Penguat kuasa. Litar linear berdasarkan op-amp.

Op-amp digunakan secara meluas dalam peranti elektronik analog. Adalah mudah untuk mempertimbangkan fungsi yang dilaksanakan oleh op-amp dengan OOS jika kita membayangkan op-amp dalam bentuk model ideal di mana:

1. Rintangan input penguat kendalian adalah infiniti, arus elektrod input adalah sifar (Rin > ∞, i+ = i- = 0).
2. Galangan keluaran penguat kendalian adalah sifar, i.e. Op-amp pada bahagian input ialah sumber voltan yang ideal (Rout = 0).
3. Keuntungan voltan (pertambahan voltan pembezaan) adalah infiniti, dan isyarat pembezaan dalam mod penguatan adalah sifar (jangan pintaskan petunjuk op-amp).
4. Dalam mod tepu, voltan keluaran adalah sama dalam magnitud dengan voltan bekalan, dan tanda ditentukan oleh kekutuban voltan masukan. Adalah berguna untuk ambil perhatian bahawa dalam mod ketepuan isyarat pembezaan tidak boleh selalu diandaikan sebagai sifar.
5. Isyarat mod biasa tidak mempunyai kesan pada op-amp.
6. Voltan mengimbangi sifar ialah sifar.

Penguat penyongsang op amp

Litar penguat penyongsangan yang diliputi oleh maklum balas voltan selari ditunjukkan dalam rajah:

OOS direalisasikan dengan menyambungkan output penguat ke input dengan perintang R2.

Pada input penyongsangan op-amp, arus dijumlahkan. Oleh kerana arus input op amp i- = 0, maka i1 = i2. Oleh kerana i1 = Uin /R1, dan i2 = -Uout /R2, maka . Ku = = -R2/R1. Tanda "-" menunjukkan bahawa tanda voltan masukan adalah terbalik.

Dalam Rajah (b), perintang R3 disertakan dalam litar input bukan penyongsangan untuk mengurangkan pengaruh arus input op-amp, yang rintangannya ditentukan daripada ungkapan:

Galangan input penguat frekuensi rendah lebih kurang sama dengan Rin.oc = ≈ R1

Rintangan keluaran Rout.os = jauh lebih kecil daripada Rout op-amp itu sendiri.

Penguat op-amp bukan penyongsangan

Litar penguat bukan terbalik yang diliputi oleh maklum balas voltan bersiri ditunjukkan dalam rajah:

OOS dilaksanakan menggunakan perintang R1, R2.

Menggunakan andaian yang diterima sebelum ini untuk model ideal, kami memperoleh

Rintangan input: Rin.os → ∞

Rintangan keluaran: Rout.os = → 0

Kelemahan amplifikasi ialah kehadiran pada input isyarat mod biasa sama dengan Uin.

Pengikut voltan pada op-amp

Litar pengulang yang diperolehi daripada litar penguat bukan pusing, dengan R1 → ∞, R2 → 0, ditunjukkan dalam rajah:

Pekali β = 1, Ku.oc = K/1+K ≈ 1, i.e. voltan pada input dan output op-amp adalah sama: Uin = Uout.

Penambah voltan op-amp (penambah terbalik)

Litar penguat penyongsangan dengan litar input tambahan ditunjukkan dalam rajah:

Memandangkan i+ = i- = 0, ioc = - Uout /Roс = Uin1 /R1 + Uin2 /R2 + ... + Uin /Rn, kita memperoleh: Uout = -Roс (Uin1 /R1 + Uin2 /R2 + .. . + Uin/Rn)

Jika Roс = R1 = R2 = ... = Rn, maka Uout = - (Uin1 + Uin2 + ... + Uinn ).

Op-amp beroperasi dalam mod linear.

Untuk mengurangkan pengaruh arus input op-amp, perintang Re (ditunjukkan sebagai garis putus-putus dalam rajah) dengan rintangan: Re = R1//R2//…//Rn//Roc disertakan dalam input bukan penyongsangan litar.

Penguat tolak op-amp

Litar penguat dengan input pembezaan ditunjukkan dalam rajah:

Penguat adalah gabungan penguat penyongsangan dan bukan penyongsangan. Dalam kes yang sedang dipertimbangkan, voltan keluaran ditentukan daripada ungkapan:

Uout = Uin2 R3/(R3+R4) (1+R2/R1) - Uin1 R2/R1

Apabila R1 = R2 = R3 = R4: Uout = Uin2 - Uin1 – i.e. bergantung pada perbezaan antara isyarat input.

Penguat penyepaduan op amp

Litar penyepadu, di mana kapasitor dipasang dalam litar OOS, ditunjukkan dalam rajah:

Biarkan ia dihidangkan di pintu masuk nadi segi empat sama Uin. Dalam selang t1...t2, amplitud Uin adalah sama dengan U. Oleh kerana arus masukan op-amp ialah sifar, maka |iin | = |-ic |, iin = Uin /R1, ic = C dUout /dt.

Uin /R1 = C dUout /dt atau

di mana Uout (0) ialah voltan pada output (kapasitor C) pada permulaan penyepaduan (pada masa t1).

τ = R1 · C – pemalar masa penyepaduan, i.e. masa di mana Uout akan berubah dengan jumlah ΔUout = U.

Justeru voltan keluaran pada selang t1...t2 berbeza mengikut hukum linear dan mewakili kamiran voltan masukan. Pemalar masa mestilah sedemikian sehingga akhir penyepaduan Uout< Eпит .

Penguat pembezaan

Dengan menukar R1 dan C1 dalam kamiran, kami memperoleh litar penguat pembezaan:

Dengan analogi dengan penguat penyepaduan, kami menulis:

Ic = C dUin /dt, IR2 = -Uout /R

Kerana |Ic | = |-IR2 |, kemudian Uout = - CR dUin /dt

τ = CR – pemalar pembezaan.

Penggunaan op-amp adalah jauh dari terhad kepada litar di atas.

Penapis aktif

Dalam elektronik, peranti digunakan secara meluas untuk mengasingkan isyarat berguna daripada beberapa isyarat input sambil melemahkan isyarat mengganggu secara serentak melalui penggunaan penapis.

Penapis dibahagikan kepada bukan pasif, dibuat berdasarkan kapasitor, induktor dan perintang, dan yang aktif, berdasarkan transistor dan penguat operasi.

Penapis aktif biasanya digunakan dalam elektronik maklumat. Istilah "aktif" dijelaskan dengan memasukkan penapis RLC dalam litar unsur aktif(daripada transistor atau op-amp) untuk mengimbangi kerugian pada unsur pasif.

Penapis ialah peranti yang menghantar isyarat dalam jalur laluan dan menangguhkannya dalam julat frekuensi yang lain.

Berdasarkan jenis tindak balas frekuensi, penapis dibahagikan kepada penapis laluan rendah (LPF) dan penapis laluan tinggi (HPF), penapis laluan jalur dan penapis takuk.

Gambar rajah penapis laluan rendah termudah dan tindak balas frekuensinya ditunjukkan dalam rajah:

Dalam jalur laluan 0 - fc, isyarat berguna melalui penapis laluan rendah tanpa herotan.

Fс – fз – jalur peralihan,
fз - ∞ – jalur henti,
fс - kekerapan potong,
fз – kekerapan kelewatan.

Penapis laluan tinggi membolehkan isyarat frekuensi tinggi melalui dan menyekat isyarat frekuensi rendah.

Penapis laluan jalur menghantar isyarat daripada satu jalur frekuensi yang terletak di beberapa bahagian dalam paksi frekuensi.

Litar penapis dipanggil jambatan Wien. Pada frekuensi f0 =

Jambatan Wien mempunyai pekali penghantaran β = 1/3. Dengan R1 = R2 = R dan C1 = C2 = C

Penapis takuk tidak membenarkan isyarat dalam jalur frekuensi tertentu melalui dan membenarkan isyarat pada frekuensi lain melaluinya.

Litar penapis dipanggil jambatan T berganda tidak seimbang.

Di mana R1 = R2 = R3 = R, C1 = C2 = C3 = C.

Sebagai contoh, pertimbangkan penapis dua kutub (mengikut bilangan kapasitor) penapis laluan rendah aktif.

Op-amp beroperasi dalam mod linear. Apabila mengira, fc dinyatakan. Keuntungan dalam jalur laluan mesti memenuhi syarat: K0 ≤ 3.

Jika kita ambil C1 = C2 = C, R1 = R2 = R, maka C = 10/fc, dengan fc dalam Hz, C dalam µF,

Untuk mendapatkan lebih banyak perubahan cepat faktor keuntungan dari jalur laluan, litar yang serupa dihidupkan secara berurutan.

Dengan menukar perintang R1, R2 dan kapasitor C1, C2, kami mendapat penapis lulus tinggi.

Penguat terpilih

Penguat terpilih membolehkan anda menguatkan isyarat dalam julat frekuensi terhad, menyerlahkan isyarat yang berguna dan melemahkan orang lain. Ini dicapai dengan menggunakan penapis khas dalam litar maklum balas penguat Litar penguat selektif dengan jambatan berbentuk T berganda dalam litar suap balik negatif ditunjukkan dalam rajah:

Pekali penghantaran penapis (lengkung 3) berkurangan daripada 0 kepada 1. Tindak balas frekuensi penguat digambarkan oleh lengkung 1. Pada frekuensi kuasi-resonan, pekali penghantaran penapis dalam litar suap balik negatif adalah sifar, Uout adalah maksimum. Pada frekuensi di sebelah kiri dan kanan f0, pekali penghantaran penapis cenderung kepada kesatuan dan Uout = Uin. Oleh itu, penapis memperuntukkan jalur laluan Δf, dan penguat menjalankan operasi penguatan analog.

Penjana harmonik

Sistem kawalan menggunakan penjana isyarat pelbagai jenis. Penjana ayunan harmonik ialah peranti yang mencipta voltan sinusoidal berselang-seli.

Gambar rajah blok penjana sedemikian ditunjukkan dalam rajah:

Tiada isyarat masukan. Uout = K · Uos .

Untuk ayunan sinusoidal berlaku, keadaan pengujaan diri mesti dipenuhi untuk hanya satu frekuensi:
K γ = 1 – keseimbangan amplitud,
φ + ψ = 2πn – keseimbangan fasa,
di mana K ialah keuntungan penguat,
γ – pekali penghantaran pautan maklum balas positif,
φ – anjakan fasa untuk penguat,
ψ – anjakan fasa untuk litar suap balik,
n = 0, 1, ...

Penjana utama isyarat sinusoidal ialah penapis, seperti jambatan Wien. Penjana berasaskan op-amp yang mengandungi jambatan Wien ditunjukkan dalam rajah:

Penjana menghasilkan isyarat sinusoidal dengan frekuensi .

Pada frekuensi f0, pekali penghantaran penapis ialah β = 1/3. Penguat mesti mempunyai keuntungan K ≥ 3, yang ditetapkan oleh perintang R1 dan R2. Isu penting ialah penstabilan amplitud Uout, yang dipastikan oleh perintang R3 dan diod zener VD1 dan VD2. Pada Uout rendah, voltan pada VD1 dan VD2 adalah kurang daripada voltan penstabilan dan R3 tidak dihalau oleh diod zener. Dalam kes ini, K > 3 dan Uout meningkat. Apabila voltan pada diod zener mencapai sama dengan voltan penstabilan, satu atau satu lagi diod zener terbuka dan sepasang diod zener menghalang rintangan R3. Keuntungan menjadi sama dan voltan Uout mula berkurangan, keuntungan sekali lagi menjadi lebih besar daripada 3 dan Uout akan berkurangan sekali lagi, tetapi dalam arah yang bertentangan. Dengan cara ini diod zener menghalang ketepuan.

menggunakan daripada penjana ini Adalah dinasihatkan untuk menyambungkan beban melalui lata penampan.

Bahan untuk persediaan untuk pensijilan

Saya memulakan satu siri artikel tentang bahan binaan elektronik analog moden – penguat operasi. Takrifan op-amp dan beberapa parameter telah diberikan, dan klasifikasi penguat operasi juga diberikan. Artikel ini akan merangkumi konsep penguat kendalian yang ideal, dan litar asas untuk menyambungkan penguat kendalian akan diberikan.

Penguat operasi yang ideal dan sifatnya

Oleh kerana dunia kita tidak ideal, penguat operasi yang ideal tidak wujud. Walau bagaimanapun, parameter op-amp moden agak tahap tinggi, oleh itu, analisis litar dengan op-amp yang ideal memberikan hasil yang sangat hampir dengan penguat sebenar.

Untuk memahami operasi litar op-amp, beberapa andaian diperkenalkan yang mengurangkan op-amp sebenar kepada penguat ideal. Terdapat hanya lima andaian sedemikian:

1. Arus yang mengalir melalui input op-amp diandaikan sifar.
2. Keuntungan op-amp diandaikan besar tidak terhingga, iaitu voltan keluaran penguat boleh mencapai sebarang nilai, tetapi pada hakikatnya ia dihadkan oleh voltan bekalan.
3. Perbezaan voltan antara input op-amp ideal ialah sifar, iaitu, jika salah satu terminal disambungkan ke tanah, maka terminal kedua mempunyai potensi yang sama. Ia juga berikutan bahawa galangan input penguat ideal adalah tidak terhingga.
4. Galangan keluaran bagi op-amp yang ideal ialah sifar.
5. Tindak balas frekuensi amplitud bagi op-amp ideal adalah rata, iaitu, keuntungan tidak bergantung pada frekuensi isyarat input.

Kedekatan parameter penguat operasi sebenar dengan yang ideal menentukan ketepatan op-amp tertentu boleh beroperasi, serta mengetahui nilai penguat operasi tertentu dan dengan cepat dan betul memilih op-amp yang sesuai.

Berdasarkan andaian yang diterangkan di atas, adalah mungkin untuk menganalisis dan memperoleh hubungan untuk litar asas penguat kendalian.

Litar asas untuk menyambungkan penguat kendalian

Seperti yang dinyatakan dalam artikel sebelumnya, op-amp beroperasi hanya dengan maklum balas, jenis yang menentukan sama ada op-amp beroperasi dalam mod linear atau dalam mod tepu. Maklum balas daripada output op-amp kepada input penyongsangannya biasanya menyebabkan op-amp beroperasi dalam mod linear, manakala maklum balas daripada output op-amp kepada input bukan penyongsangan atau operasi gelung terbuka menghasilkan ketepuan penguat.

Penguat bukan penyongsangan

Penguat bukan penyongsangan dicirikan oleh fakta bahawa isyarat masukan pergi ke input bukan penyongsangan penguat kendalian. Gambar rajah sambungan ini ditunjukkan di bawah

Operasi litar ini dijelaskan seperti berikut, dengan mengambil kira ciri-ciri op-amp yang ideal. Isyarat memasuki penguat dengan infiniti impedans masukan, dan voltan pada input bukan penyongsangan mempunyai nilai yang sama seperti pada input penyongsangan. Arus pada output penguat kendalian menghasilkan voltan merentasi perintang R2 sama dengan voltan masukan.

Oleh itu, parameter utama skim ini diterangkan oleh hubungan berikut

Daripada ini kita memperoleh perkaitan untuk keuntungan penguat bukan penyongsangan

Oleh itu, kita boleh membuat kesimpulan bahawa hanya penarafan komponen pasif mempengaruhi keuntungan.

Perlu diingatkan kes khas, apabila perintang R2 jauh lebih besar daripada R1 (R2 >> R1), maka keuntungan akan cenderung kepada perpaduan. Dalam kes ini, litar penguat bukan penyongsangan menjadi penimbal analog atau pengikut op dengan perolehan perpaduan, galangan input yang sangat tinggi, dan galangan keluaran hampir sifar. Ini memastikan penyahgandingan berkesan input dan output.

Penguat penyongsangan

Penguat penyongsangan dicirikan oleh fakta bahawa input bukan penyongsangan penguat operasi dibumikan (iaitu, disambungkan ke pin bekalan kuasa biasa). Dalam op-amp yang ideal, perbezaan voltan antara input penguat adalah sifar. Oleh itu, litar maklum balas mesti memastikan bahawa voltan pada input penyongsangan juga sama dengan sifar. Litar penguat penyongsangan ditunjukkan di bawah

Operasi litar diterangkan seperti berikut. Arus yang mengalir melalui terminal penyongsangan dalam op-amp yang ideal adalah sifar, jadi arus yang mengalir melalui perintang R1 dan R2 adalah sama antara satu sama lain dan bertentangan arah, maka hubungan asas akan berbentuk

Maka keuntungan litar ini akan sama dengan

Tanda tolak dalam formula ini menunjukkan bahawa isyarat pada output litar adalah terbalik berkenaan dengan isyarat input.

Penyepadu

Penyepadu membolehkan anda melaksanakan litar di mana perubahan dalam voltan keluaran adalah berkadar dengan isyarat input. Litar penyepadu op-amp termudah ditunjukkan di bawah

Penyepadu penguat operasi.

Litar ini melaksanakan operasi penyepaduan ke atas isyarat input. Saya telah melihat skim integrasi pelbagai isyarat menggunakan mengintegrasikan . Penyepadu melaksanakan perubahan yang serupa dalam isyarat input, tetapi ia mempunyai beberapa kelebihan berbanding rantaian penyepaduan. Pertama, rantai RC dan RL melemahkan isyarat input dengan ketara, dan kedua, mereka mempunyai nilai yang tinggi impedans keluaran.

Oleh itu, hubungan pengiraan utama penyepadu adalah serupa dengan rantai RC dan RL penyepaduan, dan voltan keluaran akan

Penyepadu telah menemui aplikasi luas dalam banyak peranti analog, seperti penapis aktif dan sistem kawalan automatik

Pembeza

Tindakan pembeza adalah bertentangan dengan penyepadu, iaitu isyarat keluaran adalah berkadar dengan kadar perubahan isyarat input. Rajah pembezaan termudah ditunjukkan di bawah

Pembeza melaksanakan operasi pembezaan pada isyarat input dan serupa dengan tindakan pembeza, di samping itu ia mempunyai parameter terbaik berbanding rantai RC dan RL: ia secara praktikal tidak melemahkan isyarat input dan mempunyai rintangan keluaran yang jauh lebih rendah. Hubungan pengiraan asas dan tindak balas kepada pelbagai impuls adalah serupa dengan rantaian yang membezakan.

Voltan keluaran akan menjadi

Satu litar penguat operasi yang telah menemui aplikasi ialah penukar logaritma. DALAM rajah ini sifat atau transistor bipolar digunakan. Litar penukar logaritma termudah dibentangkan di bawah

Litar ini digunakan terutamanya sebagai pemampat isyarat untuk meningkat julat dinamik, serta untuk melaksanakan fungsi matematik.

Mari kita pertimbangkan prinsip operasi penukar logaritma. Seperti yang diketahui, arus yang mengalir melalui diod diterangkan dengan ungkapan berikut

di mana I O ialah arus balikan diod,
e – nombor e, asas logaritma semula jadi, e ≈ 2.72,
q - cas elektron,
U – voltan diod,
k – Pemalar Boltzmann,
T – suhu dalam darjah Kelvin.

Apabila mengira, anda boleh mengambil I O ≈ 10-9 A, kT/q = 25 mV. Oleh itu, arus masukan litar ini akan menjadi

kemudian voltan keluaran

Penukar logaritma yang paling mudah boleh dikatakan tidak digunakan, kerana ia mempunyai beberapa kelemahan yang serius:

1. Kepekaan tinggi kepada suhu.
2. Diod tidak memberikan ketepatan penukaran yang mencukupi, kerana hubungan antara penurunan voltan dan arus diod tidak logaritma sepenuhnya.

Akibatnya, bukannya diod ia digunakan sambungan diod atau dengan asas yang dibumikan.

Litar penukar eksponen diperoleh daripada penukar logaritma dengan menukar lokasi diod dan perintang dalam litar. Dan operasi litar sedemikian, serta penukar logaritma, adalah berdasarkan hubungan logaritma antara penurunan voltan merentasi diod dan arus yang mengalir melalui diod. Litar penukar eksponen ditunjukkan di bawah

Pengendalian litar diterangkan oleh ungkapan yang terkenal

Oleh itu, voltan keluaran akan menjadi

Sama seperti penukar logaritma, penukar eksponen termudah dengan diod pada input jarang digunakan, kerana sebab-sebab yang diterangkan di atas, oleh itu, bukannya diod pada input, transistor bipolar digunakan dalam sambungan diod atau dengan asas yang sama.

Penguat operasi sering digunakan untuk membuat persembahan pelbagai operasi: menjumlahkan isyarat, membezakan, menyepadukan, menyongsangkan, dsb. Dan juga penguat operasi telah dibangunkan sebagai penambahbaikan
litar penguatan seimbang.

Penguat operasi– universal elemen berfungsi, digunakan secara meluas dalam litar pembentukan dan penukaran moden isyarat maklumat untuk pelbagai tujuan kedua-duanya dalam analog dan teknologi digital. Mari kita lihat lebih lanjut jenis-jenis penguat.

Penguat penyongsangan

Pertimbangkan litar penguat terbalik mudah:

a) penurunan voltan merentasi perintang R2 adalah sama dengan Uout,

b) penurunan voltan merentasi perintang R1 adalah sama dengan Uin.

Uout/R2 = -Uin/R1, atau keuntungan voltan = Uout/Uin = R2/R1.

Untuk memahami cara maklum balas berfungsi, mari bayangkan bahawa tahap voltan tertentu digunakan pada input, katakan 1 V. Untuk lebih spesifik, katakan perintang R1 mempunyai rintangan 10 kOhm, dan perintang R2 mempunyai rintangan 100 kOhm. Sekarang bayangkan bahawa voltan keluaran telah memutuskan untuk keluar dari kawalan dan bersamaan dengan 0 V. Apakah yang akan berlaku? Perintang R1 dan R2 membentuk pembahagi voltan, dengan bantuan potensi input penyongsangan dikekalkan sama dengan 0.91 V. Penguat operasi mengesan ketidakpadanan merentasi input, dan voltan pada outputnya mula berkurangan. Perubahan berterusan sehingga voltan keluaran mencapai -10 V, di mana potensi input op-amp menjadi sama dan sama dengan potensi tanah. Begitu juga, jika voltan keluaran mula menurun lagi dan menjadi lebih negatif daripada -10 V, maka potensi pada input penyongsangan akan menjadi lebih rendah daripada potensi tanah, akibatnya, voltan keluaran akan mula meningkat.

Kelemahan litar ini ialah ia mempunyai galangan masukan yang rendah, terutamanya untuk penguat dengan keuntungan voltan tinggi (pada litar tertutup OS), di mana perintang R1, sebagai peraturan, adalah kecil. Kelemahan ini dihapuskan oleh rajah yang dibentangkan di bawah dalam Rajah. 4.

Penguat bukan penyongsangan. Penguat DC.

Mari lihat rajah dalam Rajah. 4. Analisisnya sangat mudah: UA = Uin. Voltan UA dikeluarkan dari pembahagi voltan: UA = Uout R1 / (R1 + R2). Jika UA = Uin, maka untung = Uout / Uin = 1 + R2 / R1. Ini adalah penguat bukan penyongsangan. Dalam anggaran yang akan kita gunakan, impedans input penguat ini adalah tidak terhingga (untuk op amp jenis 411 ialah 1012 ohm atau lebih, untuk op amp transistor bipolar biasanya melebihi 108 ohm). Galangan keluaran, seperti dalam kes sebelumnya, adalah sama dengan pecahan ohm. Jika, seperti penguat penyongsangan, kita melihat dengan teliti kelakuan litar apabila voltan masukan berubah, kita melihat bahawa ia berfungsi seperti yang dijanjikan.

Penguat AC

Litar di atas juga merupakan penguat arus terus. Jika sumber isyarat dan penguat disambungkan melalui arus ulang alik, maka pembumian mesti disediakan untuk arus masukan (magnitud yang sangat kecil), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 5. Untuk nilai komponen yang ditunjukkan dalam rajah, keuntungan voltan ialah 10, dan titik -3 dB sepadan dengan frekuensi 16 Hz.

Penguat arus ulang alik. Jika hanya isyarat AC yang dikuatkan, anda boleh mengurangkan keuntungan untuk isyarat DC kepada perpaduan, terutamanya jika penguat mempunyai keuntungan voltan tinggi. Ini memungkinkan untuk mengurangkan pengaruh "tegasan ricih rujukan input" terhingga yang sentiasa sedia ada.

Untuk litar yang ditunjukkan dalam Rajah. 6, titik -3 dB sepadan dengan frekuensi 17 Hz; pada frekuensi ini impedans kapasitor ialah 2.0 kOhm. Sila ambil perhatian bahawa kapasitor mestilah besar. Jika penguat bukan penyongsangan keuntungan tinggi digunakan untuk membina penguat AC, kapasitor mungkin terlalu besar. Dalam kes ini, lebih baik dilakukan tanpa kapasitor dan laraskan voltan mengimbangi supaya ia sama dengan sifar. Anda boleh menggunakan kaedah lain - meningkatkan rintangan perintang R1 dan R2 dan gunakan litar pembahagi berbentuk T.

Walaupun impedans input tinggi yang sentiasa diusahakan oleh pereka bentuk, litar penguat bukan penyongsangan tidak selalu diutamakan berbanding litar penguat penyongsangan. Seperti yang akan kita lihat kemudian, penguat penyongsangan tidak menunjukkan sedemikian keperluan yang tinggi kepada op-amp dan, oleh itu, mempunyai beberapa ciri terbaik. Di samping itu, terima kasih kepada pembumian khayalan, adalah mudah untuk menggabungkan isyarat tanpa mereka saling mempengaruhi antara satu sama lain. Dan akhirnya, jika litar yang dipersoalkan disambungkan ke output (stabil) op-amp lain, maka nilai impedans input adalah acuh tak acuh kepada anda - ia boleh menjadi 10 kOhm atau infiniti, kerana dalam apa jua keadaan peringkat sebelumnya akan melaksanakan fungsinya berhubung dengan yang berikutnya.

Pengulang

Dalam Rajah. 7 menunjukkan pengikut seperti pemancar berdasarkan penguat operasi.

Ia tidak lebih daripada penguat bukan penyongsangan di mana rintangan perintang R1 adalah sama dengan infiniti, dan rintangan perintang R2 adalah sifar (gain = 1). Terdapat penguat operasi khas yang direka untuk digunakan hanya sebagai pengulang, mereka mempunyai ciri yang lebih baik (terutamanya kelajuan yang lebih tinggi), contoh penguat operasi sedemikian ialah litar LM310 atau OPA633, serta litar mudah seperti litar TL068 (tersedia dalam transistor pakej dengan tiga terminal).

Penguat dengan keuntungan perpaduan kadangkala dipanggil penimbal, kerana ia mempunyai sifat pengasingan (galangan input tinggi dan keluaran rendah).

Amaran asas apabila bekerja dengan op-amp

1. Peraturan adalah sah untuk mana-mana penguat operasi, dengan syarat ia berada dalam mod aktif, iaitu input dan outputnya tidak terlebih beban.

Contohnya, jika anda menggunakan terlalu banyak kuasa pada input penguat isyarat besar, maka ini akan membawa kepada fakta bahawa isyarat keluaran akan terputus berhampiran tahap UКК atau UЭЭ. Walaupun voltan keluaran ditetapkan pada paras voltan cutoff, voltan pada input tidak boleh tidak berubah. Ayunan keluaran op amp tidak boleh lebih besar daripada julat voltan bekalan (biasanya 2 V kurang daripada julat voltan bekalan, walaupun sesetengah op amp mempunyai ayunan keluaran terhad kepada satu atau voltan bekalan yang lain). Had yang sama dikenakan pada julat kestabilan output sumber arus berasaskan penguat operasi. Sebagai contoh, dalam sumber arus dengan beban terapung, penurunan voltan maksimum merentasi beban dalam arah "biasa" arus (arah arus bertepatan dengan arah voltan yang dikenakan) ialah UКК - Uin, dan apabila arah terbalik arus (beban dalam kes ini boleh menjadi agak pelik, sebagai contoh, ia mungkin mengandungi bateri terbalik untuk mendapatkan arus pengecasan terus, atau ia mungkin induktif dan berfungsi dengan arus yang menukar arah) -Uin - UEE.

2. Maklum balas hendaklah negatif. Ini bermakna (antara lain) bahawa input penyongsangan dan bukan penyongsangan tidak boleh dikelirukan.

3. Litar op-amp mesti mempunyai litar maklum balas DC, jika tidak op-amp pasti akan masuk ke dalam ketepuan.

4. Banyak op amp mempunyai voltan masukan pembezaan maksimum yang agak rendah. Perbezaan voltan maksimum antara input penyongsangan dan bukan penyongsangan boleh dihadkan kepada 5 V untuk sama ada kekutuban voltan. Jika keadaan ini diabaikan, arus input yang besar akan timbul, yang akan membawa kepada kemerosotan prestasi atau bahkan kemusnahan penguat operasi.

Konsep "maklum balas" (FE) adalah salah satu yang paling biasa; ia telah lama melangkaui bidang teknologi yang sempit dan kini digunakan dalam dalam erti kata yang luas. Dalam sistem kawalan, maklum balas digunakan untuk membandingkan isyarat keluaran dengan nilai yang diberi dan membuat pelarasan yang sesuai. Apa-apa sahaja boleh bertindak sebagai "sistem", sebagai contoh, proses memandu kereta bergerak di sepanjang jalan - data output (kedudukan kereta dan kelajuannya) dipantau oleh pemandu, yang membandingkannya dengan nilai yang diharapkan ​dan melaraskan data input dengan sewajarnya (menggunakan stereng, suis kelajuan, brek). Dalam litar penguat, isyarat keluaran mestilah gandaan isyarat masukan, jadi dalam penguat maklum balas, isyarat masukan dibandingkan dengan bahagian tertentu isyarat keluaran.

Semua tentang maklum balas

Maklumbalas negatif ialah proses menghantar isyarat keluaran kembali ke input, di mana bahagian isyarat masukan dipadamkan. Ini mungkin kelihatan seperti idea bodoh yang hanya akan membawa kepada penurunan keuntungan. Ini betul-betul maklum balas yang diterima oleh Harold S. Black, yang cuba mempatenkan maklum balas negatif pada tahun 1928. “Pengasingan kami diperlakukan sama seperti mesin gerakan kekal"(Majalah Spektrum IEEE Disember 1977). Sesungguhnya, maklum balas negatif mengurangkan keuntungan, tetapi pada masa yang sama ia meningkatkan parameter litar lain, sebagai contoh, menghapuskan herotan dan tidak linear, melicinkan tindak balas frekuensi(membawanya mengikut ciri yang diingini), menjadikan kelakuan litar boleh diramal. Semakin mendalam maklum balas negatif, semakin kurang ciri luaran penguat bergantung pada ciri-ciri penguat gelung terbuka (tiada maklum balas), dan akhirnya ternyata ia hanya bergantung pada sifat litar maklum balas itu sendiri. Op-amp biasanya digunakan dalam mod maklum balas dalam, dan keuntungan voltan gelung terbuka (tanpa maklum balas) mencapai berjuta-juta dalam litar ini.

Litar maklum balas boleh bergantung kepada frekuensi, maka keuntungan akan bergantung dengan cara tertentu pada frekuensi (contohnya ialah prapenguat frekuensi audio dalam pemain dengan standard RIAA); jika litar maklum balas bergantung kepada amplitud, maka penguat mempunyai ciri tak linear(Contoh biasa skim sedemikian ialah penguat logaritma, di mana pergantungan logaritma voltan UBE pada IK semasa dalam diod atau transistor digunakan dalam litar OS). Maklum balas boleh digunakan untuk membentuk sumber arus (galangan keluaran hampir kepada infiniti) atau sumber voltan (galangan keluaran menghampiri sifar), dan boleh digunakan untuk menghasilkan galangan masukan yang sangat tinggi atau sangat rendah. Secara umumnya, parameter untuk maklum balas yang diperkenalkan dipertingkatkan dengan bantuannya. Sebagai contoh, jika kita menggunakan isyarat yang berkadar dengan arus keluaran untuk maklum balas, kita dapat sumber yang baik semasa

Maklum balas boleh positif; ia digunakan, sebagai contoh, dalam penjana. Anehnya, ia tidak berguna seperti OS negatif. Sebaliknya, ia dikaitkan dengan masalah, kerana dalam litar dengan OS negatif dihidupkan berfrekuensi tinggi Peralihan fasa yang agak besar mungkin berlaku, membawa kepada maklum balas positif dan ayunan diri yang tidak diingini. Untuk fenomena ini berlaku, ia tidak perlu digunakan usaha yang bagus, tetapi untuk mengelakkan ayunan diri yang tidak diingini, mereka menggunakan kaedah pembetulan.

Penguat operasi

Dalam kebanyakan kes, apabila mempertimbangkan litar maklum balas, kami akan berurusan dengan penguat operasi. Penguat kendalian (op-amp) ialah penguat pembezaan DC dengan perolehan yang sangat tinggi dan input hujung tunggal. Prototaip op-amp boleh menjadi penguat pembezaan klasik dengan dua input dan output tidak seimbang; Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa penguat operasi sebenar mempunyai lebih banyak kemungkinan tinggi keuntungan (biasanya mengikut susunan 105 - 106) dan galangan keluaran yang lebih rendah, dan juga membenarkan isyarat keluaran berubah hampir pada julat penuh voltan bekalan (biasanya bekalan kuasa terbelah ±15 V digunakan).

Simbol "+" dan "-" tidak bermakna bahawa satu input mesti sentiasa lebih positif daripada yang lain; simbol ini hanya menunjukkan fasa relatif isyarat keluaran (ini penting jika litar menggunakan maklum balas negatif). Untuk mengelakkan kekeliruan, adalah lebih baik untuk memanggil input "menyongsang" dan "tidak menyongsangkan" daripada input "tambah" dan "tolak". Gambar rajah selalunya tidak menunjukkan sambungan bekalan kuasa ke op-amp dan pin yang dimaksudkan untuk pembumian. Penguat kendalian mempunyai keuntungan voltan yang besar dan tidak pernah (dengan pengecualian yang jarang berlaku) digunakan tanpa maklum balas. Kita boleh mengatakan bahawa penguat operasi direka bentuk untuk berfungsi dengan maklum balas. Keuntungan litar tanpa maklum balas adalah sangat tinggi sehinggakan dengan adanya gelung maklum balas tertutup, ciri-ciri penguat hanya bergantung pada litar maklum balas. Sudah tentu, apabila dikaji lebih dekat, kesimpulan umum seperti itu tidak selalu benar. Kita akan mulakan dengan hanya melihat cara op-amp berfungsi, dan kemudian mengkajinya dengan lebih terperinci mengikut keperluan.

Industri ini menghasilkan ratusan jenis penguat operasi yang mempunyai pelbagai kelebihan di hadapan satu sama lain. Ia telah menjadi sangat meluas skim yang baik taip LF411 (atau ringkasnya "411"), diperkenalkan ke pasaran oleh Semikonduktor Nasional. Seperti semua penguat operasi, ia adalah elemen kecil yang ditempatkan di dalamnya badan miniatur dengan pinout mini-DIP dua baris. Skim ini adalah murah dan mudah digunakan; Industri ini menghasilkan versi litar yang lebih baik (LF411A), serta elemen yang ditempatkan dalam pakej kecil dan mengandungi dua penguat kendalian bebas (litar jenis LF412, juga dipanggil penguat kendalian "dwi"). Kami mengesyorkan litar LF411 sebagai titik permulaan yang baik dalam pembangunan litar elektronik.

Litar jenis 411 ialah acuan silikon yang mengandungi 24 transistor (21 transistor bipolar, 3 transistor kesan medan, 11 perintang dan 1 kapasitor). Dalam Rajah. Rajah 2 menunjukkan sambungan ke terminal perumahan.

Titik pada penutup perumahan dan takuk pada hujungnya berfungsi untuk menunjukkan titik rujukan semasa menomborkan pin. Dalam kebanyakan perumah litar elektronik, penomboran pin dilakukan mengikut arah lawan jam dari bahagian penutup perumah. Pin "tetapan sifar" (atau "keseimbangan", "pelarasan") digunakan untuk menghapuskan asimetri kecil yang mungkin berlaku dalam penguat kendalian.

Peraturan Penting

Sekarang kita akan berkenalan peraturan yang paling penting, yang menentukan kelakuan penguat operasi dalam gelung maklum balas. Mereka benar untuk hampir semua kes kehidupan.

Pertama, op amp mempunyai keuntungan voltan yang begitu besar sehingga perubahan dalam voltan antara input dengan beberapa pecahan milivolt menyebabkan voltan keluaran berubah dalam julat penuhnya, jadi jangan anggap voltan kecil ini, tetapi rumuskan Peraturan I :

I. Output penguat kendalian cenderung untuk memastikan bahawa perbezaan voltan antara inputnya adalah sifar.

Kedua, op amp menggunakan arus input yang sangat sedikit (op amp jenis LF411 menggunakan 0.2 nA; op amp dengan input ke transistor kesan medan— daripada susunan picoamps); Tanpa pergi ke butiran yang lebih mendalam, mari kita rumuskan peraturan II:

II. Input penguat operasi tidak menggunakan sebarang arus.

Penjelasan diperlukan di sini: Peraturan I tidak bermaksud bahawa op amp sebenarnya menukar voltan pada inputnya. Ini adalah mustahil. (Ini akan menjadi tidak konsisten dengan Peraturan II.) Op-amp "menganggarkan" keadaan input dan litar luaran OS memindahkan voltan dari output ke input, supaya perbezaan voltan yang terhasil antara input menjadi sama dengan sifar(jika boleh).

Peraturan ini menyediakan asas yang mencukupi untuk mempertimbangkan litar op-amp.

Terdapat banyak dalam kursus elektronik topik penting. Hari ini kita akan cuba memahami penguat operasi.
Mula semula. Penguat operasi ialah "benda" yang membolehkan anda beroperasi dengan isyarat analog dalam setiap cara yang mungkin. Yang paling mudah dan paling asas ialah penguatan, pengecilan, penambahan, penolakan dan lain-lain lagi (contohnya, pembezaan atau logaritma). Sebilangan besar operasi pada penguat operasi (selepas ini dirujuk sebagai op-amp) dilakukan menggunakan maklum balas positif dan negatif.
Dalam artikel ini kita akan mempertimbangkan op-amp "ideal" tertentu, kerana pergi ke model tertentu tidak masuk akal. Secara ideal ia bermaksud bahawa rintangan input akan cenderung kepada infiniti (oleh itu, arus input akan cenderung kepada sifar), dan rintangan output, sebaliknya, akan cenderung kepada sifar (ini bermakna beban tidak boleh menjejaskan voltan keluaran. ). Selain itu, mana-mana op-amp yang ideal harus menguatkan isyarat daripada sebarang frekuensi. Nah, dan yang paling penting, keuntungan jika tiada maklum balas juga harus cenderung kepada infiniti.

Sampai ke intinya

Penguat kendalian sering dilambangkan dalam rajah dengan segi tiga sama sisi. Di sebelah kiri ialah input, yang ditandakan "-" dan "+", di sebelah kanan ialah output. Voltan boleh digunakan pada mana-mana input, salah satunya mengubah kekutuban voltan (itulah sebabnya ia dipanggil penyongsangan), yang lain tidak (adalah logik untuk menganggap bahawa ia dipanggil bukan penyongsangan). Bekalan kuasa op-amp selalunya bipolar. Biasanya, voltan bekalan positif dan negatif mempunyai nilai yang sama(tetapi tanda berbeza!).
Dalam kes yang paling mudah, anda boleh menyambungkan sumber voltan terus ke input op-amp. Dan kemudian voltan keluaran akan dikira mengikut formula:
, di manakah voltan pada input bukan penyongsangan, ialah voltan pada input penyongsangan, ialah voltan keluaran, dan ialah keuntungan gelung terbuka.
Mari kita lihat op-amp yang ideal dari sudut Proteus.


Saya cadangkan anda "bermain" dengannya. Voltan 1V telah digunakan pada input bukan penyongsangan. Untuk menyongsangkan 3V. Kami menggunakan op-amp "ideal". Jadi, kita dapat: . Tetapi di sini kita mempunyai pengehad, kerana kami tidak akan dapat menguatkan isyarat di atas voltan bekalan kami. Oleh itu, kita masih akan mendapat -15V pada output. Keputusan:


Mari kita ubah keuntungan (supaya anda percaya saya). Biarkan parameter Keuntungan Voltan menjadi sama dengan dua. Masalah yang sama jelas diselesaikan.

Aplikasi hayat sebenar op-amp menggunakan contoh penguat songsang dan bukan penyongsangan

Terdapat dua daripada ini utama peraturan:
saya. Output op amp cenderung menyebabkan voltan pembezaan (perbezaan antara voltan pada input penyongsangan dan bukan penyongsangan) menjadi sifar.
II. Input op amp tidak menggunakan sebarang arus.
Peraturan pertama dilaksanakan melalui maklum balas. Itu. voltan dipindahkan dari output ke input sedemikian rupa sehingga beza keupayaan menjadi sifar.
Ini, boleh dikatakan, "kanon suci" dalam topik OU.
Dan sekarang, lebih khusus. Penguat penyongsangan kelihatan seperti ini (perhatikan bagaimana input terletak):


Berdasarkan "kanon" pertama kami memperoleh perkadaran:
, dan selepas "melakukan sedikit sihir" dengan formula, kami memperoleh nilai untuk keuntungan op-amp penyongsangan:

Tangkapan skrin di atas tidak memerlukan sebarang komen. Hanya pasangkan semuanya dan semak sendiri.

Tahap seterusnya - tidak terbalik penguat.
Semuanya juga mudah di sini. Voltan digunakan terus ke input bukan penyongsangan. Maklum balas dibekalkan kepada input penyongsangan. Voltan pada input penyongsangan ialah:
, tetapi menggunakan peraturan pertama, kita boleh mengatakan bahawa

Dan sekali lagi, pengetahuan "megah" dalam bidang matematik yang lebih tinggi membolehkan kita beralih kepada formula:
Saya akan memberi anda tangkapan skrin komprehensif yang boleh anda semak semula jika anda mahu:

Akhirnya, saya akan memberi anda pasangan skim yang menarik, supaya anda tidak mendapat tanggapan bahawa op-amp hanya boleh menguatkan voltan.

Pengikut voltan (penguat penimbal). Prinsip operasi adalah sama seperti pengulang transistor. Digunakan dalam litar dengan beban berat. Juga, ia boleh digunakan untuk menyelesaikan masalah padanan impedans jika litar mengandungi pembahagi voltan yang tidak diingini. Skim ini mudah hingga ke tahap genius:

Penguat penjumlahan. Ia boleh digunakan jika anda perlu menambah (menolak) beberapa isyarat. Untuk kejelasan, berikut ialah gambar rajah (sekali lagi, perhatikan lokasi input):


Juga, perhatikan fakta bahawa R1 = R2 = R3 = R4, dan R5 = R6. Formula pengiraan dalam dalam kes ini akan: (biasa, bukan?)
Oleh itu, kita melihat bahawa nilai voltan yang dibekalkan kepada input bukan penyongsangan "memperoleh" tanda tambah. Pada yang menyongsangkan - tolak.

Kesimpulan

Litar penguat kendalian sangat pelbagai. Dalam kes yang lebih kompleks, anda mungkin menemui litar penapis aktif, ADC dan peranti pensampelan storan, penguat kuasa, penukar arus-ke-voltan dan banyak lagi litar lain.

Senarai sumber

Senarai pendek sumber yang akan membantu anda membiasakan diri dengan cepat dengan kedua-dua op-amp dan elektronik secara umum:
Wikipedia
P. Horowitz, W. Hill. "Seni Reka Bentuk Litar"
B. Baker. "Apa yang perlu diketahui oleh pembangun digital tentang elektronik analog"
Nota kuliah tentang elektronik (sebaik-baiknya anda sendiri)
UPD: Terima kasih UFO untuk jemputan

Telah ditunjukkan bahawa apabila menggunakan penguat operasi dalam pelbagai skim semasa menghidupkan, keuntungan lata pada satu penguat operasi (op-amp) bergantung hanya pada kedalaman maklum balas. Oleh itu, dalam formula untuk menentukan keuntungan litar tertentu, keuntungan, boleh dikatakan, op-amp "telanjang" itu sendiri tidak digunakan. Iaitu, betul-betul pekali besar yang ditunjukkan dalam buku rujukan.

Maka agak sesuai untuk bertanya soalan: "Jika keputusan akhir (keuntungan) tidak bergantung pada pekali "rujukan" yang besar ini, maka apakah perbezaan antara op-amp dengan keuntungan beberapa ribu kali ganda, dan dengan op-amp yang sama, tetapi dengan keuntungan beberapa ratus ribu malah berjuta-juta?

Jawapannya agak mudah. Dalam kedua-dua kes, hasilnya akan sama, keuntungan lata akan ditentukan oleh elemen OOS, tetapi dalam kes kedua (op-amp dengan keuntungan tinggi) litar beroperasi dengan lebih stabil, lebih tepat, prestasi seperti itu. litar adalah lebih tinggi. Bukan sia-sia bahawa op-amp dibahagikan kepada op-amp kegunaan umum dan ketepatan tinggi, ketepatan.

Seperti yang telah dikatakan, penguat yang berkenaan menerima nama mereka "beroperasi" pada masa yang jauh apabila ia digunakan terutamanya untuk melakukan operasi matematik dalam analog komputer(AVM). Ini adalah operasi tambah, tolak, darab, bahagi, kuasa dua dan banyak lagi fungsi lain.

Op-amp antediluvian ini telah dijalankan pada tiub vakum, kemudian pada transistor diskret dan komponen radio lain. Sememangnya, dimensi op-amp transistor pun cukup besar untuk digunakan dalam reka bentuk amatur.

Dan hanya selepas, terima kasih kepada pencapaian elektronik bersepadu, op-amp menjadi saiz transistor kuasa rendah biasa, kemudian penggunaan bahagian ini dalam peralatan rumah tangga Dan skim amatur menjadi wajar.

Ngomong-ngomong, op-amp moden agak agak Kualiti tinggi, pada harga yang tidak lebih tinggi daripada dua atau tiga transistor. Pernyataan ini digunakan untuk op amp tujuan umum. Penguat ketepatan mungkin berharga lebih sedikit.

Berkenaan litar op-amp, adalah wajar membuat kenyataan dengan segera bahawa semuanya direka untuk dikuasakan daripada sumber kuasa bipolar. Mod ini adalah yang paling "biasa" untuk op-amp, membenarkan penguatan bukan sahaja isyarat voltan AC, contohnya gelombang sinus, tetapi juga isyarat DC atau hanya voltan.

Namun, selalunya, litar op-amp dikuasakan daripada sumber unipolar. Benar, dalam kes ini tidak mungkin untuk menguatkan tekanan berterusan. Tetapi ia sering berlaku bahawa ini tidak perlu. Litar dengan bekalan kuasa kutub tunggal akan dibincangkan kemudian, tetapi buat masa ini mari kita teruskan tentang litar untuk menghidupkan op-amp dengan bekalan kuasa bipolar.

Voltan bekalan kebanyakan op amp adalah paling kerap dalam ±15V. Tetapi ini tidak bermakna sama sekali bahawa voltan ini tidak boleh dibuat lebih rendah sedikit (lebih tinggi tidak disyorkan). Banyak op-amp beroperasi dengan sangat stabil bermula dari ±3V, dan sesetengah model malah ±1.5V. Kemungkinan ini ditunjukkan dalam dokumentasi teknikal(Lembaran data).

Pengulang voltan

Ia adalah peranti op-amp yang paling mudah dari segi reka bentuk litar; litarnya ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1. Litar pengikut voltan penguat kendalian

Adalah mudah untuk melihat bahawa untuk mencipta litar sedemikian, tiada satu bahagian pun diperlukan kecuali op-amp itu sendiri. Benar, angka itu tidak menunjukkan sambungan kuasa, tetapi gambar rajah tersebut ditemui sepanjang masa. Satu-satunya perkara yang saya ingin ambil perhatian ialah antara pin kuasa op-amp (contohnya, untuk op-amp KR140UD708 ini ialah pin 7 dan 4) dan wayar biasa hendaklah disambungkan dengan kapasiti 0.01...0.5 µF.

Tujuan mereka adalah untuk menjadikan operasi op-amp lebih stabil, untuk menghilangkan pengujaan diri litar di sepanjang litar kuasa. Kapasitor hendaklah disambungkan sedekat mungkin dengan pin kuasa litar mikro. Kadangkala satu kapasitor disambungkan bagi setiap kumpulan beberapa litar mikro. Kapasitor yang sama boleh dilihat pada papan dengan cip digital, tujuan mereka adalah sama.

Keuntungan pengulang adalah sama dengan perpaduan, atau, dengan kata lain, tidak ada keuntungan sama sekali. Lalu mengapa kita memerlukan skim sedemikian? Agak sesuai di sini untuk diingat bahawa ada litar transistor- pengikut pemancar, tujuan utamanya adalah memadankan lata dengan rintangan input yang berbeza. Lata sedemikian (repeaters) juga dipanggil lata penampan.

Galangan masukan pengulang kepada op-amp dikira sebagai hasil darab galangan masukan op-amp dan keuntungannya. Sebagai contoh, untuk UD708 yang disebutkan, impedans input adalah kira-kira 0.5 MOhm, keuntungan sekurang-kurangnya 30,000, dan mungkin lebih. Jika nombor ini didarabkan, rintangan input ialah 15 GOhm, yang setanding dengan rintangan penebat yang tidak berkualiti tinggi, seperti kertas. Keputusan yang begitu tinggi tidak mungkin dicapai dengan pengikut pemancar konvensional.

Untuk memastikan huraian tidak menimbulkan keraguan, di bawah akan diberikan angka yang menunjukkan pengendalian semua litar yang diterangkan dalam program simulator Multisim. Sudah tentu, semua litar ini boleh dipasang menggunakan papan pembangunan, tetapi tiada keputusan yang lebih teruk boleh diperolehi pada skrin monitor.

Sebenarnya, ia lebih baik sedikit di sini: anda tidak perlu naik ke rak di suatu tempat untuk menukar perintang atau litar mikro. Semuanya ada di sini, malah alat pengukur, berada dalam program, dan "dicapai" menggunakan tetikus atau papan kekunci.

Rajah 2 menunjukkan litar pengulang yang dibuat dalam program Multisim.

Rajah 2.

Menyelidik litar agak mudah. Kepada input pengulang daripada penjana fungsi isyarat sinusoidal dengan frekuensi 1KHz dan amplitud 2V digunakan, seperti ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3.

Isyarat pada input dan output pengulang diperhatikan oleh osiloskop: isyarat input dipaparkan oleh rasuk daripada warna biru, rasuk keluaran berwarna merah.

Rajah 4.

Mengapa, pembaca yang penuh perhatian mungkin bertanya, adakah isyarat output (merah) dua kali lebih besar daripada isyarat biru input? Segala-galanya sangat mudah: dengan sensitiviti saluran osiloskop yang sama, kedua-dua sinusoid dengan amplitud dan fasa yang sama bergabung menjadi satu, bersembunyi di belakang satu sama lain.

Untuk melihat kedua-duanya sekali, kami terpaksa mengurangkan sensitiviti salah satu saluran, dalam kes ini input. Akibatnya, sinusoid biru menjadi tepat separuh saiz pada skrin dan berhenti bersembunyi di belakang yang merah. Walaupun, untuk mencapai hasil yang serupa, anda hanya boleh mengalihkan rasuk menggunakan kawalan osiloskop, meninggalkan sensitiviti saluran yang sama.

Kedua-dua sinusoid terletak secara simetri berbanding paksi masa, yang menunjukkan bahawa komponen pemalar isyarat adalah sifar. Apakah yang berlaku jika anda menambah komponen DC kecil pada isyarat input? Penjana maya membolehkan anda menggerakkan gelombang sinus di sepanjang paksi Y. Mari cuba naikkannya sebanyak 500mV.

Rajah 5.

Apa yang terhasil daripada ini ditunjukkan dalam Rajah 6.

Rajah 6.

Adalah ketara bahawa sinusoid input dan output meningkat sebanyak setengah volt, tanpa berubah sama sekali. Ini menunjukkan bahawa pengulang menghantar komponen DC isyarat dengan tepat. Tetapi selalunya mereka cuba menyingkirkan komponen malar ini dan menjadikannya sama dengan sifar, yang mengelakkan penggunaan elemen litar seperti kapasitor penyahgandingan antara peringkat.

Pengulang, tentu saja, baik dan cantik: tidak ada satu bahagian tambahan yang diperlukan (walaupun terdapat litar pengulang dengan "tambahan" kecil), tetapi mereka tidak menerima apa-apa keuntungan. Apakah jenis penguat ini? Untuk membuat penguat, anda hanya perlu menambah beberapa butiran; cara untuk melakukannya akan dibincangkan kemudian.

Penguat penyongsangan

Untuk membuat penguat penyongsangan daripada op-amp, cukup untuk menambah hanya dua perintang. Apa yang terhasil daripada ini ditunjukkan dalam Rajah 7.

Rajah 7. Litar penguat penyongsangan

Keuntungan penguat sedemikian dikira menggunakan formula K=-(R2/R1). Tanda tolak tidak bermakna bahawa penguat ternyata buruk, tetapi hanya isyarat output akan bertentangan fasa dengan input. Ia bukan untuk apa-apa bahawa penguat dipanggil penguat penyongsangan. Di sini adalah sesuai untuk memanggil semula transistor yang disambungkan mengikut litar dengan OE. Di sana juga, isyarat keluaran pada pengumpul transistor berada di luar fasa dengan isyarat input digunakan pada pangkalan.

Di sinilah perlu diingati betapa banyak usaha yang anda perlu lakukan untuk mendapatkan gelombang sinus yang bersih dan tidak diherotkan pada pengumpul transistor. Ia adalah perlu untuk memilih pincang di dasar transistor dengan sewajarnya. Ini biasanya agak rumit dan bergantung pada banyak parameter.

Apabila menggunakan op-amp, cukup untuk mengira rintangan perintang mengikut formula dan mendapatkan keuntungan yang ditentukan. Ternyata menyediakan litar menggunakan op-amp adalah lebih mudah daripada menyediakan beberapa litar peringkat transistor. Oleh itu, tidak perlu takut bahawa skim itu tidak akan berfungsi, ia tidak akan berfungsi.

Rajah 8.

Segala-galanya di sini adalah sama seperti dalam angka sebelumnya: isyarat input ditunjukkan dalam warna biru, dan isyarat selepas penguat ditunjukkan dalam warna merah. Semuanya sepadan dengan formula K=-(R2/R1). Isyarat keluaran berada di luar fasa dengan input (yang sepadan dengan tanda tolak dalam formula), dan amplitud isyarat keluaran adalah tepat dua kali input. Yang juga benar untuk nisbah (R2/R1)=(20/10)=2. Untuk membuat keuntungan, sebagai contoh, 10, cukup untuk meningkatkan rintangan perintang R2 kepada 100KOhm.

Sebenarnya, litar penguat penyongsangan boleh menjadi agak rumit; pilihan ini ditunjukkan dalam Rajah 9.

Rajah 9.

Bahagian baru telah muncul di sini - perintang R3 (sebaliknya, ia hanya hilang dari litar sebelumnya). Tujuannya adalah untuk mengimbangi arus input op-amp sebenar untuk mengurangkan ketidakstabilan suhu komponen DC pada output. Nilai perintang ini dipilih mengikut formula R3=R1*R2/(R1+R2).

Op-amp moden yang sangat stabil membenarkan input bukan penyongsangan disambungkan kepada wayar biasa secara terus tanpa perintang R3. Walaupun kehadiran elemen ini tidak akan melakukan apa-apa yang buruk, pada skala pengeluaran semasa, apabila mereka menjimatkan segala-galanya, mereka memilih untuk tidak memasang perintang ini.

Formula untuk mengira penguat penyongsangan ditunjukkan dalam Rajah 10. Mengapa dalam rajah? Ya, hanya untuk kejelasan, dalam baris teks mereka tidak akan kelihatan begitu biasa dan mudah difahami, mereka tidak akan begitu ketara.

Rajah 10.

Faktor keuntungan telah dinyatakan sebelum ini. Satu-satunya perkara yang patut diberi perhatian di sini ialah galangan input dan output bagi penguat bukan penyongsangan. Segala-galanya nampaknya jelas dengan rintangan input: ternyata sama dengan rintangan perintang R1, tetapi rintangan keluaran perlu dikira menggunakan formula yang ditunjukkan dalam Rajah 11.

Huruf "K" menandakan pekali rujukan op-amp. Di sini, sila hitung berapa rintangan keluaran yang akan sama. Hasilnya akan menjadi angka yang agak kecil, walaupun untuk op-amp jenis UD7 purata dengan K" sama dengan tidak lebih daripada 30,000. Dalam kes ini, ini bagus: lagipun, semakin rendah impedans keluaran lata (ini terpakai bukan sahaja pada lata op-amp), lebih banyak lagi beban yang kuat, dalam had yang munasabah, sudah tentu, boleh disambungkan ke lata ini.

Nota khas hendaklah dibuat mengenai unit dalam penyebut formula untuk mengira rintangan keluaran. Mari kita anggap bahawa nisbah R2/R1 ialah, sebagai contoh, 100. Ini betul-betul nisbah yang akan diperolehi dalam kes keuntungan penguat terbalik sebanyak 100. Ternyata jika unit ini dibuang, maka tidak banyak yang akan berubah . Sebenarnya ini tidak benar.

Mari kita anggap bahawa rintangan perintang R2 adalah sifar, seperti dalam kes pengulang. Kemudian, tanpa satu, keseluruhan penyebut bertukar kepada sifar, dan rintangan keluaran akan sama-sama sifar. Dan jika kemudiannya sifar ini berakhir di suatu tempat dalam penyebut formula, bagaimana anda memesannya untuk dibahagikan dengannya? Oleh itu, adalah mustahil untuk menyingkirkan unit yang kelihatan tidak penting ini.

Anda tidak boleh menulis semuanya dalam satu artikel, walaupun yang agak besar. Oleh itu, semua yang tidak sesuai dengan artikel seterusnya perlu dibincangkan. Akan ada perihalan penguat bukan penyongsangan, penguat pembezaan dan penguat bekalan tunggal. Penerangan juga akan diberikan litar ringkas untuk menyemak op-amp.