Përforcues operacional? Është shumë e thjeshtë! Përforcues përmbysës op-amp. Parimi i funksionimit

Një përforcues invertues është një nga qarqet analoge më të thjeshta dhe më të përdorura. Me vetëm dy rezistorë, ne mund të vendosim fitimin që na nevojitet. Asgjë nuk na pengon të bëjmë koeficientin më të vogël se 1, duke dobësuar kështu sinjalin e hyrjes.

Shpesh, një tjetër R3 i shtohet qarkut, rezistenca e të cilit është e barabartë me shumën e R1 dhe R2.

Për të kuptuar se si funksionon një përforcues invertues, le të simulojmë një qark të thjeshtë. Ne kemi një tension prej 4V në hyrje, rezistenca e rezistorëve është R1 \u003d 1k dhe R2 \u003d 2k. Dikush, natyrisht, mund të zëvendësojë të gjitha këto në formulë dhe menjëherë të llogarisë rezultatin, por le të shohim se si funksionon saktësisht kjo skemë.

Le të fillojmë me një kujtesë të parimeve themelore të funksionimit të një amplifikuesi operacional:

Rregulli numër 1 - përforcues operacional dalja e tij ndikon në hyrjen përmes OOS (feedback negativ), si rezultat i të cilit barazohen tensionet në të dy hyrjet, si në ato invertuese (-) ashtu edhe në ato joinvertuese (+).

Ju lutemi vini re se hyrja jo-invertuese (+) është e lidhur me tokëzimin, domethënë, voltazhi në të është 0V. Në përputhje me rregullin #1, hyrja përmbysëse (-) duhet gjithashtu të jetë 0V.

Pra, ne e dimë tensionin në terminalet e rezistorit R1 dhe rezistencën e tij 1k. Kështu, me ndihmën e ne mund të kryejmë llogaritjen dhe të llogarisim se sa rrymë rrjedh përmes rezistencës R1:

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

Rregulli #2 - Hyrjet e amplifikatorit nuk tërheqin rrymë

Kështu, rryma që rrjedh përmes R1 rrjedh më tej përmes R2!

Përsëri, ne përdorim ligjin e Ohm-it dhe llogarisim se çfarë rënie tensioni ndodh në rezistencën R2. Ne e dimë rezistencën e tij dhe ne e dimë se çfarë rryme përmes saj, prandaj:

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

Rezulton se kemi 8 V në dalje? Jo sigurisht në atë mënyrë. Më lejoni t'ju kujtoj se ky është një përforcues invertues, domethënë nëse aplikojmë një tension pozitiv në hyrje dhe heqim tensionin negativ në dalje. Si ndodh?

Kjo për faktin se reagimi vendoset në hyrjen invertuese (-), dhe për të barazuar tensionet në hyrje, amplifikatori zvogëlon potencialin në dalje. Lidhjet e rezistorëve mund të konsiderohen si të thjeshta, prandaj, në mënyrë që potenciali në pikën e lidhjes së tyre të jetë i barabartë me zero, dalja duhet të jetë minus 8 volt: Uout. = -(R2/R1)*Uin.

Ekziston një kapje tjetër e lidhur me rregullin e 3-të:

Rregulli numër 3 - tensionet në hyrje dhe dalje duhet të jenë në intervalin midis tensionit pozitiv dhe negativ të furnizimit të op-amp.

Kjo do të thotë, ju duhet të kontrolloni që tensionet e llogaritura nga ne mund të merren në të vërtetë përmes amplifikatorit. Shpesh fillestarët mendojnë se amplifikatori funksionon si një burim energjie falas dhe gjeneron tension nga asgjëja. Por duhet të kujtojmë se përforcuesi gjithashtu ka nevojë për fuqi për të punuar.
Përforcuesit klasikë funksionojnë në tensione prej -15V dhe +15V. Në një situatë të tillë, -8V jonë, që kemi llogaritur, është tensioni real, pasi është në këtë interval.

Sidoqoftë, amplifikatorët modernë shpesh funksionojnë në ose nën 5 V. Në një situatë të tillë, nuk ka asnjë shans që amplifikatori të na japë minus 8V në dalje. Prandaj, kur dizajnoni qarqe, mbani mend gjithmonë se llogaritjet teorike duhet të mbështeten gjithmonë nga realiteti dhe aftësitë fizike.

Duhet të theksohet se përforcuesi përmbysës ka një pengesë. Tashmë e dimë që nuk e ngarkon burimin e sinjalit, pasi hyrjet e amplifikatorit kanë një rezistencë shumë të lartë dhe tërheqin aq pak rrymë sa që në shumicën e rasteve mund të injorohet (rregulli # 2).

Përforcuesi përmbysës ka një rezistencë hyrëse të barabartë me rezistencën e rezistencës R1, në praktikë varion nga 1k ... 1M. Për krahasim, një përforcues me hyrje të transistorit me efekt në terren ka një rezistencë të rendit të qindra megaohmëve dhe madje gigaohmëve! Prandaj, ndonjëherë mund të këshillohet të instaloni një përcjellës të tensionit përpara amplifikatorit.

Diten e mire. Në artikullin e fundit fola për të ushqyerit. Në këtë artikull, unë do të flas për përdorimin Op-amp në qarqet lineare.

Ndjekësi i tensionit

Qarku i parë për të cilin do të flas është qarku i amplifikatorit të fitimit të unitetit (përforcuesi i unitetit) ose i ashtuquajturi. Qarku i këtij përforcuesi është paraqitur më poshtë.

Përforcues i fitimit të unitetit (ndjekësi i tensionit).

Ky qark është një modifikim, ndryshimi është se nuk ka rezistencë reagimi dhe një rezistencë në hyrjen përmbysëse. Kështu, voltazhi nga dalja e op-amp furnizohet plotësisht në hyrjen invertuese të op-amp, dhe, rrjedhimisht, koeficienti i transferimit të reagimit është i barabartë me një (β = 1).

Siç e dini, impedanca hyrëse e një op-amp me reagime përcaktohet nga shprehja e mëposhtme

• ku R BX është impedanca hyrëse e OS pa OS,

Pastaj për ndjekësin e tensionit, rezistenca e hyrjes do të duket si

Rezistenca e daljes së amplifikatorit të reagimit është shprehja e mëposhtme

• ku R BYX është impedanca hyrëse e OS pa OS,
• β është koeficienti i transmetimit të qarkut OS,
• K është fitimi i OS pa OS.

Meqenëse ndjekësi i tensionit ka një koeficient të transferimit të reagimit të barabartë me një (β = 1), rezistenca e daljes do të ketë formën e mëposhtme

Një shembull i llogaritjes së parametrave të një përcjellësi të tensionit

Për shembull, le të llogarisim përcjellësin e tensionit në op-amp, i cili ka një fitim prej K U = 80 (38 dB) në frekuencën e kërkuar, impedancën hyrëse R BX = 500 kOhm, rezistencën e daljes R BYX = 300 Ohm.

Impedanca e hyrjes përcjellës i tensionit do të jetë

Impedanca e daljes së përcjellësit të tensionit do të jetë

Disavantazhet e qarkut më të thjeshtë të përcjellësit të tensionit

Për shkak të faktit se fitimi i një amplifikatori me një OS qark të hapur ndryshon me frekuencën (me rritjen e frekuencës, fitimi zvogëlohet), kështu që rezistenca e hyrjes dhe e daljes varet gjithashtu nga frekuenca (me rritjen e frekuencës, rezistenca e hyrjes zvogëlohet, dhe rritet rezistenca e daljes).

Nëse sinjali i hyrjes ka një komponent mjaftueshëm të madh DC dhe një lëkundje të konsiderueshme të amplitudës, atëherë mund të lindë një situatë kur kufiri i tensioneve hyrëse të modalitetit të zakonshëm do të tejkalohet. Për të eliminuar këtë problem, duhet të aplikohet një sinjal në hyrjen jo-invertuese përmes një kondensatori shkëputës, dhe një rezistencë duhet të lidhet midis hyrjes jo-invertuese dhe tokës, megjithatë, kjo rezistencë do të ndikojë në rezistencën hyrëse të përsëritësit.

Një mënyrë tjetër për të përmirësuar parametrat e një përcjellësi të tensionit, e cila rekomandohet nga prodhuesit e op-amp, është përfshirja e rezistorëve me të njëjtën rezistencë në qarkun OS dhe midis hyrjes jo-invertuese dhe "tokës". Në këtë rast, fitimi i op-amp do të jetë gjithashtu i barabartë me unitetin, por rezistenca e hyrjes dhe e daljes do të varet nga rezistorët e jashtëm, dhe jo nga parametrat e op-amp.

Mënyra më efektive për të përmirësuar parametrat e një amplifikuesi të vetëm është një qark në të cilin, pas qarkut të përcjellësit të tensionit, ndizni një përforcues fuqie që siguron një rrymë të madhe dalëse. Në këtë rast, fitimi i tensionit do të jetë afërsisht unitet, dhe rryma kthyese përcaktohet nga karakteristika e amplifikatorit të fuqisë (rezistenca e hyrjes dhe e daljes shumëzohet me fitimet e të dy amplifikatorëve).

Përforcues jo invertues

Pas analizimit të përcjellësit të tensionit, i cili, në fakt, është një përforcues jo-invertues me një fitim të barabartë me unitetin, le të kalojmë në shqyrtimin e një qarku amplifikator joinvertues me një fitim arbitrar. Ky lloj amplifikuesi karakterizohet nga fakti se ka një impedancë të lartë hyrëse dhe dalje të ulët, qarku i amplifikatorit është paraqitur më poshtë.

Diagrami skematik i një përforcuesi jo invertues.

Ky qark është një nga qarqet standarde për ndezjen e amplifikatorëve operacional dhe përmban op-amp DA1, rezistencën e paragjykimit R1 dhe rezistencën kthyese R2. Përforcuesi operacional në këtë qark mbulohet nga reagimi i tensionit serik, fitimi i qarkut të reagimit do të jetë

Atëherë impedanca hyrëse e amplifikatorit joinvertues do të jetë

R BX.OU - impedanca hyrëse e OS me një qark të hapur OS,

TO OU - koeficienti i fitimit të op-amp me një qark të hapur OS.

Impedanca e daljes së një amplifikuesi jo-invertues mund të llogaritet nga shprehja e mëposhtme

R OUTPUT OU - impedanca dalëse e OU me një qark të hapur OS.

Fitimi i amplifikatorit jo invertues

Ky lloj amplifikuesi ka një nivel të caktuar të tensionit të kompensimit të hyrjes UCM, kështu që ky qark mund të aplikohet aty ku niveli i tensionit të kompensimit të hyrjes nuk ka një efekt të rëndësishëm. Niveli i tensionit të paragjykimit në hyrje do të jetë

Një shembull i llogaritjes së një amplifikuesi jo-invertues

Ne llogarisim një përforcues jo invertues, i cili duhet të sigurojë një fitim prej K = 10. Si op-amp, ne përdorim K157UD2, i cili ka parametrat e mëposhtëm: fitim (në një frekuencë prej 1 kHz) K = 1800 (65 dB) , impedanca e hyrjes R BX.OU = 500 kOhm, rezistenca e daljes R OUT.OU = 300 Ω, tensioni i paragjykimit U CM = 10 mV, rryma hyrëse I IN ≤ 500 nA. Sinjali i hyrjes ka një nivel U IN = 40 mV.

Shtues jo invertues

Duke vazhduar temën e amplifikatorëve jo-invertues, do të flas për një grumbullues jo invertues që kryen funksionin e shtimit të sinjaleve hyrëse dhe gjen aplikimin e tij si miksera sinjalesh lineare (përzierëse), për shembull, kur sinjalet nga disa burime duhet të kombinohen dhe futet në hyrjen e një amplifikuesi të fuqisë. Qarku i grumbulluesit jo-invertues është paraqitur më poshtë.

Ky qark është një përforcues jo-invertues me dy hyrje dhe përbëhet nga op-amp DA1, rezistorët e hyrjes kufizuese të rrymës R1 dhe R2, rezistenca e paragjykimit R3 dhe rezistenca kthyese R4.

Për këtë qark, marrëdhëniet bazë korrespondojnë me qarkun e një përforcuesi të thjeshtë jo-invertues, duke marrë parasysh faktin se tensioni i hyrjes në qark korrespondon me tensionin mesatar të terminaleve hyrëse.

Dhe rezistenca e rezistorëve duhet të plotësojë kushtin e mëposhtëm

Fitimet për kanale të ndryshme përcaktohen nga shprehja e mëposhtme

R N është rezistenca e rezistencës hyrëse,

K N është fitimi i kanalit përkatës të amplifikimit.

Disavantazhi kryesor i qarkut të grumbulluesit jo-invertues është mungesa e një pike potenciale zero, kështu që fitimi në hyrjet e ndryshme nuk është i pavarur. Ky disavantazh manifestohet në rastet kur rezistenca e brendshme e burimeve të tensionit të hyrjes ose vetëm një prej tyre dihet afërsisht ose ndryshon gjatë funksionimit.

Teoria është e mirë, por teoria pa praktikë është thjesht tronditje e ajrit.

Udhëtimi prej dhjetë mijë miljesh fillon me hapin e parë.
(Proverb kinez)

Ishte në mbrëmje, nuk kishte asgjë për të bërë ... Dhe kështu befas doja të bashkoja diçka. Lloj ... Elektronike! .. Saldim - pra saldim. Kompjuteri është i disponueshëm, interneti është i lidhur. Ne zgjedhim një skemë. Dhe befas rezulton se skemat për subjektin e konceptuar janë një vagon dhe një karrocë e vogël. Dhe të gjithë janë të ndryshëm. Pa përvojë, pak njohuri. Cilin të zgjidhni? Disa prej tyre përmbajnë disa lloj drejtkëndëshash, trekëndëshash. Përforcuesit, madje edhe ato operacionale ... Si funksionojnë ata nuk është e qartë. Stra-a-ashno!.. Po sikur të digjet? Ne zgjedhim atë që është më e thjeshtë, në transistorë të njohur! Zgjedhur, ngjitur, ndezur ... HELP !!! Nuk punon!!! Pse?

Po, sepse “Thjeshtësia është më e keqe se vjedhja”! Është si një kompjuter: lojërat më të shpejta dhe më të sofistikuara! Dhe për punën në zyrë, mjafton më e thjeshta. Është e njëjta gjë me transistorët. Nuk mjafton bashkimi i një qarku mbi to. Ju ende duhet të dini se si ta konfiguroni atë. Shumë "kurthe" dhe "rake". Dhe kjo shpesh kërkon përvojë që nuk është aspak një nivel fillestar. Pra, çfarë, të hiqni dorë nga një aktivitet emocionues? Në asnjë mënyrë! Vetëm mos kini frikë nga këto "trekëndësha-drejtkëndësha". Rezulton se në shumë raste është shumë më e lehtë të punosh me ta sesa me transistorë individualë. NËSE E DI - SI!

Këtu jemi: duke kuptuar se si funksionon një përforcues operacional (op-amp, ose në anglisht OpAmp), tani do të merremi me të. Në të njëjtën kohë, ne do ta konsiderojmë punën e tij fjalë për fjalë "në gishta", praktikisht pa përdorur ndonjë formulë, përveç ndoshta, përveç ligjit të gjyshit të Ohm: "Rryma përmes një seksioni qarku ( I) është drejtpërdrejt proporcionale me tensionin në të ( U) dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën e tij ( R)»:
I=U/R. (1)

Për të filluar, në parim, nuk është aq e rëndësishme se si është rregulluar saktësisht op-amp brenda. Le të marrim vetëm si supozim se është një "kuti e zezë" me pak mbushje atje. Në këtë fazë, ne nuk do të konsiderojmë parametra të tillë të op-amp si "tensioni i paragjykimit", "tensioni i zhvendosjes", "zhvendosja e temperaturës", "karakteristikat e zhurmës", "koeficienti i shtypjes së modalitetit të zakonshëm", "koeficienti i shtypjes së valëzimit të tensionit të furnizimit". ”, “gjerësia e brezit” etj. Të gjithë këta parametra do të jenë të rëndësishëm në fazën tjetër të studimit të tij, kur parimet themelore të punës së tij "të vendosen" në kokë, sepse "ishte e lëmuar në letër, por harroi gropat" ...

Tani për tani, le të supozojmë se parametrat e op-amp janë afër idealit dhe të shqyrtojmë vetëm se çfarë sinjali do të jetë në daljen e tij nëse disa sinjale aplikohen në hyrjet e tij.

Pra, përforcuesi operacional (op-amp) është një përforcues diferencial rrymë e vazhdueshme me dy hyrje (invertuese dhe jo invertuese) dhe një dalje. Përveç tyre, op-amp ka priza të fuqisë: pozitive dhe negative. Këto pesë përfundime gjenden në gatiçdo OS dhe janë thelbësisht të nevojshme për funksionimin e tij.

Op-amp ka një fitim të madh, të paktën 50,000 ... 100,000, por në realitet - shumë më tepër. Prandaj, si përafrim i parë, mund të supozojmë se është e barabartë me pafundësinë.

Termi "diferencial" ("ndryshe" përkthehet nga anglishtja si "diferencë", "diferencë", "ndryshim") do të thotë që potenciali i daljes së op-amp ndikohet ekskluzivisht nga diferenca e mundshme midis hyrjeve të tij, pavarësisht prej tyre absolute kuptimi dhe polariteti.

Termi "DC" do të thotë që op-amp amplifikon sinjalet hyrëse duke filluar nga 0 Hz. Gama e sipërme e frekuencës ( diapazoni i frekuencës) e sinjaleve që amplifikohen nga op-amp varet nga shumë faktorë, si karakteristikat e frekuencës së transistorëve nga të cilët përbëhet, fitimi i qarkut të ndërtuar duke përdorur op-amp, etj. Por kjo çështje tashmë është përtej qëllimit të njohjes fillestare me punën e tij dhe nuk do të merret parasysh këtu.

Inputet op-amp kanë një impedancë hyrëse shumë të lartë të barabartë me dhjetëra/qindra MegaOhm, apo edhe GigaOhm (dhe vetëm në K140UD1 të paharrueshme, madje edhe në K140UD5 ishte vetëm 30...50 kOhm). Një impedancë kaq e lartë e hyrjeve do të thotë se ato nuk kanë pothuajse asnjë efekt në sinjalin hyrës.

Prandaj, me një shkallë të lartë përafrimi me idealin teorik, mund të supozojmë se aktuale nuk derdhet në hyrjet e op-amp . ajo - së pari rregull i rëndësishëm që zbatohet në analizë Puna e OS. Ju lutem mbani mend mirë se çfarë ka të bëjë vetëm vetë OU, por jo skemat me përdorimin e tij!

Çfarë nënkuptojnë termat "invertues" dhe "jo përmbysës"? Në lidhje me atë që përcaktohet përmbysja dhe, në përgjithësi, çfarë lloj "kafshe" është kjo - përmbysja e sinjalit?

Përkthyer nga latinishtja, një nga kuptimet e fjalës "inversio" është "mbështjellje", "grusht shteti". Me fjale te tjera, përmbysja është një imazh pasqyre ( pasqyrim) sinjal në lidhje me boshtin horizontal X(boshti i kohës). Në Fig. 1 tregon disa nga shumë opsione përmbysja e sinjalit, ku sinjali direkt (hyrës) shënohet me të kuqe dhe sinjali i përmbysur (dalës) është me ngjyrë blu.

Oriz. 1 Koncepti i përmbysjes së sinjalit

Duhet të theksohet veçanërisht se në vijën zero (si në Fig. 1, A, B) përmbysja e sinjalit jo i lidhur! Sinjalet mund të jenë të anasjellta dhe asimetrike. Për shembull, të dyja janë vetëm në rajonin e vlerave pozitive (Fig. 1, B), që është tipike për sinjalet dixhitale ose me furnizim me energji unipolare (kjo do të diskutohet më vonë), ose të dyja janë pjesërisht në pozitive dhe pjesërisht. në rajonet negative (Fig. 1, B, D). Opsione të tjera janë gjithashtu të mundshme. Kushti kryesor është reciprok i tyre specularitet në lidhje me një nivel të zgjedhur në mënyrë arbitrare (për shembull, një pikë e mesme artificiale, e cila gjithashtu do të diskutohet më vonë). Me fjale te tjera, polariteti sinjali gjithashtu nuk është një faktor përcaktues.

Paraqitni OU në diagramet e qarkut në mënyra të ndryshme. Jashtë vendit, OS janë përshkruar më parë, dhe madje edhe tani ato përshkruhen shumë shpesh në formën e një trekëndëshi izosceles (Fig. 2, A). Hyrja përmbysëse shënohet me një simbol minus, dhe hyrja jo-invertuese shënohet me një simbol plus brenda një trekëndëshi. Këto simbole nuk nënkuptojnë aspak se potenciali në inputet përkatëse duhet të jetë më pozitiv ose më negativ se në tjetrin. Ata thjesht tregojnë se si potenciali i prodhimit reagon ndaj potencialeve të aplikuara në inpute. Si rezultat, ato janë të lehta për t'u ngatërruar me prizat e energjisë, të cilat mund të jenë një "grabitje" e papritur, veçanërisht për fillestarët.

Oriz. 2 Variante të imazheve grafike të kushtëzuara (UGO)
amplifikatorë operacionalë

Në sistemin e imazheve grafike të kushtëzuara shtëpiake (UGO) përpara hyrjes në fuqi të GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), OU-të përshkruheshin gjithashtu si një trekëndësh, vetëm hyrja përmbysëse - me një simbol përmbysje - një rreth në kryqëzimi i daljes me një trekëndësh (Fig. 2, B), dhe tani - në formën e një drejtkëndëshi (Fig. 2, C).

Kur caktoni përforcuesin në diagrame, hyrjet invertuese dhe jo-invertuese mund të ndërrohen nëse është më i përshtatshëm, megjithatë, tradicionalisht, hyrja përmbysëse tregohet në krye dhe hyrja jo-invertuese në fund. Kunjat e fuqisë zakonisht vendosen gjithmonë në një mënyrë (pozitive në krye, negative në fund).

Op-amps përdoren pothuajse gjithmonë në qarqet e reagimit negativ (NFB).

Feedback-u është efekti i aplikimit të një pjese të tensionit të daljes të një amplifikatori në hyrjen e tij, ku ai shtohet algjebrikisht (i nënshtrohet shenjës) në tensionin e hyrjes. Parimi i përmbledhjes së sinjalit do të diskutohet më poshtë. Në varësi të cilës hyrje të op-amp, invertuese ose jo, ushqehet OS, ka një reagim negativ (NFB), kur një pjesë e sinjalit të daljes aplikohet në hyrjen invertuese (Fig. 3, A) ose reagimet pozitive (PIC), kur sinjali i daljes është i ndarë, përkatësisht, në hyrjen jo-invertuese (Fig. 3, B).

Oriz. 3 Parimi i formimit të reagimeve (OS)

Në rastin e parë, meqenëse dalja është e anasjellta e hyrjes, ajo zbritet nga hyrja. Si rezultat, fitimi i përgjithshëm i skenës zvogëlohet. Në rastin e dytë, shtohet në hyrje, fitimi i përgjithshëm i kaskadës rritet.

Në shikim të parë, mund të duket se POS ka një efekt pozitiv, dhe OOS është një ndërmarrje krejtësisht e padobishme: pse të zvogëloni fitimin? Kjo është pikërisht ajo që menduan ekzaminuesit e patentave të SHBA-së kur, në vitin 1928, Harold S. Black u përpoq patentoni OS. Megjithatë, duke sakrifikuar amplifikimin, përmirësojmë ndjeshëm parametrat e tjerë të rëndësishëm të qarkut, si lineariteti i tij, diapazoni i frekuencës, etj. Sa më i thellë të jetë FOS, aq më pak karakteristikat e të gjithë qarkut varen nga karakteristikat e op-amp.

Por POS (duke pasur parasysh përfitimin e tij të madh të op-amp) ka efekt të kundërt në karakteristikat e qarkut dhe gjëja më e pakëndshme është se shkakton vetë-ngacmimin e tij. Ai, natyrisht, përdoret gjithashtu me vetëdije, për shembull, në gjeneratorë, krahasues me histerezë (më shumë për këtë më vonë), etj., Por në pamje e përgjithshme ndikimi i tij në funksionimin e qarqeve të amplifikatorëve me op-amp është mjaft negativ dhe kërkon një analizë shumë të plotë dhe të arsyeshme të zbatimit të tij.

Meqenëse OS ka dy hyrje, llojet kryesore të mëposhtme të përfshirjes së tij duke përdorur OS janë të mundshme (Fig. 4):

Oriz. 4 Skemat bazë për ndezjen e sistemit operativ

a) duke përmbysur (Fig. 4, A) - sinjali aplikohet në hyrjen përmbysëse, dhe ai joinvertues lidhet drejtpërdrejt me potencialin e referencës (nuk përdoret);

b) jo përmbysëse (Fig. 4, B) - sinjali aplikohet në hyrjen jo-invertuese, dhe ai invertues lidhet drejtpërdrejt me potencialin e referencës (nuk përdoret);

në) diferencial (Fig. 4, B) - sinjalet furnizohen në të dy hyrjet, invertuese dhe jo invertuese.

Për të analizuar funksionimin e këtyre skemave, duhet pasur parasysh e dyta më e rëndësishmja rregull, të cilit i nënshtrohet funksionimi i OS: Dalja e një op-amp priret të ketë zero ndryshim të tensionit midis hyrjeve të tij..

Megjithatë, çdo formulim duhet të jetë të nevojshme dhe të mjaftueshme për të kufizuar të gjithë nëngrupin e rasteve që i binden. Formulimi i mësipërm, me gjithë "klasicizmin" e tij, nuk jep asnjë informacion se në cilin prej inputeve "kërkon të ndikojë" produkti. Bazuar në të, rezulton se op-amp duket se barazon tensionet në hyrjet e tij, duke aplikuar tension në to nga diku "nga brenda".

Duke parë nga afër diagramet në Fig. 4, mund të shihni që OOC (përmes Rooc) në të gjitha rastet niset nga dalja vetëm te inputi invertues, i cili na jep arsye ta riformulojmë këtë rregull si më poshtë: Tensioni i ndezur dalja e op-amp, e mbuluar nga OOS, tenton të sigurojë që potenciali në hyrjen invertuese është i barabartë me potencialin në hyrjen jo-invertuese.

Bazuar në këtë përkufizim, "udhëheqësi" në çdo përfshirje të OA me OOS është hyrja jo-invertuese dhe "skllavi" është ai invertues.

Kur përshkruhet funksionimi i një amplifikatori operativ, potenciali në hyrjen e tij përmbysëse shpesh referohet si "zero virtuale" ose "pika e mesme virtuale". Përkthimi i fjalës latine "virtus" do të thotë "imagjinar", "imagjinar". Një objekt virtual sillet afër sjelljes së objekteve të ngjashëm të realitetit material, d.m.th., për sinjalet hyrëse (për shkak të veprimit të FOS), hyrja përmbysëse mund të konsiderohet e lidhur drejtpërdrejt me të njëjtin potencial si hyrja jo-invertuese. Sidoqoftë, "zero virtuale" është vetëm një rast i veçantë që ndodh vetëm me furnizimin me energji bipolare të op-amp. Kur përdorni një furnizim me energji unipolare (që do të diskutohet më poshtë), dhe në shumë qarqe të tjera komutuese, nuk do të ketë zero as në hyrjet jo-invertuese dhe as përmbysëse. Prandaj, le të biem dakord që ne nuk do ta përdorim këtë term, pasi ai ndërhyn në kuptimin fillestar të parimeve të funksionimit të OS.

Nga ky këndvështrim, ne do të analizojmë skemat e paraqitura në Fig. 4. Në të njëjtën kohë, për të thjeshtuar analizën, do të supozojmë se tensionet e furnizimit janë ende bipolare, të barabarta me njëri-tjetrin në vlerë (të themi, ± 15 V), me një pikë të mesme (busi i zakonshëm ose "tokë"), relative të cilit do t'i numërojmë tensionet hyrëse dhe dalëse. Përveç kësaj, analiza do të kryhet në rrymë të vazhdueshme, sepse. një sinjal alternativ në ndryshim në çdo moment të kohës mund të përfaqësohet gjithashtu si një mostër e vlerave të rrymës së drejtpërdrejtë. Në të gjitha rastet, reagimi përmes Rooc lidhet nga dalja e op-amp në hyrjen e tij përmbysëse. Dallimi është vetëm në cilin nga hyrjet aplikohet tensioni i hyrjes.

POR) duke përmbysur ndezja (Fig. 5).

Oriz. 5 Parimi i funksionimit të op-amp në një lidhje invertuese

Potenciali në hyrjen jo invertuese është zero, sepse është e lidhur me pikën e mesit ("toka"). Një sinjal hyrës i barabartë me +1 V në lidhje me pikën e mesit (nga GB) aplikohet në terminalin e majtë të rezistencës hyrëse Rin. Le të supozojmë se rezistenca Rooc dhe Rin janë të barabarta me njëra-tjetrën dhe arrijnë në 1 kOhm (rezistenca e tyre totale është 2 kOhm).

Sipas rregullit 2, hyrja invertuese duhet të ketë të njëjtin potencial si zero jo-invertues, d.m.th., 0 V. Prandaj, në Rin aplikohet një tension prej +1 V. Sipas ligjit të Ohmit, një rrymë do të rrjedhë nëpër të. Ihyrje= 1 V / 1000 ohms = 0,001 A (1 mA). Drejtimi i rrjedhës së kësaj rryme tregohet me një shigjetë.

Meqenëse Rooc dhe Rin janë të lidhur me një ndarës, dhe sipas rregullit 1, hyrjet e op-amp nuk konsumojnë rrymë, në mënyrë që voltazhi të jetë 0 V në mes të këtij ndarësi, duhet të aplikohet një tension në prodhimi i duhur i Rooc minus 1 V, dhe rryma që rrjedh nëpër të Ioos gjithashtu duhet të jetë e barabartë me 1 mA. Me fjalë të tjera, një tension prej 2 V aplikohet midis terminalit të majtë Rin dhe terminalit të djathtë Rooc, dhe rryma që rrjedh nëpër këtë ndarës është 1 mA (2 V / (1 kΩ + 1 kΩ) = 1 mA), d.m.th. I hyrje = I oos .

Nëse në hyrje aplikohet një tension i polaritetit negativ, dalja e op-amp do të jetë një tension i polaritetit pozitiv. Gjithçka është e njëjtë, vetëm shigjetat që tregojnë rrjedhën e rrymës përmes Rooc dhe Rin do të drejtohen në drejtim të kundërt.

Kështu, nëse vlerat e Rooc dhe Rin janë të barabarta, voltazhi në daljen e op-amp do të jetë i barabartë me tensionin në hyrjen e tij në madhësi, por i kundërt në polaritet. Dhe ne morëm duke përmbysur përsëritës . Kjo skemë përdoret shpesh nëse keni nevojë të përmbysni sinjalin e marrë duke përdorur qarqe që janë në thelb inverter. Për shembull, përforcuesit logaritmikë.

Tani le ta mbajmë Rin të barabartë me 1 kOhm dhe të rrisim rezistencën Rooc në 2 kOhm me të njëjtin sinjal hyrës +1 V. Rezistenca totale e ndarësit Rooc+Rin është rritur në 3 kOhm. Në mënyrë që një potencial prej 0 V (i barabartë me potencialin e hyrjes jo-invertuese) të mbetet në pikën e tij mes, e njëjta rrymë (1 mA) duhet të rrjedhë përmes Rooc si përmes Rin. Prandaj, rënia e tensionit në Rooc (tensioni në daljen e op-amp) duhet të jetë tashmë 2 V. Në daljen e op-amp, voltazhi është minus 2 V.

Le të rrisim vlerën e Rooc në 10 kOhm. Tani voltazhi në daljen e op-amp në të njëjtat kushte të tjera do të jetë tashmë 10 V. Wow! Më në fund arritëm duke përmbysur përforcues ! E tij tensioni i daljes më shumë se inputi (me fjalë të tjera, fitimi Ku) aq herë sa rezistenca Rooc është më e madhe se rezistenca Rin. Pavarësisht se si u betova të mos përdor formula, le ta shfaqim përsëri këtë si një ekuacion:
Ku \u003d - Uout / Uin \u003d - Rooc / Rin. (2)

Shenja minus përpara fraksionit në anën e djathtë të ekuacionit do të thotë vetëm se sinjali i daljes është i anasjelltë në lidhje me hyrjen. Dhe asgjë më shumë!

Dhe tani le të rrisim rezistencën Rooc në 20 kOhm dhe të analizojmë se çfarë ndodh. Sipas formulës (2), me Ku \u003d 20 dhe një sinjal hyrje prej 1 V, dalja duhet të ishte një tension prej 20 V. Por nuk ishte aty! Më parë supozuam se voltazhi i furnizimit të op-amp tonë është vetëm ± 15 V. Por as 15 V nuk mund të merret (pse kështu - pak më i ulët). "Nuk mund të kërcesh mbi kokën tënde (tensioni i furnizimit)"! Si rezultat i një abuzimi të tillë të vlerësimeve të qarkut, voltazhi i daljes së op-amp "mbështetet" në tensionin e furnizimit (dalja e op-amp hyn në ngopje). Bilanci i barazisë aktuale përmes ndarësit RoocRin ( Ihyrje = Ioos) është shkelur, në hyrjen invertuese shfaqet një potencial, i cili është i ndryshëm nga potenciali në hyrjen joinvertuese. Rregulli 2 nuk zbatohet më.

hyrje rezistencës përforcues invertuesështë e barabartë me rezistencën Rin, pasi e gjithë rryma nga burimi i sinjalit të hyrjes (GB) rrjedh nëpër të.

Tani le të zëvendësojmë konstanten Rooc me një ndryshore, me një vlerë nominale, le të themi, 10 kOhm (Fig. 6).

Oriz. 6 Qarku i amplifikatorit përmbysës me fitim të ndryshueshëm

Me pozicionin e djathtë (sipas qarkut) të rrëshqitësit të tij, fitimi do të jetë Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Duke lëvizur rrëshqitësin Rooc në të majtë (duke ulur rezistencën e tij), fitimi i qarkut do të zvogëlohet dhe, së fundi, në pozicionin e tij ekstrem majtas do të bëhet i barabartë me zero, pasi numëruesi në formulën e mësipërme do të bëhet zero në ndonjë vlera e emëruesit. Dalja do të jetë gjithashtu zero për çdo vlerë dhe polaritet të sinjalit të hyrjes. Një skemë e tillë përdoret shpesh në qarqet e amplifikimit të sinjalit audio, për shembull, në miksera, ku duhet të rregulloni fitimin nga zero.

B) jo përmbysëse ndezja (Fig. 7).

Oriz. 7 Parimi i funksionimit të op-amp në një përfshirje jo invertuese

Kunja e majtë e Rin është e lidhur me pikën e mesit ("tokë"), dhe sinjali hyrës i barabartë me +1 V aplikohet drejtpërdrejt në hyrjen jo-invertuese. Meqenëse nuancat e analizës "përtypen" më lart, këtu do t'i kushtojmë vëmendje vetëm dallimeve të rëndësishme.

Në fazën e parë të analizës, marrim gjithashtu rezistencat Rooc dhe Rin të barabarta me njëra-tjetrën dhe të barabarta me 1 kOhm. Sepse në hyrjen jo-invertuese, potenciali është +1 V, atëherë sipas rregullit 2, i njëjti potencial (+1 V) duhet të jetë në hyrjen invertuese (treguar në figurë). Për ta bërë këtë, duhet të ketë një tension prej +2 V në terminalin e djathtë të rezistencës Rooc (dalja e op-amp). Rrymat Ihyrje dhe Ioos, e barabartë me 1 mA, tani rrjedhin nëpër rezistorët Rooc dhe Rin në drejtim të kundërt (treguar me shigjeta). Ne e morëm atë jo përmbysëse përforcues me një fitim prej 2, pasi një hyrje prej +1V prodhon një dalje prej +2V.

E çuditshme, apo jo? Vlerësimet janë të njëjta si në lidhjen përmbysëse (i vetmi ndryshim është se sinjali aplikohet në një hyrje tjetër), dhe fitimi është i dukshëm. Ne do ta shqyrtojmë këtë pak më vonë.

Tani e rrisim vlerën e Rooc në 2 kOhm. Për të mbajtur ekuilibrin e rrymave Ihyrje = Ioos dhe potenciali i hyrjes përmbysëse është +1 V, dalja e op-amp duhet të jetë tashmë +3 V. Ku \u003d 3 V / 1 V \u003d 3!

Nëse krahasojmë vlerat e Ku ​​me një lidhje jo përmbysëse me një përmbysëse, me të njëjtat vlerësime Rooc dhe Rin, rezulton se fitimi në të gjitha rastet është më i madh për një. Ne nxjerrim formulën:
Ku \u003d Uout / Uin + 1 \u003d (Rooc / Rin) + 1 (3)

Pse po ndodh kjo? Po, shumë e lehtë! NFB funksionon saktësisht njësoj si në një lidhje invertuese, por sipas rregullit 2, potenciali i hyrjes joinvertuese i shtohet gjithmonë potencialit të hyrjes invertuese në një lidhje joinvertuese.

Pra, me një përfshirje jo përmbysëse, është e pamundur të merret një fitim i barabartë me 1? Pse jo, pse jo. Le të zvogëlojmë vlerën e Rooc, ngjashëm me atë se si kemi analizuar Fig. 6. Me vlerën e tij zero - duke e lidhur me qark të shkurtër daljen me hyrjen invertuese (Fig. 8, A), sipas rregullit 2, dalja do të ketë një tension të tillë që potenciali i hyrjes përmbysëse të jetë i barabartë me potencialin e hyrja jo përmbysëse, d.m.th., +1 V. Marrim: Ku \u003d 1 V / 1 V \u003d 1 (!) Epo, meqenëse hyrja përmbysëse nuk konsumon rrymë dhe nuk ka asnjë ndryshim potencial midis tij dhe daljes, atëherë nuk rrjedh rrymë në këtë qark.

Oriz. 8 Skema e ndezjes së op-amp si përcjellës i tensionit

Rin bëhet përgjithësisht i tepërt, sepse është e lidhur paralelisht me ngarkesën në të cilën duhet të funksionojë dalja e op-amp, dhe rryma e saj e daljes do të rrjedhë nëpër të kot. Dhe çfarë ndodh nëse largoheni nga Rooc, por hiqni Rin (Fig. 8, B)? Pastaj në formulën e fitimit Ku = Roos / Rin + 1, rezistenca Rin teorikisht bëhet afër pafundësisë (në realitet, natyrisht, jo, sepse ka rrjedhje në tabelë, dhe rryma hyrëse e op-amp, megjithëse e papërfillshme , është ende zero nuk është ende e barabartë), dhe raporti Rooc / Rin barazohet me zero. Vetëm një mbetet në formulën: Ku \u003d + 1. A mund të jetë fitimi më i vogël se një për këtë qark? Jo, më pak nuk do të funksionojë në asnjë rrethanë. Ju nuk mund të shkoni rreth njësisë "shtesë" në formulën e fitimit në një dhi të shtrembër ...

Pasi kemi hequr të gjithë rezistorët "shtesë", marrim një qark jo përmbysëse përsëritës treguar në Fig. 8, V.

Në shikim të parë, një skemë e tillë nuk ka kuptim praktik: pse na duhet një "përforcim" i vetëm dhe madje jo i kundërt - çfarë, nuk mund të dërgoni një sinjal më tej ??? Megjithatë, skema të tilla përdoren mjaft shpesh dhe ja pse. Sipas rregullit 1, rryma nuk rrjedh në hyrjet e op-amp, d.m.th. impedanca e hyrjes ndjekësi jo-invertues është shumë i madh - të njëjtat dhjetëra, qindra dhe madje mijëra MΩ (e njëjta gjë vlen edhe për qarkun sipas Fig. 7)! Por rezistenca e daljes është shumë e vogël (fraksione të Ohm!). Dalja e amplifikatorit optik "mbytet me të gjitha forcat", duke u përpjekur, sipas rregullit 2, të ruajë të njëjtin potencial në hyrjen përmbysëse si në atë jo-invertuese. Kufizimi i vetëm është rryma e lejueshme e daljes së op-amp.

Por nga ky vend do të lëvizim pak anash dhe do të shqyrtojmë çështjen e rrymave të daljes së op-amp në pak më shumë detaje.

Për shumicën e amplifikatorëve për qëllime të përgjithshme, specifikimet teknike thonë se rezistenca e ngarkesës së lidhur me daljen e tyre nuk duhet të jetë më pak 2 kOhm Më shumë - aq sa dëshironi. Për një numër shumë më të vogël, është 1 kOhm (K140UD ...). Kjo do të thotë se në kushtet më të këqija: tensioni maksimal i furnizimit (p.sh. ±16 V ose 32 V në total), një ngarkesë e lidhur midis daljes dhe njërës prej shiritave të furnizimit dhe tensioni maksimal i daljes me polaritet të kundërt, një tension prej rreth Në ngarkesë do të aplikohet 30 V. Në këtë rast, rryma përmes saj do të jetë: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Jo aq pak, por as shumë. Për fat të mirë, shumica e amplifikatorëve të funksionimit të përgjithshëm kanë mbrojtje të integruar nga mbirryma - rryma tipike maksimale e daljes është 25 mA. Mbrojtja parandalon mbinxehjen dhe dështimin e op-amp.

Nëse tensionet e furnizimit nuk janë maksimumi i lejueshëm, atëherë rezistenca minimale e ngarkesës mund të zvogëlohet proporcionalisht. Thuaj, me një furnizim me energji elektrike prej 7,5 ... 8 V (gjithsej 15 ... 16 V), mund të jetë 1 kOhm.

AT) diferencial ndezja (Fig. 9).

Oriz. 9 Parimi i funksionimit të op-amp në një lidhje diferenciale

Pra, le të supozojmë se me të njëjtat vlerësime Rin dhe Rooc të barabartë me 1 kOhm, të njëjtat tensione të barabarta me +1 V aplikohen në të dy hyrjet e qarkut (Fig. 9, A). Meqenëse potencialet në të dy anët e rezistencës Rin janë të barabarta me njëra-tjetrën (tensioni në të gjithë rezistencën është 0), asnjë rrymë nuk rrjedh nëpër të. Kjo do të thotë që rryma përmes rezistencës Rooc është gjithashtu zero. Kjo do të thotë, këto dy rezistorë nuk kryejnë asnjë funksion. Në fakt, ne në fakt morëm një ndjekës jo-invertues (krahaso me Fig. 8). Prandaj, do të marrim të njëjtin tension në dalje si në hyrjen jo-invertuese, d.m.th., +1 V. Le të ndryshojmë polaritetin e sinjalit të hyrjes në hyrjen përmbysëse të qarkut (kthejeni GB1) dhe aplikojmë minus 1 V. (Fig. 9, B). Tani një tension prej 2 V aplikohet midis terminaleve Rin dhe një rrymë rrjedh nëpër të Inë\u003d 2 mA (shpresoj se nuk është më e nevojshme të përshkruhet në detaje pse është kështu?). Për të kompensuar këtë rrymë, një rrymë prej 2 mA duhet gjithashtu të rrjedhë përmes Rooc. Dhe për këtë, dalja e op-amp duhet të ketë një tension prej +3 V.

Pikërisht aty u shfaq “buzëqeshja” keqdashëse e një shtesë në formulën e fitimit të një amplifikuesi jo-invertues. Rezulton se me të tillë thjeshtuar Në komutimin diferencial, diferenca në fitim e zhvendos vazhdimisht sinjalin e daljes nga potenciali në hyrjen jo-invertuese. Një problem me! Megjithatë, “Edhe sikur të të hanin, prapë ke të paktën dy dalje”. Kjo do të thotë se ne disi duhet të barazojmë përfitimet e përfshirjeve invertuese dhe jo përmbysëse në mënyrë që të "neutralizojmë" këtë shtesë.

Për ta bërë këtë, le të aplikojmë sinjalin hyrës në hyrjen jo përmbysëse jo drejtpërdrejt, por përmes ndarësit Rin2, R1 (Fig. 9, B). Le të marrim emërtimet e tyre gjithashtu për 1 kOhm. Tani, në hyrjen jo-invertuese (dhe për rrjedhojë edhe në invertuese) të op-amp, do të ketë një potencial prej +0,5 V, një rrymë do të rrjedhë përmes tij (dhe Rooc) Inë = Ioos\u003d 0,5 mA, për të siguruar që dalja e op-amp duhet të ketë një tension të barabartë me 0 V. Phew! Ne morëm atë që donim! Me sinjale të barabarta me madhësi dhe polaritet në të dy hyrjet e qarkut (në këtë rast +1 V, por e njëjta gjë do të jetë e vërtetë për minus 1 V dhe për çdo vlerë tjetër dixhitale), dalja e op-amp do të mbajë tensionin zero të barabartë. tek diferenca në sinjalet hyrëse.

Le ta kontrollojmë këtë arsyetim duke aplikuar një sinjal me polaritet negativ minus 1 V në hyrjen përmbysëse (Fig. 9, D). Ku Inë = Ioos= 2 mA, për të cilën dalja duhet të jetë +2 V. Gjithçka u konfirmua! Niveli i daljes korrespondon me diferencën midis hyrjeve.

Sigurisht, nëse Rin1 dhe Rooc janë të barabartë (përkatësisht, Rin2 dhe R1), ne nuk do të marrim përforcim. Për ta bërë këtë, ju duhet të rritni vlerat e Rooc dhe R1, siç u bë kur analizoni përfshirjet e mëparshme të op-amp (nuk do ta përsëris atë), dhe duhet në mënyrë rigoroze respektoni raportin:

Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (katër)

Çfarë dobie kemi nga një përfshirje e tillë në praktikë? Dhe marrim një pronë të jashtëzakonshme: voltazhi i daljes nuk varet nga vlerat absolute të sinjaleve hyrëse, nëse ato janë të barabarta me njëri-tjetrin në madhësi dhe polaritet. Vetëm sinjali i diferencës (diferenciale) del në dalje. Kjo bën të mundur përforcimin e sinjaleve shumë të vogla në sfondin e zhurmës që vepron në mënyrë të barabartë në të dy hyrjet. Për shembull, një sinjal nga një mikrofon dinamik në sfondin e një marrjeje rrjeti industrial të frekuencës 50 Hz.

Megjithatë, në këtë fuçi me mjaltë, për fat të keq, ka një mizë në vaj. Së pari, barazia (4) duhet të respektohet shumë rreptësisht (deri në të dhjetat dhe ndonjëherë edhe të qindtat e përqindjes!). Përndryshe, do të ketë një çekuilibër të rrymave që veprojnë në qark, dhe për këtë arsye, përveç sinjaleve të diferencës ("antifazore"), sinjalet e kombinuara ("modaliteti i përbashkët") gjithashtu do të përforcohen.

Le të kuptojmë thelbin e këtyre termave (Fig. 10).

Oriz. 10 Zhvendosja e fazës së sinjalit

Faza e sinjalit është një vlerë që karakterizon kompensimin e origjinës së periudhës së sinjalit në lidhje me origjinën e kohës. Meqenëse si origjina e kohës ashtu edhe origjina e periudhës zgjidhen në mënyrë arbitrare, faza e një periodike sinjali nuk ka kuptim fizik. Sidoqoftë, ndryshimi i fazës midis të dyve periodike sinjalet janë një sasi që ka një kuptim fizik, ajo pasqyron vonesën e njërit prej sinjaleve në raport me tjetrin. Ajo që konsiderohet fillimi i periudhës nuk ka rëndësi. Për pikën e fillimit të periudhës, mund të merrni një vlerë zero me një pjerrësi pozitive. Është e mundur - maksimale. Gjithçka është në fuqinë tonë.

Në Fig. 9, e kuqja tregon sinjalin origjinal, jeshile - e zhvendosur me ¼ periudhë në krahasim me origjinalin dhe blu - me ½ periudhë. Nëse krahasojmë kurbat e kuqe dhe blu me kthesat në Fig. 2, B, shihet se janë të ndërsjella anasjelltas. Kështu, "sinjalet në fazë" janë sinjale që përkojnë me njëri-tjetrin në secilën prej pikave të tyre, dhe "sinjalet antifazore" janë anasjelltas në lidhje me njëri-tjetrin.

Në të njëjtën kohë, koncepti përmbysjet më i gjerë se koncepti fazat, sepse kjo e fundit vlen vetëm për sinjalet periodike të përsëritura rregullisht. Dhe koncepti përmbysjet i zbatueshëm për çdo sinjal, duke përfshirë ato jo periodike, të tilla si një sinjal audio, një sekuencë dixhitale ose një tension konstant. te fazaështë një vlerë konsistente, sinjali duhet të jetë periodik të paktën gjatë një intervali të caktuar. Përndryshe, faza dhe periudha kthehen në abstraksione matematikore.

Së dyti, hyrjet invertuese dhe jo invertuese në lidhjen diferenciale, me vlerësime të barabarta Rooc = R1 dhe Rin1 = Rin2, do të kenë rezistenca të ndryshme hyrëse. Nëse rezistenca e hyrjes së hyrjes përmbysëse përcaktohet vetëm nga vlera Rin1, atëherë hyrja jo-invertuese përcaktohet nga vlerat në mënyrë të njëpasnjëshme përfshirë Rin2 dhe R1 (nuk keni harruar që hyrjet op-amp nuk konsumojnë rrymë?). Në shembullin e mësipërm, ato do të jenë përkatësisht 1 dhe 2 kΩ. Dhe nëse rrisim Rooc dhe R1 për të marrë një fazë amplifikuese të plotë, atëherë diferenca do të rritet edhe më shumë: me Ku \u003d 10 - deri në, përkatësisht, të gjitha të njëjtat 1 kOhm dhe deri në 11 kOhm!

Fatkeqësisht, në praktikë, zakonisht vendosen vlerësimet Rin1 = Rin2 dhe Rooc = R1. Megjithatë, kjo është e pranueshme vetëm nëse burimet e sinjalit për të dy hyrjet janë shumë të ulëta impedanca e daljes. Përndryshe, ai formon një ndarës me impedancën hyrëse të kësaj faze amplifikuese, dhe meqenëse faktori i ndarjes së "ndarësve" të tillë do të jetë i ndryshëm, rezultati është i dukshëm: një përforcues diferencial me vlera të tilla të rezistencës nuk do të kryejë funksionin e tij të shtypjes. sinjale të modalitetit të përbashkët (të kombinuara), ose e kryejnë këtë funksion dobët.

Një nga mënyrat për të zgjidhur këtë problem mund të jetë pabarazia e vlerave të rezistorëve të lidhur me hyrjet invertuese dhe jo-invertuese të op-amp. Domethënë, në mënyrë që Rin2 + R1 = Rin1. Një pikë tjetër e rëndësishme është arritja e respektimit të saktë të barazisë (4). Si rregull, kjo arrihet duke ndarë R1 në dy rezistorë - një konstante, zakonisht 90% e vlerës së dëshiruar, dhe një variabël (R2), rezistenca e të cilit është 20% e vlerës së kërkuar (Fig. 11, A).

Oriz. 11 Opsionet e balancimit të amplifikatorit diferencial

Rruga pranohet përgjithësisht, por përsëri, me këtë metodë balancimi, megjithëse pak, ndryshon impedanca hyrëse e hyrjes jo-invertuese. Një opsion shumë më i qëndrueshëm me përfshirjen e një rezistence akordimi (R5) në seri me Rooc (Fig. 11, B), pasi Rooc nuk merr pjesë në formimin e rezistencës hyrëse të hyrjes përmbysëse. Gjëja kryesore është të ruani raportin e emërtimeve të tyre, të ngjashme me opsionin "A" (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).

Meqenëse folëm për ndërrimin diferencial dhe përmendëm përsëritësit, do të doja të përshkruaj një qark interesant (Fig. 12).

Oriz. 12 Qarku përcjellës invertues/joinvertues i ndërruar

Sinjali i hyrjes aplikohet njëkohësisht në të dy hyrjet e qarkut (invertues dhe joinvertues). Vlerësimet e të gjithë rezistorëve (Rin1, Rin2 dhe Rooc) janë të barabarta me njëri-tjetrin (në këtë rast, le të marrim vlerat e tyre reale: 10 ... 100 kOhm). Hyrja jo-invertuese e op-amp me çelësin SA mund të mbyllet në një autobus të zakonshëm.

Në pozicionin e mbyllur të çelësit (Fig. 12, A), rezistenca Rin2 nuk merr pjesë në funksionimin e qarkut (vetëm rryma "e padobishme" rrjedh nëpër të Ivx2 nga burimi i sinjalit në autobusin e përbashkët). marrim ndjekës përmbysës me një fitim të barabartë me minus 1 (shih Fig. 6). Por me çelësin SA në pozicionin e hapur (Fig. 12, B), marrim ndjekës jo përmbysës me fitim të barabartë me +1.

Parimi i funksionimit të kësaj skeme mund të shprehet në një mënyrë paksa të ndryshme. Kur çelësi SA është i mbyllur, ai funksionon si një përforcues përmbysës me një fitim të barabartë me minus 1, dhe kur është i hapur - njëkohësisht(!) Dhe si përforcues invertues me fitim, minus 1, dhe si përforcues joinvertues me fitim +2, nga ku: Ku = +2 + (–1) = +1.

Në këtë formë, ky qark mund të përdoret nëse, për shembull, polariteti i sinjalit të hyrjes është i panjohur në fazën e projektimit (të themi, nga një sensor që nuk është i aksesueshëm derisa pajisja të konfigurohet). Megjithatë, nëse një transistor (për shembull, një transistor me efekt në terren) përdoret si çelës, i kontrolluar nga sinjali i hyrjes duke përdorur krahasues(që do të diskutohet më poshtë), marrim detektor sinkron(ndreqës sinkron). Zbatimi specifik i një skeme të tillë, natyrisht, shkon përtej njohjes fillestare me funksionimin e OS, dhe ne nuk do ta shqyrtojmë më në detaje këtu.

Dhe tani le të shqyrtojmë parimin e përmbledhjes së sinjaleve hyrëse (Fig. 13, A), dhe në të njëjtën kohë do të kuptojmë se cilat vlera të rezistorëve Rin dhe Rooc duhet të jenë në realitet.

Oriz. 13 Parimi i funksionimit të grumbulluesit invertues

Ne marrim si bazë përforcuesin invertues të diskutuar tashmë më lart (Fig. 5), vetëm ne lidhim jo një, por dy rezistorë hyrës Rin1 dhe Rin2 në hyrjen e op-amp. Deri më tani, për qëllime "edukative", ne pranojmë rezistencën e të gjithë rezistorëve, përfshirë Rooc, të barabartë me 1 kOhm. Ne furnizojmë sinjale hyrëse të barabarta me +1 V në terminalet e majtë Rin1 dhe Rin2. Rrymat e barabarta me 1 mA rrjedhin nëpër këto rezistorë (tregohen me shigjeta që tregojnë nga e majta në të djathtë). Për të ruajtur të njëjtin potencial në hyrjen përmbysëse si në atë joinvertuese (0 V), një rrymë e barabartë me shumën e rrymave hyrëse (1 mA + 1 mA = 2 mA) duhet të rrjedhë përmes rezistencës Rooc, e treguar nga një shigjetë që tregon në drejtim të kundërt (nga e djathta në të majtë), për të cilën dalja e op-amp duhet të ketë një tension prej minus 2 V.

I njëjti rezultat (tensioni në dalje minus 2 V) mund të merret nëse në hyrjen e amplifikatorit invertues aplikohet +2 V (Fig. 5), ose vlera e Rin përgjysmohet, d.m.th. deri në 500 Ohm. Le të rrisim tensionin e aplikuar në rezistencën Rin2 deri në +2 V (Fig. 13, B). Në dalje marrim një tension prej minus 3 V, i cili është i barabartë me shumën e tensioneve të hyrjes.

Nuk mund të ketë dy hyrje, por sa të doni. Parimi i funksionimit të këtij qarku nuk do të ndryshojë nga kjo: voltazhi i daljes në çdo rast do të jetë drejtpërdrejt proporcional me shumën algjebrike (duke marrë parasysh shenjën!) të rrymave që kalojnë nëpër rezistorët e lidhur me hyrjen invertuese të op. -amp (në përpjesëtim të zhdrejtë me vlerësimet e tyre), pavarësisht nga numri i tyre.

Nëse, nga ana tjetër, sinjale të barabarta me +1 V dhe minus 1 V aplikohen në hyrjet e grumbulluesit përmbysës (Fig. 13, B), atëherë rrymat që kalojnë nëpër to do të jenë në drejtime të ndryshme, ato do të anulojnë secilën tjetër jashtë dhe dalja do të jetë 0 V. Përmes rezistencës Rooc në këtë rast nuk do të rrjedhë rrymë. Me fjalë të tjera, rryma që rrjedh nëpër Rooc përmblidhet algjebrikisht me hyrje rrymat.

Një pikë e rëndësishme rrjedh gjithashtu nga kjo: ndërsa ne punonim me tensione të vogla hyrëse (1 ... 3 V), dalja e një op-amp të përdorur gjerësisht mund të sigurojë një rrymë të tillë (1 ... 3 mA) për Rooc dhe diçka tjetër mbeti për ngarkesën e lidhur me daljen e op-amp. Por nëse tensionet e sinjaleve hyrëse rriten në maksimum të lejueshëm (afër tensioneve të furnizimit), atëherë rezulton se e gjithë rryma e daljes do të shkojë në Rooc. Nuk ka mbetur asgjë për të ngarkuar. Dhe kujt i duhet një fazë amplifikuese që funksionon "për vete"? Për më tepër, vlerat e rezistencës hyrëse prej vetëm 1 kΩ (përkatësisht, duke përcaktuar rezistencën hyrëse të fazës së amplifikatorit përmbysës) kërkojnë rryma tepër të larta që të rrjedhin nëpër to, duke ngarkuar shumë burimin e sinjalit. Prandaj, në qarqet reale, rezistenca Rin zgjidhet jo më pak se 10 kOhm, por gjithashtu është e dëshirueshme jo më shumë se 100 kOhm, në mënyrë që në një fitim të caktuar, Rooc të mos vendoset shumë lart. Edhe pse këto vlera nuk janë absolute, por vetëm vlerësohen, siç thonë ata, "në përafrimin e parë" - gjithçka varet nga qarku specifik. Në çdo rast, është e padëshirueshme që një rrymë që rrjedh përmes Rooc të kalojë 5 ... 10% të rrymës maksimale të daljes së këtij op-amp të veçantë.

Sinjalet e përmbledhura mund të aplikohen gjithashtu në hyrjen jo-invertuese. Rezulton shtues jo invertues. Në parim, një qark i tillë do të funksionojë saktësisht në të njëjtën mënyrë si një grumbullues përmbysës, dalja e të cilit do të jetë një sinjal që është drejtpërdrejt proporcional me tensionet e hyrjes dhe në përpjesëtim të kundërt me vlerat e rezistorëve të hyrjes. Megjithatë, në praktikë përdoret shumë më rrallë, sepse. përmban një "rake" që duhet marrë parasysh.

Meqenëse rregulli 2 është i vlefshëm vetëm për hyrjen invertuese, e cila ka një "potencial virtual zero", atëherë hyrja joinvertuese do të ketë një potencial të barabartë me shumën algjebrike të tensioneve hyrëse. Prandaj, voltazhi i hyrjes i disponueshëm në njërën nga hyrjet do të ndikojë në tensionin e furnizuar në hyrjet e tjera. Nuk ka "potencial virtual" në hyrjen jo-invertuese! Si rezultat, duhet të zbatohen truket shtesë të qarkut.

Deri më tani, ne kemi konsideruar qarqe të bazuara në OS me OOS. Çfarë ndodh nëse komentet hiqen fare? Në këtë rast, marrim krahasues(Fig. 14), d.m.th., një pajisje që krahason vlerën absolute të dy potencialeve në hyrjet e saj (nga fjala angleze krahasojnë- krahaso). Në daljen e tij, do të ketë një tension që i afrohet njërit prej tensioneve të furnizimit, varësisht se cili nga sinjalet është më i madh se tjetri. Në mënyrë tipike, sinjali i hyrjes aplikohet në njërën nga hyrjet, dhe në tjetrën - një tension konstant me të cilin krahasohet (i ashtuquajturi "tensioni i referencës"). Mund të jetë çdo gjë, duke përfshirë potencialin zero (Fig. 14, B).

Oriz. 14 Skema e ndezjes së op-amp si krahasues

Sidoqoftë, jo gjithçka është aq mirë "në mbretërinë e Danimarkës" ... Dhe çfarë ndodh nëse voltazhi midis hyrjeve është zero? Në teori, prodhimi gjithashtu duhet të jetë zero, por në realitet - kurrë. Nëse potenciali në njërën nga hyrjet tejkalon edhe pak potencialin e tjetrit, atëherë kjo tashmë do të jetë e mjaftueshme që rritjet kaotike të tensionit të ndodhin në dalje për shkak të shqetësimeve të rastësishme të shkaktuara në hyrjet e krahasuesit.

Në realitet, çdo sinjal është "i zhurmshëm", sepse ideali nuk mund të jetë me përkufizim. Dhe në zonën afër pikës së barazisë së potencialeve të hyrjeve, një shpërthim sinjalesh dalëse do të shfaqet në daljen e krahasuesit në vend të një ndërrimi të qartë. Për të luftuar këtë fenomen, shpesh futet qarku i krahasuesit histereza duke krijuar një PIC të dobët pozitive nga dalja në hyrjen jo-invertuese (Figura 15).

Oriz. 15 Parimi i funksionimit të histerezës në krahasues për shkak të POS-it

Le të analizojmë funksionimin e kësaj skeme. Tensioni i tij i furnizimit është ± 10 V (për një llogari të barabartë). Rezistenca Rin është 1 kOhm, dhe Rpos është 10 kOhm. Potenciali i pikës së mesit zgjidhet si tension referencë i aplikuar në hyrjen përmbysëse. Kurba e kuqe tregon sinjalin hyrës që vjen në pinin e majtë Rin (hyrje skema krahasues), blu - potenciali në hyrjen jo-invertuese të op-amp dhe jeshile - sinjali i daljes.

Ndërsa sinjali i hyrjes ka një polaritet negativ, dalja është një tension negativ, i cili, përmes Rpos, i shtohet tensionit të hyrjes në proporcion të zhdrejtë me vlerat e rezistorëve përkatës. Si rezultat, potenciali i hyrjes jo-invertuese në të gjithë gamën e vlerave negative është 1 V (në vlerë absolute) më i lartë se niveli i sinjalit të hyrjes. Sapo potenciali i hyrjes jo-invertuese të jetë i barabartë me potencialin e atij invertues (për sinjalin hyrës, kjo do të jetë + 1 V), voltazhi në daljen e op-amp do të fillojë të kalojë nga negativ. ndaj polaritetit pozitiv. Potenciali total në hyrjen jo-invertuese do të fillojë si një ortek bëhen edhe më pozitive, duke mbështetur procesin e një ndërrimi të tillë. Si rezultat, krahasuesi thjesht "nuk do të vërejë" luhatje të parëndësishme të zhurmës së sinjaleve hyrëse dhe referencës, pasi ato do të jenë shumë renditje të madhësisë më të vogla në amplitudë sesa "hapi" i përshkruar i potencialit në hyrjen jo-invertuese gjatë ndërrimit. .

Kur sinjali i hyrjes zvogëlohet, ndërrimi i kundërt i sinjalit të daljes së krahasuesit do të ndodhë me një tension hyrës prej minus 1 V. Ky ndryshim midis niveleve të sinjalit hyrës çon në ndërrimin e daljes së krahasuesit, i cili në rastin tonë është i barabartë me një total prej 2 V, quhet histereza. Sa më e madhe të jetë rezistenca Rpos në lidhje me Rin (sa më e vogël të jetë thellësia e POS), aq më e vogël është histereza e ndërrimit. Pra, me Rpos \u003d 100 kOhm, do të jetë vetëm 0,2 V, dhe me Rpos \u003d 1 MΩ, do të jetë 0,02 V (20 mV). Hysteresis (thellësia PIC) zgjidhet bazuar në kushtet aktuale të funksionimit të krahasuesit në një qark të veçantë. Në të cilën 10 mV do të jetë shumë, dhe në të cilën - dhe 2 V do të jenë të vogla.

Fatkeqësisht, jo çdo përforcues optik dhe jo në të gjitha rastet mund të përdoret si krahasues. Mikroqarqet e specializuara krahasuese prodhohen për përputhjen midis sinjaleve analoge dhe dixhitale. Disa prej tyre janë të specializuar për lidhjen me mikroqarqet dixhitale TTL (597CA2), disa - me mikroqarqet dixhitale ESL (597CA1), por shumica janë të ashtuquajturat. "krahasues për përdorim të përgjithshëm" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Dallimi i tyre kryesor nga amplifikatorët e funksionimit qëndron në pajisjen speciale të fazës së daljes, e cila është bërë në një tranzistor kolektor të hapur (Fig. 16).

Oriz. 16 Faza e daljes së krahasuesit për aplikime të përgjithshme
dhe lidhja e tij me rezistencën e ngarkesës

Kjo kërkon përdorimin e detyrueshëm të një të jashtme rezistencë e ngarkesës(R1), pa të cilin sinjali i daljes thjesht fizikisht nuk është në gjendje të formojë një nivel të lartë (pozitiv) daljeje. Tensioni +U2 me të cilin është lidhur rezistenca e ngarkesës mund të jetë i ndryshëm nga tensioni i furnizimit +U1 i vetë çipit krahasues. Kjo lejon mjete të thjeshta për të siguruar nivelin e dëshiruar të daljes - qoftë TTL ose CMOS.

shënim Në shumicën e krahasuesve, një shembull i të cilit mund të jetë LM393 i dyfishtë (LM193 / LM293) ose saktësisht i njëjtë në qark, por me katër LM339 (LM139 / LM239), emetuesi i transistorit të fazës së daljes është i lidhur me terminalin negativ të energjisë, i cili disi kufizon shtrirjen e tyre. Në lidhje me këtë, unë do të doja të tërhiqja vëmendjen te krahasuesi LM31 (LM111 / LM211), analog i të cilit është shtëpia 521/554CA3, në të cilin si kolektori ashtu edhe emetuesi i tranzistorit të daljes dalin veçmas, i cili mund të jetë i lidhur me tensione të tjera përveç tensionit të furnizimit të vetë krahasuesit. Disavantazhi i vetëm dhe relativ i tij është se është vetëm një në një paketë me 8 kunja (nganjëherë me 14 kunja).

Deri më tani, ne kemi marrë në konsideratë qarqet në të cilat sinjali i hyrjes është futur në hyrje (at) përmes Rin, d.m.th. ishin të gjithë konvertuesit hyrje tension në ditë pushimi tensionit njëjtë. Në këtë rast, rryma hyrëse kalonte nëpër Rin. Çfarë ndodh nëse rezistenca e tij merret e barabartë me zero? Qarku do të funksionojë saktësisht në të njëjtën mënyrë si përforcuesi invertues i diskutuar më sipër, vetëm impedanca e daljes së burimit të sinjalit (Rout) do të shërbejë si Rin, dhe marrim konvertues hyrje aktuale në ditë pushimi tensionit(Fig. 17).

Oriz. 17 Skema e konvertuesit të rrymës në tension në op-amp

Meqenëse potenciali në hyrjen invertuese është i njëjtë me atë joinvertues (në këtë rast është "zero virtuale"), e gjithë rryma hyrëse ( Inë) do të rrjedhë përmes Rooc midis daljes së burimit të sinjalit (G) dhe daljes së op-amp. Rezistenca e hyrjes së një qarku të tillë është afër zeros, gjë që bën të mundur ndërtimin e mikro/miliammetrave në bazë të tij, të cilët praktikisht nuk ndikojnë në rrymën që rrjedh nëpër qarkun e matur. Ndoshta kufizimi i vetëm është diapazoni i lejueshëm i tensionit të hyrjes së op-amp, i cili nuk duhet të tejkalohet. Mund të përdoret gjithashtu për të ndërtuar, për shembull, një konvertues linear fotodiodë nga rryma në tension dhe shumë qarqe të tjera.

Ne shqyrtuam parimet themelore të funksionimit të OS në skema të ndryshme përfshirjen e saj. Një pyetje e rëndësishme mbetet: ushqimi.

Siç u përmend më lart, një përforcues funksional zakonisht ka vetëm 5 kunja: dy hyrje, një dalje dhe dy kunja të fuqisë, pozitive dhe negative. AT rast i përgjithshëm përdoret fuqia bipolare, domethënë furnizimi me energji elektrike ka tre dalje me potenciale: + U; 0; -U.

Edhe një herë, merrni parasysh me kujdes të gjitha figurat e mësipërme dhe shikoni që një dalje e veçantë e pikës së mesit në op-amp NR ! Thjesht nuk është e nevojshme që qarku i tyre i brendshëm të funksionojë. Në disa qarqe, një hyrje jo-invertuese ishte e lidhur me pikën e mesit, megjithatë, ky nuk është rregull.

Rrjedhimisht, dërrmuese shumicë amplifikatorët modernë të funksionimit janë krijuar për të fuqizuar UNIPOLAR tension! Shtrohet një pyetje logjike: "Pse atëherë na duhet fuqia bipolare", nëse e përshkruanim atë me kaq kokëfortësi dhe me qëndrueshmëri të lakmueshme në vizatime?

Rezulton se është thjesht shumë komode për qëllime praktike për arsyet e mëposhtme:

A) Për të siguruar lëkundje të mjaftueshme të rrymës dhe tensionit të daljes përmes ngarkesës (Fig. 18).

Oriz. 18 Rrjedha e rrymës dalëse përmes ngarkesës me opsione të ndryshme për furnizimin e op-amp

Tani për tani, ne nuk do të marrim parasysh qarqet hyrëse (dhe OOS) të qarqeve të paraqitura në figurë ("kutia e zezë"). Le ta marrim të mirëqenë që një sinjal sinusoidal hyrës aplikohet në hyrje (sinusoid i zi në grafik) dhe dalja është i njëjti sinjal sinusoidal, i përforcuar në lidhje me sinusoidin me ngjyrë hyrëse në grafikë).

Kur lidhni ngarkesën Rload. midis daljes së op-amp dhe pikës së mesit të lidhjes së furnizimit me energji elektrike (GB1 dhe GB2) - Fig. 18, A, rryma rrjedh nëpër ngarkesë në mënyrë simetrike rreth pikës së mesit (përkatësisht, gjysmëvalët e kuqe dhe blu), dhe amplituda e saj është maksimale dhe amplituda e tensionit në Rload. gjithashtu maksimumin e mundshëm - mund të arrijë pothuajse tensionet e furnizimit. Rryma nga burimi i energjisë së polaritetit përkatës mbyllet përmes OS, Rload. dhe një burim energjie (vijat e kuqe dhe blu që tregojnë rrjedhjen e rrymës në drejtimin përkatës).

Meqenëse rezistenca e brendshme e furnizimit me energji op-amp është shumë e ulët, rryma përmes ngarkesës kufizohet vetëm nga rezistenca e saj dhe rryma maksimale e daljes së op-amp, e cila është zakonisht 25 mA.

Kur op-amp fuqizohet nga një tension unipolar si autobus i përbashkët zakonisht zgjidhet poli negativ (negativ) i burimit të energjisë, me të cilin lidhet dalja e dytë e ngarkesës (Fig. 18, B). Tani rryma përmes ngarkesës mund të rrjedhë vetëm në një drejtim (treguar nga vija e kuqe), drejtimi i dytë thjesht nuk ka nga të vijë. Me fjalë të tjera, rryma përmes ngarkesës bëhet asimetrike (pulsuese).

Është e pamundur të thuhet pa mëdyshje se ky opsion është i keq. Nëse ngarkesa është, të themi, një kokë dinamike, atëherë për të është e keqe pa mëdyshje. Sidoqoftë, ka shumë aplikacione ku lidhja e një ngarkese midis daljes së op-amp dhe një prej shinave të fuqisë (zakonisht polariteti negativ) nuk është vetëm i pranueshëm, por edhe i vetmi i mundshëm.

Nëse, megjithatë, është e nevojshme të sigurohet simetria e rrjedhës së rrymës përmes ngarkesës me një furnizim unipolar, atëherë është e nevojshme ta shkëputni atë në mënyrë galvanike nga dalja e op-amp me një kondensator galvanik C1 (Fig. 18, B ).

B) Për të siguruar rrymën e kërkuar të hyrjes përmbysëse, si dhe lidhjet sinjale hyrëse për disa në mënyrë arbitrare të zgjedhura niveli pranuar për referencën (zero) - vendosja e mënyrës së funksionimit të OS për rrymë të vazhdueshme (Fig. 19).

Oriz. 19 Lidhja e burimit të sinjalit të hyrjes me opsione të ndryshme për furnizimin me op-amp

Tani merrni parasysh opsionet për lidhjen e burimeve të sinjalit të hyrjes, duke përjashtuar nga shqyrtimi lidhjen e ngarkesës.

Lidhja e hyrjeve invertuese dhe jo-invertuese me pikën e mesit të lidhjes së furnizimit me energji (Fig. 19, A) është marrë parasysh gjatë analizimit të diagrameve të dhëna më parë. Nëse hyrja jo-invertuese nuk tërheq rrymë dhe thjesht pranon potencialin e pikës së mesme, atëherë përmes burimit të sinjalit (G) dhe Rin të lidhur në seri, rryma rrjedh, duke u mbyllur përmes burimit përkatës të energjisë! Dhe meqenëse rezistenca e tyre e brendshme është e papërfillshme në krahasim me rrymën hyrëse (shumë urdhra të madhësisë më pak se Rin), praktikisht nuk ndikon në tensionin e furnizimit.

Kështu, me një furnizim unipolar të op-amp, ju mund të formoni mjaft lehtë potencialin e dhënë në hyrjen e tij jo-invertuese duke përdorur ndarësin R1R2 (Fig. 19, B, C). Vlerat tipike të rezistencës së këtij ndarësi janë 10 ... 100 kOhm, dhe është shumë e dëshirueshme që ajo e poshtme (e lidhur me një autobus të zakonshëm negativ) të kalohet me një kondensator 10 ... 22 mikrofarad në mënyrë që të zvogëlohet ndjeshëm efekti. të valëzimeve të tensionit të furnizimit mbi potencialin e të tillëve artificiale pika e mesme.

Por është jashtëzakonisht e padëshirueshme të lidhni burimin e sinjalit (G) me këtë mes artificiale për shkak të së njëjtës rrymë hyrëse. Le të hamendësojmë. Edhe me vlerësimet e ndarësit R1R2 = 10 kOhm dhe Rin = 10…100 kOhm, rryma hyrëse Inë do të jetë në rastin më të mirë 1/10, dhe në rastin më të keq - deri në 100% të rrymës që kalon përmes ndarësit. Rrjedhimisht, potenciali në hyrjen jo-invertuese do të "notojë" me të njëjtën sasi në kombinim (në fazë) me sinjalin hyrës.

Për të eliminuar ndikimin e ndërsjellë të hyrjeve mbi njëri-tjetrin kur amplifikohen sinjalet DC me një lidhje të tillë, duhet të organizohet një potencial i veçantë i një mesi artificial për burimin e sinjalit, i formuar nga rezistorët R3R4 (Fig. 19, B), ose, nëse sinjali është përforcuar rrymë alternative, shkëputni në mënyrë galvanike burimin e sinjalit nga hyrja përmbysëse me kondensatorin C2 (Fig. 19, B).

Duhet të theksohet se në diagramet e mësipërme (Fig. 18, 19) supozuam si parazgjedhje se sinjali i daljes duhet të jetë simetrik ose në mes të pikës së furnizimit me energji ose në mes të pikës artificiale. Në realitet, kjo nuk është gjithmonë e nevojshme. Shumë shpesh, ju dëshironi që sinjali i daljes të ketë kryesisht polaritet pozitiv ose negativ. Prandaj, nuk është aspak e nevojshme që polaritetet pozitive dhe negative të furnizimit me energji të jenë të barabarta në vlerë absolute. Njëri prej tyre mund të jetë shumë më i vogël në vlerë absolute se tjetri - vetëm në atë mënyrë që të sigurojë funksionimin normal të OS.

Shtrohet një pyetje logjike: "Cila saktësisht?" Për t'iu përgjigjur kësaj, le të shqyrtojmë shkurtimisht diapazonin e lejueshëm të tensionit të sinjaleve hyrëse dhe dalëse të op-amp.

Për çdo operativë, potenciali i daljes nuk mund të jetë më i lartë se potenciali i hekurudhës së fuqisë pozitive dhe më i ulët se potenciali i hekurudhës së fuqisë negative. Me fjalë të tjera, voltazhi i daljes nuk mund të shkojë përtej kufijve të tensioneve të furnizimit. Për shembull, për një opampamp OPA277, voltazhi i daljes në një rezistencë të ngarkesës prej 10 kΩ është më i vogël se tensioni i hekurudhës së fuqisë pozitive me 2 V dhe hekurudhave negative të energjisë me 0,5 V. Gjerësia e këtyre "zonave të vdekura" prej voltazhi i daljes, të cilin dalja e amplifikatorit optik nuk mund ta arrijë, varet nga faktorët e serisë si qarku i fazës së daljes, rezistenca e ngarkesës, etj.). Ka amperatorë që kanë zona minimale të vdekura, për shembull, 50 mV në tensionin e hekurudhës së furnizimit me një ngarkesë prej 10 kΩ (për OPA340), kjo veçori e amplifikatorit operativ quhet "rail-to-rail" (R2R).

Nga ana tjetër, për op-amps për qëllime të përgjithshme, sinjalet hyrëse gjithashtu nuk duhet të kalojnë tensionin e furnizimit, dhe për disa, të jenë më pak se 1,5 ... 2 V. Megjithatë, ka op-amp me qark specifik të fazës hyrëse (për shembull, i njëjti LM358 / LM324) , të cilat mund të funksionojnë jo vetëm nga niveli negativ i fuqisë, por edhe "negativ" me 0.3 V, gjë që lehtëson shumë përdorimin e tyre me furnizimin me energji unipolare me një autobus të zakonshëm negativ.

Më në fund le t'i shikojmë dhe ndjejmë këto "merimangat". Mund edhe të nuhasësh dhe të lëpish. lejoj. Konsideroni opsionet e tyre më të zakonshme të disponueshme për amatorët e radios fillestare. Sidomos nëse duhet të bashkoni amplifikatorin nga pajisjet e vjetra.

Për amplifikatorët e dizenjove të vjetra, në pa dështuar duke kërkuar qarqe të jashtme për korrigjimin e frekuencës për të parandaluar vetë-ngacmimin, prania e përfundimeve shtesë ishte karakteristike. Për shkak të kësaj, disa operativë as nuk "përshtateshin" në një paketë me 8 kunja (Fig. 20, A) dhe u bënë në xham metalik të rrumbullakët me 12 pin, për shembull, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Fig. 20 , B) ose në paketat DIP me 14 kunja, për shembull, K140UD20, K157UD2 (Fig. 20, B). Shkurtesa DIP është një shkurtim i shprehjes angleze "Dual In line Package" dhe përkthehet si "paketë me dy anë".

Kutia e rrumbullakët prej metali-xhami (Fig. 20, A, B) u përdor si kryesore për op-amps të importuar deri rreth mesit të viteve '70, dhe për op-amps vendas - deri në mesin e viteve '80 dhe tani përdoret për i ashtuquajturi. Aplikimet "ushtarake" ("pranimi i 5-të").

Ndonjëherë op-amps shtëpiak vendoseshin në raste mjaft "ekzotike" aktualisht: një gotë metalike drejtkëndore me 15 kunja për hibridin K284UD1 (Fig. 20, D), në të cilin çelësi është një kunj shtesë e 15-të nga kutia dhe të tjera . Vërtetë, unë personalisht nuk kam takuar pako planare 14-pin (Fig. 20, E) për vendosjen e një op-amp në to. Ato u përdorën për qarqet dixhitale.

Oriz. 20 Rastet e amplifikatorëve operacionalë vendas

Amplifikatorët modernë të funksionimit, në pjesën më të madhe, përmbajnë qarqe korrigjuese pikërisht në çip, të cilat bënë të mundur kalimin me një numër minimal kunjash (si shembull, një SOT23-5 me 5 kunja për një amplifikator të vetëm op - Fig. 23). Kjo bëri të mundur vendosjen e dy deri në katër op-amps plotësisht të pavarur (me përjashtim të daljeve të zakonshme të energjisë) të bëra në një çip të vetëm në një rast.

Oriz. 21 kuti plastike me dy rreshta të amplifikatorëve modernë për montim në dalje (DIP)

Ndonjëherë mund të gjeni op-amp të vendosura në pako me 8-pin me një rresht (Fig. 22) ose me 9-pin (SIP) - K1005UD1. Shkurtesa SIP është një shkurtim i shprehjes angleze "Single In line Package" dhe përkthehet si "strehë me pinout në një drejtim".

Oriz. 22 Kuti plastike me një rresht me op-amp të dyfishtë për montim përmes vrimës (SIP-8)

Ato ishin projektuar për të minimizuar hapësirën e zënë në tabelë, por, për fat të keq, ishin "vonë": në këtë kohë, paketat e montimit në sipërfaqe (SMD - Pajisja e montimit në sipërfaqe) ishin bërë të përhapura duke u ngjitur drejtpërdrejt në shiritat e tabelës (Fig. 23 ). Megjithatë, për fillestarët, përdorimi i tyre paraqet vështirësi të konsiderueshme.

Oriz. 23 Raste të amplifikatorëve modernë të importuar për montim në sipërfaqe (SMD)

Shumë shpesh, i njëjti mikroqark mund të "paketohet" nga prodhuesi në paketa të ndryshme (Fig. 24).

Oriz. 24 Opsionet e vendosjes për të njëjtin çip në paketa të ndryshme

Përfundimet e të gjitha mikroqarqeve kanë një numërim sekuencial, të numëruar nga të ashtuquajturat. "çelës", që tregon vendndodhjen e daljes në numrin 1. (Fig. 25). AT ndonjë nëse trupi është i pozicionuar me terminale Shtyni, numërimi i tyre shkon në rend rritës kundër në drejtim të akrepave të orës!

Oriz. 25 Caktimi i pineve të amplifikatorëve operacionalë
në raste të ndryshme (pinout), pamje nga lart;
drejtimi i numërimit i treguar me shigjeta

Në rastet e rrumbullakëta prej metali-xhami, çelësi ka formën e një zgjatje anësore (Fig. 25, A, B). Këtu, nga vendndodhja e këtij çelësi, janë të mundshme "garba" të mëdha! Në rastet shtëpiake me 8 kunja (302.8), çelësi ndodhet përballë kunjit të parë (Fig. 25, A), dhe në TO-5 të importuar - përballë kunjit të tetë (Fig. 25, B). Në rastet me 12 kunja, si vendase (302.12) ashtu edhe të importuara, ndodhet çelësi ndërmjet përfundimi i parë dhe i 12-të.

Në mënyrë tipike, hyrja përmbysëse, si në paketat e rrumbullakëta qelqi-metal ashtu edhe në paketat DIP, lidhet me kunjin e dytë, hyrja jo-invertuese me kunjën e tretë, dalja me kunjin e 6-të, fuqia minus me kunjën e 4-të dhe fuqia plus te kunja 4. 7. Megjithatë, ka përjashtime (një tjetër "rake" e mundshme!) Në pjesën e poshtme të OU K140UD8, K574UD1. Në to, numërimi i përfundimeve zhvendoset me një në të kundërt të akrepave të orës në krahasim me të pranuarit përgjithësisht për shumicën e llojeve të tjera, d.m.th. ato janë të lidhura me terminalet, si në rastet e importuara (Fig. 25, B), dhe numërimi korrespondon me ato vendase (Fig. 25, A).

AT vitet e fundit shumica e "qëllimeve shtëpiake" të OS filluan të vendoseshin në kuti plastike (Fig. 21, 25, C-D). Në këto raste, çelësi është ose një prerje (pikë) përballë kunjit të parë, ose një prerje në fund të kutisë midis kunjave të parë dhe të 8-të (DIP-8) ose të 14-të (DIP-14), ose një zgavër përgjatë gjysma e parë e kunjave (Fig. 21, mes). Numërimi i pinit në këto raste gjithashtu shkon kundër në drejtim të akrepave të orës kur shikohet nga lart (me konkluzione larg jush).

Siç u përmend më lart, amplifikatorët e korrigjuar të brendshëm kanë gjithsej pesë dalje, nga të cilat vetëm tre (dy hyrje dhe një dalje) i përkasin secilit operativ të veçantë. Kjo bëri të mundur vendosjen e dy amplifikatorëve operativ plotësisht të pavarur (me përjashtim të fuqisë plus dhe minus, të cilat kërkojnë dy kunja të tjera) në një çip në një paketë me 8 pin (Fig. 25, D) dhe madje katër në një 14 -pako kunja (Fig. 25, D). Si rezultat, aktualisht, shumica e op-amps prodhohen të paktën të dyfishtë, për shembull, TL062, TL072, TL082, LM358 të lirë dhe të thjeshtë, etj. Pikërisht e njëjta gjë në strukturën e brendshme, por katër - përkatësisht, TL064, TL074, TL084 dhe LM324.

Për sa i përket analogut të brendshëm të LM324 (K1401UD2), ekziston edhe një "grabitje" më shumë: nëse në LM324 plusi i furnizimit me energji elektrike është i lidhur me pinin e 4-të, dhe minus në të 11-tën, atëherë në K1401UD2 është anasjelltas: plusi i fuqisë është sjellë në pinin e 11-të, dhe minus - në 4. Sidoqoftë, ky ndryshim nuk shkakton ndonjë vështirësi me instalime elektrike. Meqenëse nyja e kunjave op-amp është plotësisht simetrike (Fig. 25, E), thjesht duhet ta ktheni kutinë 180 gradë në mënyrë që kunja e parë të zërë vendin e 8-tës. Po, kjo është e gjitha.

Disa fjalë për etiketimin e OU të importuara (dhe jo vetëm OU). Për një numër zhvillimesh të 300 emërtimeve të para dixhitale, ishte zakon të caktohej grupi i cilësisë me shifrën e parë të kodit dixhital. Për shembull, amperatorët LM158/LM258/LM358, krahasuesit LM193/LM293/LM393, stabilizuesit e rregullueshëm me tre kunja TL117/TL217/TL317, etj. janë plotësisht identikë në strukturën e brendshme, por ndryshojnë në intervalin e funksionimit të temperaturës. Për LM158 (TL117) diapazoni i temperaturës së funksionimit është nga minus 55 në +125 ... 150 gradë Celsius (i ashtuquajturi diapazoni "luftarak" ose ushtarak), për LM258 (TL217) - nga minus 40 në +85 gradë (" intervali industrial") dhe për LM358 (TL317) - nga 0 në +70 gradë (varg "familje"). Në të njëjtën kohë, çmimi për to mund të jetë plotësisht i papërshtatshëm për një gradim të tillë, ose të ndryshojë shumë pak ( mënyra të padepërtueshme të çmimeve!). Kështu që ju mund t'i blini ato me çdo shenjë të disponueshme "për xhepin" e një fillestari, pa ndjekur veçanërisht "trojkën" e parë.

Pasi u shteruan treqind shenjat e para dixhitale, grupet e besueshmërisë filluan të shënohen me shkronja, kuptimi i të cilave deshifrohet në fletët e të dhënave (Fleta e të dhënave fjalë për fjalë përkthehet si "tabela e të dhënave") për këta përbërës.

konkluzioni

Pra, ne studiuam "alfabetin" e funksionimit të op-amp, duke kapur pak dhe krahasues. Më pas, ju duhet të mësoni se si të shtoni fjalë, fjali dhe "kompozime" të tëra kuptimplota (skema të zbatueshme) nga këto "shkronja".

Fatkeqësisht, "Është e pamundur të kapësh pafundësinë". Nëse materiali i paraqitur në këtë artikull ndihmoi për të kuptuar se si funksionojnë këto "kuti të zeza", atëherë thellimi i mëtejshëm në analizën e "mbushjes" së tyre, ndikimi i karakteristikave hyrëse, dalëse dhe kalimtare, është detyrë e një studimi më të avancuar. Informacioni në lidhje me këtë përshkruhet në detaje dhe tërësisht në një shumëllojshmëri të literaturës ekzistuese. Siç thoshte gjyshi William of Ockham: "Entitetet nuk duhet të shumëzohen përtej asaj që është e nevojshme". Nuk ka nevojë të përsëritet ajo që tashmë është përshkruar mirë. E tëra çfarë ju duhet të bëni është të mos jeni dembel dhe ta lexoni.

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

Ndaj, më lër të marr lejen, me respekt etj autori Alexey Sokolyuk ()

Përforcuesi jo-invertues është ndoshta një nga tre qarqet më elementare në elektronikën analoge, së bashku me qarqet e amplifikatorit invertues dhe përcjellës të tensionit. Është edhe më i thjeshtë se një përforcues invertues, pasi qarku nuk kërkon furnizim bipolar për të funksionuar.

Kushtojini vëmendje njësisë që përmbahet në formulë. Kjo na tregon se një përforcues jo invertues ka gjithmonë një fitim më të madh se 1, që do të thotë se me një qark të tillë nuk mund ta zbutni sinjalin.

Për të kuptuar më mirë se si funksionon një përforcues jo-invertues, le të shohim qarkun dhe të mendojmë se çfarë tensioni do të jetë në daljen e tij.

Gjëja e parë që duhet të mendojmë është se cilat tensione janë të pranishme në të dy hyrjet e amplifikatorit tonë. Kujtoni të parën nga rregullat që përshkruan funksionimin e amplifikatorit operacional:

Rregulli nr. 1 - amplifikatori operacional ushtron daljen e tij në hyrje përmes NOS (feedback negativ), si rezultat i të cilit tensionet në të dy hyrjet, si invertuese (-) ashtu edhe jo përmbysëse (+), barazohen.

Kjo do të thotë, voltazhi në hyrjen përmbysëse është 3V. Në hapin tjetër, le të shqyrtojmë një rezistencë 10k. Ne e dimë se çfarë tensioni është në të dhe rezistencën e tij, që do të thotë se nga ne mund të llogarisim se çfarë rryme kalon nëpër të:

I \u003d U / R \u003d 3V / 10k \u003d 300 μA.

Kjo rrymë, sipas rregullit 2, nuk mund të merret nga hyrja invertuese (-), pra vjen nga dalja e amplifikatorit.

Rregulli #2 - Hyrjet e amplifikatorit nuk tërheqin rrymë

Një rrymë prej 300µA rrjedh gjithashtu përmes rezistencës 20k. Ne mund të llogarisim lehtësisht tensionin në të duke përdorur ligjin e Ohmit:

U = IR = 300uA * 20k = 6V

Rezulton se ky tension është voltazhi i daljes së amplifikatorit? Jo nuk eshte. Kujtojmë se një rezistencë 20k ka një tension prej 3V në një nga terminalet e tij. Vini re se si drejtohen tensionet në të dy rezistorët.

Rryma rrjedh në drejtim të kundërt me drejtimin e shigjetës, duke simbolizuar një pikë me më shumë tension të lartë. Prandaj, në 6V të llogaritur, duhet të shtoni një tjetër 3V në hyrje. Në këtë rast, rezultati përfundimtar do të jetë 9 V.

Vlen të përmendet se rezistorët R1 dhe R2 formojnë një të thjeshtë. Mos harroni se shuma e tensioneve nëpër rezistorët individualë të ndarësit duhet të jetë e barabartë me tensionin e furnizuar ndaj ndarësit - voltazhi nuk mund të zhduket pa gjurmë dhe të shfaqet nga askund.

Më në fund, duhet të kontrollojmë rezultatin me rregullin e fundit:

Rregulli numër 3 - tensionet në hyrje dhe dalje duhet të jenë në intervalin midis tensionit pozitiv dhe negativ të furnizimit të op-amp.

Kjo është, është e nevojshme të kontrolloni që tensioni i llogaritur nga ne mund të merret realisht. Shpesh fillestarët mendojnë se amplifikuesi funksionon si një "Perpetuum Mobile" dhe gjeneron tension nga asgjëja. Por duhet të kujtojmë se përforcuesi gjithashtu ka nevojë për fuqi për të punuar.

Përforcuesit klasikë funksionojnë në tensione prej -15V dhe +15V. Në një situatë të tillë, 9V jonë e llogaritur është voltazhi aktual, pasi 9V është në intervalin e tensionit të furnizimit. Sidoqoftë, amplifikatorët modernë shpesh funksionojnë në ose nën 5 V. Në një situatë të tillë, nuk ka asnjë shans që amplifikatori të nxjerrë 9V.

Prandaj, gjatë projektimit të qarqeve, duhet të mbahet mend gjithmonë se llogaritjet teorike duhet të kontrollohen gjithmonë kundrejt realitetit dhe aftësive fizike të komponentëve.