në shtëpi Mjete elektrike

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

Ditë të mbarë për të gjithë. Në artikullin e fundit fola për të ushqyerit. Në këtë artikull do të flas për përdorimin Op-amp në qarqet lineare.

Përsëritës i tensionit

Qarku i parë për të cilin do të flas është një qark përforcues i fitimit të unitetit (përforcues i njësisë) 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, për rrjedhojë, koeficienti i transmetimit të reagimit është i barabartë me unitetin (β = 1).

Siç dihet, impedanca e hyrjes Një përforcues funksional me qark të mbyllur përcaktohet nga shprehja e mëposhtme

ku R BX është impedanca hyrëse e op-amp pa reagime,

Pastaj për përcjellësin e tensionit rezistenca e hyrjes do të jetë

Rezistenca e daljes së një amplifikuesi optik me qark të mbyllur jepet nga

ku R BІX është impedanca hyrëse e op-amp pa reagime,
β – koeficienti i transmetimit të qarkut OS,
K është fitimi i op-amp pa reagime.

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

Shembull i llogaritjes së parametrave të përcjellësit të tensionit

Për shembull, le të llogarisim një përcjellës të tensionit në një op-amp, i cili në frekuencën e kërkuar ka një fitim K Y = 80 (38 dB), rezistencë në hyrje R BX = 500 kOhm, rezistencë në dalje R BыX = 300 Ohm.

Rezistenca hyrëse e përcjellësit të tensionit do të jetë

Rezistenca 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 op-amp me qark të hapur ndryshon me frekuencën (me rritjen e frekuencës, fitimi zvogëlohet), prandaj, rezistenca e hyrjes dhe e daljes varet gjithashtu nga frekuenca (me rritjen e frekuencës, rezistenca e hyrjes zvogëlohet dhe rezistenca e daljes rritet).

Nëse sinjali i hyrjes ka një komponent mjaftueshëm të madh DC dhe një luhatje të konsiderueshme të amplitudës, atëherë mund të lindë një situatë kur kufiri i tensionit të hyrjes në modalitetin e zakonshëm tejkalohet. Për të eliminuar këtë problem, sinjali duhet të furnizohet në hyrjen jo-invertuese përmes një kondensatori shkëputës dhe një rezistencë duhet të lidhet midis hyrjes jo-invertuese dhe tokës, por kjo rezistencë do të ndikojë në rezistencën e hyrjes së 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, lidhet 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 karakteristikat e amplifikatorit të fuqisë (rezistenca e hyrjes dhe e daljes shumëzohen 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, do të kalojmë në shqyrtimin e qarkut të një amplifikuesi joinvertues me një fitim arbitrar. Ky lloj amplifikuesi karakterizohet se ka impedancë të lartë hyrëse dhe dalje të ulët, qarku i amplifikatorit tregohet më poshtë

Qarku i amplifikatorit jo invertues.

Ky qark është një nga qarqet standarde të amplifikatorëve operacionalë dhe përmban op-amp DA1, rezistencë paragjykim R1 dhe rezistencë reagimi R2. Përforcuesi operacional në këtë qark mbulohet nga reagimet serike të tensionit, koeficienti i transmetimit të qarkut të reagimit është

Atëherë rezistenca hyrëse e amplifikatorit jo-invertues do të jetë

R BX.O-Amp – impedanca hyrëse e op-amp me qarkun OS të hapur,

K op-amp – fitimi i op-amp kur qarku i reagimit është i hapur.

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

R OUT.O-Amp – rezistenca dalëse e op-amp kur qarku OS është i hapur.

Fitimi i amplifikatorit jo invertues

Në këtë lloj amplifikuesi ka një nivel të caktuar të tensionit të paragjykimit UCM në hyrje, kështu që ky qark mund të përdoret kur niveli i tensionit të paragjykimit në hyrje nuk ka një efekt të rëndësishëm. Niveli i tensionit të paragjykimit të hyrjes do të jetë

Shembull i llogaritjes së një amplifikatori jo invertues

Le të llogarisim një përforcues joinvertues që duhet të sigurojë një fitim K = 10. Ne përdorim K157UD2 si op-amp, i cili ka parametrat e mëposhtëm: fitim (në një frekuencë prej 1 kHz) K = 1800 (65 dB), hyrje rezistenca R BX.O-Amp = 500 kOhm, rezistenca e daljes R BУХ.ОУ = 300 Ohm, tensioni i paragjykimit U CM = 10 mV, rryma hyrëse I ВХ ≤ 500 nA. Sinjali i hyrjes ka një nivel U IN = 40 mV.

Shtues jo invertues

Duke vazhduar temën e amplifikatorëve jo-invertues, do t'ju tregoj për një grumbullues jo invertues, i cili kryen funksionin e shtimit të sinjaleve hyrëse dhe përdoret si miksera sinjalesh lineare (përzierëse), për shembull, kur sinjalet nga disa burime duhet të të kombinohen dhe të futen 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 kunjave hyrëse.

Dhe rezistenca e rezistorëve duhet të plotësojë kushtin e mëposhtëm

Fitimet për kanale të ndryshme përcaktohen nga shprehja e mëposhtme

R N - rezistenca e rezistencës hyrëse,

K N – fitimi i kanalit përkatës të amplifikimit.

Disavantazhi kryesor i qarkut të grumbulluesit jo invertues është mungesa e një pike potenciale zero, kështu që përfitimet e hyrjeve të ndryshme nuk janë të pavarura. 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 ajër i nxehtë.

Një udhëtim prej dhjetë mijë milje fillon me hapin e parë.
(Proverb kinez)

Ishte mbrëmje, nuk kishte asgjë për të bërë... Dhe kështu befas desha të bashkoja diçka. Lloj... Elektronik!.. Saldim - pra saldim. Ka një kompjuter dhe interneti është i lidhur. Ne zgjedhim një skemë. Dhe befas rezulton se diagramet për subjektin e synuar janë një karrocë dhe një karrocë e vogël. Dhe të gjithë janë të ndryshëm. Nuk ka përvojë, nuk ka njohuri të mjaftueshme. Cilin të zgjidhni? Disa prej tyre përmbajnë disa lloj drejtkëndëshash dhe trekëndëshash. Përforcuesit, madje edhe ata operacionalë... Si funksionojnë ata është e paqartë. E frikshme!.. Po sikur të digjet? Ne zgjedhim atë që është më e thjeshtë, duke përdorur transistorë të njohur! Zgjedhur, salduar, ndezur... NDIHMË!!! Nuk punon!!! Pse?

Po, sepse “Thjeshtësia është më e keqe se vjedhja”! Është si një kompjuter: më i shpejti dhe më i sofistikuari është ai i lojërave! Dhe për punë në zyrë mjafton edhe më e thjeshta. Është e njëjta gjë me transistorët. Nuk mjafton bashkimi i një qarku mbi to. Ju ende duhet të jeni në gjendje ta konfiguroni atë. Ka shumë gracka dhe gracka. Dhe kjo shpesh kërkon përvojë që nuk është në nivelin fillestar. Pra, pse të hiqni dorë nga një aktivitet emocionues? Aspak! Vetëm mos kini frikë nga këto "trekëndësha-drejtkëndësha". Rezulton se puna me ta, në shumë raste, është shumë më e lehtë sesa me transistorë individualë. NËSE E DI - SI!

Kjo: të kuptuarit se si funksionon përforcues operacional(OU, 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 ligjit të Ohm: "Rryma përmes një seksioni të qarkut ( I) është drejtpërdrejt proporcionale me tensionin në të ( U) dhe është 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 pranojmë vetëm si supozim se është një "kuti e zezë" me një lloj mbushjeje. Në këtë fazë, ne nuk do të konsiderojmë parametra të tillë op-amp si "tensioni i paragjykimit", "tensioni i zhvendosjes", "zhvendosja e temperaturës", "karakteristikat e zhurmës", "raporti i shtypjes së modalitetit të zakonshëm", "raporti i shtypjes së valëzimit të tensionit të furnizimit", " gjerësia e brezit "" dhe kështu me radhë. Të gjithë këta parametra do të jenë të rëndësishëm në fazën tjetër të studimit të tij, kur parimet bazë të punës së tij të "vendosin" në kokën tuaj, sepse "ishte e lëmuar në letër, por harruan përroskat"...

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

Pra, një përforcues 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 terminale të energjisë: pozitive dhe negative. Këto pesë përfundime gjenden në pothuajseçdo op-amp dhe janë thelbësisht të nevojshme për funksionimin e tij.

Op-amp ka një fitim të madh, të paktën 50000...100000, por në realitet është 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 vetëm nga diferenca e mundshme midis hyrjeve të tij, pavarësisht prej tyre absolute kuptimet dhe polaritetet.

Termi "rrymë konstante" do të thotë që amplifikuesi op përforcon sinjalet hyrëse duke filluar nga 0 Hz. Gama e sipërme e frekuencës ( diapazoni i frekuencës), sinjalet e përforcuara nga op-amp varet nga shumë arsye, si karakteristikat e frekuencës së transistorëve nga të cilët përbëhet, fitimi i qarkut të ndërtuar duke përdorur op-amp, etj. Por kjo pyetje shkon përtej qëllimit të një njohjeje fillestare me punën e tij dhe nuk do të shqyrtohet këtu.

Hyrjet op-amp kanë një rezistencë 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 rezistencë kaq e lartë e hyrjeve do të thotë që ato praktikisht nuk kanë 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 . kjo - së pari rregull i rëndësishëm që zbatohet në analizë funksionimi i op-amp. Ju lutem mbani mend mirë se çfarë ka të bëjë vetëm vetë përforcuesi i funksionit, 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 përmbysja e sinjalit?

Përkthyer nga latinishtja, një nga kuptimet e fjalës "inversio" është "kthimi", "qarkullim". 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 opsionet e mundshme përmbysja e sinjalit, ku e kuqja tregon sinjalin direkt (hyrës) dhe bluja tregon sinjalin e përmbysur (dalës).

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 tej). Me fjale te tjera, polariteti Sinjali gjithashtu nuk është një faktor përcaktues.

Op-amps përshkruhen në diagramet e qarkut në mënyra të ndryshme. Jashtë vendit, dikur përshkruheshin op-amps, dhe madje edhe tani ata shumë shpesh përshkruhen në formën e një trekëndëshi dykëndësh (Fig. 2, A). Hyrja përmbysëse përfaqësohet nga një simbol minus, dhe hyrja jo-invertuese përfaqësohet nga një simbol plus brenda një trekëndëshi. Këto simbole nuk nënkuptojnë aspak se potenciali në hyrjet 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 lehtë mund të ngatërrohen me kunjat e rrymës, të cilat mund të rezultojnë të jenë një "grabitje" e papritur, veçanërisht për fillestarët.

Oriz. 2 Opsione për imazhe grafike të kushtëzuara (CGO)
amplifikatorë operacionalë

Në sistemin e imazheve grafike konvencionale shtëpiake (UGO) përpara hyrjes në fuqi të GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), op-amps u përshkruan gjithashtu në formën e një trekëndëshi, vetëm hyrja përmbysëse - me një përmbysje simbol - një rreth në kryqëzimin e daljes me trekëndëshin (Fig. 2, B), dhe tani - në formën e një drejtkëndëshi (Fig. 2, C).

Kur caktoni op-amps në diagrame, hyrjet invertuese dhe jo-invertuese mund të ndërrohen, nëse është më i përshtatshëm, megjithatë, tradicionalisht hyrja përmbysëse përshkruhet në krye, dhe hyrja jo-invertuese në fund. Kunjat e fuqisë, si rregull, janë gjithmonë të vendosura e vetmja mënyrë(pozitiv në krye, negativ në fund).

Përforcuesit operativë përdoren pothuajse gjithmonë në qarqet me reagime negative (NFB).

Feedback-u është efekti i furnizimit të një pjese të tensionit dalës të amplifikatorit në hyrjen e tij, ku në mënyrë algjebrike (duke marrë parasysh shenjën) përmblidhet me tensionin e hyrjes. Parimi i përmbledhjes së sinjaleve do të diskutohet më poshtë. Në varësi të cilës hyrje të op-amp, invertuese ose jo-invertuese, jepet reagimi, bëhet dallimi midis reagimit negativ (NFB), kur një pjesë e sinjalit të daljes furnizohet në hyrjen invertuese (Fig. 3, A ) ose reagim pozitiv (POF), kur pjesa Sinjali i daljes furnizohet, në përputhje me rrethanat, në hyrjen jo-invertuese (Fig. 3, B).

Oriz. 3 Parimi i gjenerimit të reagimeve (FE)

Në rastin e parë, meqenëse sinjali i daljes është i kundërta i sinjalit hyrës, ai zbritet nga sinjali i hyrjes. Si rezultat, fitimi i përgjithshëm i skenës zvogëlohet. Në rastin e dytë, përmblidhet me hyrjen, fitimi i përgjithshëm i kaskadës rritet.

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

Por PIC (duke marrë parasysh përfitimin e tij të madh të op-amp) ka efektin e kundërt në karakteristikat e qarkut dhe gjëja më e pakëndshme është se shkakton vetë-ngacmimin e tij. Ai, natyrisht, përdoret gjithashtu qëllimisht, për shembull, në gjeneratorë, krahasues me histerezë (më shumë për këtë më poshtë), 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 kujdesshme dhe të arsyeshme të aplikimit të tij.

Meqenëse op-amp ka dy hyrje, llojet e mëposhtme bazë të aktivizimit të tij duke përdorur OOS janë të mundshme (Fig. 4):

Oriz. 4 Qarqet bazë për lidhjen e op-amps

A) duke përmbysur (Fig. 4, A) - sinjali furnizohet me hyrjen përmbysëse, dhe hyrja jo-invertuese lidhet drejtpërdrejt me potencialin e referencës (nuk përdoret);

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

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

Për të analizuar funksionimin e këtyre qarqeve, duhet marrë parasysh e dyta më e rëndësishmja rregull, të cilit i nënshtrohet funksionimi i op-amp: Dalja e amplifikatorit operacional tenton të sigurojë që diferenca e tensionit midis hyrjeve të tij të jetë zero..

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

Nëse shqyrtoni me kujdes diagramet në Fig. 4, mund të shihni që OOS (përmes Rooos) në të gjitha rastet niset nga dalja vetëm te inputi invertues, i cili na jep arsye ta riformulojmë këtë rregull si më poshtë: Tensioni në 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, "master" kur çdo op-amp me OOS është i ndezur është hyrja jo-invertuese dhe "skllav" është hyrja invertuese.

Kur përshkruhet funksionimi i një op-amp, potenciali në hyrjen e tij përmbysëse shpesh quhet "zero virtuale" ose "pika e mesme virtuale". Përkthimi i fjalës latine "virtus" do të thotë "imagjinar", "imagjinar". Objekti virtual sillet afër sjelljes së objekteve të ngjashme të realitetit material, d.m.th., për sinjalet hyrëse (për shkak të veprimit të ciklit të reagimit), hyrja përmbysëse mund të konsiderohet e lidhur drejtpërdrejt me të njëjtin potencial me të cilin hyrja jo-invertuese është i lidhur. Sidoqoftë, "zero virtuale" është vetëm një rast i veçantë që ndodh vetëm me një furnizim bipolar op-amp. Kur përdorni furnizimin 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, as në invertuese. Prandaj, le të biem dakord që ne nuk do ta përdorim këtë term, pasi ai ndërhyn në kuptimin fillestar të parimeve të funksionimit të op-amp.

Është nga ky këndvështrim që ne do të analizojmë diagramet 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 duke përdorur 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 nëpërmjet Rooc fillon nga dalja e op-amp në hyrjen e tij përmbysëse. Dallimi i vetëm është se cili nga hyrjet furnizohet me tension të hyrjes.

A) Duke përmbysur ndezja (Fig. 5).

Oriz. 5 Parimi i funksionimit të një 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 (në total rezistenca e tyre është 2 kOhm).

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

Meqenëse Rooc dhe Rin përfshihen nga ndarësi, dhe sipas rregullit 1, hyrjet e op-amp nuk konsumojnë rrymë, atëherë në mënyrë që voltazhi të jetë 0 V në mes të këtij ndarësi, duhet të aplikohet tension në kunja e djathtë e 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 kOhm + 1 kOhm) = 1 mA), d.m.th. I hyrje = I oos .

Nëse në hyrje aplikohet një tension me polaritet negativ, dalja e op-amp do të jetë një tension me polaritet 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 vlerësimet 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 . Ky qark përdoret shpesh nëse është e nevojshme të përmbyset një sinjal i marrë duke përdorur qarqe që janë në thelb inverter. Për shembull, përforcuesit logaritmikë.

Tani, duke e mbajtur vlerën Rin të barabartë me 1 kOhm, 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 të mbetet në pikën e tij të mesit (i barabartë me potencialin e hyrjes jo-invertuese), 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 vlerësimin Rooc në 10 kOhm. Tani tensioni 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 i madh se hyrja (me fjalë të tjera, fitimi Ku) aq herë sa rezistenca Rooc është më e madhe se rezistenca Rin. Pavarësisht sa u betova të mos përdor formula, le ta shfaqim këtë në formën e një ekuacioni:
Ku = – Uout / Uin = – Roos / 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!

Tani le të rrisim rezistencën Rooc në 20 kOhm dhe të analizojmë se çfarë ndodh. Sipas formulës (2), me Ku = 20 dhe një sinjal hyrës prej 1 V, dalja duhet të ketë një tension prej 20 V. Por nuk është kështu! Ne kemi pranuar më parë supozimin se tensioni i furnizimit të op-amp tonë është vetëm ± 15 V. Por as 15 V nuk mund të merret (pse është kështu - pak më e ulët). "Ju nuk mund të hidheni mbi kokën tuaj (tensioni i furnizimit)!" Si rezultat i një abuzimi të tillë të klasifikimeve të qarkut, voltazhi i daljes së op-amp "mbështetet" kundër tensionit të 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 që është i ndryshëm nga potenciali në hyrjen joinvertuese. Rregulli 2 nuk zbatohet më.

Input 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 variabël, 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 diagramit) të rrëshqitësit të tij, fitimi do të jetë Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Duke lëvizur rrëshqitësin Roos 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 kur ndonjë vlera e emëruesit. Dalja do të jetë gjithashtu zero për çdo vlerë dhe polaritet të sinjalit të hyrjes. Ky qark përdoret shpesh në qarqet e amplifikimit audio, për shembull, në miksera, ku fitimi duhet të rregullohet nga zero.

B) Jo përmbysëse ndezja (Fig. 7).

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

Kunja e majtë Rin lidhet me pikën e mesme ("tokë"), dhe sinjali i hyrjes +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, do të marrim gjithashtu rezistencat Rooc dhe Rin të barabarta me njëra-tjetrën dhe komponentë prej 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 op-amp). Rrymat Ihyrje Dhe Ioos, e barabartë me 1 mA, tani rrjedh nëpër rezistorët Rooc dhe Rin në drejtim të kundërt (treguar me shigjeta). Ne e beme ate jo përmbysëse përforcues me një fitim prej 2, pasi një sinjal hyrës prej +1 V prodhon një sinjal dalës prej +2 V.

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

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

Nëse krahasojmë vlerat e Ku për 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 = Uout / Uin + 1 = (Rooc / Rin) + 1 (3)

Pse po ndodh kjo? Po, shumë e thjeshtë! OOS funksionon saktësisht në të njëjtën mënyrë si me një lidhje invertuese, por sipas rregullit 2, potenciali i hyrjes jo-invertuese i shtohet gjithmonë potencialit të hyrjes invertuese në një lidhje joinvertuese.

Pra, me një lidhje jo përmbysëse, nuk mund të merrni një fitim prej 1? Pse nuk mundet - është e mundur. Le të zvogëlojmë vlerësimin Rooc, ngjashëm me atë se si kemi analizuar Fig. 6. Kur vlera e tij është zero - qarku i shkurtër i daljes 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 hyrjen jo invertuese, d.m.th., +1 V. Marrim: Ku = 1 V / 1 V = 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 Diagrami i qarkut për lidhjen e një op-amp si një përcjellës tensioni

Rin bëhet krejtësisht i tepërt, sepse lidhet paralelisht me ngarkesën për të cilën duhet të funksionojë dalja e op-amp dhe rryma e saj e daljes do të rrjedhë nëpër të plotësisht kot. Çfarë ndodh nëse largoheni nga Rooc, por hiqni Rin (Fig. 8, B)? Pastaj në formulën e fitimit Ku = Rooc / Rin + 1, rezistenca Rin teorikisht bëhet afër pafundësisë (në realitet, natyrisht, jo, pasi ka rrjedhje në tabelë, dhe rryma hyrëse e op-amp, megjithëse e papërfillshme , është ende zero nuk është e barabartë), dhe raporti Rooc / Rin është i barabartë me zero. Mbetet vetëm një në formulën: Ku = + 1. A është e mundur të merret një fitim më i vogël se një për këtë qark? Jo, më pak nuk do të funksionojë në asnjë rrethanë. Ju nuk mund ta kaloni njësinë "shtesë" në formulën e fitimit në një dhi të shtrembër...

Pasi të kemi hequr të gjitha rezistorët "shtesë", marrim qarkun jo përmbysëse përsëritës , treguar në Fig. 8, V.

Në pamje të parë, një skemë e tillë nuk ka asnjë kuptim praktik: pse na duhet një "fitim" i vetëm dhe madje jo i kundërt - çfarë, nuk mund ta dërgoni më tej sinjalin??? Megjithatë, skema të tilla përdoren mjaft shpesh dhe ja pse. Sipas rregullit 1, rryma nuk rrjedh në hyrjet op-amp, d.m.th. impedanca e hyrjes Ndjekësi jo-invertues është shumë i madh - të njëjtat dhjetëra, qindra dhe madje mijëra MOhms (e njëjta gjë vlen edhe për qarkun në Fig. 7)! Por rezistenca e daljes është shumë e ulët (fraksione të një Ohm!). Dalja e op-amp është "fryrë me gjithë fuqinë e saj", duke u përpjekur, sipas rregullit 2, të ruajë të njëjtin potencial në hyrjen invertuese si në hyrjen jo-invertuese. Kufizimi i vetëm është rryma e lejueshme e daljes së op-amp.

Por nga kjo pikë ne do të anashkalojmë pak anash dhe do të shqyrtojmë çështjen e rrymave të daljes op-amp në pak më shumë detaje.

Për amplifikatorët më të përdorur gjerësisht, parametrat teknikë tregojnë se rezistenca e ngarkesës e lidhur me daljen e tyre nuk duhet të jetë më pak 2 kOhm. Më shumë - aq sa ju pëlqen. 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 (për shembull, ±16 V ose një total prej 32 V), një ngarkesë e lidhur midis daljes dhe njërës prej shinave të fuqisë dhe një tension maksimal në dalje me polaritet të kundërt, në ngarkesë do të aplikohet një tension prej rreth 30 V. Në këtë rast, rryma përmes saj do të jetë: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Jo shumë pak, por as shumë. Për fat të mirë, shumica e amplifikatorëve të zakonshëm të funksionimit kanë mbrojtje të integruar të rrymës së daljes - një rrymë tipike maksimale e daljes prej 25 mA. Mbrojtja parandalon mbinxehjen dhe dështimin e op-amp.

Nëse tensionet e furnizimit nuk janë maksimalet e lejueshme, atëherë rezistenca minimale e ngarkesës mund të zvogëlohet proporcionalisht. Le të themi, me një furnizim me energji elektrike prej 7.5...8 V (gjithsej 15...16 V) mund të jetë 1 kOhm.

NË) Diferenciale ndezja (Fig. 9).

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

Pra, le të supozojmë se me të njëjtat vlerësime Rin dhe Rooc të barabartë me 1 kOhm, i njëjti tension i barabartë me +1 V aplikohet 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 thelb, ne në fakt kemi një ndjekës jo-invertues (krahaso me Fig. 8). Prandaj, në dalje do të marrim të njëjtin tension 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 kunjave Rin dhe rryma rrjedh nëpër të Ihyrje= 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.

Këtu u shfaq "buzëqeshja" keqdashëse e njësisë shtesë në formulën për fitimin e një amplifikuesi jo-invertues. Rezulton se me këtë thjeshtuar Në komutimin diferencial, diferenca në fitim e zhvendos përgjithmonë sinjalin e daljes nga sasia e potencialit në hyrjen jo-invertuese. Një problem me! Sidoqoftë, "Edhe nëse jeni ngrënë, keni ende të paktën dy opsione." 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, ne do të aplikojmë sinjalin hyrës në hyrjen jo-invertuese jo drejtpërdrejt, por përmes ndarësit Rin2, R1 (Fig. 9, B). Le të pranojmë edhe vlerat e tyre prej 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, rryma do të rrjedhë përmes tij (dhe Rooc) Ihyrje = Ioos= 0,5 mA, për të siguruar që dalja e op-amp duhet të ketë një tension të barabartë me 0 V. Phew! Arritëm atë që donim! Me sinjale të barabarta madhësie dhe polariteti në të dy hyrjet e qarkut (in 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 op-amp do të mbajë një tension zero të barabartë me diferencën në sinjalet hyrëse.

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

Sigurisht, nëse Rin1 dhe Rooc (përkatësisht, Rin2 dhe R1) janë të barabartë, ne nuk do të marrim fitim. Për ta bërë këtë, ju duhet të rritni vlerësimet e Rooc dhe R1, siç u bë kur analizoni ndezjen e mëparshme të op-amp (nuk do ta përsëris), dhe duhet në mënyrë rigoroze vërehet raporti i mëposhtëm:

Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (4)

Çfarë përfitimesh praktike marrim nga një përfshirje e tillë? 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 ndryshimit (diferencial) dërgohet në dalje. Kjo bën të mundur përforcimin e sinjaleve shumë të vogla në sfondin e interferencës që prek të dy hyrjet në mënyrë të barabartë. Për shembull, një sinjal nga një mikrofon dinamik në sfondin e ndërhyrjes nga një rrjet frekuencash industriale prej 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 në të qindtat e përqindjes!). Përndryshe, do të lindë një çekuilibër i rrymave që veprojnë në qark, dhe për këtë arsye, përveç sinjaleve të diferencës ("antifazë"), sinjalet e kombinuara ("në fazë") 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 zhvendosjen e pikës së referencës së periudhës së sinjalit në lidhje me pikën e referencës kohore. 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. Pika e fillimit të periudhës mund të merret si 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, atëherë mund të shihni se ato janë reciproke anasjelltas. Kështu, "sinjalet në fazë" janë sinjale që përkojnë me njëri-tjetrin në çdo pikë, dhe "sinjalet antifazë" janë anasjelltas njëri-tjetrin 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 që përsëriten rregullisht. Dhe koncepti përmbysjet i zbatueshëm për çdo sinjal, duke përfshirë ato jo periodike, të tilla si një sinjal zanor, sekuencë dixhitale ose tension konstant. te faza ishte një sasi 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 një lidhje 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 vlerësimi Rin1, atëherë hyrja jo-invertuese përcaktohet nga vlerësimet në mënyrë sekuenciale ndezi Rin2 dhe R1 (a keni harruar që hyrjet e op-amp nuk konsumojnë rrymë?). Në shembullin e mësipërm, ato do të jenë përkatësisht 1 dhe 2 kOhm. Dhe nëse rrisim Rooc dhe R1 për të marrë një fazë të plotë të amplifikatorit, atëherë ndryshimi do të rritet edhe më shumë: me Ku = 10 - në, përkatësisht, të njëjtin 1 kOhm dhe deri në 11 kOhm!

Fatkeqësisht, në praktikë ata zakonisht vendosin 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 rezistencën hyrëse të një faze të caktuar të amplifikatorit, dhe meqenëse koeficienti 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 duke shtypur sinjalet e modalitetit të përbashkët (të kombinuara), ose do ta kryejë këtë funksion dobët.

Një mënyrë 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 përputhshmërisë së saktë me barazinë (4). Si rregull, kjo arrihet duke e ndarë R1 në dy rezistorë - një konstante, zakonisht 90% të vlerës së dëshiruar, dhe një variabël (R2), rezistenca e së cilës është 20% e vlerës së dëshiruar (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. Opsioni me përfshirjen e një rezistence akordimi (R5) në seri me Rooc (Fig. 11, B) është shumë më i qëndrueshëm, 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 filluam të flasim për ndërrimin diferencial dhe përmendëm përsëritësit, do të doja të përshkruaj një qark interesant (Fig. 12).

Oriz. 12 Qark përcjellës invertues/joinvertues i ndërrushëm

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

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

Parimi i funksionimit të këtij qarku 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(!) edhe si përforcues invertues me fitim minus 1, edhe si përforcues joinvertues me fitim +2, prej nga: Ku = +2 + (–1) = +1.

Në këtë formë, ky qark mund të përdoret nëse, për shembull, në fazën e projektimit polariteti i sinjalit të hyrjes është i panjohur (të themi, nga një sensor në të cilin nuk ka qasje përpara se të konfiguroni pajisjen). Nëse përdorni një transistor (për shembull, një transistor me efekt në terren) si çelës, i kontrolluar nga sinjali i hyrjes duke përdorur krahasues(do ta diskutojmë më poshtë), marrim detektor sinkron(ndreqës sinkron). Zbatimi specifik i një skeme të tillë, natyrisht, shkon përtej qëllimit të një njohjeje fillestare me funksionimin e op-amp dhe ne përsëri nuk do ta shqyrtojmë atë në detaje këtu.

Tani le të shohim parimin e përmbledhjes së sinjaleve hyrëse (Fig. 13, A), dhe në të njëjtën kohë le të kuptojmë se cilat duhet të jenë vlerat e rezistorëve Rin dhe Rooc 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. Tani për tani, për qëllime "stërvitore", ne e pranojmë rezistencën e të gjithë rezistorëve, përfshirë Rooc, si të barabartë me 1 kOhm. Ne aplikojmë 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 të drejtuara nga e majta në të djathtë). Për të ruajtur të njëjtin potencial në hyrjen përmbysëse si në hyrjen jo-invertuese (0 V), një rrymë duhet të rrjedhë përmes rezistencës Rooc e barabartë me shumën e rrymave hyrëse (1 mA + 1 mA = 2 mA), 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 i daljes minus 2 V) mund të merret nëse një tension prej +2 V aplikohet në hyrjen e amplifikatorit përmbysës (Fig. 5), ose vlerësimi Rin përgjysmohet, d.m.th. deri në 500 Ohm. Le të rrisim tensionin e aplikuar në rezistencën Rin2 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 aq sa dëshironi. 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.

Megjithatë, nëse 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 kompensohen reciprokisht dhe prodhimi 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 lind 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 kishte mbetur ende diçka për ngarkesën e lidhur me daljen e op-amp. Por nëse tensionet e sinjalit të hyrjes rriten në maksimum të lejueshëm (afër tensioneve të furnizimit), atëherë rezulton se e gjithë rryma e daljes do të shkojë në Rooc. Nuk do të mbetet asgjë për ngarkesën. Dhe kush ka nevojë për një fazë amplifikatori që funksionon "për vete"? Për më tepër, vlerat e rezistorëve të hyrjes, të barabarta me vetëm 1 kOhm (në përputhje me rrethanat, duke përcaktuar rezistencën e hyrjes së fazës së amplifikatorit përmbysës), kërkojnë rryma tepër të mëdha që të rrjedhin nëpër to, duke ngarkuar shumë burimin e sinjalit. Prandaj, në qarqet reale, rezistenca Rin zgjidhet të jetë jo më pak se 10 kOhm, por mundësisht jo më shumë se 100 kOhm, në mënyrë që për një fitim të caktuar, Rooc të mos vendoset në një vlerë shumë të lartë. Megjithëse këto vlera nuk janë absolute, por vetëm të përafërta, siç thonë ata, "si përafrim i parë" - gjithçka varet nga skema specifike. Në çdo rast, është e padëshirueshme që një rrymë që kalon 5...10% të rrymës maksimale të daljes së këtij op-amp të veçantë të rrjedhë përmes Rooc.

Sinjalet e përmbledhjes gjithashtu mund të furnizohen në një hyrje jo invertuese. Doli qe 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 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 "rake" që duhet të merren parasysh.

Meqenëse rregulli 2 zbatohet vetëm për hyrjen invertuese, e cila i nënshtrohet një "potenciali virtual zero", atëherë hyrja jo-invertuese do të ketë një potencial të barabartë me shumën algjebrike të tensioneve hyrëse. Prandaj, voltazhi i hyrjes i pranishëm 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, është e nevojshme të përdoren truket shtesë të projektimit të qarkut.

Deri më tani, ne kemi konsideruar qarqe të bazuara në op-amps 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). Dalja e tij do të jetë një tension që i afrohet njërit prej tensioneve të furnizimit, varësisht se cili sinjal është më i madh se tjetri. Në mënyrë tipike, sinjali i hyrjes aplikohet në njërën nga hyrjet, dhe tjetri është një tension konstant me të cilin krahasohet (i ashtuquajturi "tensioni i referencës"). Mund të jetë çdo gjë, duke përfshirë të barabartë me potencialin zero (Fig. 14, B).

Oriz. 14 Diagrami i qarkut për lidhjen e një op-amp si një krahasues

Megjithatë, jo gjithçka është aq mirë “në mbretërinë e Danimarkës”... Çfarë ndodh nëse voltazhi ndërmjet hyrjeve është zero? Në teori, prodhimi gjithashtu duhet të jetë zero, por në realitet - kurrë. Nëse potenciali në njërin prej hyrjeve është edhe pak më i madh se potenciali i 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 nuk mund të ketë një ideal sipas definicionit. Dhe në zonën afër pikës së potencialit të barabartë të hyrjeve, një tufë sinjalesh dalëse do të shfaqet në daljen e krahasuesit në vend të një ndërrimi të qartë. Për të luftuar këtë fenomen, shpesh futet një qark krahasues histereza duke krijuar një PIC të dobët pozitive nga dalja në hyrjen jo-invertuese (Fig. 15).

Oriz. 15 Parimi i funksionimit të histerezës në krahasues për shkak të PIC

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

Ndërsa sinjali i hyrjes ka një polaritet negativ, dalja ka një tension negativ, i cili, përmes Rpos, përmblidhet me tensionin e 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 ky do të jetë + 1 V), tensioni në daljen e op-amp do të fillojë të kalojë nga polariteti negativ. në pozitive. Potenciali total në hyrjen jo-invertuese do të fillojë si ortek bëhen edhe më pozitive, duke mbështetur procesin e një ndërrimi të tillë. Si rezultat, krahasuesi thjesht "nuk do të vërejë" luhatje të vogla të zhurmës në sinjalet hyrëse dhe referuese, pasi ato do të jenë shumë herë 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 dalës të krahasuesit do të ndodhë me një tension hyrës prej minus 1 V. Ky ndryshim midis niveleve të sinjalit hyrës që çon në ndërrimin e daljes së krahasuesit, në rastin tonë është i barabartë me një total prej 2 V. quhet histereza. Sa më e madhe të jetë rezistenca Rpos në raport me Rin (sa më e vogël të jetë thellësia e POS), aq më e ulët është histereza e ndërrimit. Pra, në Rpos = 100 kOhm do të jetë vetëm 0,2 V, dhe në Rpos = 1 Mohm - 0,02 V (20 mV). Histereza (thellësia e PIC) zgjidhet bazuar në kushtet aktuale të funksionimit të krahasuesit në një qark specifik. Në disa raste do të ketë shumë 10 mV, dhe në disa raste 2 V nuk mjafton.

Fatkeqësisht, jo çdo op-amp 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 aplikim të gjerë" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Dallimi i tyre kryesor nga op-amps është dizajni i veçantë i fazës së daljes, e cila është bërë në një tranzistor me kolektor të hapur (Fig. 16).

Oriz. 16 Faza e daljes së krahasuesve të përdorur gjerësisht
dhe lidhja e tij me rezistencën e ngarkesës

Kjo kërkon përdorimin e detyrueshëm 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 sinjalin e daljes në nivelin e dëshiruar - 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 njëjti dizajn 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 fushën e zbatimit të tyre. Në lidhje me këtë, unë do të doja të tërhiqja vëmendjen te krahasuesi LM31 (LM111/LM211), një analog i të cilit është shtëpiak 521/554CA3, në të cilin kolektori dhe emetuesi i transistorit të daljes janë të lidhur veçmas, i cili mund të lidhet në tensione të ndryshme nga tensioni i furnizimit të vetë krahasuesit. E vetmja pengesë dhe relative e tij është se ka 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 hyrës është furnizuar me hyrjen(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 njësoj si përforcuesi invertues i diskutuar më sipër, vetëm rezistenca e daljes së burimit të sinjalit (Rout) do të shërbejë si Rin, dhe ne do të marrim konvertues hyrje aktuale V ditë pushimi tensionit(Fig. 17).

Oriz. 17 Qarku i konvertuesit të rrymës në tension në op-amp

Meqenëse potenciali në hyrjen invertuese është i njëjtë si në hyrjen jo-invertuese (në këtë rast i barabartë me "zero virtuale"), e gjithë rryma hyrëse ( Ihyrje) 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 kanë asnjë efekt në rrymën që rrjedh nëpër qarkun e matur. Ndoshta kufizimi i vetëm është diapazoni i lejueshëm i tensioneve të hyrjes op-amp, i cili nuk duhet të tejkalohet. Me ndihmën e tij, ju gjithashtu mund të ndërtoni, për shembull, një konvertues linear fotodiodë të rrymës në tension dhe shumë qarqe të tjera.

Ne shqyrtuam parimet themelore të funksionimit të op-amp në skema të ndryshme duke e ndezur. Mbetet një pyetje e rëndësishme: e tyre të ushqyerit.

Siç u përmend më lart, një op-amp zakonisht ka vetëm 5 kunja: dy hyrje, një dalje dhe dy kunja të energjisë, pozitive dhe negative. NË rast i përgjithshëm përdoret furnizimi me energji bipolare, domethënë, furnizimi me energji elektrike ka tre terminale 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 nevojitet për funksionimin e qarkut të tyre të brendshëm. Në disa qarqe, një hyrje jo përmbysëse ishte e lidhur me pikën e mesme, megjithatë, ky nuk është rregull.

Prandaj, dërrmuese shumicë op-amps moderne janë krijuar për të fuqizuar UNIPOLAR tension! Shtrohet një pyetje logjike: "Pse atëherë kemi nevojë për ushqim bipolar", nëse e përshkruanim me kaq kokëfortësi dhe me qëndrueshmëri të lakmueshme në vizatime?

Rezulton se është e thjeshtë 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 Rryma e daljes përmes ngarkesës në opsione të ndryshme Furnizimi me energji elektrike 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 si të mirëqenë që një lloj sinjali sinusoidal i hyrjes i jepet hyrjes (sinusoid i zi në grafik) dhe dalja prodhon të njëjtin sinjal sinusoidal, të përforcuar në lidhje me sinusoidin me ngjyrë të hyrjes në grafikë).

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

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

Kur fuqizohet op-amp me tension unipolar si autobus i përbashkët Zakonisht zgjidhet poli negativ (minus) i burimit të energjisë, me të cilin lidhet terminali i dytë i 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 kjo është padyshim e keqe për të. Megjithatë, ka shumë aplikacione ku lidhja e një ngarkese midis daljes op-amp dhe njërës prej shinave të fuqisë (zakonisht polariteti negativ) nuk është vetëm i pranueshëm, por edhe i vetmi i mundshëm.

Nëse ende duhet të siguroni simetrinë e rrjedhës së rrymës përmes ngarkesës me një furnizim unipolar, atëherë duhet ta izoloni atë në mënyrë galvanike nga dalja e op-amp duke përdorur kondensatorin C1 (Fig. 18, B).

B) Të sigurojë rrymën e nevojshme për hyrjen invertuese, si dhe lidhjet sinjale hyrëse për disa në mënyrë arbitrare të zgjedhura niveli, pranuar për referencën (zero) - vendosja e mënyrës së funksionimit të op-amp për rrymë të vazhdueshme (Fig. 19).

Oriz. 19 Lidhja e një burimi të sinjalit hyrës për opsione të ndryshme të fuqisë op-amp

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

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

Kështu, me një furnizim me energji unipolare të op-amp, 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 këshillohet shumë që pjesa e poshtme (e lidhur me autobusin e zakonshëm negativ) të kalohet me një kondensator 10...22 µF në mënyrë që të zvogëlohet ndjeshëm ndikimi. të valëzimit të tensionit të furnizimit në potencialin e tillë artificiale pika e mesit.

Por është jashtëzakonisht e padëshirueshme të lidhni burimin e sinjalit (G) me këtë mes artificiale për shkak të së njëjtës rrymë hyrëse. Le ta kuptojmë. Edhe me vlerësimet e ndarësit R1R2 = 10 kOhm dhe Rin = 10...100 kOhm, rryma hyrëse Ihyrje 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 njëra-tjetrën gjatë amplifikimit të sinjaleve DC me një lidhje të tillë, duhet të organizohet një potencial i veçantë i mesit artificial për burimin e sinjalit, i formuar nga rezistorët R3R4 (Fig. 19, B), ose, nëse sinjali është përforcuar rrymë alternative, izoloni në mënyrë galvanike burimin e sinjalit nga hyrja përmbysëse me kondensatorin C2 (Fig. 19, B).

Duhet të theksohet se në qarqet e mësipërme (Fig. 18, 19) kemi bërë supozimin e paracaktuar që sinjali i daljes duhet të jetë simetrik ose në mes të pikës së furnizimit me energji elektrike ose në lidhje me një pikë të mesme artificiale. Në realitet, kjo nuk është gjithmonë e nevojshme. Shumë shpesh 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 dukshëm më i vogël në vlerë absolute se tjetri - vetëm për të siguruar funksionimin normal të op-amp.

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

Për çdo op-amp, potenciali i daljes nuk mund të jetë më i lartë se potenciali i autobusit të fuqisë pozitive dhe më i ulët se potenciali i autobusit të fuqisë negative. Me fjalë të tjera, voltazhi i daljes nuk mund të shkojë përtej tensionit të furnizimit. Për shembull, për një OPA277 op amp, voltazhi i daljes në një rezistencë ngarkese prej 10 kOhm është 2 V më pak se tensioni pozitiv i hekurudhave të furnizimit dhe 0,5 V më pak se tensioni negativ i hekurudhës së furnizimit. Gjerësia e këtyre tensioneve të daljes "zona të vdekura" që dalja e amplifikatorit të funksionimit nuk mund të arrijë varet nga faktorët e serisë siç janë dizajni i qarkut të fazës së daljes, rezistenca e ngarkesës, etj.). Ka operativë që kanë zona minimale të vdekura, për shembull, 50 mV përpara tensionit të hekurudhës së energjisë në një ngarkesë prej 10 kOhm (për OPA340), kjo veçori e amplifikatorit operativ quhet "rail-to-rail" (R2R).

Nga ana tjetër, për op-amp me aplikim të gjerë, sinjalet hyrëse gjithashtu nuk duhet të kalojnë tensionin e furnizimit dhe për disa të jenë 1.5...2 V më pak se ata. Megjithatë, ka op-amp me qark specifik të fazës hyrëse. (për shembull, i njëjti LM358/LM324) , të cilat mund të funksionojnë jo vetëm nga një nivel negativ i furnizimit, por edhe "minus" me 0.3 V, gjë që lehtëson shumë përdorimin e tyre me një furnizim njëpolar me një autobus të zakonshëm negativ.

Më në fund le t'i shikojmë dhe prekim këto "merimangat e merimangave". Mund edhe ta nuhasësh dhe ta lëpish. e lejoj. Le të shqyrtojmë opsionet e tyre më të zakonshme të disponueshme për amatorët fillestarë të radios. Për më tepër, nëse duhet të shkëputni op-amps nga pajisjet e vjetra.

Për amplifikatorët e dizenjove më të vjetra, në të detyrueshme duke kërkuar qarqe të jashtme për korrigjimin e frekuencës për të parandaluar vetë-ngacmimin, u karakterizua nga prania e kunjave shtesë. Për shkak të kësaj, disa op-amp nuk "përshtateshin" as në kutinë me 8 kunja (Fig. 20, A) dhe u prodhuan në ato prej metali-xhami të rrumbullakët me 12 pin, për shembull, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Fig. 20, B) ose paketa 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 pin".

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 të ashtuquajturat. Aplikimet “ushtarake” (“pranimi i 5-të”).

Ndonjëherë op-amps vendas vendoseshin në paketa që janë mjaft "ekzotike" për momentin: një 15-pin drejtkëndëshe prej metali-xhami për hibrid K284UD1 (Fig. 20, D), në të cilën çelësi është kunja e 15-të shtesë nga rasti dhe të tjerët. Vërtetë, unë personalisht nuk kam parë pako planare 14-pin (Fig. 20, D) për vendosjen e op-amps në to. Ato u përdorën për mikroqarqe dixhitale.

Oriz. 20 Rastet e amplifikatorëve operacionalë vendas

Op-amp-ët modernë përmbajnë kryesisht qarqe korrigjuese direkt në çip, gjë që bën të mundur që të mjaftoheni me një numër minimal kunjash (për shembull, SOT23-5 5-pinësh për një op-amp të vetëm - Fig. 23). Kjo bëri të mundur vendosjen e dy deri në katër op-amps plotësisht të pavarur (përveç kunjave të zakonshme të energjisë) të prodhuar në një çip në një paketë.

Oriz. 21 Mbështetje plastike me dy rreshta të op-amps modern 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 "paketë e njëanshme".

Oriz. 22 Strehimi plastik me një rresht me op-amp të dyfishtë për montim në dalje (SIP-8)

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

Oriz. 23 raste të amplifikatorëve modernë të importuar të montimit në sipërfaqe (SMD)

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

Oriz. 24 Opsione për vendosjen e të njëjtit çip në kuti të ndryshme

Kunjat e të gjitha mikroqarqeve numërohen në mënyrë sekuenciale, të numëruara nga të ashtuquajturat. “Çelësi” që tregon vendndodhjen e kunjit numër 1. (Fig. 25). NË ndonjë rast, nëse streha është e pozicionuar me plumba Shtyni, numërimi i tyre është në rend rritës kundër në drejtim të akrepave të orës!

Oriz. 25 Pikat e përforcuesit operacional
në shtëpiza të ndryshme (pinout), pamje nga lart;
drejtimi i numërimit tregohet me shigjeta

Në rastet e rrumbullakëta prej metali-xhami, çelësi ka pamjen e një zgjatje anësore (Fig. 25, A, B). Me vendndodhjen e këtij çelësi, janë të mundura "rake" 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 paketimet 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 rastet e rrumbullakëta prej metali-xhami dhe DIP, lidhet me kutinë e dytë, jo-invertuese - në të 3-tën, dalja - në të 6-tën, minus fuqinë - në të 4-tin dhe fuqinë plus - në të 7-tën Sidoqoftë, ka përjashtime (një tjetër "grabitje" e mundshme!) në pjesën e poshtme të OU K140UD8, K574UD1. Në to, numri i pinit zhvendoset me një në drejtim të kundërt të akrepave të orës në krahasim me atë që përgjithësisht pranohet 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).

NË vitet e fundit pjesa më e madhe e amplifikatorëve "për përdorim shtëpiak" filluan të vendoseshin në kuti plastike (Fig. 21, 25, B-D). Në këto raste, çelësi është ose një vrimë (pika) përballë kunjit të parë, ose një prerje në fund të kutisë midis kunjave të para dhe të 8-të (DIP-8) ose të 14-të (DIP-14), ose një anim përgjatë gjysma e parë e kunjave (Fig. 21, në mes). Numri i kunjave në këto raste është gjithashtu kundër në drejtim të akrepave të orës kur shikohet nga lart (me konkluzione nga vetja).

Siç u përmend më lart, op-amps të korrigjuar nga brenda kanë vetëm pesë kunja, nga të cilat vetëm tre (dy hyrje dhe një dalje) i përkasin çdo op-amp individual. Kjo bëri të mundur vendosjen e dy op-amps plotësisht të pavarur në një kristal në një paketë me 8 pin (me përjashtim të furnizimit me energji plus dhe minus, të cilat kërkojnë dy kunja të tjera) (Fig. 25, D), dhe madje edhe katër në një paketë me 14 kunja (Fig. 25, D). Si rezultat, shumica e op-amps prodhohen aktualisht si të paktën të dyfishtë, për shembull, TL062, TL072, TL082, LM358 i lirë dhe i thjeshtë, etj. Pikërisht i njëjtë në strukturën e brendshme, por katërfish - përkatësisht, TL064, TL074, TL084 dhe LM324.

Në lidhje me analogun e brendshëm të LM324 (K1401UD2), ekziston një tjetër "rake": nëse në LM324 plusi i furnizimit me energji elektrike është i lidhur me pinin e 4-të, dhe minus - me 11-tën, atëherë në K1401UD2 është anasjelltas: plusi i furnizimit me energji elektrike është i lidhur me pinin e 11-të, dhe minus - në të 4-tin. Sidoqoftë, ky ndryshim nuk shkakton ndonjë vështirësi me instalime elektrike. Meqenëse nyja e kunjave op-amp është plotësisht simetrike (Fig. 25, D), thjesht duhet ta ktheni kutinë 180 gradë në mënyrë që kunja e parë të zërë vendin e 8-tës. Kjo eshte e gjitha.

Disa fjalë në lidhje me etiketimin e op-amps të importuar (dhe jo vetëm op-amps). 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, op-amps LM158/LM258/LM358, krahasuesit LM193/LM293/LM393, stabilizues të rregullueshëm me tre terminale 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"). Për më tepër, çmimi për to mund të jetë plotësisht në kundërshtim me një gradim të tillë, ose mund të ndryshojë shumë pak ( mënyra misterioze të çmimeve!). Kështu që ju mund t'i blini ato me çdo shenjë që është e përballueshme për një fillestar, pa ndjekur veçanërisht "tre" e para.

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 "ABC" të funksionimit të op-amp, duke mbuluar pak krahasues. Më pas, duhet të mësoni të vendosni fjalë, fjali dhe "ese" të tëra kuptimplota (skema të zbatueshme) nga këto "shkronja".

Fatkeqësisht, "Është e pamundur të përqafosh 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, ndikimin e karakteristikave hyrëse, dalëse dhe kalimtare, është detyrë e një studimi më të avancuar. Informacioni në lidhje me këtë është paraqitur në detaje dhe tërësisht në një shumëllojshmëri të literaturës ekzistuese. Siç thoshte gjyshi William i Ockham: "Entitetet nuk duhet të shumëzohen përtej asaj që është e nevojshme". Nuk ka nevojë të përsëritet ajo që tashmë është përshkruar mirë. Thjesht duhet të mos jeni dembel dhe ta lexoni.

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

Prandaj, më lejoni të marr lejen time, me respekt etj., autor Alexey Sokolyuk ()

Përforcuesi 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 qarkut i shtohet një R3 tjetër, 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. Në hyrje kemi tension 4V, rezistenca e rezistorëve është R1=1k dhe R2=2k. Sigurisht, do të ishte e mundur që të zëvendësohej e gjithë kjo në formulë dhe të llogaritet menjëherë rezultati, por le të shohim saktësisht se si funksionon kjo skemë.

Le të fillojmë me një kujtesë të parimeve bazë të funksionimit të një op-amp:

Rregulli nr. 1 - amplifikatori operacional ndikon në daljen e tij në hyrje përmes OOS (reagim negativ), si rezultat i të cilit voltazhi në të dy hyrjet, si invertues (-) ashtu edhe jo-invertues (+), barazohet.

Ju lutemi vini re se hyrja jo përmbysëse (+) është e lidhur me tokën, domethënë ka një tension prej 0V. Në përputhje me rregullin nr. 1, hyrja përmbysëse (-) duhet gjithashtu të jetë 0V.

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

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

Rregulli nr. 2 - hyrjet e amplifikatorit nuk konsumojnë rrymë

Kështu, rryma që rrjedh përmes R1 vazhdon të rrjedhë përmes R2!

Le të përdorim përsëri ligjin e Ohm-it dhe të llogarisim se çfarë rënie tensioni ndodh në rezistencën R2. Ne e dimë rezistencën e tij dhe ne e dimë se çfarë rryme kalon nëpër të, 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 një tension negativ në dalje. Si ndodh kjo?

Kjo është për shkak të faktit se reagimi është i instaluar në hyrjen përmbysëse (-), dhe për të barazuar tensionin 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 3:

Rregulli nr. 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, ne duhet të kontrollojmë që tensionet që kemi llogaritur mund të merren në të vërtetë përmes amplifikatorit. Fillestarët shpesh mendojnë se një përforcues funksionon si një burim energjie falas dhe prodhon tension nga asgjëja. Por duhet të kujtojmë se amplifikatori gjithashtu ka nevojë për fuqi për të funksionuar.
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 tensione prej 5 V ose më të ulët. 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 gjithmonë duhet të mbështeten nga realiteti dhe aftësitë fizike.

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

Përforcuesi invertues 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.