İşlemsel yükselteçlerin uygunluğunu kontrol etmek için prob. Operasyonel Yükselteç Test Yöntemleri

Selamlar sevgili dostlar! Sonunda bilgisayarıma ulaştım, kendime çay ve kurabiye yaptım ve yola çıktım...

Bloguma yeni gelen ve burada neler olup bittiğini tam olarak anlamayanlar için adımın Vladimir Vasiliev olduğunu hatırlatmak isterim ve bu sayfalarda okuyucularımla sadece elektronik değil elektronik alanında da kutsal bilgileri paylaşıyorum. . Yani belki burada kendinize yararlı bir şeyler bulacaksınız, en azından ben öyle umuyorum. Abone olduğunuzdan emin olun, o zaman hiçbir şeyi kaçırmayacaksınız.

Ve bugün işlemsel yükselteç gibi bir elektronik cihazdan bahsedeceğiz. Bu amplifikatörler her yerde kullanılır, sinyali güç açısından yükseltmenin gerekli olduğu her yerde, op-amp için iş vardır.

İşlemsel yükselteçlerin kullanımı özellikle ses mühendisliğinde yaygındır. Her müzik tutkunu, müzik hoparlörlerinin sesini iyileştirmeye çalışır ve bu nedenle amplifikatörü daha güçlü hale getirmeye çalışır. İşlemsel yükselteçlerle burada karşılaşıyoruz çünkü birçok ses sistemi basitçe onlarla yüklenmiştir. İşlemsel yükseltecin sinyali güç yoluyla yükseltme yeteneği sayesinde, hoparlörlerimizde şarkı dinlediğimizde kulak zarlarımızda daha güçlü bir baskı hissederiz. Günlük yaşamda operasyonel amplifikatörün kalitesini kulaktan bu şekilde değerlendiriyoruz.

E'de Bu yazımızda hiçbir şeyi kulaktan kulağa değerlendirmeyeceğiz ama her şeyi detaylı olarak ele almaya çalışacağız ve en semaver çaydanlığının bile anlayabileceği şekilde her şeyi raflara koymaya çalışacağız.

İşlemsel yükselteç nedir?

İşlemsel yükselteçler farklı görünebilen mikro devrelerdir.

Örneğin, bu resimde Rus yapımı iki işlemsel yükselteç gösterilmektedir. Solda plastik bir DIP kutusunda işlemsel yükselteç K544UD2AR ve sağda metal bir kutuda bir op-amp var.

İlk başta, op-amp'lerle tanışmadan önce, bu tür metal kasalardaki mikro devreleri sürekli olarak transistörlerle karıştırıyordum. Bunların çok akıllı çoklu yayıcı transistörler olduğunu düşündüm :)

Geleneksel grafik tanımlama (UGO)

İşlemsel yükseltecin sembolü aşağıdaki gibidir.

Yani bir işlemsel yükseltecin (op-amp) iki girişi ve bir çıkışı vardır. Gücü bağlamak için pinler de vardır, ancak bunlar genellikle grafik sembollerinde belirtilmez.

Böyle bir amplifikatör için çalışma prensibini anlamanıza yardımcı olacak iki kural vardır:

1. Op-amp'in çıkışı, girişlerindeki voltaj farkının sıfıra eşit olmasını sağlama eğilimindedir
2. İşlemsel amplifikatör girişleri akım tüketmez.

Giriş 1 “+” olarak belirlenmiş ve evirmeyen olarak adlandırılmış ve giriş 2 “-” olarak belirlenmiş ve evirmektedir.

Op-amp girişleri yüksek bir giriş empedansına sahiptir veya başka bir şekilde yüksek empedans olarak adlandırılır.

Bu, işlemsel yükseltecin girişlerinin neredeyse hiç akım (kelimenin tam anlamıyla bazı nanoamper) tüketmediği anlamına gelir. Amplifikatör basitçe girişlerdeki voltajı değerlendirir ve buna bağlı olarak çıkışta onu güçlendiren bir sinyal üretir.

İşlemsel yükselticinin kazancı çok büyüktür, bir milyona ulaşabilir ve bu çok büyük bir değerdir! Bu, girişe en az 1 mV gibi küçük bir voltaj uygularsak, çıkışta anında maksimum, op-amp'in güç kaynağının voltajına neredeyse eşit bir voltaj elde edeceğimiz anlamına gelir. Bu özellik nedeniyle opamp'lar neredeyse hiçbir zaman geri bildirim (OS) olmadan kullanılmaz. Gerçekten, çıkışta her zaman maksimum voltajı alıyorsak giriş sinyalinin ne anlamı var, ama buna biraz sonra değineceğiz.

Op-amp'in girişleri, evirmeyen girişteki değer evirici girişteki değerden büyükse çıkışın maksimum +15V pozitif değerine sahip olacağı şekilde çalışır. Ters çevirme girişindeki voltaj daha pozitif çıkarsa, çıkışta -15V civarında bir yerde maksimum negatif değer gözlemleyeceğiz.

Gerçekten de, bir işlemsel yükselteç hem pozitif hem de negatif polaritede voltaj değerleri üretebilir. Yeni başlayan biri bunun nasıl mümkün olduğunu merak edebilir mi? Ancak bu gerçekten mümkün ve bunun nedeni, iki kutuplu güç kaynağı olarak adlandırılan bölünmüş voltajlı bir güç kaynağının kullanılmasıdır. Op-amp'in güç kaynağına biraz daha detaylı bakalım.

Uygun OU güç kaynağı

Op-amp'in çalışması için güç verilmesi gerektiği muhtemelen bir sır olmayacaktır. bir güç kaynağına bağlayın. Ancak ilginç bir nokta var; biraz önce gördüğümüz gibi, bir işlemsel yükselteç hem pozitif hem de negatif kutuplu gerilimler üretebilir. Bu nasıl olabilir?

Ama bu olabilir! Bunun nedeni iki kutuplu bir güç kaynağının kullanılmasıdır; elbette tek kutuplu bir kaynak kullanmak da mümkündür, ancak bu durumda işlemsel yükselticinin yetenekleri sınırlı olacaktır.

Genel olarak, güç kaynaklarıyla çalışırken çoğu şey başlangıç ​​​​noktası olarak neyi aldığımıza bağlıdır; 0 (sıfır) için. Bunu çözelim.

Pille çalışan örnek

Genellikle parmaklarda örnek vermek en kolayı ama elektronikte AA pillerin de uygun olduğunu düşünüyorum :)

Diyelim ki normal bir AA pilimiz var. Pozitif ve negatif olmak üzere iki kutbu vardır. Negatif kutbu sıfır aldığımızda sıfır referans noktası olarak kabul ederiz, buna göre akünün pozitif kutbu +5V (artılı değer) gösterecektir.

Bunu bir multimetre yardımıyla görebiliriz (bu arada, yardımcı olacaktır), sadece negatif siyah probu pilin eksi ucuna ve kırmızı probu artı ucuna bağlayın ve işte bu kadar. Burada her şey basit ve mantıklı.

Şimdi görevi biraz karmaşıklaştıralım ve tam olarak aynı ikinci pili alalım. Pilleri seri olarak bağlayalım ve ölçüm cihazlarının (multimetre veya voltmetre) okumalarının probların farklı uygulama noktalarına bağlı olarak nasıl değiştiğini düşünelim.

Uçtaki akünün eksi kutbunu sıfır alıp ölçüm probunu akünün artı kutbuna bağlarsak multimetre bize +10 V değerini gösterecektir.

Pilin pozitif kutbu referans noktası olarak alınırsa ve ölçüm probu eksi kutba bağlanırsa herhangi bir voltmetre bize -10 V gösterecektir.

Ancak iki pil arasındaki nokta başlangıç ​​noktası olarak alınırsa sonuç olarak basit bir bipolar güç kaynağı elde edebiliriz. Ve bunu doğrulayabilirsiniz; bir multimetre bunun böyle olduğunu bize doğrulayacaktır. Hem pozitif polarite voltajı +5V hem de negatif polarite voltajı -5V olacaktır.

Bipolar güç kaynağı devreleri

Daha net anlaşılsın diye örnek olarak pillerle ilgili örnekler verdim. Şimdi amatör radyo tasarımlarınızda kullanabileceğiniz basit bölünmüş güç kaynağı devrelerinin birkaç örneğine bakalım.

“Orta” noktadan musluklu transformatörlü devre

Ve op-amp için güç kaynağının ilk devresi önünüzde. Oldukça basit ama nasıl çalıştığını biraz açıklayacağım.

Devre, normal ev ağımızdan güç alıyor, bu nedenle transformatörün birincil sargısına 220V'luk bir alternatif akımın sağlanması şaşırtıcı değil. Daha sonra transformatör 220V alternatif akımı aynı alternatif akıma ancak 30V'a dönüştürür. Bu bizim yapmak istediğimiz türden bir dönüşümdü.

Evet, sekonder sargıda 30V'luk alternatif voltaj olacaktır ancak sekonder sargının orta noktasından itibaren basmaya dikkat edin. İkincil sargıda bir dallanma yapılır ve bu dallanmadan önceki sarım sayısı dallanmadan sonraki sarım sayısına eşittir.

Bu dal sayesinde sekonder sargının çıkışında hem 30 V hem de 15 V alternatif voltaj elde edebiliyoruz. Bu bilgiyi hizmete alıyoruz.

Daha sonra değişkeni düzeltip sabite dönüştürmemiz gerekiyor. Diyot köprüsü bu görevle başa çıktı ve çıkışta 30V gibi çok kararlı olmayan bir sabit elde ettik. Uçları diyot köprüsünün çıkışına bağlarsak bu voltaj bize multimetre tarafından gösterilecektir, ancak ikincil sargıdaki dalı hatırlamamız gerekir.

Pozitif ve negatif polarite potansiyellerinin kutupları arasında sıfır referans noktasına ulaştık. Sonuç olarak, çıkışta hem +15V hem de -15V'luk oldukça kararlı bir voltaj var. Bu devre elbette zener diyotlar veya entegre stabilizatörler eklenerek daha da geliştirilebilir, ancak yine de yukarıdaki devre operasyonel amplifikatörlere güç sağlama göreviyle zaten başa çıkabilir.

Bana göre bu devre daha basit, daha basit, ortada musluklu bir transformatör aramaya veya ikincil sargıyı kendiniz oluşturmaya gerek yok. Ancak burada ikinci bir diyot köprüsü için yola çıkmanız gerekecek.

Diyot köprüleri, birinci köprünün diyotlarının katotlarından pozitif potansiyel oluşacak ve ikinci köprünün diyotlarının anotlarından negatif potansiyel gelecek şekilde bağlanır. Burada iki köprü arasına sıfır referans noktası çizilir. Burada izolasyon kapasitörlerinin kullanıldığını da belirteceğim; bir diyot köprüsünü ikinciden gelen etkilerden koruyorlar.

Bu devre aynı zamanda kolaylıkla çeşitli iyileştirmelere tabi tutulabilir, ancak en önemlisi ana sorunu çözer - işlemsel bir amplifikatöre güç sağlamak için kullanılabilir.

Op-amp geri bildirimi

Daha önce de belirttiğim gibi, işlemsel yükselteçler neredeyse her zaman geri besleme (OS) ile kullanılır. Peki geri bildirim nedir ve ne içindir? Bunu çözmeye çalışalım.

Geri bildirimlerle her zaman karşılaşırız: Bardağa çay dökmek istediğimizde, hatta küçük bir ihtiyaç için tuvalete gitmek istediğimizde :) Bir kişi araba ya da bisiklet kullandığında geri bildirim burada da işe yarar. Sonuçta, kolay ve doğal bir sürüş sağlamak için çeşitli faktörlere bağlı olarak kontrolleri sürekli izlemek zorunda kalıyoruz: yoldaki durum, aracın teknik durumu vb.

Ya yol kayganlaşırsa? Evet tepki gösterdik, düzeltme yaptık ve daha dikkatli ilerliyoruz.

İşlemsel yükselteçte her şey benzer şekilde gerçekleşir.

Geri besleme olmadan girişe belirli bir sinyal uygulandığında çıkışta her zaman aynı voltaj değerini alırız. Besleme voltajına yakın olacaktır (kazanç çok büyük olduğundan). Çıkış sinyalini kontrol etmiyoruz. Ancak sinyalin bir kısmını çıkıştan girişe geri gönderirsek, bu ne verecek?

Çıkış voltajını kontrol edebileceğiz. Bu kontrol o kadar etkili olacaktır ki kazancınızı unutabilirsiniz; opamp itaatkar ve öngörülebilir hale gelecektir çünkü davranışı yalnızca geri bildirime bağlı olacaktır. Daha sonra size çıkış sinyalini nasıl etkili bir şekilde kontrol edeceğinizi ve nasıl kontrol edeceğinizi anlatacağım ancak bunun için bazı detayları bilmemiz gerekiyor.

Olumlu geri bildirim, olumsuz geri bildirim

Evet, geri besleme işlemsel yükselteçlerde çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak geri bildirim hem olumlu hem de olumsuz olabilir. Konunun ne olduğunu bulmamız gerekiyor.

Olumlu geribildirim bu, çıkış sinyalinin bir kısmının girişe geri beslenmesi ve bunun (çıkışın bir kısmı) girişle toplanmasıdır.

Opamp'larda pozitif geri besleme, negatif geri besleme kadar yaygın olarak kullanılmaz. Dahası, olumlu geri bildirim çoğu zaman bazı planların istenmeyen bir yan etkisidir ve insanlar olumlu geri bildirimlerden kaçınmaya çalışır. Bu istenmeyen bir durumdur çünkü bu bağlantı devredeki distorsiyonu arttırabilir ve sonuçta kararsızlığa yol açabilir.

Öte yandan, pozitif geri besleme op-amp'in kazancını azaltmaz ve bu da yararlı olabilir. Kararsızlık aynı zamanda ADC'lerde (Analogdan Dijitale Dönüştürücüler) kullanılan karşılaştırıcılarda da uygulamasını bulur.

Olumsuz geribildirim bu, çıkış sinyalinin bir kısmının girişe geri beslendiği ancak aynı zamanda girişten çıkarıldığı bir bağlantıdır.

Ancak işlemsel yükselteçler için negatif geri besleme basitçe yaratılmıştır. Kazanç zayıflamasına bir miktar katkıda bulunsa da devreye kararlılık ve kontrol edilebilirlik getirir. Sonuç olarak devre kazançtan bağımsız hale gelir ve özellikleri tamamen negatif geri besleme tarafından kontrol edilir.

Negatif geri beslemeyi kullanarak bir op-amp çok kullanışlı bir özellik kazanır. Opamp, girişlerinin durumlarını izler ve girişlerindeki potansiyellerin eşit olmasını sağlamaya çalışır. Op-amp, çıkış voltajını, ortaya çıkan giriş potansiyeli (In.1 ve In.2 arasındaki fark) sıfır olacak şekilde ayarlar.

Op-amp devrelerinin ezici çoğunluğu negatif geri besleme kullanılarak inşa edilmiştir! Negatif kuplajın nasıl çalıştığını anlamak için op-amp anahtarlama devrelerine bakmamız gerekiyor.

Operasyonel yükselteç devreleri

İşlemsel yükselteçleri bağlamak için kullanılan devreler çok çeşitli olabilir, bu nedenle her biri hakkında konuşmam pek mümkün değil, ancak ana olanları dikkate almaya çalışacağım.

Op-amp karşılaştırıcısı

Karşılaştırıcı devresinin formülleri aşağıdaki gibi olacaktır:

Onlar. sonuç mantıksal olana karşılık gelen bir voltaj olacaktır.

Onlar. sonuç mantıksal sıfıra karşılık gelen bir voltaj olacaktır.

Karşılaştırıcı devresi yüksek bir giriş direncine (empedans) ve düşük bir çıkışa sahiptir.

Öncelikle karşılaştırıcı modunda op-amp'i açmak için bu devreyi ele alalım. Bu anahtarlama devresi geri bildirimden yoksundur. Bu tür devreler, dijital devrelerde giriş sinyallerini değerlendirmek, hangisinin daha büyük olduğunu bulmak ve sonucu dijital biçimde üretmek gerektiğinde kullanılır. Sonuç olarak çıkış mantıksal 1 veya mantıksal sıfır olacaktır (örneğin, 5V 1 ve 0V sıfırdır).

Diyelim ki zener diyotun stabilizasyon voltajı 5V, giriş 1'e 3V, giriş 2'ye 1V uyguladık. Daha sonra, karşılaştırıcıda aşağıdakiler gerçekleşir: doğrudan giriş 1'deki voltaj olduğu gibi kullanılır (sadece evirici olmayan bir giriş olduğu için) ve ters giriş 2'deki voltaj ters çevrilir. Sonuç olarak 3B'nin olduğu yerde 3B kalır ve 1B'nin olduğu yerde -1B olur.

Sonuç olarak 3V-1V = 2V, ancak op-amp'in kazancı sayesinde çıkış, güç kaynağının voltajına eşit bir voltaj alacaktır, yani. yaklaşık 15V. Ancak zener diyot çalışacak ve çıkışa 5V gidecek, bu da mantıksal olana karşılık geliyor.

Şimdi giriş 2'ye 3V attığımızı ve giriş 1'e 1V uyguladığımızı hayal edin. Opamp tüm bunları çiğneyecek, doğrudan girişi değiştirmeden bırakacak ve ters (tersine çeviren) girişi 3V'nin tersine değiştirecek ve -3V yapacak.

Sonuç olarak 1V-3V = -2V ama çalışma mantığına göre güç kaynağının eksisi çıkışa gidecek yani. -15V. Ama elimizde bir zener diyot var ve bunu kaçırmayacak ve çıkışta sıfıra yakın bir değer elde edeceğiz. Bu dijital devre için mantıksal sıfır olacaktır.

Op-amp'te Schmitt tetikleyicisi

Biraz önce bir op-amp'i karşılaştırıcı olarak bağlamak için böyle bir devre düşündük. Bir karşılaştırıcı iki giriş voltajını karşılaştırır ve çıkışta bir sonuç üretir. Ancak giriş voltajını sıfırla karşılaştırmak için hemen yukarıda sunulan devreyi kullanmanız gerekir.

Burada sinyal evirici girişe beslenir ve doğrudan giriş toprağa sıfıra bağlanır.

Girişte sıfırdan büyük bir voltajımız varsa çıkışta -15V olacaktır. Gerilim sıfırdan küçükse çıkış +15V olacaktır.

Peki sıfıra eşit bir voltaj uygulamak istersek ne olur? Böyle bir voltaj oluşturmak asla mümkün olmayacak, çünkü ideal bir sıfır yoktur ve giriş sinyali, bir mikrovoltun kesirleri kadar olsa bile, kesinlikle bir yönde veya başka bir yönde değişecektir. Sonuç olarak, çıkış tam bir kaos olacak, çıkış voltajı birçok kez maksimumdan minimuma atlayacak ve bu da pratikte tamamen sakıncalıdır.

Böyle bir kaostan kurtulmak için bir histerezis tanıtılır - bu, çıkış sinyalinin değişmeyeceği belirli bir boşluktur.

Bu boşluk, bu devrenin pozitif geri besleme yoluyla uygulanmasına olanak tanır.

Girişe 5V uyguladığımızı ve ilk anda çıkışın -15V gerilimde bir sinyal üreteceğini düşünelim. Daha sonra olumlu geri bildirimler işe yaramaya başlar. Geri bildirim, op-amp'in doğrudan girişinde -1,36V'luk bir voltajın ortaya çıkmasının bir sonucu olarak bir voltaj bölücü tarafından oluşturulur.

Ters girişte sinyal daha pozitif olduğundan işlemsel yükselteç aşağıdaki gibi çalışacaktır. İçerisinde 5V sinyali ters çevrilerek -5V olur, ardından iki sinyal toplanır ve negatif bir değer elde edilir. Kazanç nedeniyle negatif bir değer -15V olacaktır. Giriş sinyali -1,36V'nin altına düşene kadar çıkış sinyali değişmeyecektir.

Giriş sinyalinin değişmesine ve -2V olmasına izin verin. İçeride bu -2V ters çevrilerek +2V olur ve -1.36V olduğu gibi kalır. Daha sonra tüm bunlar toplanır ve çıkışta +15V'a dönüşecek pozitif bir değer elde edilir. Direk girişte -1.36V değeri geri beslemeden dolayı +1.36V'a dönüşecektir. Şimdi çıkış değerini ters değere değiştirmek için 1,36V'tan büyük bir sinyal uygulamanız gerekiyor.

Böylece -1,36V ila +1,36V aralığında sıfır hassasiyete sahip bir bölgemiz var. Bu ölü bölgeye histerezis denir.

Tekrarlayıcı

Olumsuz geri bildirimin en basit sahibi tekrarlayıcıdır.

Tekrarlayıcı, girişine uygulanan voltajı verir. Görünüşe göre buna neden ihtiyaç duyuluyor çünkü bundan hiçbir şey değişmiyor. Ancak bu mantıklı çünkü op-amp'in özelliğini hatırlayalım: yüksek giriş empedansına ve düşük çıkış empedansına sahiptir. Devrelerde tekrarlayıcılar, zayıf çıkışları aşırı yükten koruyan bir tampon görevi görür.

Nasıl çalıştığını anlamak için, olumsuz geri bildirimleri tartıştığımız yere biraz geri sarın. Orada, olumsuz geri bildirim durumunda opamp'ın, girdileri arasında eşit potansiyele ulaşmak için mümkün olan her şekilde çaba gösterdiğini belirtmiştim. Bunu yapmak için çıkışındaki voltajı, girişlerindeki potansiyel fark sıfır olacak şekilde ayarlar.

Diyelim ki girişte 1B var. Girişlerdeki potansiyellerin mevcut olması için evirici girişin de 1V olması gerekir. Bu yüzden o bir tekrarlayıcıdır.

Evirmeyen amplifikatör devresi tekrarlayıcı devresine çok benzer, yalnızca burada geri bildirim bir voltaj bölücü tarafından temsil edilir ve toprağa bağlanır.

Her şeyin nasıl çalıştığını görelim. Diyelim ki girişe 5V uygulandı, direnç R1 = 10 Ohm, direnç R2 = 10 Ohm. Girişlerdeki voltajların eşit olması için opamp, ters girişteki potansiyelin doğrudan olana eşit olması için çıkıştaki voltajı yükseltmeye zorlanır. Bu durumda voltaj bölücü ikiye bölünür, çıkış voltajının giriş voltajının iki katı olması gerektiği ortaya çıkar.

Genel olarak, bu anahtarlama şemasını uygulamak için kafanıza hiçbir şey koymanıza bile gerek yoktur, sadece K katsayısını bulmanın yeterli olduğu formülü kullanın.

Ve şimdi böyle bir anahtarlama devresinin ters çevirici amplifikatör olarak çalışmasına bakacağız. Evirici bir amplifikatör için aşağıdaki formüller vardır:

Tersine çeviren bir amplifikatör, aynı anda ters çevirirken (işaretini değiştirirken) bir sinyali yükseltmenize olanak tanır. Üstelik herhangi bir kazanç ayarlayabiliriz. Bu kazancı, voltaj bölücü olan negatif geri besleme yoluyla sağlıyoruz.

Şimdi bunu çalışırken deneyelim, diyelim ki girişte 1V'luk bir sinyalimiz var, direnç R2 = 100 Ohm, direnç R1 = 10 Ohm. Giriş sinyali R1'den, ardından R2'den ve çıkışa gider. Diyelim ki çıkış sinyali inanılmaz bir şekilde 0V oluyor. Gerilim bölücüyü hesaplayalım.

1V/110=X/100, dolayısıyla X = 0,91V

A noktasında potansiyelin 0,91V olduğu ortaya çıkıyor, ancak bu işlemsel yükselteç kuralıyla çelişiyor. Sonuçta opamp, girişlerindeki potansiyelleri eşitlemeye çalışır. Bu nedenle A noktasındaki potansiyel sıfır olacak ve B noktasındaki potansiyele eşit olacaktır.

Girişte 1V ve A noktasında 0V olacak şekilde nasıl yapılır?

Bunu yapmak için çıkış voltajını azaltmanız gerekir. Ve sonuç olarak şunu elde ederiz

Ne yazık ki, evirici amplifikatörün belirgin bir dezavantajı vardır - R1 direncine eşit olan düşük giriş direnci.

Ve bu bağlantı devresi birden fazla giriş voltajı eklemenizi sağlar. Ayrıca gerilimler hem pozitif hem de negatif olabilir. Gerçekte analog bilgisayarlar op-amp'ler kullanılarak oluşturulabilir. Öyleyse çözelim.

Toplayıcının temeli, tek bir farkla aynı evirici amplifikatördür: bir giriş yerine, bu girişlerden istediğiniz kadarına sahip olabilir. Evirici amplifikatörün formülünü hatırlayalım. X noktasının potansiyeli sıfıra eşit olacaktır, dolayısıyla her girişten giren akımların toplamı şu şekilde görünecektir: Amacımız giriş voltajlarının saf olarak eklenmesi ise, bu devredeki tüm dirençler aynı değerde olacak şekilde seçilir. Bu aynı zamanda her giriş için kazancın 1'e eşit olacağı gerçeğine de yol açar. Daha sonra evirici amplifikatörün formülü şu şekli alır:

Op-amp'lerdeki toplayıcı ve diğer anahtarlama devrelerinin çalışmasını anlamanın zor olmadığını düşünüyorum. Biraz pratik yapmak ve bu devreleri birleştirmeye çalışmak ve giriş ve çıkış sinyallerinde ne olacağını görmek yeterlidir.

Ve muhtemelen burada duracağım çünkü işlemsel yükselteçlerle çalışırken birçok farklı anahtarlama devresi kullanılır, bunlar çeşitli akım-gerilim dönüştürücüler, toplayıcılar, entegratörler ve logaritmik yükselteçlerdir ve hepsi çok uzun bir süre için düşünülebilir. .

Diğer anahtarlama şemalarıyla ilgileniyorsanız ve bunları anlamak istiyorsanız, onlara göz atmanızı tavsiye ederim, her şey kesinlikle yerine oturacaktır.

Ve bununla bitireceğim, özellikle de makale oldukça hacimli olduğu ve yazdıktan sonra biraz cilalanıp yerine konulması gerektiği için.

Arkadaşlar, blog güncellemelerine abone olmayı unutmayın, çünkü ne kadar çok okuyucu güncellemelere abone olursa, önemli ve faydalı bir şey yaptığımı o kadar çok anlıyorum ve bu beni yeni makaleler ve materyaller için motive ediyor.

Bu arada arkadaşlar aklıma harika bir fikir geldi ve fikrinizi duymak benim için çok önemli. İşlemsel yükselteçlerle ilgili eğitim materyali yayınlamayı düşünüyorum, bu materyal normal bir pdf kitap veya video ders şeklinde olacak, henüz karar vermedim. Bana öyle geliyor ki, internetteki ve literatürdeki bilgi bolluğuna rağmen, herkesin anlayabileceği görsel, pratik bilgi eksikliği hala var.

Bu nedenle, lütfen bu eğitim materyalinde hangi bilgileri görmek istediğinizi yorumlara yazın, böylece sadece yararlı bilgiler değil, aynı zamanda gerçekten talep edilen bilgileri de sağlayabilirim.

Benim için hepsi bu, bu yüzden dışarıda kış olmasına rağmen size iyi şanslar, başarılar ve harika bir ruh hali diliyorum!

Yok Vladimir Vasilyev ile.

Not: Arkadaşlar güncellemelere abone olmayı unutmayın! Abone olduğunuzda yeni materyaller doğrudan e-postanıza gönderilecektir! Ve bu arada, kaydolan herkes faydalı bir hediye alacak!

Bana sık sık analog elektronikle ilgili sorular sormaya başladılar. Oturum öğrencileri olduğu gibi kabul etti mi? ;) Tamam, küçük bir eğitici aktivitenin tam zamanı. Özellikle işlemsel yükselteçlerin çalışması hakkında. Nedir, neyle yenir ve nasıl hesaplanır?

Bu nedir
İşlemsel yükselteç, iki girişi olan bir yükselticidir, asla... hımm... yüksek sinyal kazanımı ve bir çıkış. Onlar. U dışarı = K*U içeri var ve K ideal olarak sonsuza eşittir. Pratikte elbette rakamlar daha mütevazı. 1.000.000 diyelim ama direkt uygulamaya kalktığınızda bu rakamlar bile aklınızı karıştırıyor. Bu nedenle, anaokulunda olduğu gibi, bir Noel ağacı, iki, üç, birçok Noel ağacı - burada çok fazla takviyemiz var;) Ve bu kadar.

Ve iki girişi var. Ve bunlardan biri direkt, diğeri ise terstir.

Üstelik girişler yüksek empedanslıdır. Onlar. giriş empedansı ideal durumda sonsuzdur ve gerçek durumda ÇOK yüksektir. Buradaki sayı yüzlerce MegaOhm'a, hatta gigaohm'a kadar çıkıyor. Onlar. girişteki voltajı ölçer, ancak üzerinde minimum etkisi vardır. Ve op-amp'te hiçbir akımın akmadığını varsayabiliriz.

Bu durumda çıkış voltajı şu şekilde hesaplanır:

U çıkışı =(U 2 -U 1)*K

Açıkçası, eğer doğrudan girişteki voltaj ters girişteki voltajdan daha büyükse, o zaman çıkış artı sonsuzdur. Aksi takdirde eksi sonsuz olacaktır.

Elbette gerçek bir devrede sonsuz artı ve eksi olmayacak ve bunların yerini amplifikatörün mümkün olan en yüksek ve en düşük besleme voltajı alacak. Ve şunu elde edeceğiz:

Karşılaştırıcı
İki analog sinyali karşılaştırmanıza ve hangi sinyalin daha büyük olduğuna karar vermenize olanak tanıyan bir cihaz. Zaten ilginç. Bunun için birçok uygulama bulabilirsiniz. Bu arada, çoğu mikrodenetleyicide aynı karşılaştırıcı yerleşiktir ve yaratılışla ilgili makalelerde AVR örneğini kullanarak bunun nasıl kullanılacağını gösterdim. Karşılaştırıcı aynı zamanda oluşturmak için de mükemmeldir.

Ancak mesele tek bir karşılaştırıcıyla sınırlı değil, çünkü geri bildirim sağlarsanız op-amp'ten çok şey yapılabilir.

Geri bildirim
Çıkıştan bir sinyal alıp doğrudan girişe gönderirsek geri bildirim oluşacaktır.

Olumlu geribildirim
Sinyali doğrudan çıkıştan alıp doğrudan girişe sürdürelim.

• U1 voltajı sıfırdan büyük - çıkış -15 volt
• U1 voltajı sıfırdan düşük - çıkış +15 volt

Voltaj sıfırsa ne olur? Teorik olarak çıktının sıfır olması gerekir. Ancak gerçekte voltaj ASLA sıfır olmayacaktır. Sonuçta, sağdakinin yükü soldakinin yükünden birer birer ağır bassa bile, bu, potansiyeli sonsuz bir kazançla çıkışa yönlendirmek için zaten yeterlidir. Ve çıkışta her şey başlayacak - sinyal, karşılaştırıcının girişlerinde indüklenen rastgele bozulmaların hızıyla oraya buraya atlar.

Bu sorunu çözmek için histerezis tanıtıldı. Onlar. bir durumdan diğerine geçiş arasında bir tür boşluk. Bunu yapmak için aşağıdaki gibi olumlu geri bildirimler sunulur:

Şu anda ters girişte +10 volt olduğunu varsayıyoruz. Op-amp'in çıkışı eksi 15 volttur. Doğrudan girişte artık sıfır değil, bölücüden gelen çıkış voltajının küçük bir kısmı. Yaklaşık -1,4 volt Artık ters girişteki voltaj -1,4 voltun altına düşene kadar op-amp çıkışı voltajını değiştirmeyecektir. Ve voltaj -1,4'ün altına düştüğünde, op-amp'in çıkışı keskin bir şekilde +15'e sıçrayacak ve doğrudan girişte zaten +1,4 voltluk bir önyargı olacaktır.

Karşılaştırıcının çıkışındaki voltajı değiştirmek için U1 sinyalinin +1,4 üst seviyesine ulaşması için 2,8 volt kadar artması gerekecektir.

Duyarlılığın olmadığı yerde 1,4 ile -1,4 volt arasında bir çeşit boşluk ortaya çıkıyor. Boşluğun genişliği R1 ve R2'deki dirençlerin oranları ile kontrol edilir. Eşik voltajı Uout/(R1+R2) * R1 olarak hesaplanır. 1'den 100'e +/-0.14 volt verecektir diyelim.

Ancak yine de op-amp'ler negatif geri besleme modunda daha sık kullanılır.

Olumsuz geribildirim
Tamam, başka bir şekilde ifade edelim:

Negatif geri besleme durumunda op-amp'in ilginç bir özelliği vardır. Her zaman çıkış voltajını, girişlerdeki voltajlar eşit olacak şekilde ayarlamaya çalışacak ve bu da sıfır fark yaratacaktır.
Bunu Horowitz ve Hill yoldaşların harika kitabında okuyana kadar, OU'nun çalışmalarına giremedim. Ama basit olduğu ortaya çıktı.

Tekrarlayıcı
Ve bir tekrarlayıcımız var. Onlar. U 1 girişinde, ters girişte U out = U 1. U dışarı = U 1 olduğu ortaya çıktı.

Soru şu: neden böyle bir mutluluğa ihtiyacımız var? Kabloyu doğrudan bağlamak mümkündü ve op-amp'e ihtiyaç duyulmuyordu!

Bu mümkündür, ancak her zaman değil. Şu durumu hayal edelim: Dirençli bölücü şeklinde yapılmış bir sensör var:

Düşük direnç değerini değiştirir, çıkış gerilimlerinin bölücüden dağılımı değişir. Ve bir voltmetre ile ondan okumalar almamız gerekiyor. Ancak voltmetrenin büyük de olsa kendi iç direnci vardır, ancak sensörden gelen değerleri değiştirecektir. Üstelik voltmetre istemiyoruz ama ampulün parlaklığını değiştirmesini istiyorsak ne olur? Artık buraya bir ampul bağlamanın yolu yok! Bu nedenle çıkışı bir işlemsel yükselteçle tamponlarız. Giriş direnci çok büyük ve etkisi minimum düzeyde olacak ve çıkış, bir ampulü çalıştırmak için oldukça yeterli olan oldukça dikkat çekici bir akım (onlarca miliamper, hatta yüzlerce) sağlayabilir.
Genel olarak tekrarlayıcı için uygulamalar bulabilirsiniz. Özellikle hassas analog devrelerde. Veya bir aşamanın devresinin, onları ayırmak için diğer aşamanın çalışmasını etkileyebildiği yer.

Amplifikatör
Şimdi kulaklarımızla bir yanılsama yapalım - geri bildirimimizi alın ve onu bir voltaj bölücü aracılığıyla toprağa bağlayın:

Artık çıkış voltajının yarısı ters girişe veriliyor. Ancak amplifikatörün yine de girişlerindeki voltajları eşitlemesi gerekiyor. Ne yapması gerekecek? Bu doğru - ortaya çıkan bölücüyü telafi etmek için çıkışınızdaki voltajı öncekinin iki katı kadar yükseltin.

Şimdi düz çizgi üzerinde U 1 olacak. Ters U çıkışında /2 = U 1 veya U çıkışı = 2*U 1.

Farklı orana sahip bir bölen koyalım - durum aynı şekilde değişecek. Gerilim bölücü formülünü kafanızda çevirmenize gerek kalmaması için hemen vereyim:

U çıkış = U 1 *(1+R 1 /R 2)

Neyin çok basit olana bölündüğünü hatırlamak anımsatıcıdır:

Giriş sinyalinin U çıkışındaki R2, R1 direnç zincirinden geçtiği ortaya çıktı. Bu durumda amplifikatörün doğrudan girişi sıfıra ayarlanır. Op-amp'in alışkanlıklarını hatırlayalım - ters girişinde doğrudan girişe eşit bir voltajın üretilmesini sağlamak için kancayla veya dolandırıcılıkla deneyecektir. Onlar. sıfır. Bunu yapmanın tek yolu çıkış voltajını sıfırın altına düşürerek 1 noktasında sıfır görünmesini sağlamaktır.

Bu yüzden. U çıkışının =0 olduğunu düşünelim. Hala sıfır. Ve örneğin giriş voltajı U çıkışına göre 10 volttur. R1 ve R2'nin bir böleni onu ikiye bölecektir. Böylece 1. noktada beş volt vardır.

Beş volt sıfır değildir ve op amp, çıkışını 1 noktası sıfır olana kadar düşürür. Bunun için çıkışın (-10) volt olması gerekir. Bu durumda girişe göre fark 20 volt olacak ve bölücü bize 1 noktasında tam olarak 0 sağlayacaktır. Bir invertörümüz var.

Ancak bölücümüzün farklı katsayılar üretmesi için başka dirençler de seçebiliriz!
Genel olarak böyle bir amplifikatörün kazanç formülü aşağıdaki gibi olacaktır:

U çıkış = - U giriş * R 1 / R 2

Xy'yi xy'den hızlı bir şekilde ezberlemek için anımsatıcı bir resim.

Diyelim ki U 2 ve U 1'in her biri 10 volt. Daha sonra 2. noktada 5 volt olacaktır. Ve çıktının 1. noktada da 5 volt olacak şekilde olması gerekecek. Yani sıfır. Böylece 10 volt eksi 10 voltun sıfıra eşit olduğu ortaya çıktı. Bu doğru :)

U 1 20 volt olursa, çıkışın -10 volta düşmesi gerekecektir.
Hesabı kendiniz yapın; U 1 ile U çıkışı arasındaki fark 30 volt olacaktır. R4 direncinden geçen akım (U 1 -U çıkış)/(R3 +R 4) = 30/20000 = 0,0015A olacaktır ve R4 direncindeki voltaj düşüşü R4 *I4 = 10000 * 0,0015 = olacaktır. 15 volt. 15 voltluk düşüşü 20 giriş düşüşünden çıkarın ve 5 volt elde edin.

Böylece, op-amp'imiz 10'dan 20'yi çıkararak -10 voltla sonuçlanan bir aritmetik problemini çözdü.

Ayrıca problem dirençlerin belirlediği katsayıları da içermektedir. Basit olması açısından aynı değerdeki dirençleri seçtim ve bu nedenle tüm katsayılar bire eşittir. Ancak aslında, eğer keyfi dirençler alırsak, çıktının girdiye bağımlılığı şöyle olacaktır:

U çıkışı = U 2 *K 2 - U 1 *K 1

K2 = ((R3 +R4) * R6) / (R6 +R5)*R4
K 1 = R3 / R4

Katsayıları hesaplama formülünü hatırlamaya yönelik anımsatıcı teknik aşağıdaki gibidir:
Şemaya göre doğru. Kesirin payı üstte olduğundan, akım akış devresindeki üst dirençleri toplayıp alttakiyle çarpıyoruz. Payda aşağıda olduğundan, alt dirençleri toplayıp üsttekiyle çarpıyoruz.

Burada her şey basit. Çünkü 1 noktası sürekli olarak 0'a düşürülürse, o zaman ona akan akımların her zaman U/R'ye eşit olduğunu ve 1 numaralı düğüme giren akımların toplandığını varsayabiliriz. Giriş direncinin geri besleme direncine oranı, gelen akımın ağırlığını belirler.

İstediğiniz kadar dal olabilir ama ben sadece iki tane çizdim.

U çıkış = -1(R 3 *U 1 /R 1 + R 3 *U 2 /R 2)

Girişteki (R 1, R 2) dirençler akım miktarını ve dolayısıyla gelen sinyalin toplam ağırlığını belirler. Eğer benimki gibi tüm dirençleri eşit yaparsanız, ağırlık aynı olacak ve her terimin çarpım faktörü 1'e eşit olacaktır. Ve U out = -1(U 1 +U 2)

Ters çevirmeyen toplayıcı
Burada her şey biraz daha karmaşık ama benzer.

Uçıkış = U 1 *K 1 + U 2 *K 2

K 1 = R 5 / R 1
K2 = R5 / R2

Ayrıca, geri beslemedeki dirençler, R3 / R4 = K 1 + K 2 denklemine uyulacak şekilde olmalıdır.

Genel olarak işlemsel yükselteçleri kullanarak her türlü matematiği yapabilir, ekleyebilir, çarpabilir, bölebilir, türev ve integralleri hesaplayabilirsiniz. Ve neredeyse anında. Analog bilgisayarlar op-amp'ler kullanılarak yapılır. Hatta bunlardan birini SUSU'nun beşinci katında gördüm; yarım oda büyüklüğünde bir aptal. Birkaç metal dolap. Program, farklı blokların kablolarla bağlanmasıyla yazılır :)

Bu mikro devrelerin çok çeşitli çeşitleri vardır ve pin konumları açısından birbirleriyle uyumsuzdurlar. Bu mikro devreler, mikro devrenin evrensel bir kontak soketi kullanılarak bağlandığı belirli bir durum için özel olarak monte edilmiş bir stand üzerinde yapılabilen çalışma modunun ayarlanmasıyla kontrol edilebilir veya test, monte edilmiş bir devrenin parçası olarak zaten yapılabilir. onlar üzerinde. İkincisi daha az zaman gerektirdiğinden daha uygundur.

Şimdi doğrulamanın kendisi hakkında. Her şeyden önce, besleme voltajlarının seviyelerini, mikro devrenin girişlerindeki ve çıkıştaki voltajları (dijital bir voltmetre ile) ölçmeniz gerekir. Genellikle, negatif geri besleme dirençlerinin değerleri biliniyorsa, kazancı hesaplayarak, çıkışta ne olması gerektiği ve tabii ki doğrusal bir amplifikatör ise hangi işaret ile ilgili sonuçlar çıkarabilirsiniz.

Daha karmaşık devreleri (entegratörleri, otomatik oluşturucuları vb.) kontrol ederken şüpheler ortaya çıkabilir. Bu durumda başka bir yöntem kullanabilirsiniz. Bildiğiniz gibi herhangi bir işlemsel yükselteç kolaylıkla karşılaştırıcı modunda çalıştırılabilir. Bunu yapmak için, mikro devrenin doğrudan ve ters girişlerine harici bir kaynaktan akım sınırlayıcı bir direnç aracılığıyla geçici olarak küçük bir voltajı geçici olarak uygulayabiliriz (Şekil 6.17). "Op-amp" çıkışındaki voltaj dijital bir voltmetre veya osiloskop ile izlenmelidir (normal çalışma sırasında çıkış anahtarlamasını göreceğiz).

Pirinç. 6.17. İşlemsel yükselteçleri test etme prensibi

Bir osiloskop, bu tür ölçümleri gerçekleştirmek için daha uygundur, çünkü yalnızca çıkış seviyelerindeki değişiklikleri değil, aynı zamanda kaskadların istenmeyen kendi kendine uyarılmasının (kendi kendine üretim) varlığını da tespit etmeyi mümkün kılar.

Kaynak: Radyo amatörleri: faydalı diyagramlar. Kitap 6. - M / SOLON-Press, 2005. 240 s.

İlgili Mesajlar

Masada 1.4 ve 1.5 güneş modülleri ve akülerin elektriksel özelliklerini sunmaktadır. Tablo 1.4. Yerli üretim güneş modüllerinin elektriksel özellikleri FSM-50 50 21 2,95 10720 FSM-55 55 21 3,15 1028x450x28…….

Çalışma elemanında, güç devreleri arasındaki süreklilik sırasında sonsuz büyük bir direnç olmalı ve kontrol elektrodu ile terminallerden biri (tristörün katodu) arasında küçük bir direnç (30'dan ....'ya kadar) olmalıdır. ...

Ulaşılması zor yerlerdeki küçük vidaları hızla sıkmak (ve sökerken kaybetmemek) için mıknatıslı bir tornavidaya ihtiyacınız olacaktır. Sıradan bir tornavidadan böyle bir tornavida yapmak kolaydır. Tornavida çubuğunun etrafına 100-200...... sarmanız yeterlidir.

Sorun giderme sırasında kendinizi elektrik çarpmasından veya konektörlerin ve çamaşır makinesinin parçalarının ayrılmasından korumaya dikkat edin. Elektriksel güvenlik önlemlerine uyun! Öncelikle her konnektörün bağlantılarını kontrol edin. PWB'yi değiştiriyorsanız…….

uzaktan kumanda (RC) Uzaktan kumandaların %90'ı iki tür kusurla doludur: 1) bazı düğmeler çalışmıyor (genellikle sık basılanlar). Bu durumda, bir parça folyoyu kesmeniz gerekir ve…….

Geçen gün bir mağazadan 1,5 dolara bir operasyonel amplifikatör (op-amp) satın aldım, eve geldim, lehimledim, sessizlik. Sorunun op-amp devresinin çalışabilirliği olduğuna hiç şüphe yoktu, bu yüzden satın alınan op-amp'in lehimini çözdüm ve kontrol etmeye karar verdim. Evirici girişi çıkışa bağladım, doğrudan girişe (1V) güç ve voltaj uyguladım, çıkışta çalışan bir op-amp'in girişe ne beslendiğini vermesi gerekirdi, aslında op-amp'i kontrol eden şey buydu. amp tamamen bununla ilgili, ancak çıkışım sıfır.

İlginç, diye düşündüm o zaman, ya lehimleme sırasında aşırı ısındım ki bu pek olası değil ya da hatalı bir tane satın aldım. Tekrar mağazaya gittim, bir tane daha aldım, ancak kapatmadan önce kontrol etmeye karar verdim ve baktım ki bu da hatalı, ama şimdi en azından onu satıcıya iade edebilirsin, görünüşe göre onda bir sürü şey var. onlara...

Ama bunu çözecek zamanım olmadı, başka bir mağazaya gittim ve aynı op-amp'i satın aldım, ancak bunu 4 dolara aldığımda, işe yaramazsa geri getireceğim konusunda anlaşmıştık. . Eve geldim, kontrol ettim - çalışıyor, lehimledim - çalışıyor. Bundan şu sonuç çıkarılabilir: Bir parçayı satın aldıktan sonra, lehimlemeden önce kontrol etmeniz önerilir ve satıcı büyük olasılıkla bu op-amp'lerden bir partiyi Çin'den sipariş etti ve onu aldığında sipariş etmedi. Kontrol edin, yorulacağınız her şeyi kontrol etmek için radyo bileşenleriyle dolu bir mağazanız olduğunda bu anlaşılabilir bir durumdur.

Bütün bunları neden yazdım, sonra Ali'de bu op-amp'leri aradım ve bulduğumda hoş bir sürpriz yaşadım, şehrimde çalışan bir op-amp satın almak için harcadığım parayla (4 dolar) bunu yapabilirdim. Çin'den 5 parça aldım ama bunlar soic8 binasındaydı ve yukarıda anlatılan olumsuz deneyimi yaşadığım için elbette geldiklerinde kontrol etmek istedim. Bu sorun birkaç yolla çözülebilir; op-amp'in her seferinde lehimlenebileceği bir devre tahtası aşındırılarak, öte yandan lehimlememek için op-amp'i tahtaya bir çubukla basitçe bastırabilirsiniz. mandal, bu zaten daha iyi, ama daha da ilginç bir seçenek var, çünkü sık sık soic8 ile uğraşmak zorundasın, bakmaya karar verdim ZIF adaptörü soic8 – dip8 o zaman devreyi kullanarak monte etmek mümkün olacak ekmek tahtası Bu, süreci önemli ölçüde hızlandıracaktır.

Genel olarak Ali'de 1,7 dolara böyle bir adaptör buldum ve buna teslimat da dahil. Op-amp'ler geldiğinde adaptör zaten elimdeydi ve cephanemde bir sinyal üreteci bulunduğundan bunları veri sayfasındaki şemaya göre kontrol ettim.

İşlemsel yükselteç (op-amp) İngilizce. Yaygın olarak işlemsel yükselteç olarak bilinen İşlemsel Yükselteç (OpAmp), kazancı çok yüksek olan bir doğru akım amplifikatörüdür (DCA). "DC amplifikatör" ifadesi, op amp'in yalnızca DC akımını yükseltebileceği anlamına gelmez. Bu, sıfır Hertz frekansından başlamak anlamına gelir ve bu doğru akımdır.

İlk op-amp örneklerinin entegrasyon, farklılaşma, toplama vb. gibi çeşitli matematiksel işlemler için kullanılmasından bu yana "operasyonel" terimi uzun süredir güçlendirilmiştir. Bir op-amp'in kazanç faktörü türüne, amacına, yapısına bağlıdır ve 1 milyonu aşabilir!

Operasyonel yükselteç devresi

Diyagramlarda işlemsel yükselteç şu şekilde belirtilmiştir:

ya da öylesine

Çoğu zaman, diyagramlardaki op-amp'ler güç pinleri olmadan gösterilir

Artı işaretli bir girişe evirmeyen denir ve eksi işaretli bir girişe evirici denir. Bu iki burcu güç kutupluğuyla karıştırmayın! Ters çeviren girişe negatif kutuplu bir sinyal sağlamanın gerekli olduğunu DEĞİL, ancak pozitif kutuplu ters çevirmeyen bir sinyale sağlamanın gerekli olduğunu söylüyorlar ve o zaman nedenini anlayacaksınız.

Op-amp güç kaynağı

Güç pinleri belirtilmemişse, op-amp'in bipolar güç kaynağı +E ve -E Volt ile beslendiği varsayılır. Ayrıca +U ve -U, V CC ve V EE, Vc ve VE olarak da etiketlenir. Çoğu zaman +15 ve -15 Volt'tur. Bipolar beslenmeye bipolar beslenme de denir. Bunu nasıl anlıyorsunuz - bipolar beslenme?

Bir pil hayal edelim

Sanırım hepiniz pilin bir “artı” ve bir “eksi”si olduğunu biliyorsunuz. Bu durumda pilin “eksi”si sıfır olarak alınır ve piller sıfıra göre sayılır. Bizim durumumuzda akü voltajı 1,5 Volt'tur.

Böyle bir pil daha alalım ve bunları seri olarak bağlayalım:

Yani ilk pilin eksisini sıfır alırsak toplam voltajımız 3 Volt olacaktır.

Peki ya ikinci pilin eksi değerini sıfıra alıp ona göre tüm voltajları ölçerseniz?

Burası bipolar güç kaynağımızın olduğu yer.

İdeal ve gerçek işlemsel yükselteç modeli

Op-amp'in çalışmasının özünü anlamak için şunu düşünün mükemmel Ve gerçek modeller.

1) İdeal op-amp sonsuz büyüktür.

Gerçek op-amp'lerde giriş direncinin değeri, op-amp'in amacına (evrensel, video, hassasiyet vb.), kullanılan transistörlerin türüne ve giriş aşamasının devre tasarımına bağlıdır ve yüzlerce arasında değişebilir. Ohm'dan onlarca megohma kadar. Genel amaçlı op-amp'ler için tipik değer birkaç megaohmdur.

2) İkinci kural birinci kuralın sonucudur. İdeal bir op-amp'in giriş empedansı sonsuz büyük olduğundan giriş empedansı sıfır olacaktır.

Aslında bu varsayım, giriş akımları pikoamplardan daha az olabilen giriş akımlarına sahip op-amp'ler için oldukça geçerlidir. Ancak girişi olan bir op-amp de var. Burada giriş akımı zaten onlarca mikroamper olabilir.

3) İdeal bir op-amp'in çıkış empedansı sıfırdır.

Bu, yük akımı değiştiğinde op-amp çıkışındaki voltajın değişmeyeceği anlamına gelir. Gerçek genel kullanım op amp'lerinde onlarca ohm'dur (genellikle 50 ohm).
Ayrıca çıkış empedansı sinyal frekansına bağlıdır.

4) İdeal bir op-amp'teki kazanç sonsuz derecede büyüktür. Gerçekte, op-amp'in iç devresi ile sınırlıdır ve çıkış voltajı, besleme voltajı ile sınırlıdır.

5) Kazanç sonsuz büyük olduğundan ideal bir op-amp'in girişleri arasındaki voltaj farkı sıfırdır. Aksi takdirde, bir girdinin potansiyeli en azından bir elektronun yükünden daha büyük veya daha küçük olsa bile, o zaman çıktının potansiyeli sonsuz derecede büyük olacaktır.

6) İdeal bir op-amp'teki kazanç, sinyal frekansına bağlı değildir ve tüm frekanslarda sabittir. Gerçek op-amp'lerde bu koşul, her op-amp için ayrı olan belirli bir kesme frekansına kadar yalnızca düşük frekanslar için karşılanır. Tipik olarak kesme frekansı, sıfır frekansta (DC) 3 dB'lik veya kazancın 0,7'sine kadar bir kazanç düşüşü olarak alınır.

Transistörleri kullanan en basit op-amp'in devresi şuna benzer:

İşlemsel yükseltecin çalışma prensibi

Op-amp'lerin nasıl çalıştığına bakalım

Op-amp'in çalışma prensibi çok basittir. İki voltajı karşılaştırır ve çıkışta negatif veya pozitif bir besleme potansiyeli üretir. Her şey hangi girdinin en büyük potansiyele sahip olduğuna bağlıdır. Evirici olmayan U1 girişindeki potansiyel, evirici U2'dekinden daha büyükse, o zaman çıkış +Upit olacaktır, ancak evirici U2 girişindeki potansiyel evirici olmayan U1'deki potansiyelden daha büyükse, o zaman çıkış şöyle olacaktır: -Aferin. Bütün prensip bu ;-).

Proteus simülatöründe bu prensibe bakalım. Bunu yapmak için, en basit ve en yaygın işlemsel amplifikatör olan LM358'i (analoglar 1040UD1, 1053UD2, 1401UD5) seçeceğiz ve çalışma prensibini gösteren ilkel bir devre kuracağız.

Evirici olmayan girişe 2 Volt, evirici girişe 1 Volt uygulayalım. Evirmeyen girişte potansiyel daha büyük olduğundan, çıkışta +Upit elde etmeliyiz. Bu değere yakın 13,5 Volt elde ettik

Peki neden 15 Volt olmasın? Op-amp'in iç devresi her şeyin sorumlusudur. Op-amp'in maksimum değeri her zaman pozitif veya negatif besleme voltajına eşit olmayabilir. Op-amp türüne bağlı olarak 0,5 ila 1,5 Volt arasında sapma gösterebilir.

Ancak dedikleri gibi, her ailenin kendi siyahları vardır ve bu nedenle, çıkışta kabul edilebilir bir besleme voltajı üretebilen op-amp'ler uzun süredir piyasada ortaya çıkmıştır, yani bizim durumumuzda bunlar birbirine yakın değerlerdir. +15 ve -15 Volt. Bu özelliğe, kelimenin tam anlamıyla İngilizce'den çevrilmiş olan Raydan Ray'a denir. “demiryolundan raya” ve elektronik dilinde “bir güç veriyolundan diğerine”.

Şimdi evirici girişe, evirici olmayan girişten daha büyük bir potansiyel uygulayalım. Evirici olana 2 Volt, evirmeyene ise 1 Volt uyguluyoruz:

Gördüğünüz gibi, şu anda -Upit'te çıkış "düşük", çünkü evirici girişteki potansiyel evirici olmayan girişteki potansiyelden daha büyüktü.

Proteus yazılım paketini bir kez daha indirmemek için Falstad programını kullanarak ideal bir op-amp'in çalışmasını çevrimiçi olarak simüle edebilirsiniz. Bunu yapmak için Devreler—Op-Amps—>OpAmp sekmesini seçin. Sonuç olarak, ekranınızda aşağıdaki diyagram görünecektir:

Sağ kontrol panelinde, op-amp'in girişlerine voltaj eklemek için kaydırıcılar göreceksiniz ve girişlerdeki voltaj değiştiğinde op-amp'in çıkışında ne olacağını zaten görsel olarak görebilirsiniz.

Bu nedenle, girişlerdeki voltajın farklı olabileceği durumu düşündük. Peki eşit olurlarsa ne olur? Bu durumda Proteus bize ne gösterecek? Hmm, +Upit'i gösterdim.

Falstad ne gösterecek? Sıfır Volt.

Kime inanmalı? Hiç kimse! Gerçek hayatta, iki girişe tamamen eşit voltaj sağlamak için bunu yapmak imkansızdır. Dolayısıyla op-amp'in böyle bir durumu kararsız olacaktır ve çıkış değerleri -E Volt veya +E Volt değerlerini alabilir.

Evirici olmayan girişe 1 Volt genlikli ve 1 kilohertz frekanslı sinüzoidal bir sinyal uygulayalım ve eviriciyi toprağa, yani sıfıra koyalım.

Bakalım sanal osiloskopta neler var:

Bu durumda ne söylenebilir? Sinüzoidal sinyal negatif bölgede olduğunda, op-amp'in çıkışında -Upit bulunur ve sinüzoidal sinyal pozitif bölgede olduğunda çıkışta +Upit olur. Ayrıca op-amp'in çıkışındaki voltajın değerini aniden değiştiremeyeceğini de unutmayın. Bu nedenle op-amp, çıkış voltajının yükselme hızı gibi bir parametreye sahiptir. V Uçıkış .

Bu parametre, darbeli devrelerde çalışırken op-amp'in çıkış voltajının ne kadar hızlı değişebileceğini gösterir. Volt/sn cinsinden ölçülür. Anladığınız gibi, bu parametrenin değeri ne kadar yüksek olursa, op-amp darbeli devrelerde o kadar iyi davranır. LM358 için bu parametre 0,6 V/μs'dir.

Jeer'in katkılarıyla