kategorier: Utvalda artiklar » Praktisk elektronik
Antal visningar: 24176
Kommentarer till artikeln: 0

Driftsförstärkare. Del 2. Den perfekta driftsförstärkaren

 

Den perfekta driftsförstärkarenFör att bättre förstå principerna för att konstruera kretsar med operativa förstärkare använder de ofta konceptet en idealisk operativ förstärkare. Vad är dess idealitet, dess underbara egenskaper? Det finns inte så många av dem, men de tenderar alla antingen till noll eller till oändlighet. Men uppför sig så driftsförstärkare inte täckt av feedback (OS) och i allmänhet inte har några externa anslutningar.

I den här artikeln kommer vi att försöka prata om feedback och vissa scheman för att inkludera operativa förstärkare utan att nämna besvärliga matematiska formler med integraler. Men vissa, ganska enkla och förståelige, på skolan på åttonde klass, vilket kommer att hjälpa till att förstå den allmänna betydelsen, kan fortfarande inte undvikas.


vinna av

Med en sådan "rampant" förstärkning räcker det att applicera endast några mikrovolt på dess ingångar (till exempel nätstörning) för att få en utspänning nära 15V. Detta tillstånd indikerar utmatningens mättnad.

Det är lämpligt att återkalla samma tillstånd i transistorer. Naturligtvis i denna form erhålls ingen vinst alls. Därför täcks verkliga operativa förstärkare alltid av negativ feedback, som kommer att diskuteras nedan.

Även om det bör noteras att ganska ofta används operativa förstärkare utan feedback, och i vissa fall med positiv feedback. Denna applikation finns i komparatorer - enheter för exakt jämförelse av analoga signaler. Jämförare finns i form av specialiserade mikrokretsar och ingår också i andra mikrokretsar. Kom bara ihåg det legendariska integrerad timer NE555, som i sig innehåller två komparatorer.


Nästan ny historia

Samtidigt behärskade den inhemska elektroniska industrin produktionen av operativa förstärkare. Den första operativa förstärkaren var K1UT401A (B), som därefter bytt namn till K140UD1 med samma bokstäver i slutet. Således, som en nästan exakt kopia av den amerikanska bror UA702, hade analogen med bokstaven A vid en matningsspänning på ± 6V en vinst i intervallet 500 ... 4500 och med bokstaven B (± 12V) 1500 ... 13000.

Enligt moderna standarder är detta bara löjligt, men ändå kan dessa arkaiska förstärkare hittas. Men även med en sådan "liten" vinst var det omöjligt att göra utan negativ feedback.

Och precis utseendet på driftsförstärkare i integrerad design introducerade denna universella komponent i industriella, inhemska och amatörkretsar. När allt kommer omkring måste du erkänna att en operationsförstärkare med elektroniska rör eller till och med ett transistoralternativ, utom i försvars AVM, inte kunde användas.


Ingångar och utgångar från operativa förstärkare

Driftsförstärkaren har två ingångar och en utgång, och naturligtvis två utgångar för matning av spänning. Detta är den minsta uppsättning slutsatser som är avgörande. Så exakt är det med de flesta moderna operativa förstärkare. En gång fanns slutsatser för att ansluta delar av frekvenskorrigering och balansering.

Kraft är oftast bipolär med en mittpunkt, vilket gör det möjligt att förstärka med konstant spänning. I detta fall är det allmänt accepterat att frekvensområdet för driftsförstärkare börjar från 0 Hz, och den övre frekvensen är begränsad både av typen av operativ förstärkare i sig, dess interna krets och typen av transistorer och dess omkopplingskrets.

Bandbredden för en idealisk operationsförstärkare sträcker sig från DC till oändlighet.Utgångssignalens hastighet eller svängningshastighet tenderar också till oändlighet. Men vi kommer inte överväga den här frågan för nu.


Vad förbättrar driftsförstärkaren

Driftsförstärkarens utgångsspänning är proportionell mot spänningsskillnaden vid dess ingångar. I det här fallet spelar inte den absoluta nivån på signalerna, liksom deras polaritet, en speciell roll. Endast skillnaden är viktig. Och eftersom alla termer inom elektronik kom från det engelska språket, är det dags att komma ihåg ordet "annorlunda", vilket betyder heterogen skillnad (ordboken "Multitran"), och förstärkarna för denna operationsprincip kallas differentiell.


Vad förstärker inte driftsförstärkaren

Här kan vi också komma ihåg en sådan underbar egenskap hos operativa förstärkare som dämpningen av en gemensam-lägesignal: om samma signal appliceras på båda ingångarna kommer den inte att förstärkas. Detta används vid applicering av en signal över långa ledningar: den användbara signalen har en annan fas, medan interferenssignalen vid båda ingångarna är densamma.


Vad kan erhållas vid utgången från operationsförstärkaren

Utgångsimpedansen för en idealisk operationsförstärkare tenderar till noll, vilket teoretiskt ger dig möjlighet att få en godtyckligt stor, bara oändlig signal vid utgången. I själva verket är utgångsspänningen från en verklig driftsförstärkare begränsad av spänningen i kraftkällorna: om en bipolär matningsspänning, till exempel ± 15V, är det helt enkelt omöjligt att få +20 eller -25 vid utgången.

Detta avser förstärkning av konstant spänning. I fallet med förstärkning, till exempel, en sinusoid vid utgången, bör också en sinusoid erhållas, vars amplitud inte överskrider matningsspänningen.

Ingångs- och utgångsspänningar kan inte vara högre än spänningen för kraftkällor. Om du till exempel drivs med ± 15V är utspänningen lägre med 0,5 ... 1,5 V. Men vissa moderna mikrokretsar gör det möjligt att bli lika med matningsspänningen vid utgången och ingången. Den här egenskapen i datablad benämns Rail-to-Rail, bokstavligen som "däck mot däck". När du väljer en operationsförstärkare bör du vara uppmärksam på den här egenskapen.


Ingångsimpedans

Ingångsimpedansen för båda ingångarna till driftsförstärkaren är mycket stor och ligger inom hundratals MegaOhm, och i vissa fall till och med GigaOhm. Som jämförelse: ovan nämnda K1UT401 hade en ingångsimpedans på bara några tiotals kOhm.

Ingångsimpedansen når naturligtvis inte oändlighet, som en idealisk operationsförstärkare, men den är fortfarande så stor att den inte påverkar insignalnivåerna. Av detta kan vi dra slutsatsen att ingen ström flyter i ingångarna. Detta är en av huvudprinciperna som används vid beräkning och analys av kretsar på driftsförstärkare. För tillfället behöver du bara komma ihåg det.

Det sista uttalandet hänför sig direkt till driftsförstärkare. En sådan hög ingångsimpedans är inneboende i själva driftsförstärkarna, men ingångsimpedansen för olika kretsar baserade på den kan vara mycket lägre. Denna omständighet bör alltid komma ihåg. Och nu, var försiktig, berättelsen börjar om det viktigaste.


Negativ feedback (OOS)

OOS är inget annat än en anslutning mellan utgången och ingången, i vilken del av utgången dras från insignalen. En sådan anslutning leder till en minskning i förstärkning. Till skillnad från OOS finns det positiv feedback (POS), som omvänt summerar insignalen med en del av utgången. Sådana anslutningar används inte bara inom elektronisk teknik, utan i många andra fall, till exempel inom mekanik. Effekten av dessa feedback kan karakteriseras på följande sätt: OOS leder till systemets stabilitet, positiva leder till dess instabilitet.

I relation till de operativa förstärkarna i fråga låter OOS dig ställa in förstärkningen med tillräcklig noggrannhet och leder också till många mer kvalitativa och till och med trevliga förbättringar av kretsen. Men först måste du ta reda på hur OOS fungerar.Som ett exempel kan du tänka på en krets som kan hittas i valfri handbok om automatisering.

Den perfekta driftsförstärkaren

Figur 1

Ignal U.output-signalutgång. från utgången passerar den till summeringsanordningen (en cirkel med ett plustecken inuti) genom OOS-kretsen med överföringskoefficienten ß, i detta fall mindre än en. Om denna koefficient görs större än enhet, vilket är tekniskt möjligt, så istället för att förstärka signalen, får vi dess dämpning. Men för tillfället kommer vi att anta att vi behöver exakt förstärkning.


OOS-klippan är bara en olycka

Om du bryter återkopplingsslingan blir spänningen vid utgången från driftsförstärkaren U.out. = K * U.in. Teoretiskt stort värde. Det kommer faktiskt att begränsas av matningsspänningens storlek. Detta har redan sagts tidigare. Ett liknande exempel: om det är en elektrisk motor med stabilisering av varv (även återkoppling), kommer den helt enkelt att accelerera så långt som möjligt. I det här fallet säger de att systemet gick ut ".

Genom att passera genom OOS-kretsens krets dämpas utsignalen av ß * U.output. Därför kommer endast (U.in.-ß * U.out.) Till förstärkaringången via adderaren. Minustecknet indikerar att feedbacken är negativ. Efter att ha passerat genom enheten med en förstärkning K kommer utgången U.output = K * (U.in.-ß * U.out.). I sin tur vinsten för hela systemet K.us. = U.out./U.in. och det visar sig att U.out. = K *

Efter några omvandlingar kan man få följande resultat: K.us. = U.out./U.in. = K * U.in./U.in. * * (1+ K * β) = K / (1+ K * β)

Alla dessa transformationer ledde till den enkla formeln K.us. = K / (1+ K * ß). Om vi ​​antar att K in är tillräckligt stor (och när det gäller att använda en driftsförstärkare så är det verkligen så) kommer enheten inom parentes inte att göra något speciellt väder, den kan kasseras, vilket resulterar i att formeln kommer att ha följande form:

K.us = 1 / p

Den resulterande formeln (som i själva verket var anledningen till att hela staketet med formlerna slogs samman) tillåter oss att säga att överföringskoefficienten för den operativa förstärkaren i återkopplingskretsen inte på något sätt beror på förstärkningen hos själva driftsförstärkaren, utan bestäms endast av feedback-kretsparametrarna , dess överföringskoefficient ß. Men ändå, ju högre vinsten hos själva driftsförstärkaren är, desto mer exakt den angivna formeln ger, desto stabilare arbetar kretsen.

Därför kräver inte förstärkningskaskaderna på operationella förstärkare avstämning, som vanliga transistorkaskader: bara beräknade återkopplingsmotstånd, lödda, fick den erforderliga kaskadförstärkningen. Hur detta görs kommer att beskrivas i nästa artikel.

Se även på elektrohomepro.com:

  • Återkoppling operationell förstärkarkrets
  • Feedback Operativa förstärkarkretsar
  • Driftsförstärkare - typer, beteckningar, förstärkare
  • Elektroniska förstärkare
  • Bipolära transistoromkopplare

  •