İşlemsel yükselteç? Çok basit! Op-amp ters çevirmeyen amplifikatör. Çalışma prensibi
İyi günler. Son yazımda beslenmeden bahsetmiştim. Bu yazımda kullanımından bahsedeceğim. Doğrusal devrelerde op-amp.
Gerilim takipçisi
Bahsedeceğim ilk devre, birlik kazanç yükseltici devresi (birlik yükseltici) veya sözde devredir. Bu amplifikatörün devresi aşağıda gösterilmiştir.
Birlik kazanç yükselticisi (voltaj takipçisi).
Bu devre bir modifikasyondur, fark, ters çevirme girişinde geri besleme direnci ve direnç olmamasıdır. Böylece, op-amp'in çıkışından gelen voltaj, op-amp'in ters çevrilen girişine tamamen sağlanır ve sonuç olarak, geri besleme transfer katsayısı bire eşittir (β = 1).
Bilindiği gibi, giriş empedansı Geri besleme op amp, aşağıdaki ifadeyle tanımlanır
- burada R BX, işletim sistemi olmayan işletim sisteminin giriş empedansıdır,
Ardından voltaj takipçisi için giriş direnci şöyle görünecektir:
Geri besleme op ampinin çıkış empedansı aşağıdaki ifadedir
- R BYX, işletim sistemi olmayan işletim sisteminin giriş empedansıdır,
- β, OS devresinin iletim katsayısıdır,
- K, işletim sistemi olmayan işletim sisteminin kazancıdır.
Gerilim takipçisi bire (β = 1) eşit bir geri besleme transfer katsayısına sahip olduğundan, çıkış direnci aşağıdaki forma sahip olacaktır.
Gerilim takipçisinin parametrelerinin hesaplanmasına bir örnek
Örneğin, istenen frekansta KU = 80 (38 dB) kazancı olan, giriş empedansı R BX = 500 kOhm, çıkış empedansı R BYX = 300 Ohm olan op-amp üzerindeki voltaj takipçisini hesaplayalım.
Gerilim takipçisinin giriş empedansı
Gerilim takipçisinin çıkış empedansı
En basit voltaj takipçi devresinin dezavantajları
Açık devre işletim sistemine sahip bir op amp kazancının frekansla değişmesi nedeniyle (artan frekansla, kazanç azalır), bu nedenle giriş ve çıkış dirençleri de frekansa bağlıdır (artan frekansla, giriş direnci azalır ve çıkış direnci artar).
Giriş sinyali yeterince büyük bir DC bileşenine ve önemli bir genlik salınımına sahipse, ortak mod giriş voltajlarının sınırı aşıldığında bir durum ortaya çıkabilir. Bu sorunu ortadan kaldırmak için, bir dekuplaj kondansatörü aracılığıyla evirmeyen girişe bir sinyal uygulanmalı ve evirmeyen giriş ile toprak arasına bir direnç bağlanmalıdır, ancak bu direnç tekrarlayıcının giriş direncini etkileyecektir.
Op-amp üreticileri tarafından önerilen bir voltaj izleyicinin parametrelerini iyileştirmenin bir başka yolu, OS devresinde ve ters çevirmeyen giriş ile “toprak” arasında aynı dirence sahip dirençleri dahil etmektir. Bu durumda, op-amp'in kazancı da birliğe eşit olacaktır, ancak giriş ve çıkış direnci, op-amp'in parametrelerine değil, harici dirençlere bağlı olacaktır.
Tek bir amplifikatörün parametrelerini iyileştirmenin en etkili yolu, voltaj izleyici devresinden sonra büyük bir çıkış akımı sağlayan bir güç amplifikatörünü açan bir devredir. Bu durumda, voltaj kazancı yaklaşık olarak bir olacaktır ve geri besleme akımı, güç amplifikatörünün özelliği tarafından belirlenir (giriş ve çıkış dirençleri, her iki amplifikatörün kazançlarıyla çarpılır).
Ters çevirmeyen amplifikatör
Aslında, birliğe eşit kazancı olan bir ters çevirmeyen amplifikatör olan voltaj izleyiciyi analiz ettikten sonra, keyfi kazançlı bir ters çevirmeyen amplifikatör devresini düşünmeye devam edelim. Bu tip amplifikatör, yüksek giriş ve düşük çıkış empedansına sahip olması ile karakterize edilir, amplifikatör devresi aşağıda gösterilmiştir.
Ters çevirmeyen bir yükselticinin şematik diyagramı.
Bu devre, işlemsel yükselteçleri açmak için standart devrelerden biridir ve op-amp DA1, öngerilim direnci R1 ve geri besleme direnci R2'yi içerir. Bu devredeki işlemsel yükselteç, seri voltaj geri beslemesi ile kaplıdır, geri besleme devresinin kazancı
Daha sonra, ters çevirmeyen amplifikatörün giriş empedansı
R BX.OU - açık bir işletim sistemi devresine sahip işletim sisteminin giriş empedansı,
TO OU - açık bir işletim sistemi devresi ile op-amp'in kazanç katsayısı.
Evirmeyen bir yükselticinin çıkış empedansı aşağıdaki ifadeden hesaplanabilir.
R ÇIKIŞ OU - açık bir işletim sistemi devresi ile OU'nun çıkış empedansı.
Ters çevirmeyen amplifikatör kazancı
Bu tip amplifikatörün bir miktar giriş ofset voltajı UCM vardır, bu nedenle bu devre, giriş ofset voltajı seviyesinin önemli bir etkisinin olmadığı durumlarda uygulanabilir. Girişteki ön gerilim seviyesi
Ters çevirmeyen bir yükselticinin hesaplanmasına bir örnek
K = 10 kazanç sağlaması gereken ters çevirmeyen bir amplifikatör hesaplıyoruz. Bir op-amp olarak, aşağıdaki parametrelere sahip K157UD2 kullanıyoruz: kazanç (1 kHz frekansında) K = 1800 (65 dB) , giriş empedansı R BX.OU = 500 kOhm, çıkış direnci R OUT.OU = 300 Ω, ön gerilim U CM = 10 mV, giriş akımı I IN ≤ 500 nA. Giriş sinyalinin seviyesi U IN = 40 mV'dir.
Ters çevirmeyen toplayıcı
Ters çevirmeyen amplifikatörler konusuna devam ederken, örneğin birkaç kaynaktan gelen sinyallerin birleştirilmesi gerektiğinde, giriş sinyalleri ekleme işlevini yerine getiren ve uygulamasını lineer sinyal karıştırıcıları (mikserler) olarak bulan ters çevirmeyen bir toplayıcı hakkında konuşacağım. ve bir güç amplifikatörünün girişine beslenir. Evirmeyen toplayıcının devresi aşağıda gösterilmiştir.
Bu devre, iki girişli, ters çevirmeyen bir amplifikatördür ve op-amp DA1, akım sınırlayıcı giriş dirençleri R1 ve R2, öngerilim direnci R3 ve geri besleme direnci R4'ten oluşur.
Bu devre için, temel ilişkiler, devredeki giriş voltajının giriş terminallerinin ortalama voltajına karşılık geldiği gerçeğini dikkate alarak, basit bir ters çevirmeyen amplifikatör devresine karşılık gelir.
Ve dirençlerin direnci aşağıdaki koşulu sağlamalıdır.
Farklı kanallar için kazançlar aşağıdaki ifade ile belirlenir.
R N, giriş direncinin direncidir,
K N, karşılık gelen amplifikasyon kanalının kazancıdır.
Evirici olmayan toplayıcı devresinin ana dezavantajı, sıfır potansiyel noktasının olmamasıdır, bu nedenle çeşitli girişlerdeki kazanç bağımsız değildir. Bu dezavantaj, giriş gerilim kaynaklarının iç direncinin veya bunlardan sadece birinin yaklaşık olarak bilindiği veya çalışma sırasında değiştiği durumlarda kendini gösterir.
Teori iyidir, ancak pratik olmadan teori sadece havayı sallar.
On bin millik yolculuk ilk adımla başlar.
(Çin atasözü)
Akşam oldu, yapacak bir şey yoktu ... Ve aniden bir şeyi lehimlemek istedim. Bir çeşit ... Elektronik! .. Lehim - çok lehim. Bilgisayar mevcut, İnternet bağlı. Bir şema seçiyoruz. Ve aniden, tasarlanan konu için planların bir vagon ve küçük bir araba olduğu ortaya çıktı. Ve herkes farklıdır. Tecrübe yok, bilgi az. Hangisini seçmeli? Bazıları bir çeşit dikdörtgen, üçgen içerir. Amplifikatörler ve hatta operasyonel olanlar ... Nasıl çalıştıkları net değil. Stra-a-ashno!.. Ya yanarsa? Tanıdık transistörlerde daha basit olanı seçiyoruz! Seçti, lehimledi, açtı ... YARDIM !!! Çalışmıyor!!! Neden? Niye?
Evet, çünkü "Sadelik hırsızlıktan beterdir"! Bir bilgisayar gibidir: en hızlı ve en gelişmiş - oyun! Ve ofis işleri için en basiti yeterlidir. Transistörlerde de durum aynı. Onlara bir devre lehimlemek yeterli değildir. Hala nasıl kuracağınızı bilmeniz gerekiyor. Çok fazla "tuzak" ve "tırmık". Ve bu genellikle hiçbir şekilde giriş seviyesi olmayan bir deneyim gerektirir. Ne yani, heyecan verici bir aktiviteyi bırakmak mı? Hiçbir şekilde! Sadece bu "üçgenler-dikdörtgenler" den korkmayın. Çoğu durumda, onlarla çalışmanın bireysel transistörlerle çalışmaktan çok daha kolay olduğu ortaya çıktı. BİLİYORSANIZ - NASIL!
İşte: nasıl çalıştığını anlamak işlemsel yükselteç(OU veya İngilizce OpAmp) şimdi yapacağız. Aynı zamanda, Ohm'un büyükbabasının yasası dışında, pratik olarak herhangi bir formül kullanmadan, kelimenin tam anlamıyla “parmaklarda” çalışmasını ele alacağız: “Bir devre bölümünden geçen akım ( ben) üzerindeki voltajla doğru orantılıdır ( sen) ve direnciyle ters orantılıdır ( R)»:
ben=U/R. (1)
Başlangıç olarak, prensipte, op-amp'in tam olarak içinde nasıl düzenlendiği o kadar önemli değildir. Sadece orada bazı dolgular olan bir "kara kutu" olduğunu varsayalım. Bu aşamada, "öngerilim", "kaydırma voltajı", "sıcaklık kayması", "gürültü özellikleri", "ortak mod bastırma katsayısı", "besleme voltajı dalgalanma bastırma katsayısı" gibi op-amp parametrelerini dikkate almayacağız. ”, “bant genişliği” vb. Tüm bu parametreler, çalışmasının temel ilkeleri kafada “yerleştiğinde”, çalışmasının bir sonraki aşamasında önemli olacaktır, çünkü “kağıt üzerinde pürüzsüzdü, ancak dağ geçitlerini unuttu” ...
Şimdilik, op-amp parametrelerinin ideale yakın olduğunu varsayalım ve sadece girişlerine bazı sinyaller uygulanırsa çıkışında hangi sinyalin olacağını düşünelim.
Böylece işlemsel yükselteç (op-amp) bir diferansiyel yükselteçtir. doğru akım iki girişli (ters çevirmeli ve çevirmesiz) ve bir çıkışlı. Bunlara ek olarak, op-amp'in güç kabloları vardır: pozitif ve negatif. Bu beş sonuç şurada bulunur: az kalsın herhangi bir işletim sistemi ve çalışması için temel olarak gereklidir.
Op-amp'ın en az 50.000 ... 100.000 gibi büyük bir kazancı var, ancak gerçekte - çok daha fazlası. Bu nedenle, ilk yaklaşım olarak, sonsuza eşit olduğunu bile varsayabiliriz.
"Diferansiyel" ("farklı", İngilizce'den "fark", "fark", "fark" olarak çevrilir) terimi, op-amp'in çıkış potansiyelinin yalnızca girişleri arasındaki potansiyel farktan etkilendiği anlamına gelir, ne olursa olsun onlardan mutlak anlam ve polarite.
"DC" terimi, op-amp'in 0 Hz'den başlayarak giriş sinyallerini yükselttiği anlamına gelir. Üst frekans aralığı ( Frekans aralığı op-amp tarafından yükseltilen sinyallerin oranı, içerdiği transistörlerin frekans özellikleri, op-amp kullanılarak oluşturulan devrenin kazancı vb. gibi birçok faktöre bağlıdır. Ancak bu konu zaten onun çalışmasıyla ilk tanışma kapsamının dışındadır ve burada ele alınmayacaktır.
Op-amp girişleri, onlarca/yüzlerce MegaOhm'a, hatta GigaOhm'a eşit çok yüksek bir giriş empedansına sahiptir (ve yalnızca unutulmaz K140UD1'de ve hatta K140UD5'te bile yalnızca 30...50 kOhm'du). Girişlerin bu kadar yüksek empedansı, giriş sinyali üzerinde neredeyse hiçbir etkisinin olmadığı anlamına gelir.
Bu nedenle, teorik ideale yüksek derecede bir yaklaşımla, şunu varsayabiliriz: akım op-amp girişlerine akmaz . BT - ilk analizde geçerli olan önemli kural işletim sistemi çalışması. Lütfen bunun neyle ilgili olduğunu iyi hatırla sadece OU'nun kendisi, Ama değil şemalar kullanımı ile!
"Tersine çeviren" ve "ters çevirmeyen" terimleri ne anlama geliyor? Ters çevirme neye göre belirlenir ve genel olarak bu ne tür bir "hayvan"dır - sinyal ters çevirme?
Latince'den çevrilen "inversio" kelimesinin anlamlarından biri "sarma", "darbe" dir. Diğer bir deyişle, ters çevirme bir ayna görüntüsüdür ( yansıtma) yatay eksen X'e göre sinyal(zaman ekseni). Şek. 1 birçoğundan birkaçını gösterir seçenekler doğrudan (giriş) sinyalin kırmızı ve tersine çevrilmiş (çıkış) sinyalinin mavi olduğu sinyal inversiyonu.
Pirinç. 1 Sinyal inversiyonu kavramı
Sıfır çizgisine (Şekil 1, A, B'de olduğu gibi) sinyal inversiyonunun özellikle not edilmelidir. bağlı değil! Sinyaller ters ve asimetrik olabilir. Örneğin, her ikisi de yalnızca dijital sinyaller için tipik olan veya tek kutuplu güç kaynağı (bu daha sonra tartışılacaktır) olan pozitif değerler bölgesinde (Şekil 1, B) veya her ikisi de kısmen pozitif ve kısmen negatif bölgelerde (Şekil 1, B, D). Diğer seçenekler de mümkündür. Ana koşul, karşılıklı olmalarıdır. spekülerlik keyfi olarak seçilen bir seviyeye göre (örneğin, daha sonra tartışılacak olan yapay bir orta nokta). Diğer bir deyişle, polarite sinyal de belirleyici bir faktör değildir.
OU'yu devre şemalarında farklı şekillerde tasvir edin. Yurtdışında, işletim sistemi daha önce tasvir edilmişti ve şimdi bile çok sık bir ikizkenar üçgen şeklinde tasvir ediliyorlar (Şekil 2, A). Ters çeviren giriş eksi sembolüyle, ters çevirmeyen giriş bir üçgen içinde artı sembolüyle işaretlenir. Bu semboller, ilgili girişlerdeki potansiyelin diğerinden daha pozitif veya daha negatif olması gerektiği anlamına gelmez. Sadece çıktı potansiyelinin girdilere uygulanan potansiyellere nasıl tepki verdiğini gösterirler. Sonuç olarak, özellikle yeni başlayanlar için beklenmedik bir "tırmık" olabilen güç kablolarıyla karıştırılmaları kolaydır.
Pirinç. 2 Koşullu grafik görüntü çeşitleri (UGO)
işlemsel yükselteçler
GOST 2.759-82'nin (ST SEV 3336-81) yürürlüğe girmesinden önce yerel koşullu grafik görüntüler (UGO) sisteminde, OU'lar da bir üçgen olarak gösterildi, sadece ters çevirme girişi - bir ters çevirme sembolü ile - bir daire çıktının bir üçgenle kesişimi (Şekil 2, B) ve şimdi - bir dikdörtgen şeklinde (Şekil 2, C).
Şemalarda op amp belirlenirken, daha uygun olması durumunda evirici ve evirici olmayan girişler değiştirilebilir, ancak geleneksel olarak, ters çeviren giriş üstte ve evirmeyen giriş altta gösterilir. Güç pimleri genellikle her zaman bir şekilde yerleştirilir (üstte pozitif, altta negatif).
Op-amp'ler neredeyse her zaman negatif geri besleme (NFB) devrelerinde kullanılır.
Geri besleme, bir amplifikatörün çıkış voltajının bir kısmının giriş voltajına cebirsel olarak (işarete tabi) eklendiği girişine uygulanmasının etkisidir. Sinyal toplama ilkesi aşağıda tartışılacaktır. Op-amp'in hangi girişinin, ters çeviren veya ters çevirmeyen olduğuna bağlı olarak, işletim sisteminin beslendiğine bağlı olarak, çıkış sinyalinin bir kısmı ters çevirici girişe uygulandığında (Şekil 3, A) veya negatif bir geri besleme (NFB) vardır. pozitif geri besleme (PIC), çıkış sinyalinin bir kısmı sırasıyla ters çevirmeyen girişe beslendiğinde (Şekil 3, B).
Pirinç. 3 Geri bildirim oluşturma ilkesi (OS)
İlk durumda, çıktı girdinin tersi olduğu için girdiden çıkarılır. Sonuç olarak, sahnenin genel kazancı azalır. İkinci durumda, girişe eklenir, kaskadın toplam kazancı artar.
İlk bakışta, POS'un olumlu bir etkisi var gibi görünebilir ve OOS tamamen işe yaramaz bir girişimdir: neden kazancı azaltalım? ABD patent denetçilerinin 1928'de Harold S. Black'in tam olarak düşündükleri şey buydu. sınanmış işletim sisteminin patentini alın. Ancak, amplifikasyondan ödün vererek, lineerliği, frekans aralığı vb. gibi devrenin diğer önemli parametrelerini önemli ölçüde iyileştiriyoruz. FOS ne kadar derin olursa, tüm devrenin özellikleri op-amp'in özelliklerine o kadar az bağlıdır.
Ancak POS (op-amp'in kendi büyük kazancı göz önüne alındığında), devrenin özellikleri üzerinde ters etkiye sahiptir ve en tatsız şey, kendi kendini uyarmasına neden olmasıdır. Tabii ki, bilinçli olarak da kullanılır, örneğin, jeneratörlerde, histerezisli karşılaştırıcılarda (bundan sonra daha fazlası), vb. Genel görünüm op amperli amplifikatör devrelerinin çalışması üzerindeki etkisi oldukça olumsuzdur ve uygulamasının çok kapsamlı ve makul bir analizini gerektirir.
İşletim sisteminin iki girişi olduğundan, işletim sistemini kullanarak aşağıdaki ana dahil etme türleri mümkündür (Şekil 4):
Pirinç. İşletim sistemini açmak için 4 temel şema
a) ters çevirme (Şekil 4, A) - sinyal, evirici girişe uygulanır ve evirici olmayan, doğrudan referans potansiyeline bağlanır (kullanılmaz);
b) evirmeyen (Şekil 4, B) - sinyal, ters çevirmeyen girişe uygulanır ve ters çeviren, doğrudan referans potansiyeline bağlanır (kullanılmaz);
içinde) diferansiyel (Şekil 4, B) - sinyaller, evirici ve evirici olmayan her iki girişe beslenir.
Bu planların işleyişini analiz etmek için, dikkate alınmalıdır. ikinci en önemli kural, işletim sisteminin çalışmasının tabi olduğu: Bir op-amp'in çıkışı, girişleri arasında sıfır voltaj farkına sahip olma eğilimindedir..
Ancak, herhangi bir ifade gerekli ve yeterli ona uyan davaların tüm alt kümesini sınırlamak için. Yukarıdaki formülasyon, tüm “klasisizmi” için, çıktının hangi girdileri “etkilemeye çalıştığı” hakkında herhangi bir bilgi vermez. Buna dayanarak, op-amp'in girişlerindeki voltajları eşitlediği ve onlara “içeriden” bir yerden voltaj uyguladığı ortaya çıktı.
Şekil 2'deki diyagramlara yakından bakıldığında. 4, her durumda OOC'nin (Rooc aracılığıyla) çıkıştan başlatıldığını görebilirsiniz. sadece bu kuralı aşağıdaki gibi yeniden formüle etmemiz için bize neden veren ters çevirme girdisine: Voltaj açık OOS tarafından kapsanan op-amp çıkışı, ters çevirme girişindeki potansiyelin, ters çevirmeyen girişteki potansiyele eşit olmasını sağlama eğilimindedir..
Bu tanıma dayanarak, OOS ile OA'nın herhangi bir dahil edilmesinde "önde gelen", ters çevirmeyen girdidir ve "bağımlı", ters çeviren girdidir.
Bir op amp'in çalışmasını tanımlarken, ters çevirme girişindeki potansiyel genellikle "sanal sıfır" veya "sanal orta nokta" olarak adlandırılır. Latince "virtus" kelimesinin çevirisi "hayali", "hayali" anlamına gelir. Sanal bir nesne, maddi gerçekliğin benzer nesnelerinin davranışına yakın davranır, yani giriş sinyalleri için (FOS'un etkisinden dolayı), ters çeviren giriş, ters çevirmeyen giriş ile doğrudan aynı potansiyele bağlı olarak kabul edilebilir. Bununla birlikte, "sanal sıfır", yalnızca op-amp'in iki kutuplu güç kaynağı ile gerçekleşen özel bir durumdur. Tek kutuplu bir güç kaynağı kullanırken (aşağıda tartışılacaktır) ve diğer birçok anahtarlama devresinde, ne evirici ne de evirici girişlerde sıfır olmayacaktır. Bu nedenle, işletim sisteminin çalışma ilkelerinin ilk anlaşılmasına müdahale ettiği için bu terimi kullanmayacağımız konusunda anlaşalım.
Bu açıdan, Şekil 2'de gösterilen şemaları analiz edeceğiz. 4. Aynı zamanda, analizi basitleştirmek için, besleme voltajlarının hala iki kutuplu olduğunu, değer olarak birbirine eşit (örneğin, ± 15 V), bir orta nokta (ortak veri yolu veya “toprak”), göreceli olduğunu varsayacağız. giriş ve çıkış voltajlarını sayacağız. Ayrıca analiz doğru akımda yapılacaktır çünkü. zamanın her anında değişen bir alternatif sinyal, doğru akım değerlerinin bir örneği olarak da gösterilebilir. Her durumda, Rooc aracılığıyla geri besleme, op-amp'in çıkışından ters çevirme girişine bağlanır. Fark, yalnızca giriş voltajının hangi girişlere uygulandığıdır.
ANCAK) ters çevirme açma (Şek. 5).
Pirinç. 5 Bir ters çevirme bağlantısında op-amp'in çalışma prensibi
Evirmeyen girişteki potansiyel sıfırdır, çünkü orta noktaya ("toprak") bağlanır. Giriş direnci Rin'in sol terminaline orta noktaya göre (GB'den) +1 V'a eşit bir giriş sinyali uygulanır. Rooc ve Rin dirençlerinin birbirine eşit olduğunu ve 1 kOhm (toplam dirençleri 2 kOhm) olduğunu varsayalım.
Kural 2'ye göre, evirici giriş, sıfırlanmış ters çevrilmemiş, yani 0 V ile aynı potansiyele sahip olmalıdır. Bu nedenle, Rin'e +1 V'luk bir voltaj uygulanır. Ohm yasasına göre, içinden bir akım akacaktır. bengiriş= 1 V / 1000 ohm = 0.001 A (1 mA). Bu akımın akış yönü bir okla gösterilmiştir.
Rooc ve Rin bir bölücü ile bağlı olduğundan ve Kural 1'e göre op-amp girişleri akım tüketmediğinden, bu bölücünün orta noktasında gerilimin 0 V olması için bir gerilim uygulanması gerekir. Rooc'un doğru çıktısı eksi 1 V ve içinden geçen akım benoooo ayrıca 1 mA'ya eşit olmalıdır. Başka bir deyişle, sol terminal Rin ile sağ terminal Rooc arasına 2 V'luk bir voltaj uygulanır ve bu bölücüden akan akım 1 mA (2 V / (1 kΩ + 1 kΩ) = 1 mA), yani. ben giriş = ben oooo .
Girişe negatif bir polarite voltajı uygulanırsa, op-amp'in çıkışı pozitif bir polarite voltajı olacaktır. Her şey aynı, sadece Rooc ve Rin'den geçen akımı gösteren oklar ters yöne yönlendirilecek.
Bu nedenle, eğer Rooc ve Rin değerleri eşitse, op-amp çıkışındaki voltaj, girişindeki voltaja büyüklük olarak eşit, ancak polaritede ters olacaktır. Ve aldık ters çevirme tekrarlayıcı . Bu şema genellikle, temel olarak invertör olan devreler kullanılarak alınan sinyali tersine çevirmeniz gerektiğinde kullanılır. Örneğin, logaritmik yükselteçler.
Şimdi Rin'i 1 kOhm'a eşit tutalım ve aynı giriş sinyali +1 V ile Rooc direncini 2 kOhm'a çıkaralım. Toplam bölücü direnci Rooc+Rin 3 kOhm'a yükseldi. 0 V'luk bir potansiyelin (ters çevirmeyen girişin potansiyeline eşit) orta noktasında kalması için, aynı akımın (1 mA) Rin'den olduğu gibi Rooc'tan da akması gerekir. Bu nedenle, Rooc boyunca voltaj düşüşü (op-amp çıkışındaki voltaj) zaten 2 V olmalıdır. Op-amp çıkışında voltaj eksi 2 V'tur.
Rooc değerini 10 kOhm'a çıkaralım. Şimdi aynı koşullar altında op-amp'in çıkışındaki voltaj zaten 10 V olacaktır. Vay canına! Sonunda aldık ters çevirme amplifikatör
! Onun çıkış voltajı girişten daha fazla (diğer bir deyişle, kazanç Ku) direnci kadar Rooc direnci Rin direncinden daha büyüktür. Formülleri kullanmamaya nasıl yemin etmiş olsam da bunu bir denklem olarak gösterelim:
Ku \u003d - Uout / Uin \u003d - Rooc / Rin. (2)
Denklemin sağ tarafındaki kesrin önündeki eksi işareti, yalnızca çıkış sinyalinin girişe göre ters olduğu anlamına gelir. Ve daha fazlası değil!
Şimdi Rooc direncini 20 kOhm'a çıkaralım ve ne olduğunu analiz edelim. Formül (2)'ye göre, Ku \u003d 20 ve 1 V giriş sinyali ile çıkış 20 V voltaj olmalıydı. Ama orada değildi! Daha önce op-amp'imizin besleme voltajının sadece ± 15 V olduğunu varsaymıştık. Ancak 15 V bile elde edilemez (neden böyle - biraz daha düşük). "Başınızın üzerinden atlayamazsınız (besleme voltajı)"! Devrenin derecelendirmelerinin bu şekilde kötüye kullanılmasının bir sonucu olarak, op-amp'in çıkış voltajı, besleme voltajına "durur" (op-amp'in çıkışı doygunluğa girer). RoocRin bölücü aracılığıyla mevcut eşitlik dengesi ( bengiriş = benoooo) ihlal edildiğinde, evirici girişte, evirmeyen girişteki potansiyelden farklı bir potansiyel belirir. Kural 2 artık geçerli değil.
Giriş direnç ters yükseltici giriş sinyali kaynağından (GB) gelen tüm akım içinden geçtiği için Rin direncine eşittir.
Şimdi Rooc sabitini, örneğin 10 kOhm'luk bir nominal değere sahip bir değişkenle değiştirelim (Şekil 6).
Pirinç. 6 Değişken kazançlı ters çevirme amplifikatör devresi
Kaydırıcısının sağ (devreye göre) konumu ile kazanç Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10 olacaktır. Rooc kaydırıcısını sola hareket ettirerek (direncini azaltarak) devrenin kazancı olacaktır. azaltın ve son olarak, yukarıdaki formüldeki pay sıfır olacağı için en sol konumunda sıfıra eşit olacaktır. hiç paydanın değeri. Çıkış, giriş sinyalinin herhangi bir değeri ve polaritesi için de sıfır olacaktır. Böyle bir şema genellikle ses sinyali yükseltme devrelerinde, örneğin kazancı sıfırdan ayarlamanız gereken mikserlerde kullanılır.
B) evirmeyen açma (Şek. 7).
Pirinç. 7 Op-amp'in ters çevirmeyen bir dahil etme prensibi
Rin'in sol pimi orta noktaya ("toprak") bağlanır ve +1 V'a eşit giriş sinyali doğrudan ters çevirmeyen girişe uygulanır. Analizin nüansları yukarıda “çiğnendiğinden”, burada sadece önemli farklılıklara dikkat edeceğiz.
Analizin ilk aşamasında, Rooc ve Rin dirençlerini de birbirine eşit ve 1 kOhm'a eşit alıyoruz. Çünkü evirmeyen girişte, potansiyel +1 V'dir, bu durumda Kural 2'ye göre, aynı potansiyel (+1 V) evirici girişte olmalıdır (şekilde gösterilmiştir). Bunu yapmak için, Rooc direncinin (op-amp çıkışının) sağ terminalinde +2 V'luk bir voltaj olmalıdır. bengiriş ve benoooo, 1 mA'ya eşit, şimdi Rooc ve Rin dirençlerinden ters yönde akar (oklarla gösterilmiştir). anladık evirmeyen amplifikatör +1V'luk bir giriş +2V'luk bir çıkış ürettiğinden, 2 kazanç ile.
Garip, değil mi? Derecelendirmeler, evirici bağlantıdakiyle aynıdır (tek fark, sinyalin başka bir girişe uygulanmasıdır) ve kazanç açıktır. Bunu biraz sonra inceleyeceğiz.
Şimdi Rooc değerini 2 kOhm'a çıkarıyoruz. Akım dengesini korumak için bengiriş = benoooo ve ters çevirme girişinin potansiyeli +1 V'dir, op-amp'in çıkışı zaten +3 V olmalıdır. Ku \u003d 3 V / 1 V \u003d 3!
Ku'nun değerlerini ters çevirmeyen bir bağlantı ile ters çeviren bir bağlantıyla, aynı Rooc ve Rin derecelendirmeleriyle karşılaştırırsak, her durumda kazancın birer birer daha büyük olduğu ortaya çıkar. Formülü türetiyoruz:
Ku \u003d Uout / Uin + 1 \u003d (Rooc / Rin) + 1 (3)
Bu neden oluyor? Evet, çok kolay! NFB, tersine çeviren bir bağlantıdakiyle tamamen aynı şekilde çalışır, ancak Kural 2'ye göre, tersine çevirmeyen bir bağlantıda evirmeyen girişin potansiyeli, her zaman evirmeyen girişin potansiyeline eklenir.
Yani, ters çevirmeyen bir dahil etme ile 1'e eşit bir kazanç elde etmek imkansız mı? Neden olmasın, neden olmasın. Şekil 2'de nasıl analiz ettiğimize benzer şekilde Rooc'un değerini azaltalım. 6. Sıfır değeri ile - çıkışı ters çeviren giriş ile kısa devre yaparak (Şekil 8, A), Kural 2'ye göre çıkış, ters çeviren girişin potansiyelinin potansiyeline eşit olacak şekilde bir voltaja sahip olacaktır. ters çevirmeyen giriş, yani +1 V. Alırız: Ku \u003d 1 V / 1 V \u003d 1 (!) Peki, evirici giriş akım tüketmediği ve bununla çıkış arasında potansiyel bir fark olmadığı için bu devrede akım akmaz.
Pirinç. 8 Voltaj takipçisi olarak op-amp'i açma şeması
Rin genellikle gereksiz hale gelir, çünkü op-amp çıkışının çalışması gereken yüke paralel olarak bağlanır ve çıkış akımı boşuna akacaktır. Peki Rooc'tan ayrılıp Rin'i kaldırırsanız ne olur (Şekil 8, B)? Ardından, Ku = Roos / Rin + 1 kazanç formülünde, Rin direnci teorik olarak sonsuza yakın hale gelir (gerçekte, elbette, hayır, çünkü kartta sızıntılar vardır ve op-amp'in giriş akımı ihmal edilebilir olsa da) , hala sıfır hala eşit değil) ve Rooc / Rin oranı sıfıra eşittir. Formülde sadece bir tane kalır: Ku \u003d + 1. Bu devre için kazanç birden az olabilir mi? Hayır, daha az hiçbir koşulda çalışmayacaktır. Eğri bir keçide kazanç formülündeki "ekstra" birimi dolaşamazsınız ...
Tüm "ekstra" dirençleri çıkardıktan sonra bir devre elde ederiz. evirmeyen tekrarlayıcı Şek. 8, V.
İlk bakışta, böyle bir şema pratik bir anlam ifade etmiyor: neden tek ve hatta ters olmayan bir "amplifikasyona" ihtiyacımız var - ne, daha fazla sinyal gönderemezsiniz ??? Ancak, bu tür şemalar oldukça sık kullanılmaktadır ve işte bu yüzden. Kural 1'e göre, akım op-amp girişlerine akmaz, yani, giriş empedansı ters çevirmeyen takipçi çok büyüktür - aynı onlarca, yüzlerce ve hatta binlerce MΩ (aynısı Şekil 7'ye göre devre için de geçerlidir)! Ancak çıkış direnci çok küçüktür (Ohm'un kesirleri!). Op-amp'ın çıkışı, Kural 2'ye göre, ters çevirme girişinde, ters çevirmeyen girişte olduğu gibi aynı potansiyeli korumaya çalışarak "bütün gücüyle çalıyor". Tek sınırlama, op-amp'in izin verilen çıkış akımıdır.
Ancak bu yerden biraz yana sallayacağız ve op-amp'in çıkış akımları konusunu biraz daha ayrıntılı olarak ele alacağız.
Çoğu genel amaçlı op amp için, teknik özellikler, çıkışlarına bağlı yükün direncinin olmaması gerektiğini belirtir. az 2 kOhm Daha fazla - istediğiniz kadar. Çok daha küçük bir sayı için 1 kOhm'dur (K140UD ...). Bu, en kötü durum koşulları altında şu anlama gelir: maksimum besleme gerilimi (örneğin toplamda ±16 V veya 32 V), çıkış ve besleme raylarından biri arasına bağlı bir yük ve zıt kutuplu maksimum çıkış gerilimi, yaklaşık Yüke 30 V uygulanacaktır Bu durumda üzerinden geçen akım: 30 V / 2000 Ohm = 0.015 A (15 mA) olacaktır. Çok az değil ama çok fazla da değil. Neyse ki, çoğu genel amaçlı op amp, yerleşik aşırı akım korumasına sahiptir - tipik maksimum çıkış akımı 25 mA'dır. Koruma, op-amp'in aşırı ısınmasını ve arızalanmasını önler.
Besleme voltajları izin verilen maksimum değer değilse, minimum yük direnci orantılı olarak azaltılabilir. Diyelim ki 7,5 ... 8 V (toplam 15 ... 16 V) güç kaynağı ile 1 kOhm olabilir.
AT) diferansiyel açma (Şek. 9).
Pirinç. 9 Op-amp'in diferansiyel bağlantıda çalışma prensibi
Öyleyse, 1 kOhm'a eşit Rin ve Rooc değerleriyle, devrenin her iki girişine de +1 V'a eşit aynı voltajların uygulandığını varsayalım (Şekil 9, A). Rin direncinin her iki tarafındaki potansiyeller birbirine eşit olduğundan (direnç üzerindeki voltaj 0'dır), üzerinden akım geçmez. Bu, direnç Rooc üzerinden geçen akımın da sıfır olduğu anlamına gelir. Yani, bu iki direnç herhangi bir işlev görmez. Aslında, aslında tersine çevirmeyen bir takipçimiz var (Şekil 8 ile karşılaştırın). Buna göre, çıkışta ters çevirmeyen girişteki ile aynı voltajı alacağız, yani +1 V. Devrenin evirici girişindeki giriş sinyalinin polaritesini değiştirelim (GB1'i ters çevirin) ve eksi 1 V uygulayalım. (Şek. 9, B). Şimdi Rin terminalleri arasına 2 V'luk bir voltaj uygulanır ve içinden bir akım geçer. beniçinde\u003d 2 mA (Umarım bunun neden böyle olduğunu ayrıntılı olarak açıklamaya gerek yoktur?). Bu akımı telafi etmek için Rooc'tan 2 mA'lık bir akım da geçmelidir. Ve bunun için op-amp'in çıkışının +3 V'luk bir voltajı olmalıdır.
İşte burada, ters çevirmeyen bir amplifikatörün kazanımı için formülde ek bir "sırıtış" ortaya çıktı. Öyle anlaşılıyor ki, böyle basitleştirilmiş Diferansiyel anahtarlamada, kazançtaki fark, çıkış sinyalini ters çevirmeyen girişteki potansiyel ile sürekli olarak kaydırır. İle ilgili bir sorun! Ancak, "Yenmiş olsanız bile, yine de en az iki çıkışınız var." Bu, fazladan olanı “nötrleştirmek” için tersine çeviren ve tersine çevirmeyen kapanımların kazançlarını bir şekilde eşitlememiz gerektiği anlamına gelir.
Bunu yapmak için, giriş sinyalini ters çevirmeyen girişe doğrudan değil, Rin2, R1 bölücü aracılığıyla uygulayalım (Şekil 9, B). 1 kOhm için mezheplerini de alalım. Şimdi, op-amp'in evirmeyen (ve dolayısıyla ters çeviren) girişinde, +0.5 V'luk bir potansiyel olacak, içinden bir akım akacak (ve Rooc) beniçinde = benoooo\u003d 0,5 mA, hangi op-amp çıkışının 0 V'a eşit bir voltaja sahip olması gerektiğinden emin olmak için. İstediğimizi aldık! Devrenin her iki girişinde eşit büyüklük ve polarite sinyalleri ile (bu durumda +1 V, ancak aynısı eksi 1 V ve diğer dijital değerler için de geçerli olacaktır), op-amp'in çıkışı sıfır voltajı eşit tutacaktır. giriş sinyallerindeki farka .
Bu mantığı, ters çevirme girişine eksi 1 V eksi kutuplu bir sinyal uygulayarak kontrol edelim (Şekil 9, D). nerede beniçinde = benoooo= 2 mA, bunun için çıkış +2 V olmalıdır. Her şey onaylandı! Çıkış seviyesi, girişler arasındaki farka karşılık gelir.
Tabii ki, eğer Rin1 ve Rooc (sırasıyla, Rin2 ve R1) eşitse, amplifikasyon elde edemeyiz. Bunu yapmak için, op-amp'in önceki kapanımlarını analiz ederken yapıldığı gibi Rooc ve R1 değerlerini artırmanız gerekir (tekrar etmeyeceğim) ve kesinlikle orana saygı duyun:
Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (dört)
Pratikte böyle bir katılımdan ne fayda sağlarız? Ve dikkate değer bir özellik elde ediyoruz: çıkış voltajı, büyüklük ve polaritede birbirine eşitse, giriş sinyallerinin mutlak değerlerine bağlı değildir. Sadece fark (diferansiyel) sinyali verilir. Bu, her iki girişe eşit olarak etki eden gürültünün arka planına karşı çok küçük sinyallerin yükseltilmesini mümkün kılar. Örneğin, 50 Hz endüstriyel frekanslı bir şebeke alıcısının arka planına karşı dinamik bir mikrofondan gelen bir sinyal.
Ancak bu bal fıçısında maalesef merhemde bir sinek var. İlk olarak, eşitlik (4) çok sıkı bir şekilde gözetilmelidir (onda bire kadar ve bazen yüzde birin yüzde birine kadar!). Aksi takdirde, devrede hareket eden akımlarda bir dengesizlik olacaktır ve bu nedenle, fark ("anti-faz") sinyallerine ek olarak, birleşik ("ortak mod") sinyalleri de güçlendirilecektir.
Bu terimlerin özünü anlayalım (Şekil 10).
Pirinç. 10 Sinyal faz kayması
Sinyalin fazı, sinyal periyodunun orijininin zamanın orijinine göre sapmasını karakterize eden bir değerdir. Hem zamanın kökeni hem de dönemin kökeni keyfi olarak seçildiğinden, bir fazın evresi periyodik sinyalin fiziksel bir anlamı yoktur. Ancak ikisi arasındaki faz farkı periyodik sinyaller fiziksel anlamı olan bir niceliktir, sinyallerden birinin diğerine göre gecikmesini yansıtır. Dönemin başlangıcı olarak kabul edilen şey önemli değil. Periyodun başlangıç noktası için pozitif eğimli sıfır değeri alabilirsiniz. Mümkün - maksimum. Her şey bizim gücümüzde.
Şek. 9, kırmızı orijinal sinyali gösterir, yeşil - orijinale göre ¼ nokta kaydırılır ve mavi - ½ nokta ile kaydırılır. Kırmızı ve mavi eğrileri Şekil 1'deki eğrilerle karşılaştırırsak. 2, B, karşılıklı oldukları görülebilir ters. Bu nedenle, “faz içi sinyaller”, her noktasında birbiriyle çakışan sinyaller ve “anti-faz sinyaller” ise ters birbirine göre.
Aynı zamanda konsept ters çevirmeler kavramdan daha geniş aşamalar, çünkü ikincisi yalnızca düzenli olarak tekrarlanan periyodik sinyaller için geçerlidir. ve konsept ters çevirmeler ses sinyali, dijital dizi veya sabit voltaj gibi periyodik olmayanlar da dahil olmak üzere herhangi bir sinyale uygulanabilir. İle evre tutarlı bir değerse, sinyal en azından belirli bir aralıkta periyodik olmalıdır. Aksi takdirde hem faz hem de periyot matematiksel soyutlamalara dönüşür.
İkinci olarak, Rooc = R1 ve Rin1 = Rin2 eşit dereceli diferansiyel bağlantıdaki evirici ve evirici olmayan girişler, farklı giriş dirençlerine sahip olacaktır. Evirici girişin giriş direnci sadece Rin1 değeri ile belirlenirse, evirmeyen giriş değerler tarafından belirlenir. art arda dahil Rin2 ve R1 (op-amp girişlerinin akım tüketmediğini unutmadınız mı?). Yukarıdaki örnekte sırasıyla 1 ve 2 kΩ olacaktır. Ve tam teşekküllü bir yükseltme aşaması elde etmek için Rooc ve R1'i arttırırsak, fark daha da önemli ölçüde artacaktır: Ku \u003d 10 ile - sırasıyla hepsi aynı 1 kOhm ve 11 kOhm'a kadar!
Ne yazık ki, pratikte Rin1 = Rin2 ve Rooc = R1 derecelendirmeleri genellikle ayarlanır. Ancak bu, yalnızca her iki giriş için sinyal kaynakları çok düşük olduğunda kabul edilebilir. çıkış empedansı. Aksi takdirde, bu yükseltme aşamasının giriş empedansı ile bir bölücü oluşturur ve bu tür “bölücülerin” bölme faktörü farklı olacağından, sonuç açıktır: bu tür direnç değerlerine sahip bir diferansiyel amplifikatör, bastırma işlevini yerine getirmeyecektir. ortak mod (birleşik) sinyaller veya bu işlevi zayıf bir şekilde yerine getirir.
Bu sorunu çözmenin yollarından biri, op-amp'in evirici ve evirici olmayan girişlerine bağlı dirençlerin değerlerinin eşitsizliği olabilir. Yani Rin2 + R1 = Rin1 olacak şekilde. Bir diğer önemli nokta da eşitliğin tam olarak gözetilmesidir (4). Kural olarak, bu, R1'i iki dirence bölerek elde edilir - bir sabit, genellikle istenen değerin %90'ı ve direnci gerekli değerin %20'si olan bir değişken (R2) (Şekil 11, A).
Pirinç. 11 Diferansiyel amplifikatör dengeleme seçeneği
Yol genel olarak kabul edilir, ancak yine, bu dengeleme yöntemiyle, biraz da olsa, ters çevirmeyen girişin giriş empedansı değişir. Rooc ile seri olarak bir ayar direncinin (R5) dahil edilmesiyle çok daha kararlı bir seçenek (Şekil 11, B), çünkü Rooc, ters çevirme girişinin giriş direncinin oluşumuna katılmaz. Ana şey, "A" seçeneğine (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2) benzer şekilde, mezheplerinin oranını korumaktır.
Diferansiyel anahtarlama ve tekrarlayıcılardan bahsettiğimiz için ilginç bir devreyi anlatmak istiyorum (Şekil 12).
Pirinç. 12 Anahtarlamalı evirici/dönüştürücü olmayan takipçi devresi
Giriş sinyali, devrenin her iki girişine (ters çeviren ve çevirmeyen) aynı anda uygulanır. Tüm dirençlerin (Rin1, Rin2 ve Rooc) değerleri birbirine eşittir (bu durumda gerçek değerlerini alalım: 10 ... 100 kOhm). SA tuşu ile op-amp'in evirilmeyen girişi ortak bir veri yoluna kapatılabilir.
Anahtarın kapalı konumunda (Şekil 12, A), direnç Rin2 devrenin çalışmasına katılmaz (sadece akım “işe yaramaz” içinden geçer benvx2 sinyal kaynağından ortak veri yoluna). alırız ters takipçi eksi 1'e eşit bir kazanç ile (bkz. Şekil 6). Ancak SA anahtarı açık konumdayken (Şekil 12, B), ters çevirmeyen takipçi+1'e eşit kazanç ile.
Bu şemanın çalışma prensibi biraz farklı bir şekilde ifade edilebilir. SA tuşu kapatıldığında, kazancı eksi 1'e eşit olan bir ters yükseltici olarak çalışır ve açıkken - eşzamanlı(!) Ve kazancı eksi 1 olan bir evirici yükselteç olarak ve +2 kazancı olan bir evirmeyen yükseltici olarak, buradan: Ku = +2 + (–1) = +1.
Bu formda, bu devre, örneğin, tasarım aşamasında giriş sinyalinin polaritesi bilinmiyorsa (örneğin, cihaz kurulana kadar erişilemeyen bir sensörden) kullanılabilir. Bununla birlikte, anahtar olarak bir transistör (örneğin, bir alan etkili transistör) kullanılıyorsa, giriş sinyalinden kontrol edilir. karşılaştırıcı(aşağıda tartışılacaktır), senkron dedektör(senkron doğrultucu). Böyle bir planın özel uygulaması, elbette, işletim sisteminin çalışmasıyla ilk tanışmanın ötesine geçer ve burada tekrar ayrıntılı olarak ele almayacağız.
Ve şimdi giriş sinyallerini toplama ilkesini düşünelim (Şekil 13, A) ve aynı zamanda Rin ve Rooc dirençlerinin gerçekte hangi değerlerinin olması gerektiğini anlayacağız.
Pirinç. 13 Ters toplayıcının çalışma prensibi
Yukarıda tartışılan ters çevirici amplifikatörü temel alıyoruz (Şekil 5), sadece bir değil, iki Rin1 ve Rin2 giriş direncini op-amp girişine bağlarız. Şimdiye kadar, "eğitim" amacıyla, Rooc dahil tüm dirençlerin direncini 1 kOhm'a eşit kabul ediyoruz. Sol terminaller Rin1 ve Rin2'ye +1 V'a eşit giriş sinyalleri sağlıyoruz.Bu dirençlerden 1 mA'ya eşit akımlar akar (soldan sağa işaret eden oklarla gösterilmiştir). Evirici girişte, evirmeyen girişte (0 V) olduğu gibi aynı potansiyeli korumak için, giriş akımlarının (1 mA + 1 mA = 2 mA) toplamına eşit bir akım, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi Rooc direncinden geçmelidir. op-amp çıkışının eksi 2 V voltaja sahip olması gereken ters yönü gösteren bir ok (sağdan sola ).
Aynı sonuç (çıkış voltajı eksi 2 V), evirici amplifikatörün girişine +2 V uygulanırsa (Şekil 5) veya Rin değeri yarıya indirilirse, yani. 500 Ohm'a kadar. Rin2 rezistörüne uygulanan voltajı +2 V'a çıkaralım (Şek. 13, B). Çıkışta, giriş voltajlarının toplamına eşit olan eksi 3 V'luk bir voltaj elde ederiz.
İki giriş değil, istediğiniz kadar giriş olabilir. Bu devrenin çalışma prensibi şundan değişmeyecektir: çıkış voltajı her durumda op'un evirici girişine bağlı dirençlerden geçen akımların cebirsel toplamı (işareti dikkate alarak!) ile doğru orantılı olacaktır. -amp (derecelendirmeleriyle ters orantılı), sayıları ne olursa olsun.
Öte yandan, evirici toplayıcının girişlerine +1 V ve eksi 1 V'a eşit sinyaller uygulanırsa (Şekil 13, B), bunlardan akan akımlar farklı yönlerde olacaktır, her birini iptal edecektir. diğer çıkış ve çıkış 0 V olacaktır. Bu durumda direnç üzerinden Rooc üzerinden akım akmayacaktır. Başka bir deyişle, Rooc üzerinden akan akım cebirsel olarak şu şekilde toplanır: giriş akımlar.
Bundan da önemli bir nokta çıkar: küçük giriş voltajlarıyla (1 ... 3 V) çalışırken, yaygın olarak kullanılan bir op-amp'in çıkışı Rooc için böyle bir akım (1 ... 3 mA) sağlayabilirdi. ve op-amp çıkışına bağlı yük için başka bir şey kaldı. Ancak giriş sinyallerinin voltajları izin verilen maksimum değere yükseltilirse (besleme voltajlarına yakın), o zaman tüm çıkış akımının Rooc'a gideceği ortaya çıkıyor. Yüklenecek bir şey kalmadı. Ve kimin "kendisi için" çalışan bir güçlendirici sahneye ihtiyacı var? Ek olarak, sadece 1 kΩ'luk giriş direnci değerleri (sırasıyla, ters çeviren amplifikatör aşamasının giriş direncinin belirlenmesi), sinyal kaynağını aşırı yükleyerek, bunların içinden akmak için aşırı yüksek akımlar gerektirir. Bu nedenle, gerçek devrelerde, Rin direnci 10 kOhm'dan az değil, aynı zamanda 100 kOhm'dan fazla olmaması da arzu edilir, böylece belirli bir kazançta Rooc çok yüksek ayarlanmaz. Bu değerler mutlak olmasa da, yalnızca "ilk yaklaşımda" dedikleri gibi tahminler - hepsi belirli devreye bağlıdır. Her durumda, Rooc'tan akan bir akımın bu özel op-amp'in maksimum çıkış akımının %5 ... 10'unu aşması istenmez.
Toplanan sinyaller, ters çevirmeyen girişe de uygulanabilir. ortaya çıkıyor ters çevirmeyen toplayıcı. Prensip olarak, böyle bir devre, çıkışı giriş voltajlarıyla doğru orantılı ve giriş dirençlerinin değerleriyle ters orantılı bir sinyal olacak bir ters çevirici toplayıcı ile tam olarak aynı şekilde çalışacaktır. Ancak pratikte çok daha az kullanılır, çünkü. dikkate alınması gereken bir "tırmık" içerir.
Kural 2, yalnızca "sanal sıfır potansiyeli" olan evirici giriş için geçerli olduğundan, evirmeyen giriş, giriş gerilimlerinin cebirsel toplamına eşit bir potansiyele sahip olacaktır. Bu nedenle, girişlerden birinde mevcut olan giriş voltajı, diğer girişlere sağlanan voltajı etkileyecektir. Tersine çevrilmeyen girişte “sanal potansiyel” yoktur! Sonuç olarak, ek devre hileleri uygulanmalıdır.
Şimdiye kadar, OOS'lu işletim sistemine dayalı devreleri düşündük. Geri bildirim tamamen kaldırılırsa ne olur? Bu durumda, alırız karşılaştırıcı(Şekil 14), yani girişlerinde iki potansiyelin mutlak değerini karşılaştıran bir cihaz (İngilizce kelimeden karşılaştırmak- karşılaştırmak). Çıkışında, sinyallerden hangisinin diğerinden daha büyük olduğuna bağlı olarak, besleme voltajlarından birine yaklaşan bir voltaj olacaktır. Tipik olarak, giriş sinyali girişlerden birine ve diğerine - karşılaştırıldığı sabit bir voltaj ("referans voltajı" olarak adlandırılır) uygulanır. Sıfır potansiyel dahil herhangi bir şey olabilir (Şekil 14, B).
Pirinç. 14 Op-amp'i karşılaştırıcı olarak açma şeması
Ancak, "Danimarka krallığında" her şey o kadar iyi değil ... Peki girişler arasındaki voltaj sıfırsa ne olur? Teoride, çıktı da sıfır olmalıdır, ancak gerçekte - asla. Girişlerden birindeki potansiyel, diğerinin potansiyelinden biraz daha ağırsa, bu, karşılaştırıcının girişlerinde indüklenen rastgele bozulmalar nedeniyle çıkışta kaotik voltaj dalgalanmalarının meydana gelmesi için zaten yeterli olacaktır.
Gerçekte, herhangi bir sinyal "gürültülüdür", çünkü ideal tanım gereği olamaz. Ve girişlerin potansiyellerinin eşitlik noktasına yakın alanda, karşılaştırıcının çıkışında bir açık anahtarlama yerine bir çıkış sinyalleri patlaması görünecektir. Bu fenomenle mücadele etmek için, genellikle karşılaştırıcı devresi tanıtılır. histerezisçıkıştan ters çevirmeyen girişe zayıf bir pozitif PIC oluşturarak (Şekil 15).
Pirinç. 15 POS nedeniyle karşılaştırıcıdaki histerezisin çalışma prensibi
Bu şemanın işleyişini analiz edelim. Besleme gerilimi ± 10 V'dir (eşit bir hesap için). Direnç Rin 1 kOhm'dur ve Rpos 10 kOhm'dur. Orta nokta potansiyeli, evirici girişe uygulanan referans voltajı olarak seçilir. Kırmızı eğri, sol pin Rin'e (giriş) gelen giriş sinyalini gösterir. şema karşılaştırıcı), mavi - op-amp'in ters çevrilmeyen girişindeki potansiyel ve yeşil - çıkış sinyali.
Giriş sinyali negatif bir polariteye sahipken, çıkış, Rpos aracılığıyla giriş voltajına karşılık gelen dirençlerin değerleriyle ters orantılı olarak eklenen negatif bir voltajdır. Sonuç olarak, tüm negatif değerler aralığında ters çevirmeyen girişin potansiyeli, giriş sinyali seviyesinden 1 V (mutlak değerde) daha yüksektir. Dönüştürmeyen girişin potansiyeli, ters çeviren girişin potansiyeline eşit olur olmaz (giriş sinyali için bu + 1 V olacaktır), op-amp çıkışındaki voltaj negatiften değişmeye başlayacaktır. pozitif polariteye. Evirmeyen girişteki toplam potansiyel başlayacak çığ gibi böyle bir geçiş sürecini destekleyerek daha da olumlu hale gelir. Sonuç olarak, karşılaştırıcı, giriş ve referans sinyallerinin önemsiz gürültü dalgalanmalarını basitçe "fark etmeyecektir", çünkü bunlar anahtarlama sırasında ters çevrilmeyen girişteki potansiyelin açıklanan "adımından" genlik olarak çok daha küçük olacaklardır. .
Giriş sinyali azaldığında, eksi 1 V'luk bir giriş voltajında karşılaştırıcı çıkış sinyalinin ters anahtarlaması meydana gelecektir. Giriş sinyali seviyeleri arasındaki bu fark, bizim durumumuzda toplam değere eşit olan, karşılaştırıcı çıkışının anahtarlanmasına yol açar. 2 V denir histerezis. Rin'e göre direnç Rpos ne kadar büyükse (POS derinliği ne kadar küçükse), anahtarlama histerezisi o kadar küçüktür. Yani, Rpos \u003d 100 kOhm ile sadece 0,2 V olacak ve Rpos \u003d 1 MΩ ile 0,02 V (20 mV) olacaktır. Histerezis (PIC derinliği), belirli bir devrede karşılaştırıcının gerçek çalışma koşullarına göre seçilir. Hangi 10 mV çok olacak ve hangi - ve 2 V küçük olacak.
Ne yazık ki, her op amp ve her durumda bir karşılaştırıcı olarak kullanılamaz. Analog ve dijital sinyaller arasında eşleştirme için özel karşılaştırıcı mikro devreler üretilir. Bazıları dijital TTL mikro devrelerine (597CA2), bazıları - dijital ESL mikro devrelerine (597CA1) bağlanmak için uzmanlaşmıştır, ancak çoğu sözde. "genel kullanım için karşılaştırıcılar" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Op-amp'lerden temel farkları, açık kollektör transistöründe yapılan çıkış aşamasının özel cihazında yatmaktadır (Şekil 16).
Pirinç. Genel uygulamalar için 16 Karşılaştırıcı çıkış aşaması
ve yük direncine bağlantısı
Bu, harici bir cihazın zorunlu kullanımını gerektirir. yük direnci(R1), bu olmadan çıkış sinyali fiziksel olarak yüksek (pozitif) bir çıkış seviyesi oluşturamaz. Yük direncinin bağlı olduğu +U2 voltajı, karşılaştırıcı çipin kendisinin +U1 besleme voltajından farklı olabilir. Bu, ister TTL ister CMOS olsun, istenen çıktı seviyesini sağlamak için basit araçlara izin verir.
Not Bir örneği çift LM393 (LM193 / LM293) veya devrede tam olarak aynı olabilen, ancak dörtlü LM339 (LM139 / LM239) olabilen çoğu karşılaştırıcıda, çıkış aşaması transistörünün vericisi, bir şekilde negatif güç terminaline bağlanır. kapsamını sınırlar. Bu bağlamda, analogu yerli 521/554CA3 olan, çıkış transistörünün hem kollektörünün hem de emitörünün ayrı ayrı çıkabileceği, LM31 (LM111 / LM211) karşılaştırıcısına dikkat çekmek istiyorum. karşılaştırıcının kendi besleme voltajından başka voltajlara bağlı. Tek ve göreceli dezavantajı, 8 pinli (bazen 14 pinli) pakette sadece bir tane olmasıdır. |
Şimdiye kadar, giriş sinyalinin Rin aracılığıyla giriş(ler)e beslendiği devreleri düşündük, yani. hepsi öyleydi dönüştürücüler giriş voltaj izin günü Gerilim aynı. Bu durumda, giriş akımı Rin'den akar. Direnci sıfıra eşit alınırsa ne olur? Devre, yukarıda tartışılan evirici amplifikatör ile tamamen aynı şekilde çalışacak, sadece sinyal kaynağının (Rout) çıkış empedansı Rin olarak hizmet edecek ve biz dönüştürücü giriş akım içinde izin günü Gerilim(Şek. 17).
Pirinç. 17 Op-amp'deki akımdan voltaja dönüştürücünün şeması
Evirici girişteki potansiyel, evirmeyen girişteki ile aynı olduğundan (bu durumda "sanal sıfır"dır), giriş akımının tamamı ( beniçinde), sinyal kaynağının (G) çıkışı ile op-amp çıkışı arasında Rooc üzerinden akacaktır. Böyle bir devrenin giriş direnci sıfıra yakındır, bu da temelde ölçülen devreden akan akımı pratik olarak etkilemeyen mikro/milimetremetreler oluşturmayı mümkün kılar. Belki de tek sınırlama, op-amp'in aşılmaması gereken izin verilen giriş voltajı aralığıdır. Aynı zamanda örneğin lineer bir fotodiyot akım-voltaj dönüştürücü ve diğer birçok devre oluşturmak için de kullanılabilir.
İşletim sisteminin işleyişinin temel ilkelerini inceledik. çeşitli şemalar onun dahil edilmesi. Geriye önemli bir soru kalıyor: Gıda.
Yukarıda bahsedildiği gibi, bir op amp tipik olarak sadece 5 pime sahiptir: iki giriş, bir çıkış ve iki güç pimi, pozitif ve negatif. AT Genel dava bipolar güç kullanılır, yani güç kaynağının potansiyelleri olan üç çıkışı vardır: + U; 0; -U.
Bir kez daha, yukarıdaki tüm rakamları dikkatlice düşünün ve op-amp'deki orta noktanın ayrı bir çıktısının olduğunu görün. NUMARA ! İç devrelerinin çalışması için basitçe gerekli değildir. Bazı devrelerde orta noktaya ters çevirmeyen bir giriş bağlanmıştır, ancak bu kural değildir.
Sonuç olarak, karşı konulmaz bunaltıcı çoğunluk modern op amp'ler güç sağlamak için tasarlanmıştır tek kutuplu tansiyon! Mantıklı bir soru ortaya çıkıyor: Çizimlerde bu kadar inatla ve kıskanılacak bir sabitlikle tasvir ettiysek, “O zaman neden iki kutuplu güce ihtiyacımız var”?
Sadece olduğu ortaya çıktı çok rahat pratik amaçlar için aşağıdaki nedenlerle:
A) Yükte yeterli akım ve çıkış voltajı salınımı sağlamak için (Şekil 18).
Pirinç. 18 Op-amp beslemesi için çeşitli seçeneklerle yük üzerinden çıkış akımının akışı
Şimdilik şekilde gösterilen devrelerin (“kara kutu”) giriş (ve OOS) devrelerini dikkate almayacağız. Girişe bir miktar giriş sinüzoidal sinyalinin uygulandığını (grafiklerde siyah sinüzoid) ve çıkışın, grafiklerde giriş renkli sinüzoide göre güçlendirilmiş aynı sinüzoidal sinyal olduğunu kabul edelim.
Yükü bağlarken Rload. op-amp çıkışı ile güç kaynaklarının (GB1 ve GB2) bağlantısının orta noktası arasında - Şek. 18, A'da gösterildiği gibi, akım yük boyunca orta nokta etrafında simetrik olarak akar (sırasıyla kırmızı ve mavi yarım dalgalar) ve genliği maksimumdur ve Rload'daki voltaj genliğidir. ayrıca mümkün olan maksimum - neredeyse besleme voltajlarına ulaşabilir. İlgili polaritenin güç kaynağından gelen akım, işletim sistemi Rload üzerinden kapatılır. ve bir güç kaynağı (ilgili yönde akım akışını gösteren kırmızı ve mavi çizgiler).
Op-amp güç kaynaklarının iç direnci çok düşük olduğundan, yükten geçen akım sadece direnci ve op-amp'in tipik olarak 25 mA olan maksimum çıkış akımı ile sınırlıdır.
Op-amp, tek kutuplu bir voltajla çalıştırıldığında ortak otobüs genellikle yükün ikinci çıkışının bağlı olduğu güç kaynağının negatif (negatif) kutbu seçilir (Şekil 18, B). Artık yükten geçen akım yalnızca bir yönde akabilir (kırmızı çizgiyle gösterilir), ikinci yönün hiçbir yerden gelmesi mümkün değildir. Başka bir deyişle, yükten geçen akım asimetrik (titreşimli) hale gelir.
Kesin olarak bu seçeneğin kötü olduğunu söylemek imkansızdır. Yük, örneğin dinamik bir kafa ise, o zaman bunun için kesinlikle kötüdür. Bununla birlikte, op-amp çıkışı ile güç raylarından biri (genellikle negatif polarite) arasına bir yük bağlamanın sadece kabul edilebilir değil, aynı zamanda mümkün olan tek şey olduğu birçok uygulama vardır.
Bununla birlikte, tek kutuplu bir besleme ile yük boyunca akım akışının simetrisini sağlamak gerekiyorsa, o zaman onu op-amp çıkışından bir galvanik kapasitör C1 ile galvanik olarak ayırmak gerekir (Şekil 18, B). ).
B) Ters çevirme girişinin gerekli akımını ve ayrıca bağlamalar bazılarına giriş sinyalleri keyfi olarak seçilmiş seviye kabul edilmiş referans için (sıfır) - işletim sisteminin doğru akım için çalışma modunun ayarlanması (Şek. 19).
Pirinç. 19 Op-amp beslemesi için çeşitli seçeneklerle giriş sinyali kaynağının bağlanması
Şimdi, yükün bağlantısını dikkate almadan, giriş sinyali kaynaklarını bağlama seçeneklerini düşünün.
Güç kaynağı bağlantısının (Şekil 19, A) orta noktasına evirici ve evirici olmayan girişlerin bağlanması, daha önce verilen diyagramlar analiz edilirken düşünülmüştür. Evirmeyen giriş akım çekmiyorsa ve sadece orta nokta potansiyelini kabul ediyorsa, o zaman sinyal kaynağı (G) ve seri bağlı Rin aracılığıyla akım akar ve ilgili güç kaynağından kapanır! Ve iç dirençleri giriş akımına kıyasla ihmal edilebilir olduğundan (birçok büyüklük sırası Rin'den daha azdır), pratik olarak besleme voltajını etkilemez.
Böylece, tek kutuplu bir op-amp beslemesi ile, R1R2 bölücüyü kullanarak ters çevirmeyen girişine sağlanan potansiyeli oldukça kolay bir şekilde oluşturabilirsiniz (Şekil 19, B, C). Bu bölücünün tipik direnç değerleri 10 ... 100 kOhm'dur ve etkiyi önemli ölçüde azaltmak için alt olanı (ortak bir negatif veriyoluna bağlı) 10 ... 22 mikrofarad kapasitör ile şant etmek oldukça arzu edilir. besleme gerilimi dalgalanmalarının bu tür potansiyel üzerindeki yapay orta nokta.
Ancak aynı giriş akımı nedeniyle sinyal kaynağının (G) bu yapay orta noktaya bağlanması son derece istenmeyen bir durumdur. Haydi tahmin edelim. R1R2 = 10 kOhm ve Rin = 10…100 kOhm bölücü değerleriyle bile, giriş akımı beniçinde en iyi 1/10 ve en kötü durumda - bölücüden geçen akımın %100'üne kadar olacaktır. Sonuç olarak, evirmeyen girişteki potansiyel, giriş sinyali ile kombinasyon halinde (fazda) aynı miktarda "yüzer".
DC sinyallerini böyle bir bağlantıyla yükseltirken girişlerin birbirleri üzerindeki karşılıklı etkisini ortadan kaldırmak için, sinyal kaynağı için R3R4 dirençleri tarafından oluşturulan (Şekil 19, B) veya eğer varsa, yapay bir orta noktanın ayrı bir potansiyeli düzenlenmelidir. sinyal güçlendirildi alternatif akım, sinyal kaynağını C2 kondansatörü ile ters çevirme girişinden galvanik olarak ayırın (Şekil 19, B).
Yukarıdaki diyagramlarda (Şekil 18, 19) varsayılan olarak çıkış sinyalinin ya güç kaynaklarının orta noktası ya da yapay orta nokta etrafında simetrik olması gerektiğini varsaydığımıza dikkat edilmelidir. Gerçekte, bu her zaman gerekli değildir. Çoğu zaman, çıkış sinyalinin ağırlıklı olarak pozitif veya negatif polariteye sahip olmasını istersiniz. Bu nedenle, güç kaynağının pozitif ve negatif kutuplarının mutlak değerde eşit olması kesinlikle gerekli değildir. Bunlardan biri mutlak değerde diğerinden çok daha küçük olabilir - yalnızca işletim sisteminin normal çalışmasını sağlayacak şekilde.
Mantıklı bir soru ortaya çıkıyor: “Tam olarak hangisi?” Cevaplamak için, op-amp'in giriş ve çıkış sinyallerinin izin verilen voltaj aralıklarını kısaca ele alalım.
Herhangi bir op amp için, çıkış potansiyeli, pozitif güç rayının potansiyelinden daha yüksek ve negatif güç rayının potansiyelinden daha düşük olamaz. Başka bir deyişle, çıkış voltajı, besleme voltajlarının sınırlarını aşamaz. Örneğin, bir OPA277 op amp için, 10 kΩ yük direncindeki çıkış voltajı, pozitif güç rayının voltajından 2 V ve negatif güç rayının voltajından 0,5 V daha azdır. Bu "ölü bölgelerin" genişliği op amp çıkışının ulaşamadığı çıkış voltajı, çıkış aşaması devresi, yük direnci vb. gibi seri faktörlere bağlıdır. Minimum ölü bölgelere sahip op amp'ler vardır, örneğin 10 kΩ yükte besleme rayı voltajına 50 mV (OPA340 için), op amp'in bu özelliğine "raydan raya" (R2R) denir.
Öte yandan, genel amaçlı op-amp'ler için giriş sinyalleri de besleme voltajını geçmemeli ve bazıları için 1,5 ... 2 V'tan az olmalıdır. Ancak, belirli giriş aşaması devresine sahip op-amp'ler vardır. (örneğin, aynı LM358 / LM324) , sadece negatif güç seviyesinden değil, aynı zamanda 0,3 V ile “negatif” olarak da çalışabilir, bu da ortak bir negatif veriyolu ile tek kutuplu güç kaynağı ile kullanımlarını büyük ölçüde kolaylaştırır.
Sonunda bu "örümcek böceklere" bakalım ve hissedelim. Hatta koklayabilir ve yalayabilirsiniz. İzin veriyorum. Acemi radyo amatörleri için mevcut olan en yaygın seçeneklerini düşünün. Özellikle op amp'i eski ekipmandan lehimlemeniz gerekiyorsa.
Eski tasarımların op amperleri için hatasız kendi kendine uyarmayı önlemek için frekans düzeltmesi için harici devreler gerektiren, ek sonuçların varlığı karakteristikti. Bu nedenle, bazı op amp'ler 8 pimli bir pakete (Şekil 20, A) “uymadı” ve 12 pimli yuvarlak metal camdan yapıldı, örneğin K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Şekil 20). , B) veya 14 pinli DIP paketlerinde, örneğin K140UD20, K157UD2 (Şekil 20, B). DIP kısaltması, "Çift Sıralı Paket" İngilizce ifadesinin kısaltmasıdır ve "çift taraflı paket" olarak tercüme edilir.
Yuvarlak metal cam kasa (Şekil 20, A, B), 70'lerin ortalarına kadar ithal op-amp'ler ve 80'lerin ortalarına kadar yerli op-amp'ler için ana kasa olarak kullanıldı ve şimdi sözde. "askeri" başvurular ("5. kabul").
Bazen yerli op-amp'ler şu anda oldukça “egzotik” durumlarda yerleştirildi: anahtarın kasadan ek bir 15. pim olduğu hibrit K284UD1 (Şekil 20, D) için 15 pimli dikdörtgen bir metal cam ve diğerleri . Doğru, onlara bir op-amp yerleştirmek için 14 pinli düzlemsel paketlerle (Şekil 20, E) şahsen tanışmadım. Dijital devreler için kullanıldılar.
Pirinç. 20 Evsel işlemsel yükselteç vakası
Modern op amp'ler çoğunlukla çip üzerinde düzeltme devreleri içerir, bu da minimum sayıda pimle (örnek olarak, tek bir op amp için 5 pimli SOT23-5 - Şek. 23). Bu, tek bir çip üzerinde yapılan iki ila dört tamamen bağımsız (ortak güç çıkışları hariç) op-amp'leri bir durumda yerleştirmeyi mümkün kıldı.
Pirinç. 21 Çıkış montajı (DIP) için modern op amperlerin iki sıralı plastik kasaları
Bazen tek sıralı 8 pinli (Şekil 22) veya 9 pinli paketlere (SIP) yerleştirilmiş op-amp'ler bulabilirsiniz - K1005UD1. SIP kısaltması, İngilizce "Single In line Package" ifadesinin kısaltmasıdır ve "tek yönlü pin çıkışlı muhafaza" olarak çevrilir.
Pirinç. 22 Delikten montaj için çift op-ampli tek sıra plastik kasa (SIP-8)
Panoda kapladığı alanı en aza indirecek şekilde tasarlanmışlardı, ancak ne yazık ki “geç” kaldılar: bu zamana kadar yüzeye montaj paketleri (SMD - Yüzey Montaj Cihazı) doğrudan pano raylarına lehimlenerek yaygınlaştı (Şekil 23). ). Bununla birlikte, yeni başlayanlar için kullanımları önemli zorluklar sunar.
Pirinç. Yüzeye montaj (SMD) için 23 modern ithal op amper vakası
Çoğu zaman, aynı mikro devre üretici tarafından farklı paketlerde "paketlenebilir" (Şekil 24).
Pirinç. Aynı chip için farklı paketlerde 24 yerleştirme seçeneği
Tüm mikro devrelerin sonuçları, sözde sayılan sıralı bir numaralandırmaya sahiptir. "anahtar", çıkışın 1 numaradaki yerini gösterir (Şek. 25). AT hiç gövde terminallerle konumlandırılmışsa İtmek, numaralandırma artan sırada gider karşı saat yönünde!
Pirinç. İşlemsel yükselteçlerin 25 pinli ataması
çeşitli durumlarda (pinout), üstten görünüm;
oklarla gösterilen numaralandırma yönü
Yuvarlak metal-cam kasalarda anahtar yan çıkıntı şeklindedir (Şek. 25, A, B). Burada, bu anahtarın konumundan büyük “tırmıklar” mümkündür! Yerli 8 pinli durumlarda (302.8), anahtar ilk pinin (Şek. 25, A) karşısında ve ithal TO-5'te - sekizinci pinin karşısında (Şek. 25, B) bulunur. 12 pinli durumlarda, hem yerli (302.12) hem de ithal, anahtar bulunur arasında ilk ve 12. sonuçlar.
Tipik olarak, hem yuvarlak cam-metal hem de DIP paketlerindeki evirici giriş 2. pime, ters çevirmeyen giriş 3. pime, çıkış 6. pime, güç eksi 4. pime ve güç artı pin 4. 7. Ancak, OU K140UD8, K574UD1'in pin çıkışında istisnalar vardır (başka bir olası "tırmık"!) Onlarda, sonuçların numaralandırılması, diğer çoğu tür için genel olarak kabul edilene kıyasla, saat yönünün tersine bir kaydırılır, yani. ithal durumlarda olduğu gibi terminallere bağlanırlar (Şek. 25, B) ve numaralandırma yerli olanlara karşılık gelir (Şek. 25, A).
AT son yıllar OS "evsel amaçlı" çoğu plastik kasalara yerleştirilmeye başlandı (Şekil 21, 25, C-D). Bu durumlarda, anahtar ya birinci pimin karşısındaki bir girintidir (nokta) ya da kutunun sonunda birinci ve 8. (DIP-8) veya 14. (DIP-14) pimler arasındaki bir oyuktur veya bir pahtır. pimlerin ilk yarısı (Şek. 21, orta). Bu durumlarda pin numaralandırma da gider karşı saat yönünde yukarıdan bakıldığında (sonuçlar sizden uzaktayken).
Yukarıda bahsedildiği gibi, dahili olarak düzeltilmiş op amp'lerin toplam beş çıkışı vardır ve bunlardan yalnızca üçü (iki giriş ve bir çıkış) her bir op amp'e aittir. Bu, iki tamamen bağımsız (iki daha fazla pin gerektiren artı ve eksi güç hariç) op amper'i bir 8 pinli pakette (Şekil 25, D) bir çipe ve hatta 14'te dört op amp yerleştirmeyi mümkün kıldı. -pin paketi (Şekil 25, D). Sonuç olarak, şu anda çoğu op-amp en az çift olarak üretilmektedir, örneğin, TL062, TL072, TL082, ucuz ve basit LM358, vb. İç yapı olarak tamamen aynı, ancak dörtlü - sırasıyla TL064, TL074, TL084 ve LM324.
LM324'ün (K1401UD2) yerli analogu ile ilgili olarak, bir tane daha “tırmık” vardır: LM324'te güç kaynağının artısı 4. pime ve eksi 11'e bağlanırsa, K1401UD2'de tersi: gücün artısı 11. pime ve eksi - 4. pime getirilir. Ancak bu fark, kablolamada herhangi bir zorluğa neden olmaz. Op-amp pinlerinin pin çıkışı tamamen simetrik olduğundan (Şekil 25, E), 1. pinin 8. pinin yerini alması için kasayı 180 derece döndürmeniz yeterlidir. Evet, hepsi bu.
İçe aktarılan kuruluş birimlerinin (yalnızca kuruluş birimlerinin değil) etiketlenmesi hakkında birkaç söz. İlk 300 dijital tanımlamanın bir dizi geliştirmesi için, kalite grubunu dijital kodun ilk hanesi ile belirtmek gelenekseldi. Örneğin, LM158/LM258/LM358 op amp'ler, LM193/LM293/LM393 karşılaştırıcılar, TL117/TL217/TL317 ayarlanabilir üç pimli stabilizatörler, vb. iç yapı olarak tamamen aynıdır, ancak sıcaklık çalışma aralığında farklılık gösterir. LM158 (TL117) için çalışma sıcaklığı aralığı eksi 55 ila +125 ... 150 santigrat derece ("savaş" veya askeri aralık olarak adlandırılır), LM258 (TL217) için - eksi 40 ila +85 derece (" endüstriyel" aralığı) ve LM358 (TL317) için - 0 ila +70 derece ("ev" aralığı). Aynı zamanda, onlar için fiyat böyle bir derecelendirme için tamamen uygun olmayabilir veya çok az farklılık gösterebilir ( esrarengiz fiyatlandırma yolları!). Böylece, özellikle ilk "troyka" yı kovalamadan, yeni başlayanların "cebi için" mevcut herhangi bir işaretle satın alabilirsiniz.
İlk üç yüz dijital işaretleme tükendikten sonra, güvenilirlik grupları, bu bileşenler için anlamı veri sayfalarında deşifre edilen harflerle işaretlenmeye başlandı (Veri sayfası, kelimenin tam anlamıyla "veri tablosu" olarak tercüme edilir).
Çözüm
Bu yüzden op-amp'in çalışmasının "alfabesini" inceledik, biraz ve karşılaştırıcılar yakaladık. Daha sonra, bu "harflerden" kelimeleri, cümleleri ve tüm anlamlı "bileşimleri" (işlenebilir şemalar) nasıl ekleyeceğinizi öğrenmeniz gerekir.
Ne yazık ki, "Bu enginliği kavramak mümkün değil." Bu makalede sunulan materyal bu "kara kutuların" nasıl çalıştığını anlamaya yardımcı olduysa, o zaman "doldurma"larının analizini daha da derinleştirmek, girdi, çıktı ve geçici özelliklerin etkisi daha ileri bir çalışmanın görevidir. Bununla ilgili bilgiler, çeşitli mevcut literatürlerde ayrıntılı ve kapsamlı bir şekilde açıklanmıştır. Ockham'lı büyükbaba William'ın dediği gibi: "Varlıklar gerekli olanın ötesinde çoğaltılmamalıdır." Daha önce iyi tanımlanmış olanları tekrarlamaya gerek yoktur. Yapmanız gereken tek şey tembel olmamak ve okumak.
11. http://www.texnic.ru/tools/lekcii/electronika/l6/lek_6.html
Bu nedenle, yazara saygıyla, vb. izin vereyim. Alexey Sokolyuk ()
Bir evirici amplifikatör, en basit ve en yaygın kullanılan analog devrelerden biridir. Sadece iki dirençle ihtiyacımız olan kazancı ayarlayabiliriz. Katsayıyı 1'den küçük yapmamızı, dolayısıyla giriş sinyalini zayıflatmamızı hiçbir şey engelleyemez.
Çoğu zaman, devreye direnci R1 ve R2'nin toplamına eşit olan başka bir R3 eklenir.
Bir ters yükselticinin nasıl çalıştığını anlamak için basit bir devreyi simüle edelim. Girişte 4V voltajımız var, dirençlerin direnci R1 \u003d 1k ve R2 \u003d 2k. Elbette, tüm bunları formüle koyabilir ve sonucu hemen hesaplayabiliriz, ancak bu şemanın tam olarak nasıl çalıştığını görelim.
İşlemsel bir amplifikatörün temel çalışma prensiplerini hatırlatarak başlayalım:
Kural No. 1 - işlemsel yükselteç, çıkışını NOS (negatif geri besleme) aracılığıyla girişe uygular, bunun sonucunda hem ters çeviren (-) hem de ters çevirmeyen (+) her iki girişteki voltajlar eşitlenir.
Lütfen ters çevirmeyen girişin (+) toprağa bağlı olduğunu, yani üzerindeki voltajın 0V olduğunu unutmayın. 1 numaralı kurala göre, evirici giriş (-) de 0V olmalıdır.
Böylece, direnç R1'in terminallerindeki voltajı ve direncini 1k biliyoruz. Böylece, yardımla hesaplamayı yapabilir ve R1 direncinden ne kadar akım geçtiğini hesaplayabiliriz:
IR1 \u003d UR1 / R1 \u003d (4V-0V) / 1k \u003d 4mA.
Kural #2 - Amplifikatör Girişleri Akım Çekmiyor
Böylece R1'den akan akım R2'den daha fazla akar!
Yine, Ohm yasasını kullanırız ve R2 direnci boyunca hangi voltaj düşüşünün meydana geldiğini hesaplarız. Direncini biliyoruz ve içinden geçen akımı biliyoruz, bu nedenle:
UR2 = IR2R2 = 4mA *2k = 8V.
Çıkışta 8V olduğu ortaya çıktı mı? Kesinlikle bu şekilde değil. Bunun bir evirici yükseltici olduğunu, yani girişe pozitif gerilim uygulayıp çıkıştaki negatif gerilimi kaldırırsak hatırlatalım. Nasıl olur?
Bunun nedeni, geri beslemenin evirici girişte (-) ayarlanmış olması ve girişteki voltajları eşitlemek için amplifikatör çıkıştaki potansiyeli azaltır. Dirençlerin bağlantıları basit olarak kabul edilebilir, bu nedenle, bağlantı noktalarındaki potansiyelin sıfıra eşit olması için çıkış eksi 8 volt olmalıdır: Uout. = -(R2/R1)*Uin.
3. kuralla ilişkili başka bir yakalama daha var:
Kural numarası 3 - giriş ve çıkışlardaki voltajlar, op-amp'in pozitif ve negatif besleme voltajı arasındaki aralıkta olmalıdır.
Yani bizim tarafımızdan hesaplanan gerilimlerin aslında amplifikatör üzerinden elde edilip edilmediğini kontrol etmeniz gerekiyor. Genellikle yeni başlayanlar, amplifikatörün bir serbest enerji kaynağı olarak çalıştığını ve sıfırdan voltaj ürettiğini düşünür. Ancak amplifikatörün de çalışması için güce ihtiyacı olduğunu unutmamalıyız.
Klasik amplifikatörler -15V ve +15V voltajlarda çalışır. Böyle bir durumda hesapladığımız -8V'umuz bu aralıkta olduğu için gerçek voltajdır.
Bununla birlikte, modern amplifikatörler genellikle 5V veya altında çalışır. Böyle bir durumda amplifikatörün bize çıkışta eksi 8V verme şansı yoktur. Bu nedenle, devreleri tasarlarken, teorik hesaplamaların her zaman gerçeklik ve fiziksel yeteneklerle desteklenmesi gerektiğini daima unutmayın.
Ters çevirici amplifikatörün bir dezavantajı olduğuna dikkat edilmelidir. Amplifikatör girişleri çok yüksek bir dirence sahip olduğundan ve çoğu durumda göz ardı edilebilecek kadar az akım çektiğinden sinyal kaynağını yüklemediğini zaten biliyoruz (kural # 2).
Ters çevirici amplifikatör, R1 direncinin direncine eşit bir giriş empedansına sahiptir, pratikte 1k ... 1M arasında değişir. Karşılaştırma için, alan etkili transistör girişlerine sahip bir amplifikatör, yüzlerce megaohm ve hatta gigaohm mertebesinde bir dirence sahiptir! Bu nedenle, bazen amplifikatörün önüne bir voltaj takipçisi takılması tavsiye edilebilir.
