İşlemsel yükselteç: anahtarlama devreleri, çalışma prensibi. Non-amplifikatörün op amp'unda amplifikatör devresi. Operasyonel amplifikatör üzerinde doğru akım voltajının amplifikatörü şeması

Makale, standart düzeni dikkate alacakoperasyonel amplifikatör üzerinde amplifikatör, ayrıca bu cihazın farklı çalışma modlarına örnekler. Bugüne kadar, herhangi bir kontrol cihazı operasyonel amplifikatörler kullanılmadan gerçekleştirilemez. Bunlar, çeşitli işlevleri bir sinyalle gerçekleştirmenizi sağlayan gerçekten evrensel aygıtlardır. Nasıl çalıştığını ve özellikle bu cihazı yapmanıza izin verdiğiniz şey hakkında daha sonra öğreneceksiniz.

İnvertör Amplifikatörler

Op amperindeki inverting amplifikatör devresi yeterlidir.basit, görüntüde görebilirsiniz. Operasyonel amplifikatöre dayanır (bu makalede içerme planları tartışılmaktadır). Ayrıca, burada:

1. Direnç R1 gerilimi düşümü varlığında, değerinde, giriş ile aynıdır.
2. Direnç R2'de ayrıca bir voltaj düşüşü vardır - çıkış voltajı ile aynıdır.

Bu durumda, çıkış voltajı oranıR2 direnci, girişin R1'e oranına eşittir, ancak işaret tarafından ona geri döner. Direnci ve voltajı bilmek, kazancı hesaplayabilirsiniz. Bunu yapmak için, çıkış voltajını bir giriş voltajına bölmek gerekir. Aynı zamanda, operasyonel amplifikatör (anahtarlama devreleri herhangi biri olabilir), türden bağımsız olarak aynı kazanca sahip olabilir.

Geribildirim çalışması

Şimdi bir tane daha detaylandırmaya ihtiyacımız var.Anahtar nokta, geribildirim çalışmasıdır. Girişte bir miktar voltaj olduğunu varsayalım. Hesaplamanın basitliği için, değerini 1 V'a eşit olarak alalım. Aynı zamanda R1 = 10 kΩ, R2 = 100 kOhm olduğunu varsayalım.

Ve şimdi bir çeşitbeklenmedik bir durumdur, çünkü gerilim kaskadın çıkışında 0 V olarak ayarlanmıştır, sonra ilginç bir resim gözlemlenmiştir: iki direnç çiftler halinde çalışmaya başlar, birlikte bir voltaj bölücü oluştururlar. Ters çevrimli kaskadın çıkışında, bu değer 0.91 V düzeyinde tutulur. Bu durumda, op-amp, yanlış eşleşmelerin girişler tarafından sabitlenmesini sağlar ve çıkışta voltajda bir azalma olur. Bu nedenle, örneğin bir sinyal amplifikatörünün fonksiyonunu uygulayan operasyonel amplifikatörler üzerinde bir devre tasarlamak çok basittir.

Ve bu değişim aynı olana kadar devam edecekÇıkışta 10 V'luk kararlı bir değer elde edilinceye kadar gözenekler oluşur, bu anda operasyonel amplifikatörün girişlerindeki potansiyellerin eşit olacağıdır. Ve onlar dünyanın potansiyeli ile aynı olacaklar. Diğer yandan, voltaj, cihazın çıkışında azalmaya devam ederse ve -10 V'den az olacaksa, girişteki potansiyel, zeminden daha düşük olacaktır. Bunun sonucu, voltajın çıkışta artmaya başlamasıdır.

Bu şemanın büyük bir dezavantajı var -Giriş empedansı, özellikle geri besleme döngüsünün kapalı olması durumunda, büyük bir voltaj kazancı değeri olan amplifikatörler için çok küçüktür. Ve daha fazla düşünülen yapı, tüm bu eksikliklerden yoksundur.

Ters Çevirici Amplifikatör

Şekil, işlemsel amplifikatörde ters çevirmeyen amplifikatörün devresini göstermektedir. Analiz ettikten sonra birkaç sonuç çıkarabiliriz:

1. UA voltajı giriş voltajına eşittir.
2. Çıkış voltajı ve R1 ürününün R1 ve R2 dirençlerinin toplamına olan oranına eşit olan UA voltajı ayırıcıdan çıkarılır.
3. UA değeri giriş voltajına eşit olduğu durumda, kazanç girdisine çıktı voltajının oranıdır (veya R2 ve R1, birim eklemek dirençleri göre olabilir).

Bu yapıya ters çevirme denirAmplifikatör, neredeyse sonsuz bir giriş empedansı vardır. Örneğin, operasyonel yükselteçler 411 serisi için, değeri en az 1012 Ohm'dir. Ve iki kutuplu yarı iletken transistörlerde operasyonel yükselteçler için, kural olarak, 108 Ohm'dan fazla. Ancak, daha önce göz önünde bulundurulan devrede olduğu gibi, kaskatın çıkış empedansı çok küçüktür - Ohm'un oranı. Ve operasyonel yükselteçlerdeki devreleri hesaplarken bu dikkate alınmalıdır.

AC Amplifikatör Devresi

Daha önce makalede ele alınan her iki şemadoğru akımda. Fakat eğer alternatif akım, giriş sinyali kaynağı ile amplifikatör arasında bir bağlantı gibi davranırsa, cihazın girişindeki akımın toprağa bağlanması gerekir. Ve şimdiki değerin büyüklükte son derece küçük olduğu gerçeğine dikkat etmelisiniz.

Sinyallerin çoğalması durumundaAC, sinyal kazanım sabitini birime indirgemek gereklidir. Bu özellikle voltaj kazancının çok yüksek olduğu durumlarda geçerlidir. Bu nedenle, cihazın girişine uygulanan kesme gerilmesinin etkisini önemli ölçüde azaltmak mümkündür.

Alternatif voltaj ile çalışmak için bir devrenin ikinci örneği

Bu devrede, -3 dB düzeyinde, 17 Hz'lik bir eşleşme frekansı görebilirsiniz. Kondansatörde empedans iki kilo seviyesindedir. Bu nedenle, kapasitör yeterince büyük olmalıdır.

Bir ac amplifikatör oluşturmak içinİşlemsel yükselteçlerde ters çevrilmeyen devrenin kullanılması gerekir. Ve yeterince büyük bir voltaj kazancı olmalıdır. Ancak kapasitör çok büyük olabilir, bu yüzden kullanmayı bırakmak en iyisidir. Doğru olarak, kayma gerginliğini doğru bir şekilde seçerek değerin sıfıra eşitlenmesi gerekir. Ve T-şekilli bölücüyü uygulayabilir ve devredeki her iki rezistörün direncini artırabilirsiniz.

Hangi programın kullanılması tercih edilir

Çoğu geliştiricigirişte çok yüksek empedansa sahip olmadıkları için, tersine çevirmeyen amplifikatörler tercihi. Tersine çeviren tipin ihmal planları ihmal edilir. Ancak ikincisinin büyük bir avantajı var - operasyonel amplifikatörün kendisi için değil, "kalbi".

Ayrıca, özellikleri, aslında, oçok daha iyi. Ve hayali topraklamanın yardımıyla, tüm sinyalleri özel çaba harcamadan birleştirebilirsiniz ve birbirlerini etkilemeyeceklerdir. Operasyonel amplifikatördeki tasarımlarda ve doğru akım amplifikatör devresinde kullanılabilir. Her şey ihtiyaçlara göre değişir.

Ve en son şudur, eğer tüm plan,Burada tartışılan, başka bir operasyonel amplifikatörün kararlı çıkışına bağlanır. Bu durumda, girişteki empedansın değeri önemli bir rol oynamaz - en az 1 kOhm, en az 10 olsa da sonsuzdur. Bu durumda, ilk aşama her zaman bir sonraki işlevine göre işlevini yerine getirir.

Tekrarlayıcı devre

Opamp üzerinde tekrarlayıcıyı çalıştırırİki kutuplu bir transistör üzerine inşa edilen emitöre benzer. Ve benzer işlevleri yerine getirir. Aslında, ilk direncin direncinin sonsuz büyük olduğu ve ikinci direncin sıfır olduğu, tersine çevrilmeyen bir yükselticidir. Kazanç birliğidir.

Operasyonel yükselteçlerin özel tipleri vardır.sadece tekrarlayıcı devreler için mühendislikte kullanılır. Çok daha iyi özelliklere sahipler - bir kural olarak, bu yüksek hız. Örnek olarak, OPA633, LM310, TL068 gibi operasyonel amplifikatörlerden bahsedebiliriz. İkincisinin, bir transistör gibi bir gövdesi ve ayrıca üç ucu vardır. Çok sıklıkla bu tür amplifikatörler basit tamponlar olarak adlandırılır. Gerçekte, bir yalıtkanın özelliklerine sahip olmaları (çok büyük giriş empedansı ve çok düşük çıkış). Bu prensip ile yaklaşık olarak, akım yükselticisinin operasyonel amplifikatör üzerindeki devresi de inşa edilmiştir.

Aktif çalışma modu

Aslında, bu bir operasyon modudurİşlem amplifikatörünün çıkışları ve girişleri aşırı yüklenmemiş. Devrenin girişine çok büyük bir sinyal uygulanırsa, çıkışta toplayıcı veya yayıcının voltaj seviyesine göre kesmeye başlar. Ancak çıkış voltajı kesme seviyesinde sabitlendiğinde - op-amp girişlerinde voltaj değişmez. Bu durumda, menzil, amplifikatör kademesinin besleme voltajından daha büyük olamaz.

İşlemsel yükselteçlerdeki devlerin çoğuBu aralığın 2 Volt'luk voltajdan daha az olduğu bir şekilde hesaplanır. Fakat her şey hangi amplifikatör devresinin operasyonel amplifikatörde kullanıldığına bağlıdır. Aynısı, operasyonel amplifikatöre dayanarak mevcut kaynağın kararlılığı üzerindeki sınırlamadır.

Kayan bir yük kaynağı olduğunu varsayalımvoltajda belirli bir düşüş. Akım normal bir hareket yönüne sahipse, ilk bakışta garip bir yükü karşılayabilirsiniz. Örneğin, birkaç polarize pil. Böyle bir tasarım doğrudan şarj akımı elde etmek için kullanılabilir.

Bazı önlemler

İşletim üzerinde basit bir voltaj yükselticisiamplifikatör (devre seçilebilir) tam anlamıyla "dizde" yapılabilir. Ama bazı özellikleri hesaba katmanız gerekiyor. Şemadaki geri bildirimin negatif olduğundan emin olmak gerekir. Bu ayrıca amplifikatörün ters çevirmeyen ve ters çeviren girişlerini karıştırmanın kabul edilemez olduğu anlamına da gelir. Ayrıca, doğru akım için bir geri bildirim döngüsü olmalıdır. Aksi takdirde, operasyonel amplifikatör hızlı bir şekilde doyma moduna geçer.

Çoğu op amperin bir girişi varDiferansiyel voltaj değeri çok küçüktür. Bu durumda, ters çevirmeyen ve ters çeviren girişlerin maksimum farkı, herhangi bir güç kaynağı bağlantısı için 5 V'luk bir değerle sınırlanabilir. Bu koşul göz ardı edilirse, girdide büyük akım değerleri görünür, bu da devrenin tüm özelliklerinin bozulmasına yol açacaktır.

Buradaki en korkunç şey, operasyonel amplifikatörün kendisinin fiziksel olarak yok edilmesidir. Sonuç olarak, operasyonel amplifikatör üzerindeki amplifikatör devresi tamamen çalışmaz.

unutmamak

Ve elbette, operasyonel amplifikatörün kararlı ve uzun süreli çalışmasını sağlamak için gözlenmesi gereken kurallar hakkında konuşmalısınız.

En önemlisi, işletim sistemi çok yüksekvoltaj kazancı. Ve girişler arasındaki voltaj milivoltluk bir kesime değiştiğinde, çıkışta çıkış önemli ölçüde değişebilir. Bu nedenle, bilmeniz önemlidir: operasyonel amplifikatörde, çıkışlar arasında voltaj farkının sıfıra yakın (ideal olarak eşit) olmasını sağlamak için çıkış yapmaya çalışır.

İkinci kural işletme tarafından mevcut tüketimdir.Amplifikatör son derece küçük, kelimenin tam anlamıyla nanoamperlerdir. Girişler alan etkili transistörler ise, o zaman picoamperes ile hesaplanır. Bu nedenle, hangi operasyonel amplifikatör kullanılsa da, girişlerin akım tüketmediği sonucuna varılabilir, devre - çalışma prensibi aynı kalır.

Ama işletim sisteminin gerçekten olduğunu düşünmeyinsürekli giriş voltajını değiştirir. Fiziksel olarak, bu neredeyse imkansızdır çünkü ikinci kural ile hiçbir yazışma olmazdı. Operasyonel amplifikatör nedeniyle, tüm girdilerin durumu değerlendirilir. Ters harici bağlantının devresi vasıtasıyla, voltaj çıkıştan gelen girişe aktarılır. Sonuç, operasyonel amplifikatörün girişleri arasında voltaj farkının sıfır seviyesinde olmasıdır.

Geribildirim kavramı

Bu ortak bir kavramdır ve zatenTüm mühendislik alanlarında geniş anlamda uygulanır. Herhangi bir kontrol sisteminde, çıkış sinyalini ve belirtilen değeri (referans) karşılaştıran bir geri bildirim vardır. Hangi değerin akım olduğuna bağlı olarak - doğru yönde bir ayar vardır. Ve kontrol sistemi yol boyunca seyahat eden bir araba bile olabilir.

Sürücü frenlere basıyor ve geri bildirimler burada- yavaşlamanın başlangıcı. Böylesine basit bir örnekle kıyaslandığında, elektronik devrelerdeki geri bildirimlerle daha iyi başa çıkabiliriz. Ve fren pedalı basıldığında aracın hızlanması durumunda negatif geri besleme olur.

Elektronikte geri besleme bir süreç olarak adlandırılır.Bu sırada sinyal çıkıştan girişe iletilir. Bu durumda, girişteki sinyal de iptal edilir. Bir yandan, bu çok mantıklı bir fikir değildir, çünkü kazanç faktörünün önemli ölçüde azalacağı gibi görünebilir. Bu tür geri bildirimler, elektronik ortamda geri bildirimin geliştirilmesinin kurucuları tarafından alındı. Ancak, operasyonel yükselteçler üzerindeki etkisini daha ayrıntılı olarak incelemek yararlı olacaktır - göz önünde bulundurulması gereken pratik planlar. Ve kazancın gerçekten hafifçe azaldığını açıkça görüyoruz, ama diğer parametreleri biraz geliştirmemize izin veriyor:

1. Frekans karakteristiklerini pürüzsüz hale getirin (gerekli olana yönlendirin).
2. Amplifikatörün davranışını tahmin etmenizi sağlar.
3. Sinyalin doğrusal olmayan ve distorsiyonunu ortadan kaldırabilir.

Geribildirim daha derin (bu hakkındanegatif), açık döngü karakteristiğinin amplifikatörü üzerinde daha az etki uygulanır. Sonuç - tüm parametreleri sadece devrenin hangi özelliklere sahip olduğuna bağlıdır.

Her şeye dikkat etmekte fayda var.Operasyonel amplifikatörler çok derin bir geri besleme modunda çalışır. Bir voltaj kazanım faktörü (açık döngüsüyle) birkaç milyona bile ulaşabilir. Bu nedenle, amplifikatör devresi işlevsel bir amplifikatör güç kaynağı ve giriş sinyali seviyesinin tüm parametrelerin uygun son derece zorlu olan bir.