Повратне везе Оперативни склопови појачала

Понављач и обрнути појачало

На крају чланка „Идеално оперативно појачало“ Показано је да када се користи оперативно појачало у разним преклопним круговима, појачавање каскаде на једном оперативном појачалу (ОА) зависи само од дубине повратне информације. Стога се у формулама за одређивање појачања одређеног склопа не користи „голи“ оп-амп, тако да кажем. То је управо тај огромни коефицијент који је наведен у именицима.

Тада је сасвим прикладно да поставите питање: „Ако крајњи резултат (добитак) не зависи од овог огромног„ референтног “коефицијента, која је онда разлика између опамп са појачањем неколико хиљада пута, и са истим опампом, али са појачањем неколико стотина хиљада па чак и милиони? "

Одговор је једноставан. У оба случаја резултат ће бити исти, каскадни добитак ће бити одређен од стране ООС елемената, али у другом случају (опамп са великим појачањем), круг делује стабилније, тачније, брзина таквих кола је много већа. Из доброг разлога, оп ампере делимо на оп ампере опште употребе и велике прецизности, прецизности.

Као што је већ поменуто, дотични „оперативни“ појачивачи су примљени у то време, када су се углавном користили за обављање математичких операција на аналогним рачунарима (АВМ). То су биле операције сабирања, одузимања, множења, дељења, бројања и многе друге функције.

Ови антедилувиан оп-ампери су изведени на електронским цевима, касније на дискретним транзисторима и осталим радио компонентама. Наравно, димензије чак и транзисторских напонских појачала биле су довољно велике да се могу користити у аматерским конструкцијама.

И тек након што су захваљујући достигнућима интегрисане електронике, појачала постала величина обичног транзистора мале снаге, употреба ових делова у домаћинству и аматерским круговима постала је оправдана.

Узгред, савремени оптички појачивачи, чак и прилично високог квалитета, по цени мало већој од два или три транзистора. Ова изјава се односи на опште намене. Прецизна појачала могу коштати мало више.

Што се тиче кола на оптичком појачалу, исплати се одмах напоменути да их сви напајају биполарни извор напајања. Такав мод је најобичнији за оп-амп, који омогућава појачавање не само АЦ напонских сигнала, на пример синусоида, већ и истосмјерних сигнала или једноставно напона.

Ипак, прилично често се напајање струјних кола на оптичком напајању врши из униполарног извора. Тачно, у овом случају није могуће повећати константан напон. Али често се деси да то једноставно није неопходно. Струјни кругови са униполарним напајањем биће описани касније, али за сада настављамо са шемама укључивања оп-ампера са биполарним напајањем.

Напајање већине оп-ампера најчешће је у опсегу ± 15В. Али то уопште не значи да се овај напон не може учинити нешто нижим (виши се не препоручује). Многи оп-ампери раде врло стабилно почевши од ± 3В, а неки модели чак и ± 1.5В. Таква могућност наведена је у техничкој документацији (ДатаСхеет).

Напон пратилаца

То је најједноставнији уређај у погледу кола на оптичком појачалу, његов круг је приказан на слици 1.

Слика 1. Струјни круг пратилаца на оперативном појачалу

Лако је видети да за стварање такве шеме није био потребан ниједан детаљ, осим самог ОС-а. Тачно, на слици се не види прикључак напајања, али такав је приказ шема врло често. Једино што желим напоменути је да између терминала оп-амп напајања (на примјер, за КР140УД708 оп-амп, ово су закључци 7 и 4) и заједничка жица треба бити повезана блокирање кондензатора са капацитетом од 0,01 ... 0,5 μФ.

Њихова сврха је да рад оп-струја постане стабилнији, да се ослободи само-побуђења круга дуж струјних кругова. Кондензатори би требали бити повезани што је могуће ближе прикључним круговима чипа. Понекад је један кондензатор повезан на основу групе од неколико микроцела. Исти кондензатори се могу видети на плочама са дигиталним микровезама, њихова намјена је иста.

Добитак понављача једнак је јединству, или, другачије речено, ни добитка. Зашто онда таква шема? Овдје је сасвим прикладно подсјетити да постоји транзисторски круг - сљедбеник одашиљача, чија је главна сврха подударање каскада са различитим улазним отпорима. Сличне каскаде (репетитори) се такође називају тампон.

Улазни отпор репетитора на оп-ампу израчунава се као продукт улазне импеданце оп-ампере према његовом појачању. На пример, за поменути УД708, улазна импеданса је приближно 0,5 МΩ, појачање је најмање 30 000, а можда и више. Ако ове бројеве множите, тада је улазна импеданса 15 ГΩ, што је упоредиво са отпорношћу не баш квалитетне изолације, као што је папир. Овако висок резултат се вероватно неће постићи са конвенционалним пратиоцем емисија.

Тако да описи нису сумњиви, у наставку су слике које приказују рад свих кола описаних у симулатору програма Мултисим. Наравно, све ове шеме могу се саставити на табли, али не и најгори резултати могу се добити на екрану монитора.

Заправо, овде је чак и мало боље: не морате негде да одете на полицу да бисте променили отпор или микро круг. Овде је све, чак и мерни инструменти, у програму и „добија се“ помоћу миша или тастатуре.

На слици 2 приказана је склоп репетитора израђених у програму Мултисим.

Слика 2

Проучавање кола је прилично једноставно. Синусоидни сигнал фреквенције 1 КХз и амплитуде 2 В примењује се на улаз репетитора из функционалног генератора, као што је приказано на слици 3.

Слика 3

Осцилоскоп посматра сигнал на улазу и излазу репетитора: улазни сигнал је приказан плавим снопом, а излазни сноп је црвен.

Слика 4

И зашто ће пажљиви читалац питати да ли је излазни (црвени) сигнал двоструко већи од улазног плавог? Све је врло једноставно: с истом осетљивошћу канала осцилоскопа, оба синусоида исте амплитуде и фазе се стапају у један, скривају се један за другим.

Да бисмо оба извештавали одједном, морали смо да умањимо осетљивост једног од канала, у овом случају улаза. Као резултат, талас плавог синуса постао је тачно упола мањи на екрану и престао да се скрива иза црвеног. Иако за постизање таквог резултата, зраке можете једноставно пребацити управљачима осцилоскопа, остављајући осетљивост канала иста.

Оба синусоида су смештена симетрично у односу на временску ос, што указује да је константна компонента сигнала једнака нули. А шта ће се догодити ако се малој ДЦ компоненти дода у улазни сигнал? Виртуелни генератор вам омогућава да померите синусни талас дуж оси И. Покушајмо да га померимо према горе за 500мВ.

Слика 5

Шта се из тога показало приказано је на слици 6.

Слика 6

Приметно је да су се улазни и излазни синусоиди повећали за пола волта, а да се уопште не мењају. Ово сугерише да је репетитор прецизно преносио константну компоненту сигнала. Али најчешће покушавају да се ослободе ове константне компоненте, чине је једнаком нули, што избегава употребу таквих елемената кола као међупросторних кондензатора за изолацију.

Понављач је, наравно, добар и чак леп: нису потребни додатни детаљи (мада постоје кругови репетитора са мањим „додацима“), али нису добили никакву корист.Какво је ово појачало? Да бисте добили појачало, само додајте неколико детаља, како то учинити биће описано касније.

Инвертинг појачало

Да бисте из оптичког појачала направили инвертирајуће појачало, довољно је додати само два отпорника. Шта је дошло од тога приказано је на слици 7.

Слика 7. Круг инвертерског појачала

Добитак таквог појачала израчунава се формулом К = - (Р2 / Р1). Знак минус не значи да је појачало лоше, већ само да ће излазни сигнал бити фазан супротан улазу. Није чудо што се појачало назива инвертинг. Овдје би било прикладно присјетити се транзистора који је укључен у шему с ОЕ-ом. И тамо је излазни сигнал на колектору транзистора у антифази са улазним сигналом који се доводи у базу.

Овде се исплати сетити колико напора морате уложити да бисте на чисту транзисторску колекцију добили чисти неискривљени синусоид. Потребно је да одаберете пристраност на основу транзистора. То је, по правилу, прилично компликовано, зависно од многих параметара.

Када користите оп-амп, довољно је једноставно израчунати отпор отпорника према формули и добити одређени добитак. Испада да је постављање кола на оп-ампу много једноставније од постављања неколико транзисторских каскада. Стога се не треба бојати да шема неће радити, неће радити.

Слика 8

Овде је све исто као на претходним сликама: улазни сигнал је приказан плавом бојом, а појачало је црвено. Све одговара формули К = - (Р2 / Р1). Излазни сигнал је у антифази са улазом (што одговара знаку минус у формули), а амплитуда излазног сигнала је тачно два пута већа од улаза. То је тачно и са односом (Р2 / Р1) = (20/10) = 2. Да бисте повећали, на пример, 10, довољно је повећати отпор отпорника Р2 на 100КΩ.

У ствари, круг инвертираног појачала може бити нешто сложенији, таква опција је приказана на слици 9.

Слика 9Инвертирање кола појачала

Овде се појавио нови део - отпорник Р3 (радије, управо је нестао из претходног круга). Његова сврха је компензирати улазне струје стварног опамп-а како би се смањила температурна нестабилност једносмерне компоненте на излазу. Вредност овог отпорника је одабрана према формули Р3 = Р1 * Р2 / (Р1 + Р2).

Модерне високо стабилне опампе омогућавају директно инвертирање улаза на заједничку жицу директно без отпорника Р3. Иако присуство овог елемента неће учинити ништа лоше, али на тренутној скали производње, када штеде на свему, радије не постављају овај отпорник.

Формуле за израчунавање инвертирајућег појачала приказане су на слици 10. Зашто на слици? Да, само ради јасноће, у ретку текста они не би изгледали тако познато и разумљиво, не би били тако приметни.

Слика 10

О добитку се помињало раније. Овде су приметни улазни и излазни отпори неинвертирајућег појачала. Чини се да је све јасно са улазним отпором: испоставило се да је отпор отпорника Р1, али излазни отпор мора се израчунати у складу са формулом приказаном на слици 11.

Слово К ”означава референтни коефицијент оп-ампера. Овде, молим вас, израчунајте која ће излазна импеданса бити једнака. Ово ће се показати прилично малом, чак и за просечан оп-амп, као што је УД7, са његовим К ”једнаким не већим од 30 000. У овом случају је то добро: на крају крајева, нижа је излазна импеданција каскаде (ово се не односи само на каскаде на оптичком појачалу), што је јаче оптерећење, разумно наравно, у границама, ова каскада се може повезати.

За јединицу у називнику формуле за израчунавање излазног отпора треба направити посебну напомену. Претпоставимо да је однос Р2 / Р1, на пример, 100. То је однос добијен у случају појачања инвертирајућег појачала 100.Испада да ако се ова јединица одбаци, онда се ништа неће много променити. У ствари, то није сасвим тачно.

Претпоставимо да је отпор отпорника Р2 једнак нули, као у случају понављача. Затим, без јединства, цео називник постаје нула, а излазни отпор је такође нула. А ако се тада та нула појављује негде у називнику формуле, како наредити да је поделите? Стога је једноставно немогуће да се ослободимо ове наизглед безначајне јединице.

У једном чланку, чак и довољно великом, једноставно не пишите. Стога ћете имати све што вам није одговарало да кажете у следећем чланку. Биће опис не-инвертирајућег појачала, диференцијалног појачала, униполарног појачала. Даће се и опис једноставних кола за проверу опамп-а.

Борис Аладисхкин