Acasă instrument de putere

Amplificator operațional? E foarte simplu! Amplificator op-amp non-inversoare. Principiul de funcționare

O zi buna. În ultimul articol am vorbit despre nutriție. În acest articol, voi vorbi despre utilizare Op-amp în circuite liniare.

Următorul de tensiune

Primul circuit despre care voi vorbi este circuitul unity gain amplificator (unity amplifier) sau așa-numitul. Circuitul acestui amplificator este prezentat mai jos.

Amplificator de amplificare unitară (follower voltage).

Acest circuit este o modificare, diferența este că nu există un rezistor de feedback și un rezistor la intrarea de inversare. Astfel, tensiunea de la ieșirea amplificatorului operațional este complet furnizată la intrarea inversoare a amplificatorului operațional și, în consecință, coeficientul de transfer de feedback este egal cu unu (β = 1).

După cum se știe, impedanta de intrare Amplificatorul operațional cu feedback este definit de următoarea expresie

unde R BX este impedanța de intrare a sistemului de operare fără OS,

Apoi, pentru adeptul de tensiune, rezistența de intrare va arăta ca

Impedanța de ieșire a amplificatorului operațional cu feedback este următoarea expresie

unde R BYX este impedanța de intrare a sistemului de operare fără OS,
β este coeficientul de transmisie al circuitului OS,
K este câștigul sistemului de operare fără OS.

Deoarece adeptul de tensiune are un coeficient de transfer de feedback egal cu unu (β = 1), rezistența de ieșire va avea următoarea formă

Un exemplu de calcul al parametrilor unui adept de tensiune

De exemplu, să calculăm adeptul tensiunii pe amplificatorul operațional, care are un câștig de K U = 80 (38 dB) la frecvența necesară, impedanța de intrare R BX = 500 kOhm, impedanța de ieșire R BYX = 300 Ohm.

Impedanța de intrare a urmăritorului de tensiune va fi

Impedanța de ieșire a urmăritorului de tensiune va fi

Dezavantajele celui mai simplu circuit de urmărire a tensiunii

Datorită faptului că câștigul unui amplificator operațional cu un sistem de operare cu circuit deschis se modifică odată cu frecvența (cu creșterea frecvenței, câștigul scade), astfel încât rezistențele de intrare și de ieșire depind și de frecvență (cu creșterea frecvenței, rezistența de intrare scade și rezistența de ieșire crește).

Dacă semnalul de intrare are o componentă DC suficient de mare și o variație semnificativă de amplitudine, atunci poate apărea o situație când limita tensiunilor de intrare în modul comun va fi depășită. Pentru a elimina această problemă, trebuie aplicat un semnal la intrarea care nu inversează printr-un condensator de decuplare și un rezistor trebuie conectat între intrarea neinversabilă și masă, cu toate acestea, acest rezistor va afecta rezistența de intrare a repetorului.

O altă modalitate de a îmbunătăți parametrii unui urmăritor de tensiune, care este recomandat de producătorii de amplificatoare operaționale, este să includeți rezistențe cu aceeași rezistență în circuitul OS și între intrarea neinversabilă și „masă”. În acest caz, câștigul amplificatorului operațional va fi, de asemenea, egal cu unitatea, dar rezistența de intrare și de ieșire va depinde de rezistențele externe și nu de parametrii amplificatorului operațional.

Cel mai eficient mod de a îmbunătăți parametrii unui singur amplificator este un circuit în care, după circuitul de urmărire a tensiunii, pornește un amplificator de putere care oferă un curent de ieșire mare. În acest caz, câștigul de tensiune va fi aproximativ unitar, iar curentul de feedback este determinat de caracteristica amplificatorului de putere (rezistențele de intrare și de ieșire sunt înmulțite cu câștigurile ambelor amplificatoare).

Amplificator non-inversoare

După ce analizăm adeptul de tensiune, care, de fapt, este un amplificator neinversător cu un câștig egal cu unitatea, să trecem la considerarea unui circuit amplificator neinversător cu un câștig arbitrar. Acest tip de amplificator se caracterizează prin faptul că are o impedanță mare de intrare și o impedanță scăzută de ieșire, circuitul amplificatorului este prezentat mai jos.

Schema schematică a unui amplificator neinversător.

Acest circuit este unul dintre circuitele standard pentru pornirea amplificatoarelor operaționale și conține amplificatorul operațional DA1, rezistența de polarizare R1 și rezistența de feedback R2. Amplificatorul operațional din acest circuit este acoperit de feedback de tensiune în serie, câștigul circuitului de feedback va fi

Atunci impedanța de intrare a amplificatorului neinversător va fi

R BX.OU - impedanța de intrare a sistemului de operare cu un circuit OS deschis,

TO OU - coeficientul de câștig al amplificatorului operațional cu un circuit OS deschis.

Impedanța de ieșire a unui amplificator neinversător poate fi calculată din următoarea expresie

R OUTPUT OU - impedanța de ieșire a OU cu un circuit OS deschis.

Câștig amplificator neinversător

Acest tip de amplificator are un anumit nivel de tensiune offset de intrare UCM, astfel încât acest circuit poate fi aplicat acolo unde nivelul tensiunii offset de intrare nu are un efect semnificativ. Nivelul tensiunii de polarizare la intrare va fi

Un exemplu de calcul al unui amplificator neinversător

Calculăm un amplificator neinversător, care ar trebui să ofere un câștig de K = 10. Ca amplificator operațional, folosim K157UD2, care are următorii parametri: câștig (la o frecvență de 1 kHz) K = 1800 (65 dB) , impedanța de intrare R BX.OU = 500 kOhm, rezistența de ieșire R OUT.OU = 300 Ω, tensiune de polarizare U CM = 10 mV, curent de intrare I IN ≤ 500 nA. Semnalul de intrare are un nivel U IN = 40 mV.

Adder care nu se inversează

Continuând subiectul amplificatoarelor neinversoare, voi vorbi despre un sumator neinversător care îndeplinește funcția de a adăuga semnale de intrare și își găsește aplicația ca mixere de semnal liniare (mixere), de exemplu, atunci când semnalele din mai multe surse trebuie combinate și alimentat la intrarea unui amplificator de putere. Circuitul sumatorului neinversător este prezentat mai jos.

Acest circuit este un amplificator neinversător cu două intrări și constă din amplificator operațional DA1, rezistențe de intrare limitatoare de curent R1 și R2, rezistență de polarizare R3 și rezistență de feedback R4.

Pentru acest circuit, relațiile de bază corespund circuitului unui amplificator simplu neinversător, ținând cont de faptul că tensiunea de intrare în circuit corespunde tensiunii medii a bornelor de intrare.

Și rezistența rezistențelor trebuie să îndeplinească următoarea condiție

Câștigurile pentru diferite canale sunt determinate de următoarea expresie

R N este rezistența rezistenței de intrare,

K N este câștigul canalului de amplificare corespunzător.

Principalul dezavantaj al circuitului sumator neinversător este lipsa unui punct de potențial zero, astfel încât câștigul pe diferitele intrări nu este independent. Acest dezavantaj se manifestă în cazurile în care rezistența internă a surselor de tensiune de intrare sau numai una dintre ele este cunoscută aproximativ sau se modifică în timpul funcționării.

Teoria este bună, dar teoria fără practică doar scutură aerul.

Călătoria de zece mii de mile începe cu primul pas.
(proverb chinezesc)

Era seara, nu era nimic de făcut... Și așa deodată am vrut să lipim ceva. Un fel de... Electronic! .. Lipire - deci lipire. Computerul este disponibil, internetul este conectat. Alegem o schemă. Și dintr-o dată se dovedește că schemele pentru subiectul conceput sunt un vagon și un cărucior mic. Și fiecare este diferit. Fără experiență, puține cunoștințe. Pe care să o aleg? Unele dintre ele conțin un fel de dreptunghiuri, triunghiuri. Amplificatoare și chiar operaționale... Cum funcționează nu este clar. Stra-a-ashno! .. Ce se întâmplă dacă arde? Alegem ce este mai simplu, pe tranzistoare familiare! A ales, lipit, pornit... AJUTOR !!! Nu funcționează!!! De ce?

Da, pentru că „Simplitatea e mai rea decât furtul”! Este ca un computer: cel mai rapid și mai sofisticat - jocurile! Iar pentru munca de birou, cel mai simplu este suficient. La fel este și cu tranzistoarele. Lipirea unui circuit pe ele nu este suficientă. Încă trebuie să știi cum să-l configurezi. Prea multe „capcane” și „greblă”. Și acest lucru necesită adesea o experiență care nu este deloc un nivel de intrare. Deci, renunțați la o activitate interesantă? In nici un caz! Doar să nu vă fie frică de aceste „triunghiuri-dreptunghiuri”. Se pare că în multe cazuri este mult mai ușor să lucrezi cu ele decât cu tranzistori individuali. DACĂ ȘTII - CUM!

Iată-l: înțelegerea modului în care funcționează amplificator operațional(OU, sau în engleză OpAmp) vom face acum. În același timp, vom considera opera sa literalmente „pe degete”, practic fără a folosi nicio formulă, cu excepția poate, cu excepția legii bunicului lui Ohm: „Current through a circuit section ( eu) este direct proporțională cu tensiunea pe ea ( U) și invers proporțional cu rezistența sa ( R)»:
I=U/R. (1)

Pentru început, în principiu, nu este atât de important cum exact este aranjat amplificatorul operațional în interior. Să presupunem doar că este o „cutie neagră” cu ceva umplutură acolo. În această etapă, nu vom lua în considerare astfel de parametri ai amplificatorului operațional ca „tensiune de polarizare”, „tensiune de schimbare”, „deviație de temperatură”, „caracteristici de zgomot”, „coeficient de suprimare în modul comun”, „coeficient de suprimare a ondulației tensiunii de alimentare ”, „lățime de bandă” etc. Toți acești parametri vor fi importanți în următoarea etapă a studiului său, când principiile de bază ale activității sale „se vor stabili” în cap, deoarece „a fost neted pe hârtie, dar a uitat de râpe” ...

Deocamdată, să presupunem că parametrii amplificatorului operațional sunt aproape de ideal și luăm în considerare doar ce semnal va fi la ieșire dacă unele semnale sunt aplicate intrărilor sale.

Deci, amplificatorul operațional (op-amp) este un amplificator diferenţial curent continuu cu două intrări (inversoare și neinversătoare) și o ieșire. Pe lângă acestea, amplificatorul operațional are cabluri de alimentare: pozitive și negative. Aceste cinci concluzii se găsesc în aproape orice sistem de operare și sunt fundamental necesare pentru funcționarea acestuia.

Op-amp-ul are un câștig uriaș, cel puțin 50.000 ... 100.000, dar în realitate - mult mai mult. Prin urmare, ca primă aproximare, putem chiar presupune că este egal cu infinitul.

Termenul „diferențial” („diferent” este tradus din engleză ca „diferență”, „diferență”, „diferență”) înseamnă că potențialul de ieșire al amplificatorului operațional este afectat exclusiv de diferența de potențial dintre intrările sale, indiferent de la ei absolut sens și polaritate.

Termenul „DC” înseamnă că amplificatorul operațional amplifică semnalele de intrare începând de la 0 Hz. Gama superioară de frecvență ( gama de frecvente) a semnalelor amplificate de amplificatorul operațional depinde de mulți factori, cum ar fi caracteristicile de frecvență ale tranzistorilor din care constă, câștigul circuitului construit folosind amplificatorul operațional etc. Dar această problemă depășește deja sfera cunoașterii inițiale cu munca sa și nu va fi luată în considerare aici.

Intrările op-amp au o impedanță de intrare foarte mare egală cu zeci/sute de MegaOhm, sau chiar GigaOhm (și doar în memorabilul K140UD1, și chiar și în K140UD5 a fost doar 30...50 kOhm). O impedanță atât de mare a intrărilor înseamnă că acestea nu au aproape niciun efect asupra semnalului de intrare.

Prin urmare, cu un grad ridicat de apropiere de idealul teoretic, putem presupune că actual nu curge în intrările amplificatorului operațional . Aceasta - primul o regulă importantă care se aplică în analiza funcționării OS. Vă rog să vă amintiți bine despre ce este vorba numai OU în sine, dar nu scheme cu folosirea lui!

Ce înseamnă termenii „inversare” și „neinversare”? În raport cu ce este determinată inversarea și, în general, ce fel de „animal” este acesta - inversarea semnalului?

Tradus din latină, unul dintre semnificațiile cuvântului „inversio” este „înfășurare”, „lovitură de stat”. Cu alte cuvinte, inversarea este o imagine în oglindă ( oglindire) semnal raportat la axa orizontală X(axa timpului). Pe Fig. 1 arată câteva dintre cele multe Opțiuni inversarea semnalului, unde semnalul direct (de intrare) este marcat cu roșu, iar semnalul inversat (de ieșire) este cu albastru.

Orez. 1 Conceptul inversării semnalului

Trebuie remarcat în special că la linia zero (ca în Fig. 1, A, B) inversarea semnalului nu legat! Semnalele pot fi inverse și asimetrice. De exemplu, ambele sunt doar în regiunea valorilor pozitive (Fig. 1, B), ceea ce este tipic pentru semnalele digitale sau cu alimentare unipolară (acesta va fi discutat mai târziu), sau ambele sunt parțial în pozitiv și parțial în regiunile negative (Fig. 1, B, D). Sunt posibile și alte opțiuni. Condiția principală este reciproca lor specularitatea relativ la un nivel arbitrar ales (de exemplu, un punct de mijloc artificial, care va fi de asemenea discutat mai târziu). Cu alte cuvinte, polaritate semnalul nu este, de asemenea, un factor determinant.

Înfățișați OU pe diagramele de circuit în moduri diferite. În străinătate, OS au fost descrise anterior și chiar și acum sunt foarte des descrise sub forma unui triunghi isoscel (Fig. 2, A). Intrarea inversabilă este marcată cu un simbol minus, iar intrarea care nu inversează este marcată cu un simbol plus în interiorul unui triunghi. Aceste simboluri nu înseamnă deloc că potențialul la intrările respective trebuie să fie mai pozitiv sau mai negativ decât la cealaltă. Ele indică pur și simplu cum reacționează potențialul de ieșire la potențialele aplicate intrărilor. Drept urmare, sunt ușor de confundat cu cablurile de alimentare, care pot fi o „greblă” neașteptată, mai ales pentru începători.

Orez. 2 variante de imagini grafice condiționate (UGO)
amplificatoare operaționale

În sistemul de imagini grafice condiționate interne (UGO) înainte de intrarea în vigoare a GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), OU-urile au fost, de asemenea, descrise ca un triunghi, doar intrarea inversă - cu un simbol inversare - un cerc la intersecția ieșirii cu un triunghi (Fig. 2, B), iar acum - sub forma unui dreptunghi (Fig. 2, C).

La desemnarea amplificatorului operațional pe diagrame, intrările inversoare și neinversoare pot fi schimbate dacă este mai convenabil, totuși, în mod tradițional, intrarea inversoare este afișată în partea de sus, iar intrarea neinversătoare în partea de jos. Pinii de alimentare sunt întotdeauna plasați într-un singur fel (pozitiv în partea de sus, negativ în partea de jos).

Op-amp-urile sunt aproape întotdeauna folosite în circuitele cu feedback negativ (NFB).

Feedback-ul este efectul aplicării unei părți din tensiunea de ieșire a unui amplificator la intrarea acestuia, unde este adăugată algebric (sub rezerva semnului) la tensiunea de intrare. Principiul însumării semnalului va fi discutat mai jos. În funcție de intrarea amplificatorului operațional, inversor sau neinversător, sistemul de operare este alimentat, există un feedback negativ (NFB), atunci când o parte a semnalului de ieșire este aplicată la intrarea inversoare (Fig. 3, A) sau feedback pozitiv (PIC), atunci când semnalul de ieșire este transmis, respectiv, la intrarea neinversoare (Fig. 3, B).

Orez. 3 Principiul formării feedback-ului (OS)

În primul caz, deoarece ieșirea este inversul intrării, se scade din intrare. Ca rezultat, câștigul general al etapei este redus. În al doilea caz, se adaugă la intrare, câștigul general al cascadei este crescut.

La prima vedere, poate părea că POS are un efect pozitiv, iar OOS este o întreprindere complet inutilă: de ce să reduceți câștigul? Este exact ceea ce au crezut examinatorii de brevete din SUA când, în 1928, Harold S. Black încercat patentează sistemul de operare. Cu toate acestea, sacrificând amplificarea, îmbunătățim semnificativ alți parametri importanți ai circuitului, cum ar fi liniaritatea, gama de frecvență etc. Cu cât FOS este mai adânc, cu atât caracteristicile întregului circuit depind de caracteristicile amplificatorului operațional.

Dar POS-ul (având în vedere propriul câștig uriaș al amplificatorului operațional) are efectul opus asupra caracteristicilor circuitului și cel mai neplăcut lucru este că își provoacă autoexcitarea. Desigur, este folosit și în mod conștient, de exemplu, în generatoare, comparatoare cu histerezis (mai multe despre asta mai târziu), etc., dar în vedere generala influența sa asupra funcționării circuitelor amplificatoare cu amplificatoare operaționale este mai degrabă negativă și necesită o analiză foarte amănunțită și rezonabilă a aplicării sale.

Deoarece sistemul de operare are două intrări, sunt posibile următoarele tipuri principale de includere folosind sistemul de operare (Fig. 4):

Orez. 4 Scheme de bază pentru pornirea sistemului de operare

A) inversarea (Fig. 4, A) - semnalul este aplicat la intrarea inversoare, iar cea neinversătoare este conectată direct la potențialul de referință (neutilizat);

b) neinversoare (Fig. 4, B) - semnalul este aplicat intrării neinversoare, iar cel inversor este conectat direct la potențialul de referință (neutilizat);

în) diferenţial (Fig. 4, B) - semnalele sunt alimentate la ambele intrări, inversoare și neinversoare.

Pentru a analiza funcționarea acestor scheme, ar trebui să țineți cont al doilea cel mai important regulă, la care este supusă funcționarea OS: Ieșirea unui amplificator operațional tinde să aibă o diferență de tensiune zero între intrările sale..

Cu toate acestea, orice formulare trebuie să fie necesar si suficient pentru a limita întregul subgrup de cazuri care i se supun. Formularea de mai sus, cu tot „clasicismul” ei, nu oferă nicio informație despre care dintre intrări „căută să influențeze” ieșirea. Pe baza acestuia, se dovedește că amplificatorul operațional pare să egalizeze tensiunile la intrările sale, aplicându-le tensiune de undeva „din interior”.

Privind cu atenție diagramele din fig. 4, puteți vedea că OOC (prin Rooc) în toate cazurile este pornit de la ieșire numai la intrarea inversă, ceea ce ne dă motive să reformulam această regulă după cum urmează: Tensiune activată ieșirea amplificatorului operațional, acoperită de OOS, tinde să se asigure că potențialul de la intrarea inversoare este egal cu potențialul de la intrarea care nu inversează.

Pe baza acestei definiții, „conducătorul” la orice includere a OA cu OOS este intrarea neinversoare, iar „slave” este cea inversătoare.

Când descrieți funcționarea unui amplificator operațional, potențialul de la intrarea sa de inversare este adesea denumit „zero virtual” sau „punct de mijloc virtual”. Traducerea cuvântului latin „virtus” înseamnă „imaginar”, „imaginar”. Un obiect virtual se comportă aproape de comportamentul unor obiecte similare ale realității materiale, adică, pentru semnalele de intrare (datorită acțiunii FOS), intrarea inversoare poate fi considerată conectată direct la același potențial ca și intrarea neinversătoare. Cu toate acestea, „zero virtual” este doar un caz special care are loc numai cu alimentarea bipolară a amplificatorului operațional. Când utilizați o sursă de alimentare unipolară (care va fi discutată mai jos) și în multe alte circuite de comutare, nu va exista zero nici pe intrările neinversoare, fie pe intrările inversoare. Prin urmare, să fim de acord că nu vom folosi acest termen, deoarece interferează cu înțelegerea inițială a principiilor de funcționare a sistemului de operare.

Din acest punct de vedere, vom analiza schemele prezentate în Fig. 4. În același timp, pentru a simplifica analiza, vom presupune că tensiunile de alimentare sunt încă bipolare, egale între ele ca valoare (să zicem, ± 15 V), cu un punct de mijloc (bus comun sau „masă”), relativ la care vom număra tensiunile de intrare și de ieșire. În plus, analiza se va efectua în curent continuu, deoarece. un semnal alternativ în schimbare în fiecare moment de timp poate fi reprezentat și ca un eșantion de valori ale curentului continuu. În toate cazurile, feedback-ul prin Rooc este conectat de la ieșirea amplificatorului operațional la intrarea sa de inversare. Diferența este doar în care dintre intrări este aplicată tensiunea de intrare.

DAR) inversarea pornire (Fig. 5).

Orez. 5 Principiul de funcționare a amplificatorului operațional într-o conexiune inversabilă

Potențialul la intrarea neinversoare este zero, deoarece este conectat la punctul de mijloc („sol”). Un semnal de intrare egal cu +1 V față de punctul de mijloc (de la GB) este aplicat terminalului din stânga al rezistenței de intrare Rin. Să presupunem că rezistențele Rooc și Rin sunt egale între ele și se ridică la 1 kOhm (rezistența lor totală este de 2 kOhm).

Conform regulii 2, intrarea inversoare trebuie să aibă același potențial ca și neinversiunea zero, adică 0 V. Prin urmare, Rin i se aplică o tensiune de +1 V. Conform legii lui Ohm, un curent va curge prin el. euintrare= 1 V / 1000 ohmi = 0,001 A (1 mA). Direcția de curgere a acestui curent este indicată de o săgeată.

Deoarece Rooc și Rin sunt conectate printr-un divizor și, conform Regulii 1, intrările amplificatorului operațional nu consumă curent, pentru ca tensiunea să fie de 0 V la mijlocul acestui divizor, trebuie aplicată o tensiune la ieșirea corectă a lui Rooc minus 1 V și curentul care circulă prin el euoos ar trebui să fie, de asemenea, egal cu 1 mA. Cu alte cuvinte, se aplică o tensiune de 2 V între borna stângă Rin și borna dreaptă Rooc, iar curentul care circulă prin acest divizor este de 1 mA (2 V / (1 kΩ + 1 kΩ) = 1 mA), adică. eu intrare = eu oos .

Dacă la intrare este aplicată o tensiune cu polaritate negativă, ieșirea amplificatorului operațional va fi o tensiune cu polaritate pozitivă. Totul este la fel, doar săgețile care arată fluxul de curent prin Rooc și Rin vor fi îndreptate în direcția opusă.

Astfel, dacă valorile lui Rooc și Rin sunt egale, tensiunea de la ieșirea amplificatorului operațional va fi egală cu tensiunea de la intrare ca mărime, dar inversă ca polaritate. Și am primit inversarea repetitor . Această schemă este adesea folosită dacă trebuie să inversați semnalul primit folosind circuite care sunt în principiu invertoare. De exemplu, amplificatoare logaritmice.

Acum să menținem Rin egal cu 1 kOhm și să creștem rezistența Rooc la 2 kOhm cu același semnal de intrare +1 V. Rezistența totală a divizorului Rooc+Rin a crescut la 3 kOhm. Pentru ca un potențial de 0 V (egal cu potențialul intrării neinversoare) să rămână la mijlocul său, același curent (1 mA) trebuie să curgă prin Rooc ca și prin Rin. Prin urmare, căderea de tensiune pe Rooc (tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional) ar trebui să fie deja de 2 V. La ieșirea amplificatorului operațional, tensiunea este de minus 2 V.

Să creștem valoarea lui Rooc la 10 kOhm. Acum, tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional în aceleași alte condiții va fi deja de 10 V. Wow! În sfârșit am primit inversarea amplificator ! A lui tensiune de ieșire mai mult decât intrarea (cu alte cuvinte, câștigul Ku) de câte ori rezistența Rooc este mai mare decât rezistența Rin. Indiferent cum am jurat să nu folosesc formule, să afișăm în continuare aceasta ca o ecuație:
Ku \u003d - Uout / Uin \u003d - Rooc / Rin. (2)

Semnul minus din fața fracției din partea dreaptă a ecuației înseamnă doar că semnalul de ieșire este invers față de intrare. Si nimic mai mult!

Și acum să creștem rezistența Rooc la 20 kOhm și să analizăm ce se întâmplă. Conform formulei (2), cu Ku \u003d 20 și un semnal de intrare de 1 V, ieșirea ar fi trebuit să fie o tensiune de 20 V. Dar nu era acolo! Am presupus anterior că tensiunea de alimentare a amplificatorului nostru operațional este de numai ± 15 V. Dar nici măcar 15 V nu pot fi obținute (de ce așa - puțin mai mic). „Nu poți sări deasupra capului tău (tensiune de alimentare)”! Ca urmare a unei astfel de abuzuri ale evaluărilor circuitului, tensiunea de ieșire a amplificatorului operațional „se sprijină” pe tensiunea de alimentare (ieșirea amplificatorului operațional intră în saturație). Echilibrul egalității curente prin divizorul RoocRin ( euintrare = euoos) este încălcat, apare un potențial la intrarea inversoare, care este diferit de potențialul la intrarea neinversoare. Regula 2 nu se mai aplică.

Intrare rezistenţă amplificator inversor este egală cu rezistența Rin, deoarece tot curentul de la sursa semnalului de intrare (GB) trece prin ea.

Acum să înlocuim constanta Rooc cu o variabilă, cu o valoare nominală de, să zicem, 10 kOhm (Fig. 6).

Orez. 6 Circuit amplificator inversor de câștig variabil

Cu poziția în dreapta (în funcție de circuit) a cursorului său, câștigul va fi Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Deplasând cursorul Rooc spre stânga (scăderea rezistenței acestuia), câștigul circuitului va fi scade și, în cele din urmă, în poziția sa extremă din stânga va deveni egal cu zero, deoarece numărătorul din formula de mai sus va deveni zero la orice valoarea numitorului. De asemenea, ieșirea va fi zero pentru orice valoare și polaritate a semnalului de intrare. O astfel de schemă este adesea folosită în circuitele de amplificare a semnalului audio, de exemplu, în mixere, unde trebuie să ajustați câștigul de la zero.

B) neinversoare pornire (Fig. 7).

Orez. 7 Principiul de funcționare a amplificatorului operațional într-o incluziune neinversabilă

Pinul din stânga al lui Rin este conectat la punctul de mijloc ("sol"), iar semnalul de intrare egal cu +1 V este aplicat direct la intrarea neinversoare. Deoarece nuanțele analizei sunt „mestecate” mai sus, aici vom acorda atenție doar diferențelor semnificative.

În prima etapă a analizei, luăm și rezistențele Rooc și Rin egale între ele și egale cu 1 kOhm. pentru că la intrarea neinversoare, potențialul este +1 V, apoi conform Regulii 2, același potențial (+1 V) trebuie să fie la intrarea inversoare (prezentat în figură). Pentru a face acest lucru, trebuie să existe o tensiune de +2 V la borna dreaptă a rezistenței Rooc (ieșirea amplificatorului operațional). euintrareși euoos, egal cu 1 mA, curg acum prin rezistențele Rooc și Rin în direcția opusă (indicată prin săgeți). Am inteles neinversoare amplificator cu un câștig de 2, deoarece o intrare de +1V produce o ieșire de +2V.

Ciudat, nu-i așa? Evaluările sunt aceleași ca în conexiunea inversoare (singura diferență este că semnalul este aplicat la o altă intrare), iar câștigul este evident. Ne vom uita la asta puțin mai târziu.

Acum creștem valoarea Rooc la 2 kOhm. Pentru a păstra echilibrul curenților euintrare = euoos iar potențialul intrării inversoare este de +1 V, ieșirea amplificatorului operațional ar trebui să fie deja +3 V. Ku \u003d 3 V / 1 V \u003d 3!

Dacă comparăm valorile lui Ku cu o conexiune non-inversoare cu una inversoare, cu aceleași evaluări Rooc și Rin, se dovedește că câștigul în toate cazurile este mai mare cu unu. Deducem formula:
Ku \u003d Uout / Uin + 1 \u003d (Rooc / Rin) + 1 (3)

De ce se întâmplă asta? Da, foarte usor! NFB funcționează exact la fel ca într-o conexiune inversoare, dar conform Regulii 2, potențialul intrării neinversoare se adaugă întotdeauna la potențialul intrării inversoare într-o conexiune fără inversare.

Deci, cu o includere neinversabilă, este imposibil să obțineți un câștig egal cu 1? De ce nu, de ce nu. Să reducem valoarea lui Rooc, similar cu cum am analizat Fig. 6. Cu valoarea sa zero - prin scurtcircuitarea ieșirii cu intrarea inversoare (Fig. 8, A), conform Regulii 2, ieșirea va avea o astfel de tensiune încât potențialul intrării inversoare este egal cu potențialul de intrarea neinversoare, adică +1 V. Obținem: Ku \u003d 1 V / 1 V \u003d 1 (!) Ei bine, deoarece intrarea inversoare nu consumă curent și nu există nicio diferență de potențial între ea și ieșire, atunci nu curge curent în acest circuit.

Orez. 8 Schema de pornire a amplificatorului operațional ca adept de tensiune

Rin devine în general de prisos, deoarece este conectat în paralel cu sarcina pe care ar trebui să funcționeze ieșirea amplificatorului operațional, iar curentul de ieșire va curge prin el în zadar. Și ce se întâmplă dacă părăsiți Rooc, dar eliminați Rin (Fig. 8, B)? Apoi, în formula de câștig Ku = Roos / Rin + 1, rezistența Rin devine teoretic aproape de infinit (în realitate, desigur, nu, deoarece există scurgeri pe placă, iar curentul de intrare al amplificatorului operațional, deși neglijabil , este încă zero este încă nu este egal), iar raportul Rooc / Rin este egal cu zero. În formula rămâne doar unul: Ku \u003d + 1. Câștigul poate fi mai mic de unul pentru acest circuit? Nu, mai puțin nu va funcționa în nicio circumstanță. Nu puteți ocoli unitatea „extra” din formula de câștig pe o capră strâmbă...

După ce am îndepărtat toate rezistențele „în plus”, obținem un circuit neinversoare repetitor prezentată în fig. 8, V.

La prima vedere, o astfel de schemă nu are sens practic: de ce avem nevoie de o singură „amplificare” și chiar non-inversă - ce, nu puteți trimite un semnal mai departe ??? Cu toate acestea, astfel de scheme sunt folosite destul de des și iată de ce. Conform regulii 1, curentul nu curge în intrările amplificatorului operațional, adică impedanta de intrare adeptul neinversător este foarte mare - aceleași zeci, sute și chiar mii de MΩ (același lucru este valabil și pentru circuitul conform Fig. 7)! Dar rezistența de ieșire este foarte mică (fracții de Ohm!). Ieșirea amplificatorului operațional „suflă din toate puterile”, încercând, conform Regulii 2, să mențină același potențial la intrare inversoare ca și la cea neinversoare. Singura limitare este curentul de ieșire permis al amplificatorului operațional.

Dar din acest loc ne vom deplasa puțin în lateral și vom lua în considerare problema curenților de ieșire ai amplificatorului operațional mai detaliat.

Pentru majoritatea amplificatoarelor operaționale de uz general, specificațiile tehnice precizează că rezistența sarcinii conectate la ieșirea lor nu ar trebui să fie Mai puțin 2 kOhm Mai mult - cât vrei tu. Pentru un număr mult mai mic, este de 1 kOhm (K140UD ...). Aceasta înseamnă că în cele mai nefavorabile condiții: tensiune maximă de alimentare (de exemplu, ±16 V sau 32 V în total), o sarcină conectată între ieșire și una dintre șinele de alimentare și tensiune maximă de ieșire de polaritate opusă, o tensiune de aproximativ La sarcină se vor aplica 30 V. În acest caz, curentul prin aceasta va fi: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Nu atât de puțin, dar nici prea mult. Din fericire, majoritatea amplificatoarelor operaționale de uz general au protecție la supracurent încorporată - curentul de ieșire maxim tipic este de 25 mA. Protecția previne supraîncălzirea și defecțiunea amplificatorului operațional.

Dacă tensiunile de alimentare nu sunt maxime admise, atunci rezistența minimă de sarcină poate fi redusă proporțional. Să spunem, cu o sursă de alimentare de 7,5 ... 8 V (total 15 ... 16 V), poate fi de 1 kOhm.

LA) diferenţial pornire (Fig. 9).

Orez. 9 Principiul de funcționare a amplificatorului operațional într-o conexiune diferențială

Deci, să presupunem că, cu aceleași valori nominale Rin și Rooc egale cu 1 kOhm, aceleași tensiuni egale cu +1 V sunt aplicate la ambele intrări ale circuitului (Fig. 9, A). Deoarece potențialele de pe ambele părți ale rezistorului Rin sunt egale între ele (tensiunea pe rezistor este 0), nu trece curent prin el. Aceasta înseamnă că curentul prin rezistența Rooc este, de asemenea, zero. Adică, aceste două rezistențe nu îndeplinesc nicio funcție. De fapt, avem de fapt un adept care nu se inversează (comparați cu Fig. 8). În consecință, vom obține aceeași tensiune la ieșire ca la intrarea neinversoare, adică +1 V. Să schimbăm polaritatea semnalului de intrare la intrarea inversoare a circuitului (întoarceți GB1) și să aplicăm minus 1 V. (Fig. 9, B). Acum se aplică o tensiune de 2 V între bornele Rin și un curent trece prin ea euîn\u003d 2 mA (sper că nu mai este necesar să descriem în detaliu de ce este așa?). Pentru a compensa acest curent, prin Rooc trebuie să treacă și un curent de 2 mA. Și pentru aceasta, ieșirea amplificatorului operațional trebuie să aibă o tensiune de +3 V.

Acolo a apărut „rânjetul” rău intenționat al unuia suplimentar în formula pentru câștigul unui amplificator neinversător. Se dovedește că cu așa ceva simplificatÎn comutația diferențială, diferența de câștig schimbă constant semnalul de ieșire cu potențialul de la intrarea neinversoare. O problema cu! Totuși, „Chiar dacă ai fost mâncat, mai ai cel puțin două ieșiri”. Aceasta înseamnă că trebuie să egalăm cumva câștigurile incluziunilor inversoare și neinversoare pentru a „neutraliza” aceasta suplimentară.

Pentru a face acest lucru, să aplicăm semnalul de intrare la intrarea neinversoare nu direct, ci prin divizorul Rin2, R1 (Fig. 9, B). Să luăm denumirea lor și pentru 1 kOhm. Acum, la intrarea fără inversare (și, prin urmare, și la intrarea inversoare) a amplificatorului operațional, va exista un potențial de +0,5 V, un curent va curge prin el (și Rooc) euîn = euoos\u003d 0,5 mA, pentru a se asigura că ieșirea amplificatorului operațional trebuie să aibă o tensiune egală cu 0 V. Uf! Am primit ce ne-am dorit! Cu semnale de magnitudine și polaritate egală la ambele intrări ale circuitului (în acest caz +1 V, dar același lucru va fi valabil pentru minus 1 V și pentru orice alte valori digitale), ieșirea amplificatorului operațional va menține tensiunea zero egală. la diferența de semnale de intrare .

Să verificăm acest raționament prin aplicarea unui semnal de polaritate negativă minus 1 V la intrarea inversoare (Fig. 9, D). în care euîn = euoos= 2 mA, pentru care ieșirea ar trebui să fie +2 V. Totul a fost confirmat! Nivelul de ieșire corespunde diferenței dintre intrări.

Desigur, dacă Rin1 și Rooc sunt egale (respectiv, Rin2 și R1), nu vom obține amplificare. Pentru a face acest lucru, trebuie să creșteți valorile Rooc și R1, așa cum sa făcut atunci când ați analizat incluziunile anterioare ale amplificatorului operațional (nu o voi repeta) și ar trebui să strict respectați raportul:

Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (patru)

Ce util obținem dintr-o astfel de includere în practică? Și obținem o proprietate remarcabilă: tensiunea de ieșire nu depinde de valorile absolute ale semnalelor de intrare, dacă acestea sunt egale între ele ca mărime și polaritate. Se iese doar semnalul diferențial (diferențial). Acest lucru face posibilă amplificarea semnalelor foarte mici pe fundalul zgomotului care acționează în mod egal pe ambele intrări. De exemplu, un semnal de la un microfon dinamic pe fundalul unei rețele de frecvență industrială de 50 Hz.

Cu toate acestea, în acest butoi de miere, din păcate, există o muscă în unguent. În primul rând, egalitatea (4) trebuie respectată foarte strict (până la zecimi și uneori sutimi de procent!). În caz contrar, va exista un dezechilibru al curenților care acționează în circuit și, prin urmare, pe lângă semnalele de diferență („antifază”), semnalele combinate („mod comun”) vor fi și amplificate.

Să înțelegem esența acestor termeni (Fig. 10).

Orez. 10 Semnal de schimbare de fază

Faza semnalului este o valoare care caracterizează decalajul originii perioadei semnalului în raport cu originea timpului. Deoarece atât originea timpului, cât și originea perioadei sunt alese în mod arbitrar, faza unuia periodic semnalul nu are sens fizic. Cu toate acestea, diferența de fază dintre cele două periodic semnalele este o mărime care are o semnificație fizică, reflectând întârzierea unuia dintre semnale față de celălalt. Ceea ce este considerat începutul perioadei nu contează. Pentru punctul de început al perioadei, puteți lua o valoare zero cu o pantă pozitivă. Este posibil - maxim. Totul este în puterea noastră.

Pe Fig. 9, roșul indică semnalul original, verde - deplasat cu ¼ de perioadă față de original și albastru - cu ½ perioadă. Dacă comparăm curbele roșii și albastre cu curbele din Fig. 2, B, se vede că sunt reciproc invers. Astfel, „semnalele în fază” sunt semnale care coincid între ele în fiecare dintre punctele lor, iar „semnalele antifază” sunt invers relativ unul față de celălalt.

În același timp, conceptul inversiuni mai larg decât conceptul faze, deoarece acesta din urmă se aplică numai semnalelor periodice repetate în mod regulat. Și conceptul inversiuni aplicabil oricăror semnale, inclusiv celor neperiodice, cum ar fi un semnal audio, o secvență digitală sau o tensiune constantă. La fază este o valoare consistentă, semnalul trebuie să fie periodic cel puțin pe un anumit interval. Altfel, atât faza, cât și perioada se transformă în abstracții matematice.

În al doilea rând, intrările inversoare și neinversoare din conexiunea diferențială, cu valori egale Rooc = R1 și Rin1 = Rin2, vor avea rezistențe de intrare diferite. Dacă rezistența de intrare a intrării inversoare este determinată numai de valoarea Rin1, atunci intrarea neinversabilă este determinată de valorile rand pe rand incluse Rin2 și R1 (nu ați uitat că intrările op-amp nu consumă curent?). În exemplul de mai sus, acestea vor fi de 1, respectiv 2 kΩ. Și dacă creștem Rooc și R1 pentru a obține o etapă de amplificare cu drepturi depline, atunci diferența va crește și mai semnificativ: cu Ku \u003d 10 - până la, respectiv, la fel 1 kOhm și până la 11 kOhm!

Din păcate, în practică, ratingurile Rin1 = Rin2 și Rooc = R1 sunt de obicei setate. Totuși, acest lucru este acceptabil numai dacă sursele de semnal pentru ambele intrări sunt foarte scăzute impedanta de iesire. În caz contrar, formează un divizor cu impedanța de intrare a acestei etape de amplificare și, deoarece factorul de divizare al unor astfel de „divizoare” va fi diferit, rezultatul este evident: un amplificator diferențial cu astfel de valori ale rezistenței nu își va îndeplini funcția de suprimare. semnale în modul comun (combinat) sau executați prost această funcție.

Una dintre modalitățile de a rezolva această problemă poate fi inegalitatea valorilor rezistențelor conectate la intrările inversoare și neinversoare ale amplificatorului operațional. Și anume, astfel încât Rin2 + R1 = Rin1. Un alt punct important este realizarea respectării exacte a egalității (4). De regulă, acest lucru se realizează prin împărțirea R1 în două rezistențe - o constantă, de obicei 90% din valoarea dorită, și o variabilă (R2), a cărei rezistență este de 20% din valoarea necesară (Fig. 11, A).

Orez. 11 Opțiuni de echilibrare a amplificatorului diferențial

Calea este în general acceptată, dar din nou, cu această metodă de echilibrare, deși ușor, impedanța de intrare a intrării neinversoare se modifică. O opțiune mult mai stabilă cu includerea unui rezistor de reglare (R5) în serie cu Rooc (Fig. 11, B), deoarece Rooc nu participă la formarea rezistenței de intrare a intrării inversoare. Principalul lucru este să păstrați raportul denumirilor lor, similar cu opțiunea „A” (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).

Deoarece am vorbit despre comutarea diferențială și am menționat repetoare, aș dori să descriu un circuit interesant (Fig. 12).

Orez. 12 Circuit inversor/neinversător comutat

Semnalul de intrare este aplicat simultan ambelor intrări ale circuitului (inversoare și neinversătoare). Evaluările tuturor rezistențelor (Rin1, Rin2 și Rooc) sunt egale între ele (în acest caz, să luăm valorile lor reale: 10 ... 100 kOhm). Intrarea non-inversoare a amplificatorului operațional cu tasta SA poate fi închisă la o magistrală comună.

În poziția închis a cheii (Fig. 12, A), rezistorul Rin2 nu participă la funcționarea circuitului (numai curentul curge „inutil” prin el euvx2 de la sursa semnalului la magistrala comună). Primim adept invers cu un câștig egal cu minus 1 (vezi fig. 6). Dar cu cheia SA în poziția deschisă (Fig. 12, B), obținem adept neinversător cu câștig egal cu +1.

Principiul de funcționare al acestei scheme poate fi exprimat într-un mod ușor diferit. Când tasta SA este închisă, funcționează ca un amplificator inversor cu un câștig egal cu minus 1, iar când este deschisă - simultan(!) Și ca amplificator inversor cu un câștig, minus 1, și ca amplificator neinversător cu un câștig de +2, de unde: Ku = +2 + (–1) = +1.

În această formă, acest circuit poate fi utilizat dacă, de exemplu, polaritatea semnalului de intrare este necunoscută în faza de proiectare (să zicem, de la un senzor care nu este accesibil până când dispozitivul este configurat). Dacă, totuși, un tranzistor (de exemplu, un tranzistor cu efect de câmp) este utilizat ca cheie, controlat de la semnalul de intrare folosind comparator(care va fi discutat mai jos), obținem detector sincron(redresor sincron). Implementarea specifică a unei astfel de scheme, desigur, depășește cunoașterea inițială cu funcționarea sistemului de operare și nu o vom analiza în detaliu din nou aici.

Și acum să luăm în considerare principiul însumării semnalelor de intrare (Fig. 13, A) și, în același timp, ne vom da seama ce valori ar trebui să fie în realitate ale rezistențelor Rin și Rooc.

Orez. 13 Principiul de funcționare al sumatorului inversor

Luăm ca bază amplificatorul inversor deja discutat mai sus (Fig. 5), numai că conectăm nu unul, ci două rezistențe de intrare Rin1 și Rin2 la intrarea amplificatorului operațional. Până acum, în scopuri „educative”, acceptăm rezistența tuturor rezistențelor, inclusiv Rooc, egală cu 1 kOhm. Furnizăm semnale de intrare egale cu +1 V la bornele din stânga Rin1 și Rin2. Prin aceste rezistențe curg curenți egali cu 1 mA (indicate prin săgeți îndreptate de la stânga la dreapta). Pentru a menține același potențial la intrarea inversoare ca și la cea neinversoare (0 V), un curent egal cu suma curenților de intrare (1 mA + 1 mA = 2 mA) trebuie să circule prin rezistența Rooc, indicată de o săgeată îndreptată în direcția opusă (de la dreapta la stânga), pentru care ieșirea amplificatorului operațional trebuie să aibă o tensiune de minus 2 V.

Același rezultat (tensiune de ieșire minus 2 V) poate fi obținut dacă la intrarea amplificatorului inversor se aplică +2 V (Fig. 5), sau valoarea Rin este înjumătățită, adică. până la 500 Ohm. Să creștem tensiunea aplicată rezistorului Rin2 până la +2 V (Fig. 13, B). La ieșire obținem o tensiune de minus 3 V, care este egală cu suma tensiunilor de intrare.

Nu pot exista două intrări, ci atâtea câte doriți. Principiul de funcționare al acestui circuit nu se va schimba de aici: tensiunea de ieșire va fi în orice caz direct proporțională cu suma algebrică (ținând cont de semn!) a curenților care trec prin rezistențele conectate la intrarea inversoare a op. -amp (invers proporțional cu ratingurile lor), indiferent de numărul lor.

Dacă, pe de altă parte, semnale egale cu +1 V și minus 1 V sunt aplicate intrărilor sumatorului inversor (Fig. 13, B), atunci curenții care curg prin ele vor fi în direcții diferite, se vor anula fiecare. alta iesire si iesirea va fi 0 V. Prin rezistenta Rooc in acest caz nu va curge curent. Cu alte cuvinte, curentul care curge prin Rooc este însumat algebric cu intrare curenti.

De aici rezultă și un punct important: în timp ce operam cu tensiuni de intrare mici (1 ... 3 V), ieșirea unui amplificator operațional utilizat pe scară largă ar putea furniza un astfel de curent (1 ... 3 mA) pentru Rooc. și altceva a rămas pentru sarcina conectată la ieșirea amplificatorului operațional. Dar dacă tensiunile semnalelor de intrare sunt crescute la maximul admis (aproape de tensiunile de alimentare), atunci se dovedește că întregul curent de ieșire va merge la Rooc. Nu a mai rămas nimic de încărcat. Și cine are nevoie de o etapă de amplificare care să funcționeze „pentru sine”? În plus, valorile rezistenței de intrare de numai 1 kΩ (respectiv, determinând rezistența de intrare a etapei amplificatorului inversor) necesită curenți excesiv de mari pentru a trece prin ele, încărcând puternic sursa de semnal. Prin urmare, în circuitele reale, rezistența Rin este aleasă nu mai puțin de 10 kOhm, dar este, de asemenea, de dorit să nu depășească 100 kOhm, astfel încât la un câștig dat, Rooc să nu fie setat prea mare. Deși aceste valori nu sunt absolute, ci doar estimări, după cum se spune, „în prima aproximare” - totul depinde de circuitul specific. În orice caz, nu este de dorit ca un curent care circulă prin Rooc să depășească 5 ... 10% din curentul maxim de ieșire al acestui op-amp special.

Semnalele însumate pot fi aplicate și la intrarea neinversoare. Se dovedește sumator neinversător. În principiu, un astfel de circuit va funcționa exact în același mod ca un sumator inversor, a cărui ieșire va fi un semnal direct proporțional cu tensiunile de intrare și invers proporțional cu valorile rezistențelor de intrare. Cu toate acestea, în practică este folosit mult mai rar, deoarece. conţine o „greblă” care trebuie luată în considerare.

Deoarece regula 2 este valabilă numai pentru intrarea inversoare, care are un „potențial virtual zero”, atunci intrarea neinversătoare va avea un potențial egal cu suma algebrică a tensiunilor de intrare. Prin urmare, tensiunea de intrare disponibilă la una dintre intrări va afecta tensiunea furnizată celorlalte intrări. Nu există „potențial virtual” la intrarea neinversoare! Ca rezultat, trebuie aplicate trucuri suplimentare de circuite.

Până acum, am luat în considerare circuitele bazate pe OS cu OOS. Ce se întâmplă dacă feedback-ul este eliminat cu totul? În acest caz, obținem comparator(Fig. 14), adică un dispozitiv care compară valoarea absolută a două potențiale la intrările sale (din cuvântul englezesc comparaţie- compara). La ieșire, va exista o tensiune care se apropie de una dintre tensiunile de alimentare, în funcție de care dintre semnale este mai mare decât cealaltă. De obicei, semnalul de intrare este aplicat uneia dintre intrări, iar celeilalte - o tensiune constantă cu care este comparat (așa-numita „tensiune de referință”). Poate fi orice, inclusiv potențial zero (Fig. 14, B).

Orez. 14 Schema de pornire a amplificatorului operațional ca comparator

Totuși, nu totul este atât de bine „în regatul Danemarcei”... Și ce se întâmplă dacă tensiunea dintre intrări este zero? În teorie, rezultatul ar trebui să fie, de asemenea, zero, dar în realitate - nu. Dacă potențialul de la una dintre intrări depășește chiar puțin potențialul celeilalte, atunci acest lucru va fi deja suficient pentru ca la ieșire să apară supratensiuni haotice din cauza perturbațiilor aleatorii induse la intrările comparatorului.

În realitate, orice semnal este „zgomotos”, pentru că idealul nu poate fi prin definiție. Și în zona apropiată de punctul de egalitate al potențialelor intrărilor, la ieșirea comparatorului va apărea o explozie de semnale de ieșire în loc de o comutare clară. Pentru a combate acest fenomen, este adesea introdus circuitul comparator histerezis prin crearea unui PIC pozitiv slab de la ieșire la intrarea neinversoare (Figura 15).

Orez. 15 Principiul de funcționare a histerezisului în comparator datorită POS-ului

Să analizăm funcționarea acestei scheme. Tensiunea sa de alimentare este de ± 10 V (pentru un cont uniform). Rezistența Rin este de 1 kOhm, iar Rpos este de 10 kOhm. Potențialul punctului mediu este ales ca tensiune de referință aplicată intrării inversoare. Curba roșie arată semnalul de intrare care vine la pinul din stânga Rin (intrare sistem comparator), albastru - potențialul la intrarea neinversoare a amplificatorului operațional și verde - semnalul de ieșire.

În timp ce semnalul de intrare are o polaritate negativă, ieșirea este o tensiune negativă, care, prin Rpos, se adaugă la tensiunea de intrare în proporție inversă cu valorile rezistențelor corespunzătoare. Ca urmare, potențialul intrării neinversoare în întregul interval de valori negative este cu 1 V (în valoare absolută) mai mare decât nivelul semnalului de intrare. De îndată ce potențialul intrării neinversoare este egal cu potențialul celui inversor (pentru semnalul de intrare, acesta va fi + 1 V), tensiunea de la ieșirea amplificatorului operațional va începe să treacă de la negativ la polaritatea pozitivă. Potențialul total la intrarea neinversoare va începe ca o avalanșă devin și mai pozitive, susținând procesul unui astfel de comutare. Ca urmare, comparatorul pur și simplu „nu va observa” fluctuații nesemnificative de zgomot ale semnalelor de intrare și de referință, deoarece acestea vor fi cu multe ordine de mărime mai mici ca amplitudine decât „pasul” descris al potențialului la intrarea neinversoare la comutare. .

Când semnalul de intrare scade, comutarea inversă a semnalului de ieșire al comparatorului va avea loc la o tensiune de intrare de minus 1 V. Această diferență între nivelurile semnalului de intrare duce la comutarea ieșirii comparatorului, care în cazul nostru este egală cu o valoare totală. de 2 V, se numește histerezis. Cu cât rezistența Rpos este mai mare față de Rin (cu cât adâncimea POS este mai mică), cu atât histerezisul de comutare este mai mic. Deci, cu Rpos \u003d 100 kOhm, va fi doar 0,2 V, iar cu Rpos \u003d 1 MΩ, va fi 0,02 V (20 mV). Histerezisul (adâncimea PIC) este selectat pe baza condițiilor reale de funcționare ale comparatorului într-un anumit circuit. În care 10 mV va fi mult, și în care - și 2 V vor fi mici.

Din păcate, nu orice amplificator operațional și nu în toate cazurile poate fi folosit ca comparator. Sunt produse microcircuite comparatoare specializate pentru potrivirea semnalelor analogice și digitale. Unele dintre ele sunt specializate pentru conectarea la microcircuite digitale TTL (597CA2), altele - la microcircuite digitale ESL (597CA1), dar cele mai multe sunt așa-numite. „comparatoare de uz general” (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Principala lor diferență față de amplificatoarele operaționale constă în dispozitivul special al etajului de ieșire, care este realizat pe un tranzistor cu colector deschis (Fig. 16).

Orez. 16 Etapă de ieșire a comparatorului pentru aplicații generale
și conexiunea acestuia la rezistența de sarcină

Acest lucru necesită utilizarea obligatorie a unui extern rezistență de sarcină(R1), fără de care semnalul de ieșire este pur și simplu fizic incapabil să formeze un nivel de ieșire ridicat (pozitiv). Tensiunea +U2 la care este conectat rezistorul de sarcină poate fi diferită de tensiunea de alimentare +U1 a cipului comparator însuși. Acest lucru permite mijloace simple pentru a oferi nivelul de ieșire dorit - fie că este TTL sau CMOS.

Notă

În majoritatea comparatoarelor, un exemplu dintre care poate fi dual LM393 (LM193 / LM293) sau exact același în circuite, dar quad LM339 (LM139 / LM239), emițătorul etajului de ieșire tranzistorului este conectat la borna de putere negativă, care oarecum. limitează sfera lor de aplicare. În acest sens, aș dori să atrag atenția asupra comparatorului LM31 (LM111 / LM211), al cărui analog este 521/554CA3 domestic, în care atât colectorul, cât și emițătorul tranzistorului de ieșire sunt scoase separat, care pot fi conectat la alte tensiuni decât tensiunea de alimentare a comparatorului în sine. Singurul și relativ dezavantaj al său este că este doar unul într-un pachet cu 8 pini (uneori 14 pini).

Până acum, am luat în considerare circuite în care semnalul de intrare a fost alimentat la intrare(e) prin Rin, adică. erau toți convertoare intrare tensiune in zi libera Voltaj la fel. În acest caz, curentul de intrare a trecut prin Rin. Ce se întâmplă dacă rezistența sa este considerată egală cu zero? Circuitul va funcționa exact în același mod ca și amplificatorul inversor discutat mai sus, doar impedanța de ieșire a sursei de semnal (Rout) va servi ca Rin și obținem convertor intrare actual în zi libera Voltaj(Fig. 17).

Orez. 17 Schema convertorului curent-tensiune la amplificatorul operațional

Deoarece potențialul la intrarea inversoare este același ca la cea neinversoare (în acest caz este „zero virtual”), întregul curent de intrare ( euîn) va curge prin Rooc între ieșirea sursei de semnal (G) și ieșirea amplificatorului operațional. Rezistența de intrare a unui astfel de circuit este aproape de zero, ceea ce face posibilă construirea de micro/miliametri pe baza acestuia, care practic nu afectează curentul care curge prin circuitul măsurat. Poate că singura limitare este domeniul admisibil de tensiune de intrare a amplificatorului operațional, care nu trebuie depășit. De asemenea, poate fi folosit pentru a construi, de exemplu, un convertor liniar curent-tensiune cu fotodiodă și multe alte circuite.

Am examinat principiile de bază ale funcționării OS în diverse scheme includerea acestuia. O întrebare importantă rămâne: alimente.

După cum am menționat mai sus, un amplificator operațional are de obicei doar 5 pini: două intrări, o ieșire și doi pini de alimentare, pozitiv și negativ. LA caz general se folosește putere bipolară, adică sursa de alimentare are trei ieșiri cu potențiale: + U; 0; -U.

Încă o dată, luați în considerare cu atenție toate cifrele de mai sus și vedeți că o ieșire separată a punctului de mijloc în amplificatorul operațional NU ! Pur și simplu nu este necesar pentru ca circuitele lor interne să funcționeze. În unele circuite, o intrare care nu inversează a fost conectată la punctul de mijloc, cu toate acestea, aceasta nu este regula.

Prin urmare, copleșitoare majoritate amplificatoarele operaționale moderne sunt proiectate să alimenteze UNIPOLAR tensiune! Apare o întrebare logică: „Atunci de ce avem nevoie de putere bipolară”, dacă am descris-o atât de încăpățânat și cu o constanță de invidiat în desene?

Se dovedește că este doar foarte confortabilîn scopuri practice din următoarele motive:

A) Pentru a asigura o balansare suficientă a curentului și a tensiunii de ieșire prin sarcină (Fig. 18).

Orez. 18 Fluxul curentului de ieșire prin sarcină cu diferite opțiuni pentru alimentarea amplificatorului operațional

Deocamdată, nu vom lua în considerare circuitele de intrare (și OOS) ale circuitelor prezentate în figură („cutie neagră”). Să luăm de la sine înțeles că la intrare se aplică un semnal sinusoidal de intrare (sinusoidul negru pe grafice) și ieșirea este același semnal sinusoidal, amplificat în raport cu sinusoidul colorat de intrare pe grafice).

La conectarea sarcinii Rload. între ieșirea amplificatorului operațional și punctul de mijloc al conexiunii surselor de alimentare (GB1 și GB2) - Fig. 18, A, curentul circulă prin sarcină simetric în jurul punctului de mijloc (respectiv, semi-undele roșii și albastre), iar amplitudinea acestuia este maximă și amplitudinea tensiunii la Rsarcină. de asemenea maximul posibil - poate ajunge aproape la tensiuni de alimentare. Curentul de la sursa de alimentare a polarității corespunzătoare este închis prin sistemul de operare, Rload. și o sursă de alimentare (linii roșii și albastre care arată fluxul de curent în direcția respectivă).

Deoarece rezistența internă a surselor de alimentare a amplificatorului operațional este foarte scăzută, curentul prin sarcină este limitat doar de rezistența sa și de curentul maxim de ieșire al amplificatorului operațional, care este de obicei 25 mA.

Când amplificatorul operațional este alimentat de o tensiune unipolară ca autobuz comun este de obicei selectat polul negativ (negativ) al sursei de alimentare, la care este conectată a doua ieșire a sarcinii (Fig. 18, B). Acum curentul prin sarcină poate curge doar într-o singură direcție (indicată de linia roșie), a doua direcție pur și simplu nu are de unde să vină. Cu alte cuvinte, curentul prin sarcină devine asimetric (pulsator).

Este imposibil să spunem fără echivoc că această opțiune este proastă. Dacă sarcina este, să zicem, un cap dinamic, atunci pentru aceasta este proastă fără ambiguitate. Cu toate acestea, există multe aplicații în care conectarea unei sarcini între ieșirea amplificatorului operațional și una dintre șinele de alimentare (de obicei polaritate negativă) este nu numai acceptabilă, ci și singura posibilă.

Dacă, totuși, este necesar să se asigure simetria fluxului de curent prin sarcină cu o sursă unipolară, atunci este necesar să se decupleze galvanic de la ieșirea amplificatorului operațional cu un condensator galvanic C1 (Fig. 18, B). ).

B) Pentru a asigura curentul necesar al intrării inversoare, precum și legături semnale de intrare la unii arbitrar selectat nivel admis pentru referință (zero) - setarea modului de funcționare al OS pentru curent continuu (Fig. 19).

Orez. 19 Conectarea sursei de semnal de intrare cu diferite opțiuni pentru alimentarea amplificatorului operațional

Acum luați în considerare opțiunile pentru conectarea surselor de semnal de intrare, excluzând din considerare conexiunea sarcinii.

Conectarea intrărilor inversoare și neinversoare la punctul de mijloc al conexiunii de alimentare (Fig. 19, A) a fost luată în considerare la analiza diagramelor date anterior. Dacă intrarea non-inversoare nu atrage curent și acceptă pur și simplu potențialul punctului mijlociu, atunci prin sursa de semnal (G) și Rin conectate în serie, curentul curge, închizându-se prin sursa de alimentare corespunzătoare! Și deoarece rezistențele lor interne sunt neglijabile în comparație cu curentul de intrare (multe ordine de mărime mai mici decât Rin), practic nu afectează tensiunea de alimentare.

Astfel, cu o sursă unipolară a amplificatorului operațional, puteți forma destul de ușor potențialul furnizat intrării sale neinversoare folosind divizorul R1R2 (Fig. 19, B, C). Valorile tipice ale rezistenței acestui divizor sunt de 10 ... 100 kOhm și este foarte de dorit să o derivați pe cel inferior (conectat la o magistrală negativă comună) cu un condensator de 10 ... 22 microfarad pentru a reduce semnificativ efectul a tensiunii de alimentare ondulații asupra potențialului unui astfel de artificial punctul de mijloc.

Dar este extrem de nedorit să conectați sursa de semnal (G) la acest punct de mijloc artificial din cauza aceluiași curent de intrare. Să ghicim. Chiar și cu valorile nominale ale divizorului R1R2 = 10 kOhm și Rin = 10…100 kOhm, curentul de intrare euîn va fi în cel mai bun caz 1/10 și în cel mai rău caz - până la 100% din curentul care trece prin divizor. În consecință, potențialul de la intrarea neinversoare va „pluti” cu aceeași cantitate în combinație (în fază) cu semnalul de intrare.

Pentru a elimina influența reciprocă a intrărilor una asupra celeilalte la amplificarea semnalelor DC cu o astfel de conexiune, ar trebui organizat un potențial separat al unui punct mediu artificial pentru sursa de semnal, format din rezistențele R3R4 (Fig. 19, B) sau, dacă semnalul este amplificat curent alternativ, decuplați galvanic sursa de semnal de la intrarea inversoare cu condensatorul C2 (Fig. 19, B).

Trebuie remarcat faptul că în diagramele de mai sus (Fig. 18, 19) am presupus în mod implicit că semnalul de ieșire ar trebui să fie simetric fie față de punctul de mijloc al surselor de alimentare, fie de punctul de mijloc artificial. În realitate, acest lucru nu este întotdeauna necesar. Destul de des, doriți ca semnalul de ieșire să aibă predominant polaritate pozitivă sau negativă. Prin urmare, nu este deloc necesar ca polaritățile pozitive și negative ale sursei de alimentare să fie egale în valoare absolută. Unul dintre ele poate fi mult mai mic în valoare absolută decât celălalt - doar în așa fel încât să asigure funcționarea normală a sistemului de operare.

Apare o întrebare logică: „Care anume?” Pentru a răspunde, să luăm în considerare pe scurt intervalele de tensiune permise ale semnalelor de intrare și de ieșire ale amplificatorului operațional.

Pentru orice amplificator operațional, potențialul de ieșire nu poate fi mai mare decât potențialul șinei de putere pozitivă și mai mic decât potențialul șinei de putere negative. Cu alte cuvinte, tensiunea de ieșire nu poate depăși limitele tensiunilor de alimentare. De exemplu, pentru un amplificator operațional OPA277, tensiunea de ieșire la o rezistență de sarcină de 10 kΩ este mai mică decât tensiunea șinei de alimentare pozitive cu 2 V și a șinei de alimentare negative cu 0,5 V. Lățimea acestor „zone moarte” de tensiunea de ieșire, pe care ieșirea amplificatorului operațional nu o poate atinge, depinde de factorii seriei, cum ar fi circuitele etapei de ieșire, rezistența la sarcină etc.). Există amplificatoare operaționale care au zone moarte minime, de exemplu, 50 mV la tensiunea șinei de alimentare la o sarcină de 10 kΩ (pentru OPA340), această caracteristică a amplificatorului operațional este numită „rail-to-rail” (R2R).

Pe de altă parte, pentru amplificatoarele operaționale de uz general, semnalele de intrare nu ar trebui să depășească tensiunea de alimentare și, pentru unii, să fie mai mici de 1,5 ... 2 V. Cu toate acestea, există amplificatoare operaționale cu circuite specifice etapei de intrare. (de exemplu, același LM358 / LM324), care poate funcționa nu numai de la nivelul de putere negativ, ci chiar și „negativ” cu 0,3 V, ceea ce facilitează foarte mult utilizarea lor cu sursa de alimentare unipolară cu o magistrală negativă comună.

În sfârșit, să privim și să simțim aceste „păianjeni”. Poți chiar adulmeca și lingi. Permit. Luați în considerare cele mai comune opțiuni disponibile pentru radioamatorii începători. Mai ales dacă trebuie să lipiți amplificatorul operațional de la echipamentul vechi.

Pentru amplificatoare operaționale cu modele vechi, în fara esec necesitând circuite externe pentru corecția frecvenței pentru a preveni autoexcitarea, prezența unor concluzii suplimentare a fost caracteristică. Din această cauză, unele amplificatoare operaționale nici măcar nu s-au „încadrat” într-un pachet cu 8 pini (Fig. 20, A) și au fost fabricate în sticlă metalică rotundă cu 12 pini, de exemplu, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Fig. 20). , B) sau în pachete DIP cu 14 pini, de exemplu, K140UD20, K157UD2 (Fig. 20, B). Abrevierea DIP este o abreviere a expresiei engleze „Dual In line Package” și se traduce prin „pachet cu două fețe”.

Carcasa rotundă din metal și sticlă (Fig. 20, A, B) a fost folosită ca principală pentru amplificatoarele operaționale importate până la jumătatea anilor '70 și pentru amplificatoarele operaționale autohtone - până la mijlocul anilor '80 și acum este folosită pentru asa numitul. aplicații „militare” („a cincea acceptare”).

Uneori, amplificatoarele operaționale interne au fost plasate în cazuri destul de „exotice” în prezent: o sticlă metalică dreptunghiulară cu 15 pini pentru hibridul K284UD1 (Fig. 20, D), în care cheia este un al 15-lea pin suplimentar din carcasă și altele . Adevărat, personal nu am întâlnit pachete plane cu 14 pini (Fig. 20, E) pentru a plasa un amplificator operațional în ele. Au fost folosite pentru circuite digitale.

Orez. 20 Cazuri de amplificatoare operaționale casnice

Amplificatoarele operaționale moderne, în cea mai mare parte, conțin circuite de corecție chiar pe cip, ceea ce a făcut posibil să se descurce cu un număr minim de pini (de exemplu, un SOT23-5 cu 5 pini pentru un singur amplificator operațional - Fig. 23). Acest lucru a făcut posibilă plasarea a două până la patru amplificatoare operaționale complet independente (cu excepția puterii de ieșire comune) realizate pe un singur cip într-un singur caz.

Orez. 21 Carcase din plastic pe două rânduri de amplificatoare operaționale moderne pentru montarea la ieșire (DIP)

Uneori puteți găsi amplificatoare operaționale plasate în pachete cu un singur rând cu 8 pini (Fig. 22) sau cu 9 pini (SIP) - K1005UD1. Abrevierea SIP este o abreviere a expresiei în limba engleză „Single In line Package” și se traduce prin „casă cu pinout unidirecțional”.

Orez. 22 Carcasă din plastic cu un singur rând de amplificatoare operaționale duble pentru montare prin orificiu (SIP-8)

Acestea au fost concepute pentru a minimiza spațiul ocupat pe placă, dar, din păcate, au întârziat: până la acest moment, pachetele de montare la suprafață (SMD - Surface Mounting Device) au devenit larg răspândite prin lipirea direct pe șinele plăcii (Fig. 23). ). Cu toate acestea, pentru începători, utilizarea lor prezintă dificultăți semnificative.

Orez. 23 de cazuri de amplificatoare operaționale moderne importate pentru montare la suprafață (SMD)

Foarte des, același microcircuit poate fi „ambalat” de producător în pachete diferite (Fig. 24).

Orez. 24 Opțiuni de plasare pentru același cip în pachete diferite

Concluziile tuturor microcircuitelor au o numerotare secvențială, numărată din așa-numitele. „cheie”, indicând locația ieșirii la numărul 1. (Fig. 25). LA orice dacă corpul este poziţionat cu terminale Apăsaţi, numerotarea lor merge în ordine crescătoare împotriva în sensul acelor de ceasornic!

Orez. 25 Atribuirea pinilor amplificatoarelor operaționale
în diverse cazuri (pinout), vedere de sus;
direcția de numerotare indicată de săgeți

În carcasele rotunde din metal-sticlă, cheia are forma unei proeminențe laterale (Fig. 25, A, B). Aici, din locația acestei chei, sunt posibile „greble” uriașe! În cazurile interne cu 8 pini (302.8), cheia este situată vizavi de primul știft (Fig. 25, A), iar în importat TO-5 - vizavi de al optulea știft (Fig. 25, B). În cazurile cu 12 pini, atât interne (302.12) cât și importate, cheia este localizată între prima și a 12-a concluzie.

De obicei, intrarea inversoare, atât în pachetele rotunde din sticlă-metal, cât și în pachetele DIP, este conectată la al 2-lea pin, intrarea neinversătoare la al 3-lea pin, ieșirea la al 6-lea pin, puterea minus la al 4-lea pin și putere plus la pinul 4. al 7-lea. Cu toate acestea, există excepții (un alt posibil „rake”!) În pinout-ul OU K140UD8, K574UD1. În ele, numerotarea concluziilor este deplasată cu una în sens invers acelor de ceasornic în comparație cu cea general acceptată pentru majoritatea celorlalte tipuri, i.e. sunt conectate la borne, ca în cazurile de import (Fig. 25, B), iar numerotarea corespunde celor interne (Fig. 25, A).

LA anul trecut majoritatea OS „utilizări domestice” au început să fie plasate în cutii de plastic (Fig. 21, 25, C-D). În aceste cazuri, cheia este fie o adâncitură (punct) opusă primului știft, fie o decupaj la capătul carcasei între primul și al 8-lea știft (DIP-8) sau al 14-lea (DIP-14), sau o teșitură de-a lungul prima jumătate a știfturilor (Fig. 21, mijloc). Numerotarea pinului în aceste cazuri merge și împotriva în sensul acelor de ceasornic când este privit de sus (cu concluziile departe de tine).

După cum am menționat mai sus, amplificatoarele operaționale corectate intern au un total de cinci ieșiri, dintre care doar trei (două intrări și o ieșire) aparțin fiecărui amplificator operațional individual. Acest lucru a făcut posibilă plasarea a două amplificatoare operaționale complet independente (cu excepția puterii plus și minus, care necesită încă doi pini) pe un cip într-un pachet cu 8 pini (Fig. 25, D) și chiar patru într-un 14 -pachet știft (Fig. 25, D). Ca rezultat, în prezent, majoritatea amplificatoarelor operaționale sunt produse cel puțin dual, de exemplu, TL062, TL072, TL082, ieftin și simplu LM358, etc. Exact la fel în structura internă, dar quad - respectiv, TL064, TL074, TL084 și LM324.

În ceea ce privește analogul casnic al LM324 (K1401UD2), mai există o „greblă”: dacă în LM324 plusul sursei de alimentare este conectat la al 4-lea pin, iar minusul la al 11-lea, atunci în K1401UD2 este invers: plusul puterii este adus la al 11-lea pin, iar minus - pe al 4-lea. Cu toate acestea, această diferență nu provoacă dificultăți la cablare. Deoarece pinout-ul pinilor amplificatorului operațional este complet simetric (Fig. 25, E), trebuie doar să rotiți carcasa la 180 de grade, astfel încât primul pin să ia locul celui de-al 8-lea. Da, asta-i tot.

Câteva cuvinte despre etichetarea OU-urilor importate (și nu numai OU-urilor). Pentru o serie de dezvoltări ale primelor 300 de denumiri digitale, a fost obișnuit să se desemneze grupul de calitate cu prima cifră a codului digital. De exemplu, amplificatoarele operaționale LM158/LM258/LM358, comparatoarele LM193/LM293/LM393, stabilizatoarele reglabile cu trei pini TL117/TL217/TL317 etc. sunt complet identice în structura internă, dar diferă în domeniul de funcționare a temperaturii. Pentru LM158 (TL117) intervalul de temperatură de funcționare este de la minus 55 la +125 ... 150 de grade Celsius (așa-numitul „de luptă” sau domeniul militar), pentru LM258 (TL217) - de la minus 40 la +85 de grade (" gama industrială") și pentru LM358 (TL317) - de la 0 la +70 grade (gamă "casnice"). În același timp, prețul pentru ele poate fi complet nepotrivit pentru o astfel de gradare sau poate diferi foarte ușor ( modalități incontestabile de stabilire a prețurilor!). Deci, le puteți cumpăra cu orice marcaj disponibil „pentru buzunarul” unui începător, fără a urmări în mod special prima „troika”.

După ce primele trei sute de marcaje digitale au fost epuizate, grupurile de fiabilitate au început să fie marcate cu litere, al căror sens este descifrat în fișele de date (Foaie de date se traduce literalmente ca „tabel de date”) pentru aceste componente.

Concluzie

Așa că am studiat „alfabetul” funcționării amplificatorului operațional, captând puțin și comparatoare. În continuare, trebuie să învățați cum să adăugați cuvinte, propoziții și „compoziții” întregi semnificative (scheme funcționale) din aceste „litere”.

Din păcate, „Este imposibil să înțelegi imensitatea”. Dacă materialul prezentat în acest articol a ajutat la înțelegerea modului în care funcționează aceste „cutii negre”, atunci aprofundarea în continuare a analizei „umpluturii” lor, influența caracteristicilor de intrare, ieșire și tranzitorii, este sarcina unui studiu mai avansat. Informațiile despre aceasta sunt descrise în detaliu și în detaliu într-o varietate de literatură existentă. După cum spunea bunicul William de Ockham: „Entitățile nu trebuie multiplicate dincolo de ceea ce este necesar”. Nu este nevoie să repeți ceea ce a fost deja bine descris. Tot ce trebuie să faci este să nu fii leneș și să o citești.

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

De aceea, să-mi iau concediu, cu respect etc., autorului Alexey Sokolyuk ()

Un amplificator inversor este unul dintre cele mai simple și mai frecvent utilizate circuite analogice. Cu doar două rezistențe, putem seta câștigul de care avem nevoie. Nimic nu ne împiedică să facem coeficientul mai mic de 1, slăbind astfel semnalul de intrare.

Adesea, la circuit se adaugă un alt R3, a cărui rezistență este egală cu suma lui R1 și R2.

Pentru a înțelege cum funcționează un amplificator inversor, să simulăm un circuit simplu. Avem o tensiune de 4V la intrare, rezistența rezistențelor este R1 \u003d 1k și R2 \u003d 2k. S-ar putea, desigur, să înlocuiți toate acestea în formulă și să calculați imediat rezultatul, dar să vedem cum funcționează exact această schemă.

Să începem cu o reamintire a principiilor de bază de funcționare a unui amplificator operațional:

Regula nr. 1 - amplificatorul operațional își exercită ieșirea pe intrare prin NOS (feedback negativ), în urma căruia tensiunile la ambele intrări, atât inversoare (-) cât și neinversoare (+), sunt egalizate.

Vă rugăm să rețineți că intrarea non-inversoare (+) este conectată la masă, adică tensiunea de pe aceasta este de 0V. În conformitate cu regula #1, intrarea de inversare (-) ar trebui să fie, de asemenea, 0V.

Deci, știm tensiunea la bornele rezistorului R1 și rezistența sa 1k. Astfel, cu ajutorul putem efectua calculul și calcula cât de mult curent trece prin rezistorul R1:

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

Regula #2 - Intrările amplificatorului nu consumă curent

Astfel, curentul care trece prin R1 curge mai departe prin R2!

Din nou, folosim legea lui Ohm și calculăm ce scădere de tensiune are loc pe rezistorul R2. Îi cunoaștem rezistența și știm ce curent prin ea, prin urmare:

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

Se pare că avem 8V la ieșire? Nu cu siguranță în acest fel. Permiteți-mi să vă reamintesc că acesta este un amplificator inversor, adică dacă aplicăm o tensiune pozitivă la intrare și eliminăm tensiunea negativă la ieșire. Cum se întâmplă?

Acest lucru se datorează faptului că feedback-ul este setat la intrarea inversoare (-), iar pentru a egaliza tensiunile la intrare, amplificatorul reduce potențialul la ieșire. Conexiunile rezistențelor pot fi considerate simple, prin urmare, pentru ca potențialul din punctul de conectare a acestora să fie egal cu zero, ieșirea trebuie să fie minus 8 volți: Uout. = -(R2/R1)*Uin.

Există o altă captură asociată cu a treia regulă:

Regula numărul 3 - tensiunile la intrări și ieșiri trebuie să fie în intervalul dintre tensiunea de alimentare pozitivă și negativă a amplificatorului operațional.

Adică trebuie să verificați dacă tensiunile calculate de noi pot fi obținute efectiv prin amplificator. Adesea, începătorii cred că amplificatorul funcționează ca o sursă de energie gratuită și generează tensiune din nimic. Dar trebuie să ne amintim că și amplificatorul are nevoie de putere pentru a funcționa.
Amplificatoarele clasice funcționează la tensiuni de -15V și +15V. Într-o astfel de situație, -8V, pe care am calculat-o, este tensiunea reală, deoarece se află în acest interval.

Cu toate acestea, amplificatoarele moderne funcționează adesea la sau sub 5V. Într-o astfel de situație, nu există nicio șansă ca amplificatorul să ne dea minus 8V la ieșire. Prin urmare, atunci când proiectați circuite, amintiți-vă întotdeauna că calculele teoretice trebuie întotdeauna susținute de realitate și de capacitățile fizice.

Trebuie remarcat faptul că amplificatorul inversor are un dezavantaj. Știm deja că nu încarcă sursa de semnal, deoarece intrările amplificatorului au o rezistență foarte mare și consumă atât de puțin curent încât în majoritatea cazurilor poate fi ignorat (regula # 2).

Amplificatorul inversor are o impedanță de intrare egală cu rezistența rezistorului R1, în practică este cuprinsă între 1k ... 1M. Pentru comparație, un amplificator cu intrări de tranzistor cu efect de câmp are o rezistență de ordinul a sute de megaohmi și chiar gigaohmi! Prin urmare, uneori poate fi recomandabil să instalați un adept de tensiune în fața amplificatorului.