάρχουν πολλές εφαρμογές όπου η σύνδεση ενός φορτίου μεταξύ της εξόδου του op-amp και μιας από τις ράγες ισχύος (συνήθως αρνητική πολικότητα) δεν είναι μόνο αποδεκτή, αλλά και η μόνη δυνατή.

Εάν, ωστόσο, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η συμμετρία της ροής ρεύματος μέσω του φορτίου με μονοπολική παροχή, τότε είναι απαραίτητο να αποσυνδεθεί γαλβανικά από την έξοδο του op-amp με έναν γαλβανικό πυκνωτή C1 (Εικ. 18, B ).

Β) Να εξασφαλιστεί το απαιτούμενο ρεύμα της εισόδου αναστροφής, καθώς και δεσίματαεισάγουν σήματα σε ορισμένους αυθαιρετώς επιλεγμένοεπίπεδο δεκτόςγια την αναφορά (μηδέν) - ρύθμιση του τρόπου λειτουργίας του ΛΣ για συνεχές ρεύμα (Εικ. 19).

Ρύζι. 19 Σύνδεση της πηγής σήματος εισόδου με διάφορες επιλογές για την τροφοδοσία του op-amp

Τώρα εξετάστε τις επιλογές για τη σύνδεση πηγών σήματος εισόδου, εξαιρουμένης της εξέτασης της σύνδεσης του φορτίου.

Η σύνδεση των εισόδων αναστροφής και μη στο μέσο της σύνδεσης τροφοδοσίας (Εικ. 19, A) ελήφθη υπόψη κατά την ανάλυση των διαγραμμάτων που δόθηκαν προηγουμένως. Εάν η μη αναστρέφουσα είσοδος δεν αντλεί ρεύμα και απλώς δέχεται το δυναμικό μέσου σημείου, τότε μέσω της πηγής σήματος (G) και του Rin που είναι συνδεδεμένα σε σειρά, το ρεύμα ρέει, κλείνοντας μέσα από την αντίστοιχη πηγή ισχύος! Και δεδομένου ότι οι εσωτερικές τους αντιστάσεις είναι αμελητέες σε σύγκριση με το ρεύμα εισόδου (πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερες από το Rin), πρακτικά δεν επηρεάζει την τάση τροφοδοσίας.

Έτσι, με μια μονοπολική παροχή του οπ-ενισχυτή, μπορείτε πολύ εύκολα να σχηματίσετε το δυναμικό που παρέχεται στη μη αναστρέφουσα είσοδό του χρησιμοποιώντας το διαιρέτη R1R2 (Εικ. 19, B, C). Οι τυπικές τιμές αντίστασης αυτού του διαιρέτη είναι 10 ... 100 kOhm, και είναι πολύ επιθυμητό να διακοπεί η κατώτερη (συνδεδεμένη με έναν κοινό αρνητικό δίαυλο) με πυκνωτή 10 ... 22 microfarad προκειμένου να μειωθεί σημαντικά το αποτέλεσμα των κυματισμών τάσης τροφοδοσίας στο δυναμικό τέτοιου τεχνητός μεσαίο σημείο.

Αλλά είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο να συνδέσετε την πηγή σήματος (G) σε αυτό το τεχνητό μέσο λόγω του ίδιου ρεύματος εισόδου. Ας μαντέψουμε. Ακόμη και με τις ονομασίες του διαιρέτη R1R2 = 10 kOhm και Rin = 10…100 kOhm, το ρεύμα εισόδου Εγώσεθα είναι στην καλύτερη περίπτωση 1/10 και στη χειρότερη - έως και 100% του ρεύματος που διέρχεται από το διαχωριστικό. Κατά συνέπεια, το δυναμικό στη μη αντιστρεπτική είσοδο θα «επιπλέει» κατά το ίδιο ποσό σε συνδυασμό (σε φάση) με το σήμα εισόδου.

Για να εξαλειφθεί η αμοιβαία επιρροή των εισόδων μεταξύ τους κατά την ενίσχυση σημάτων DC με μια τέτοια σύνδεση, θα πρέπει να οργανωθεί ένα ξεχωριστό δυναμικό ενός τεχνητού μέσου σημείου για την πηγή σήματος, που θα σχηματίζεται από αντιστάσεις R3R4 (Εικ. 19, B) ή, εάν το σήμα ενισχύεται εναλλασσόμενο ρεύμα, αποσυνδέστε γαλβανικά την πηγή σήματος από την είσοδο αναστροφής με τον πυκνωτή C2 (Εικ. 19, B).

Πρέπει να σημειωθεί ότι στα παραπάνω διαγράμματα (Εικ. 18, 19) υποθέσαμε εξ ορισμού ότι το σήμα εξόδου πρέπει να είναι συμμετρικό είτε ως προς το μέσο των τροφοδοτικών είτε ως προς το τεχνητό μέσο. Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι πάντα απαραίτητο. Πολύ συχνά, θέλετε το σήμα εξόδου να έχει κυρίως θετική ή αρνητική πολικότητα. Επομένως, δεν είναι καθόλου απαραίτητο η θετική και η αρνητική πολικότητα του τροφοδοτικού να είναι ίσες σε απόλυτη τιμή. Ένα από αυτά μπορεί να είναι πολύ μικρότερο σε απόλυτη τιμή από το άλλο - μόνο με τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλίζεται η κανονική λειτουργία του ΛΣ.

Ένα λογικό ερώτημα προκύπτει: «Ποιο ακριβώς;» Για να το απαντήσουμε, ας εξετάσουμε εν συντομία τις επιτρεπόμενες περιοχές τάσης των σημάτων εισόδου και εξόδου του op-amp.

Για οποιονδήποτε ενισχυτή λειτουργίας, το δυναμικό εξόδου δεν μπορεί να είναι υψηλότερο από το δυναμικό της ράγας θετικής ισχύος και χαμηλότερο από το δυναμικό της ράγας αρνητικής ισχύος. Με άλλα λόγια, η τάση εξόδου δεν μπορεί να υπερβαίνει τα όρια των τάσεων τροφοδοσίας. Για παράδειγμα, για έναν ενισχυτή op OPA277, η τάση εξόδου σε αντίσταση φορτίου 10 kΩ είναι μικρότερη από την τάση της ράγας θετικής ισχύος κατά 2 V και της αρνητικής ράγας ισχύος κατά 0,5 V. Το πλάτος αυτών των "νεκρών ζωνών" η τάση εξόδου, την οποία δεν μπορεί να φτάσει η έξοδος του ενισχυτή op, εξαρτάται από τους παράγοντες της σειράς, όπως το κύκλωμα σταδίου εξόδου, την αντίσταση φορτίου, κ.λπ.). Υπάρχουν ενισχυτές λειτουργίας που έχουν ελάχιστες νεκρές ζώνες, για παράδειγμα, 50 mV προς την τάση σιδηροτροχιάς τροφοδοσίας σε φορτίο 10 kΩ (για το OPA340), αυτό το χαρακτηριστικό του ενισχυτή λειτουργίας ονομάζεται "rail-to-rail" (R2R).

Από την άλλη πλευρά, για γενικής χρήσης op-amp, τα σήματα εισόδου δεν πρέπει επίσης να υπερβαίνουν την τάση τροφοδοσίας, και για μερικούς, να είναι μικρότερα από 1,5 ... 2 V. Ωστόσο, υπάρχουν op-amp με συγκεκριμένα κυκλώματα σταδίου εισόδου (για παράδειγμα, το ίδιο LM358 / LM324) , το οποίο μπορεί να λειτουργήσει όχι μόνο από το επίπεδο αρνητικής ισχύος, αλλά ακόμη και "αρνητικό" κατά 0,3 V, γεγονός που διευκολύνει σημαντικά τη χρήση τους με μονοπολική παροχή ρεύματος με κοινό αρνητικό δίαυλο.

Ας δούμε επιτέλους και ας νιώσουμε αυτά τα «αράχνη». Μπορείτε ακόμη και να μυρίσετε και να γλείψετε. Επιτρέπω. Εξετάστε τις πιο συνηθισμένες επιλογές τους που είναι διαθέσιμες σε αρχάριους ραδιοερασιτέχνες. Ειδικά αν πρέπει να κολλήσετε τον ενισχυτή op από τον παλιό εξοπλισμό.

Για οπ ενισχυτές παλαιών σχεδίων, σε εξάπαντοςαπαιτώντας εξωτερικά κυκλώματα για διόρθωση συχνότητας για την αποφυγή αυτοδιέγερσης, χαρακτηριστική ήταν η παρουσία πρόσθετων συμπερασμάτων. Εξαιτίας αυτού, ορισμένοι ενισχυτές λειτουργίας δεν «ταιριάζουν» καν σε συσκευασία 8 ακίδων (Εικ. 20, Α) και κατασκευάστηκαν από στρογγυλό μεταλλικό γυαλί 12 ακίδων, για παράδειγμα, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Εικ. 20 , B) ή σε πακέτα DIP 14 ακίδων, για παράδειγμα, K140UD20, K157UD2 (Εικ. 20, B). Η συντομογραφία DIP είναι συντομογραφία της αγγλικής έκφρασης "Dual In line Package" και μεταφράζεται ως "πακέτο διπλής όψης".

Η στρογγυλή θήκη από μέταλλο-γυαλί (Εικ. 20, A, B) χρησιμοποιήθηκε ως η κύρια για εισαγόμενα op-amp έως περίπου τα μέσα της δεκαετίας του '70, και για οικιακούς οπ-ενισχυτές - μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του '80 και τώρα χρησιμοποιείται για το λεγομενο. «στρατιωτικές» αιτήσεις («5η αποδοχή»).

Μερικές φορές οι εγχώριοι οπ-ενισχυτές τοποθετούνταν σε μάλλον «εξωτικές» θήκες: ένα ορθογώνιο μεταλλικό γυαλί 15 ακίδων για το υβριδικό K284UD1 (Εικ. 20, D), στο οποίο το κλειδί είναι ένας επιπλέον 15ος πείρος από τη θήκη και άλλα . Είναι αλήθεια ότι προσωπικά δεν έχω συναντήσει επίπεδες συσκευασίες 14 ακίδων (Εικ. 20, E) για την τοποθέτηση ενός op-amp σε αυτές. Χρησιμοποιήθηκαν για ψηφιακά κυκλώματα.

Ρύζι. 20 Περιπτώσεις εγχώριων λειτουργικών ενισχυτών

Οι σύγχρονοι ενισχυτές λειτουργίας, ως επί το πλείστον, περιέχουν κυκλώματα διόρθωσης ακριβώς πάνω στο τσιπ, τα οποία επέτρεψαν να τα βγάλετε πέρα ​​με έναν ελάχιστο αριθμό ακίδων (για παράδειγμα, ένα SOT23-5 5 ακίδων για έναν μόνο ενισχυτή λειτουργίας - Εικ. 23). Αυτό κατέστησε δυνατή την τοποθέτηση δύο έως τεσσάρων εντελώς ανεξάρτητων (εκτός από τις κοινές εξόδους ισχύος) op-amps κατασκευασμένους σε ένα μόνο τσιπ σε μία περίπτωση.

Ρύζι. 21 Πλαστικές θήκες δύο σειρών σύγχρονων ενισχυτών λειτουργίας για τοποθέτηση εξόδου (DIP)

Μερικές φορές μπορείτε να βρείτε op-amp τοποθετημένα σε πακέτα 8 ακίδων μιας σειράς (Εικ. 22) ή 9 ακίδων (SIP) - K1005UD1. Η συντομογραφία SIP είναι συντομογραφία της αγγλικής έκφρασης "Single In line Package" και μεταφράζεται ως "στέγαση με μονόδρομο pinout".

Ρύζι. 22 Πλαστική θήκη μονής σειράς με διπλούς ενισχυτές λειτουργίας για τοποθέτηση μέσω οπής (SIP-8)

Σχεδιάστηκαν για να ελαχιστοποιούν τον χώρο που καταλάμβαναν στην πλακέτα, αλλά, δυστυχώς, είχαν «καθυστερήσει»: μέχρι εκείνη τη στιγμή, τα πακέτα επιφανειακής τοποθέτησης (SMD - Surface Mounting Device) είχαν γίνει ευρέως διαδεδομένα με συγκόλληση απευθείας στις ράγες της πλακέτας (Εικ. 23 ). Ωστόσο, για αρχάριους, η χρήση τους παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες.

Ρύζι. 23 Θήκες σύγχρονων εισαγόμενων ηλεκτρικών ενισχυτών για επιφανειακή τοποθέτηση (SMD)

Πολύ συχνά, το ίδιο μικροκύκλωμα μπορεί να «συσκευαστεί» από τον κατασκευαστή σε διαφορετικές συσκευασίες (Εικ. 24).

Ρύζι. 24 Επιλογές τοποθέτησης για το ίδιο τσιπ σε διαφορετικές συσκευασίες

Τα συμπεράσματα όλων των μικροκυκλωμάτων έχουν διαδοχική αρίθμηση, που υπολογίζεται από τα λεγόμενα. "κλειδί", που υποδεικνύει τη θέση της εξόδου στον αριθμό 1. (Εικ. 25). ΣΤΟ όποιος εάν το σώμα είναι τοποθετημένο με ακροδέκτες Σπρώξτε, η αρίθμησή τους γίνεται με αύξουσα σειρά κατά δεξιόστροφος!

Ρύζι. 25 Εκχώρηση ακίδων λειτουργικών ενισχυτών
σε διάφορες περιπτώσεις (pinout), κάτοψη?
κατεύθυνση αρίθμησης που φαίνεται με βέλη

Σε στρογγυλές θήκες από μέταλλο-γυαλί, το κλειδί έχει τη μορφή πλευρικής προεξοχής (Εικ. 25, Α, Β). Εδώ, από τη θέση αυτού του κλειδιού, είναι δυνατές τεράστιες "τσούγκρες"! Σε οικιακές θήκες 8 ακίδων (302.8), το κλειδί βρίσκεται απέναντι από τον πρώτο πείρο (Εικ. 25, A) και σε εισαγόμενο TO-5 - απέναντι από τον όγδοο πείρο (Εικ. 25, B). Σε θήκες 12 ακίδων, εγχώριες (302.12) και εισαγόμενες, βρίσκεται το κλειδί μεταξύτο πρώτο και το 12ο συμπέρασμα.

Συνήθως, η είσοδος αναστροφής, τόσο σε στρογγυλές γυάλινες συσκευασίες όσο και σε συσκευασίες DIP, συνδέεται με τον 2ο ακροδέκτη, η μη αναστρέφουσα είσοδος στον 3ο ακροδέκτη, η έξοδος στον 6ο ακροδέκτη, η μείον ισχύς στον 4ο ακροδέκτη και το power plus στον πείρο 4. 7ο. Ωστόσο, υπάρχουν και εξαιρέσεις (άλλη μια πιθανή «τσούνα»!) Στο pinout του OU K140UD8, K574UD1. Σε αυτά, η αρίθμηση των συμπερασμάτων μετατοπίζεται κατά ένα αριστερόστροφα σε σύγκριση με τη γενικά αποδεκτή για τους περισσότερους άλλους τύπους, δηλ. συνδέονται με τους ακροδέκτες, όπως στις εισαγόμενες περιπτώσεις (Εικ. 25, Β), και η αρίθμηση αντιστοιχεί σε εγχώρια (Εικ. 25, Α).

ΣΤΟ τα τελευταία χρόνιαΟι περισσότεροι από τους «οικιακούς σκοπούς» του ΛΣ άρχισαν να τοποθετούνται σε πλαστικές θήκες (Εικ. 21, 25, Γ-Δ). Σε αυτές τις περιπτώσεις, το κλειδί είναι είτε μια εσοχή (κουκκίδα) απέναντι από την πρώτη ακίδα, είτε μια εγκοπή στο τέλος της θήκης μεταξύ της πρώτης και της 8ης (DIP-8) ή της 14ης (DIP-14) ακίδων ή μια λοξότμηση κατά μήκος το πρώτο μισό των καρφίδων (Εικ. 21, μέση). Η αρίθμηση καρφιτσών σε αυτές τις περιπτώσεις πηγαίνει επίσης κατά δεξιόστροφοςόταν το δούμε από ψηλά (με τα συμπεράσματα μακριά από εσάς).

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι εσωτερικά διορθωμένοι ενισχυτές λειτουργίας έχουν συνολικά πέντε εξόδους, εκ των οποίων μόνο οι τρεις (δύο είσοδοι και μια έξοδος) ανήκουν σε κάθε μεμονωμένο ενισχυτή. Αυτό κατέστησε δυνατή την τοποθέτηση δύο εντελώς ανεξάρτητων (με εξαίρεση την ισχύ συν και μείον, που απαιτούν δύο περισσότερες ακίδες) βελτιωτικών ενεργειών σε ένα τσιπ σε ένα πακέτο 8 ακίδων (Εικ. 25, D) και ακόμη και τέσσερις σε ένα 14 -πακέτο καρφίτσας (Εικ. 25, Δ). Ως αποτέλεσμα, επί του παρόντος, τα περισσότερα op-amp παράγονται τουλάχιστον διπλά, για παράδειγμα, TL062, TL072, TL082, φθηνά και απλά LM358, κ.λπ. Ακριβώς το ίδιο σε εσωτερική δομή, αλλά τετραπλό - αντίστοιχα, TL064, TL074, TL084 και LM324.

Όσον αφορά το οικιακό ανάλογο του LM324 (K1401UD2), υπάρχει μια ακόμη "τσάντα": εάν στο LM324 το συν της τροφοδοσίας είναι συνδεδεμένο στον 4ο ακροδέκτη και το μείον στον 11ο, τότε στο K1401UD2 είναι το αντίστροφο: το συν της ισχύος φέρεται στην 11η ακίδα και μείον - στην 4η. Ωστόσο, αυτή η διαφορά δεν προκαλεί δυσκολίες με την καλωδίωση. Δεδομένου ότι το pinout των ακίδων op-amp είναι εντελώς συμμετρικό (Εικ. 25, E), πρέπει απλώς να περιστρέψετε τη θήκη κατά 180 μοίρες έτσι ώστε η 1η ακίδα να πάρει τη θέση της 8ης. Ναι, αυτό είναι όλο.

Λίγα λόγια για την επισήμανση των εισαγόμενων OU (και όχι μόνο). Για μια σειρά από εξελίξεις των πρώτων 300 ψηφιακών χαρακτηρισμών, ήταν σύνηθες να ορίζεται η ομάδα ποιότητας με το πρώτο ψηφίο του ψηφιακού κωδικού. Για παράδειγμα, οι ενισχυτές λειτουργίας LM158/LM258/LM358, οι συγκριτές LM193/LM293/LM393, οι ρυθμιζόμενοι σταθεροποιητές τριών ακίδων TL117/TL217/TL317 κ.λπ. είναι εντελώς πανομοιότυποι στην εσωτερική δομή, αλλά διαφέρουν ως προς το εύρος λειτουργίας θερμοκρασίας. Για το LM158 (TL117) το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας είναι από μείον 55 έως +125 ... 150 βαθμούς Κελσίου (το λεγόμενο "μάχιμο" ή στρατιωτικό εύρος), για το LM258 (TL217) - από μείον 40 έως +85 βαθμούς (" βιομηχανική" σειρά) και για LM358 (TL317) - από 0 έως +70 μοίρες (εύρος "οικιακής χρήσης"). Ταυτόχρονα, η τιμή για αυτά μπορεί να είναι εντελώς ακατάλληλη για μια τέτοια διαβάθμιση ή να διαφέρει πολύ ελαφρώς ( ανεξερεύνητους τρόπους τιμολόγησης!). Έτσι μπορείτε να τα αγοράσετε με οποιαδήποτε σήμανση διαθέσιμη «για την τσέπη» ενός αρχάριου, χωρίς να κυνηγήσετε ιδιαίτερα την πρώτη «τρόικα».

Μετά την εξάντληση των πρώτων τριακόσιων ψηφιακών σημάνσεων, οι ομάδες αξιοπιστίας άρχισαν να επισημαίνονται με γράμματα, η σημασία των οποίων αποκρυπτογραφείται σε φύλλα δεδομένων (το φύλλο δεδομένων κυριολεκτικά μεταφράζεται ως "πίνακας δεδομένων") για αυτά τα στοιχεία.

συμπέρασμα

Μελετήσαμε λοιπόν το «αλφάβητο» της λειτουργίας του op-amp, αποτυπώνοντας λίγο και συγκριτές. Στη συνέχεια, πρέπει να μάθετε πώς να προσθέτετε λέξεις, προτάσεις και ολόκληρες «συνθέσεις» με νόημα (λειτουργικά σχήματα) από αυτά τα «γράμματα».

Δυστυχώς, «είναι αδύνατο να συλλάβεις την απεραντοσύνη». Εάν το υλικό που παρουσιάζεται σε αυτό το άρθρο βοήθησε να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν αυτά τα «μαύρα κουτιά», τότε η περαιτέρω εμβάθυνση στην ανάλυση της «γέμισής» τους, της επιρροής των χαρακτηριστικών εισόδου, εξόδου και παροδικών χαρακτηριστικών, είναι καθήκον μιας πιο προηγμένης μελέτης. Πληροφορίες σχετικά με αυτό περιγράφονται λεπτομερώς και διεξοδικά σε μια ποικιλία υπάρχουσας βιβλιογραφίας. Όπως έλεγε ο παππούς William of Ockham: «Οι οντότητες δεν πρέπει να πολλαπλασιάζονται πέρα ​​από αυτό που είναι απαραίτητο». Δεν χρειάζεται να επαναλάβουμε όσα έχουν ήδη περιγραφεί καλά. Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να μην τεμπελιάζετε και να το διαβάσετε.

11. http://www.texnic.ru/tools/lekcii/electronika/l6/lek_6.html

Επομένως, ας πάρω την άδεια μου, με σεβασμό κ.λπ., ο συγγραφέας Alexey Sokolyuk ()

Ένας αναστροφικός ενισχυτής είναι ένα από τα απλούστερα και πιο συχνά χρησιμοποιούμενα αναλογικά κυκλώματα. Με δύο μόνο αντιστάσεις, μπορούμε να ρυθμίσουμε το κέρδος που χρειαζόμαστε. Τίποτα δεν μας εμποδίζει να κάνουμε τον συντελεστή μικρότερο από 1, αποδυναμώνοντας έτσι το σήμα εισόδου.

Συχνά, ένα άλλο R3 προστίθεται στο κύκλωμα, η αντίσταση του οποίου είναι ίση με το άθροισμα των R1 και R2.

Για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ένας αναστροφικός ενισχυτής, ας προσομοιώσουμε ένα απλό κύκλωμα. Έχουμε τάση 4V στην είσοδο, η αντίσταση των αντιστάσεων είναι R1 \u003d 1k και R2 \u003d 2k. Θα μπορούσε, φυσικά, να τα αντικαταστήσει όλα αυτά στον τύπο και να υπολογίσει αμέσως το αποτέλεσμα, αλλά ας δούμε πώς ακριβώς λειτουργεί αυτό το σχήμα.

Ας ξεκινήσουμε με μια υπενθύμιση των βασικών αρχών λειτουργίας ενός λειτουργικού ενισχυτή:

Κανόνας Νο. 1 - ο λειτουργικός ενισχυτής ασκεί την έξοδό του στην είσοδο μέσω του NOS (αρνητική ανάδραση), με αποτέλεσμα να εξισώνονται οι τάσεις και στις δύο εισόδους, τόσο αναστροφής (-) όσο και μη αναστροφής (+).

Λάβετε υπόψη ότι η μη αναστροφική είσοδος (+) είναι συνδεδεμένη στη γείωση, δηλαδή η τάση σε αυτήν είναι 0V. Σύμφωνα με τον κανόνα #1, η είσοδος αναστροφής (-) πρέπει επίσης να είναι 0V.

Έτσι, γνωρίζουμε την τάση στους ακροδέκτες της αντίστασης R1 και την αντίστασή της 1k. Έτσι, με τη βοήθεια μπορούμε να εκτελέσουμε τον υπολογισμό και να υπολογίσουμε πόσο ρεύμα διαρρέει την αντίσταση R1:

IR1 \u003d UR1 / R1 \u003d (4V-0V) / 1k \u003d 4mA.

Κανόνας #2 - Οι είσοδοι του ενισχυτή δεν τραβούν ρεύμα

Έτσι, το ρεύμα που ρέει μέσω του R1 ρέει περαιτέρω μέσω του R2!

Και πάλι, χρησιμοποιούμε τον νόμο του Ohm και υπολογίζουμε ποια πτώση τάσης συμβαίνει στην αντίσταση R2. Γνωρίζουμε την αντίστασή του και ξέρουμε τι ρεύμα διέρχεται, επομένως:

UR2 = IR2R2 = 4mA *2k = 8V.

Αποδεικνύεται ότι έχουμε 8V στην έξοδο; Όχι σίγουρα με αυτόν τον τρόπο. Να υπενθυμίσω ότι πρόκειται για ενισχυτή αναστροφής, δηλαδή αν εφαρμόσουμε θετική τάση στην είσοδο και αφαιρέσουμε την αρνητική τάση στην έξοδο. Πώς συμβαίνει;

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ανάδραση ρυθμίζεται στην είσοδο αναστροφής (-) και για να εξισωθούν οι τάσεις στην είσοδο, ο ενισχυτής μειώνει το δυναμικό στην έξοδο. Οι συνδέσεις των αντιστάσεων μπορούν να θεωρηθούν απλές, επομένως, για να είναι ίσο με το δυναμικό στο σημείο της σύνδεσής τους, η έξοδος πρέπει να είναι μείον 8 βολτ: Uout. = -(R2/R1)*Uin.

Υπάρχει ένα άλλο αλίευμα που σχετίζεται με τον 3ο κανόνα:

Κανόνας αριθμός 3 - οι τάσεις στις εισόδους και τις εξόδους πρέπει να βρίσκονται στο εύρος μεταξύ της θετικής και αρνητικής τάσης τροφοδοσίας του op-amp.

Δηλαδή, πρέπει να ελέγξετε ότι οι τάσεις που υπολογίζονται από εμάς μπορούν πραγματικά να ληφθούν μέσω του ενισχυτή. Συχνά οι αρχάριοι πιστεύουν ότι ο ενισχυτής λειτουργεί ως πηγή ελεύθερης ενέργειας και παράγει τάση από το τίποτα. Αλλά πρέπει να θυμόμαστε ότι ο ενισχυτής χρειάζεται επίσης ρεύμα για να λειτουργήσει.
Οι κλασικοί ενισχυτές λειτουργούν σε τάσεις -15V και +15V. Σε μια τέτοια κατάσταση, τα -8V μας, που υπολογίσαμε, είναι η πραγματική τάση, αφού είναι σε αυτό το εύρος.

Ωστόσο, οι σύγχρονοι ενισχυτές λειτουργούν συχνά στα 5V ή κάτω. Σε μια τέτοια κατάσταση, δεν υπάρχει περίπτωση ο ενισχυτής να μας δώσει μείον 8 V στην έξοδο. Επομένως, όταν σχεδιάζετε κυκλώματα, να θυμάστε πάντα ότι οι θεωρητικοί υπολογισμοί πρέπει πάντα να υποστηρίζονται από την πραγματικότητα και τις φυσικές δυνατότητες.

Πρέπει να σημειωθεί ότι ο αναστροφικός ενισχυτής έχει ένα μειονέκτημα. Γνωρίζουμε ήδη ότι δεν φορτώνει την πηγή σήματος, καθώς οι είσοδοι του ενισχυτή έχουν πολύ υψηλή αντίσταση και αντλούν τόσο μικρό ρεύμα που στις περισσότερες περιπτώσεις μπορεί να αγνοηθεί (κανόνας # 2).

Ο αναστροφικός ενισχυτής έχει σύνθετη αντίσταση εισόδου ίση με την αντίσταση της αντίστασης R1, στην πράξη κυμαίνεται από 1k ... 1M. Για σύγκριση, ένας ενισχυτής με εισόδους τρανζίστορ φαινομένου πεδίου έχει αντίσταση της τάξης των εκατοντάδων megaohms και ακόμη και των gigaohms! Επομένως, μερικές φορές μπορεί να είναι σκόπιμο να εγκαταστήσετε έναν οπαδό τάσης μπροστά από τον ενισχυτή.