เพาเวอร์แอมป์ วงจรเชิงเส้นที่ใช้ออปแอมป์

ออปแอมป์ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อก สะดวกในการพิจารณาฟังก์ชั่นที่ op-amp ใช้งานกับ OOS ถ้าเราจินตนาการถึง op-amp ในรูปแบบของโมเดลในอุดมคติซึ่ง:

1. ความต้านทานอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินการคืออนันต์ กระแสของอิเล็กโทรดอินพุตเป็นศูนย์ (Rin > ∞, i+ = i- = 0)
2. อิมพีแดนซ์เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานเป็นศูนย์ เช่น ออปแอมป์ที่ด้านอินพุตเป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติ (Rout = 0)
3. อัตราขยายของแรงดันไฟฟ้า (อัตราขยายของแรงดันไฟฟ้าส่วนต่าง) มีค่าอนันต์ และสัญญาณส่วนต่างในโหมดการขยายสัญญาณจะเป็นศูนย์ (อย่าทำให้สาย op-amp สั้นลง)
4. ในโหมดความอิ่มตัว แรงดันเอาต์พุตจะมีขนาดเท่ากับแรงดันไฟฟ้า และสัญญาณจะถูกกำหนดโดยขั้วของแรงดันไฟฟ้าอินพุต โปรดทราบว่าในโหมดความอิ่มตัวของสี สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลไม่สามารถถือว่าเป็นศูนย์ได้เสมอไป
5. สัญญาณโหมดทั่วไปไม่มีผลกับออปแอมป์
6. แรงดันออฟเซ็ตเป็นศูนย์คือศูนย์

ออปแอมป์อินเวอร์เตอร์แอมป์

วงจรของแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านที่ถูกป้อนกลับด้วยแรงดันไฟฟ้าแบบขนานจะแสดงในรูป:

OOS เกิดขึ้นได้จากการเชื่อมต่อเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงเข้ากับอินพุตด้วยตัวต้านทาน R2

ที่อินพุทอินพุทของ op-amp กระแสจะถูกรวมเข้าด้วยกัน เนื่องจากกระแสอินพุตของแอมป์สหกรณ์ i- = 0 ดังนั้น i1 = i2 เนื่องจาก i1 = Uin /R1 และ i2 = -Uout /R2 ดังนั้น กู่ = = -R2/R1. เครื่องหมาย "-" แสดงว่าสัญญาณแรงดันไฟฟ้าขาเข้ากลับด้าน

ในรูปที่ (b) ตัวต้านทาน R3 จะรวมอยู่ในวงจรอินพุตที่ไม่กลับด้านเพื่อลดอิทธิพลของกระแสอินพุต op-amp ความต้านทานถูกกำหนดจากนิพจน์:

ความต้านทานอินพุตของเครื่องขยายเสียง ความถี่ต่ำประมาณเท่ากับ Rin.oc = µ R1

ความต้านทานเอาต์พุต Rout.os = น้อยกว่า Rout ของ op-amp อย่างมาก

แอมพลิฟายเออร์ op-amp แบบไม่แปลงกลับ

วงจรของแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านซึ่งมีการป้อนกลับแรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรมแสดงไว้ในภาพ:

OOS ถูกนำมาใช้โดยใช้ตัวต้านทาน R1, R2

เราได้รับโดยใช้สมมติฐานที่ยอมรับก่อนหน้านี้สำหรับแบบจำลองในอุดมคติ

ความต้านทานอินพุต: Rin.os → ∞

ความต้านทานเอาท์พุต: Rout.os = → 0

ข้อเสียของการขยายคือการมีอยู่ที่อินพุตของสัญญาณโหมดทั่วไปเท่ากับ Uin

ตัวติดตามแรงดันไฟฟ้าบน op-amp

วงจรรีพีทเตอร์ที่ได้รับจากวงจรแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านด้วย R1 → ∞, R2 → 0 แสดงในรูป:

สัมประสิทธิ์ β = 1, Ku.oc = K/1+K หยาบคาย 1 เช่น แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตและเอาต์พุตของ op-amp เท่ากัน: Uin = Uout

ตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ op-amp (ตัวบวกกลับด้าน)

วงจรของแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านพร้อมวงจรอินพุตเพิ่มเติมแสดงในรูป:

เมื่อพิจารณาว่า i+ = i- = 0, ioc = - Uout /Roс = Uin1 /R1 + Uin2 /R2 + ... + Uin /Rn เราได้รับ: Uout = -Roс (Uin1 /R1 + Uin2 /R2 + .. . + ยูอิน / อาร์เอ็น)

ถ้า Roс = R1 = R2 = ... = Rn ดังนั้น Uout = - (Uin1 + Uin2 + ... + Uinn )

ออปแอมป์ทำงานในโหมดเชิงเส้น

เพื่อลดอิทธิพลของกระแสอินพุตของ op-amp ตัวต้านทาน Re (แสดงเป็นเส้นประในรูป) ที่มีความต้านทาน: Re = R1//R2//…//Rn//Roc จะรวมอยู่ใน วงจรอินพุตที่ไม่กลับด้าน

เครื่องขยายเสียงแบบหักล้าง Op-amp

วงจรเครื่องขยายเสียงที่มีอินพุตดิฟเฟอเรนเชียลแสดงในรูป:

แอมพลิฟายเออร์เป็นการผสมผสานระหว่างแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านและไม่กลับด้าน ในกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณา แรงดันไฟขาออกจะถูกกำหนดจากนิพจน์:

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

เมื่อ R1 = R2 = R3 = R4: Uout = Uin2 - Uin1 - เช่น ขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างสัญญาณอินพุต

Op amp บูรณาการแอมพลิฟายเออร์

วงจรรวมซึ่งติดตั้งตัวเก็บประจุในวงจร OOS แสดงในรูป:

ให้มันเสิร์ฟที่ทางเข้า ชีพจรสี่เหลี่ยมอุ้ย. ในช่วง t1...t2 แอมพลิจูด Uin จะเท่ากับ U เนื่องจากกระแสอินพุตของ op-amp เป็นศูนย์ ดังนั้น |iin | = |-ic |, iin = Uin /R1, ic = C dUout /dt.

Uin /R1 = C dUout /dt หรือ

โดยที่ Uout (0) คือแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุต (ตัวเก็บประจุ C) ที่จุดเริ่มต้นของการรวม (ณ เวลา t1)

τ = R1 · C – ค่าคงที่เวลาการรวม เช่น เวลาที่ Uout จะเปลี่ยนตามจำนวน ΔUout = U

ดังนั้น แรงดันขาออกในช่วงเวลา t1...t2 จะแปรผันตาม กฎหมายเชิงเส้นและแสดงถึงอินทิกรัลของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ค่าคงที่เวลาจะต้องเป็นเช่นนั้นจนกระทั่งสิ้นสุดการรวม Uout< Eпит .

เครื่องขยายสัญญาณความแตกต่าง

โดยการสลับ R1 และ C1 ในอินทิกรัล เราจะได้วงจรแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่าง:

โดยการเปรียบเทียบกับแอมพลิฟายเออร์อินทิเกรตเราเขียน:

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

เพราะ |ไอซี | = |-IR2 | จากนั้น Uout = - CR dUin /dt

τ = CR – ค่าคงที่เชิงอนุพันธ์

การใช้ op-amps นั้นยังห่างไกลจากข้อจำกัดของวงจรข้างต้น

ตัวกรองที่ใช้งานอยู่

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อแยกสัญญาณที่มีประโยชน์ออกจากสัญญาณอินพุตจำนวนหนึ่ง ขณะเดียวกันก็ลดทอนสัญญาณรบกวนผ่านการใช้ตัวกรองไปพร้อมๆ กัน

ตัวกรองแบ่งออกเป็นตัวกรองที่ไม่ใช่แบบพาสซีฟซึ่งใช้ตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำและตัวต้านทานและตัวกรองแบบแอกทีฟที่ใช้ทรานซิสเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

ตัวกรองแบบแอคทีฟมักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สารสนเทศ คำว่า "แอคทีฟ" อธิบายได้โดยการใส่ตัวกรอง RLC ไว้ในวงจร องค์ประกอบที่ใช้งานอยู่(จากทรานซิสเตอร์หรือออปแอมป์) เพื่อชดเชยการสูญเสียองค์ประกอบแบบพาสซีฟ

ตัวกรองคืออุปกรณ์ที่ส่งสัญญาณในพาสแบนด์และหน่วงเวลาในช่วงความถี่ที่เหลือ

ขึ้นอยู่กับประเภทของการตอบสนองความถี่ ตัวกรองจะแบ่งออกเป็นตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน (LPF) และตัวกรองความถี่สูงผ่าน (HPF) ตัวกรองแบนด์พาส และตัวกรองรอยบาก

แผนภาพของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่ง่ายที่สุดและการตอบสนองความถี่แสดงในรูป:

ในพาสแบนด์ 0 - fc สัญญาณที่มีประโยชน์จะผ่านฟิลเตอร์โลว์พาสโดยไม่ผิดเพี้ยน

Fс – fз – แถบเปลี่ยนผ่าน
fз - ∞ – แถบหยุด
fс - ความถี่ตัด
fз - ความถี่ล่าช้า

ตัวกรองความถี่สูงผ่านช่วยให้สัญญาณความถี่สูงผ่านและบล็อกสัญญาณความถี่ต่ำผ่านได้

ตัวกรองแบนด์พาสจะส่งสัญญาณจากย่านความถี่หนึ่งซึ่งอยู่ในส่วนด้านในของแกนความถี่

วงจรกรองเรียกว่าสะพานเวียน ที่ความถี่ f0 =

สะพานวีนมีค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน β = 1/3 ด้วย R1 = R2 = R และ C1 = C2 = C

ตัวกรองรอยบากไม่อนุญาตให้สัญญาณภายในย่านความถี่หนึ่งผ่าน และอนุญาตให้สัญญาณที่ความถี่อื่นผ่านได้

วงจรกรองเรียกว่า T-bridge คู่ที่ไม่สมดุล

โดยที่ R1 = R2 = R3 = R, C1 = C2 = C3 = C

ตัวอย่างเช่น ให้พิจารณาตัวกรองความถี่ต่ำผ่านแบบแอคทีฟแบบสองขั้ว (ตามจำนวนตัวเก็บประจุ)

ออปแอมป์ทำงานในโหมดเชิงเส้น เมื่อคำนวณจะมีการระบุ fc อัตราขยายในพาสแบนด์ต้องเป็นไปตามเงื่อนไข: K0 ≤ 3

หากเราใช้ C1 = C2 = C, R1 = R2 = R แล้ว C = 10/fc โดยที่ fc อยู่ในหน่วย Hz, C อยู่ในหน่วย µF

เพื่อรับมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วปัจจัยเกนอยู่ห่างจากพาสแบนด์ วงจรที่คล้ายกันจะเปิดตามลำดับ

ด้วยการสลับตัวต้านทาน R1, R2 และตัวเก็บประจุ C1, C2 เราจะได้ตัวกรองความถี่สูงผ่าน

เครื่องขยายเสียงแบบเลือกสรร

แอมพลิฟายเออร์แบบเลือกสรรช่วยให้คุณสามารถขยายสัญญาณในช่วงความถี่ที่จำกัด โดยเน้นได้ สัญญาณที่เป็นประโยชน์และทำให้ทุกคนอ่อนแอลง ทำได้โดยใช้ตัวกรองพิเศษในวงจร ข้อเสนอแนะเครื่องขยายเสียง วงจรของแอมพลิฟายเออร์แบบเลือกที่มีสะพานรูปตัว T สองตัวในวงจรป้อนกลับเชิงลบแสดงในรูป:

ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านตัวกรอง (เส้นโค้ง 3) ลดลงจาก 0 เป็น 1 การตอบสนองความถี่ของเครื่องขยายเสียงจะแสดงด้วยเส้นโค้ง 1 ที่ความถี่เสมือนเรโซแนนซ์ ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านตัวกรองในวงจรป้อนกลับเชิงลบจะเป็นศูนย์ Uout คือค่าสูงสุด ที่ความถี่ด้านซ้ายและขวาของ f0 ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านตัวกรองมีแนวโน้มที่จะเป็นเอกภาพ และ Uout = Uin ดังนั้น ตัวกรองจะจัดสรรพาสแบนด์ Δf และแอมพลิฟายเออร์จะดำเนินการขยายสัญญาณแบบอะนาล็อก

เครื่องกำเนิดฮาร์มอนิก

ระบบควบคุมใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณ ประเภทต่างๆ- เครื่องกำเนิดการสั่นฮาร์มอนิกเป็นอุปกรณ์ที่สร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับไซน์ซอยด์

แผนภาพบล็อกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวแสดงในรูป:

ไม่มีสัญญาณอินพุต Uout = K · Uos

เพื่อให้การสั่นของไซน์ซอยด์เกิดขึ้น เงื่อนไขการกระตุ้นตัวเองจะต้องเป็นไปตามความถี่เดียวเท่านั้น:
K γ = 1 – ความสมดุลของแอมพลิจูด
φ + ψ = 2πn - ความสมดุลของเฟส
โดยที่ K คืออัตราขยายของเครื่องขยายเสียง
γ - ค่าสัมประสิทธิ์การส่งลิงค์ตอบรับเชิงบวก
φ – การเปลี่ยนเฟสสำหรับเครื่องขยายเสียง
ψ - การเปลี่ยนเฟสสำหรับวงจรป้อนกลับ
n = 0, 1, ...

เครื่องกำเนิดสัญญาณไซน์ซอยด์หลักคือตัวกรอง เช่น สะพานเวียนนา เครื่องกำเนิดที่ใช้ op-amp ที่มีสะพาน Wien แสดงในรูป:

เครื่องกำเนิดจะสร้างสัญญาณไซน์ซอยด์ด้วยความถี่

ที่ความถี่ f0 ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านตัวกรองคือ β = 1/3 แอมพลิฟายเออร์ต้องมีเกน K ≥ 3 ซึ่งกำหนดโดยตัวต้านทาน R1 และ R2 ประเด็นสำคัญคือการรักษาเสถียรภาพของแอมพลิจูด Uout ซึ่งรับประกันโดยตัวต้านทาน R3 และซีเนอร์ไดโอด VD1 และ VD2 ที่ Uout ต่ำ แรงดันไฟฟ้าบน VD1 และ VD2 จะน้อยกว่าแรงดันเสถียรภาพ และ R3 จะไม่ถูกสับเปลี่ยนด้วยซีเนอร์ไดโอด ในกรณีนี้ K > 3 และ Uout จะเพิ่มขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าบนซีเนอร์ไดโอดถึงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าคงที่ ซีเนอร์ไดโอดตัวใดตัวหนึ่งจะเปิดขึ้น และซีเนอร์ไดโอดคู่หนึ่งจะสับเปลี่ยนความต้านทาน R3 อัตราขยายจะเท่ากันและแรงดันไฟฟ้า Uout เริ่มลดลง อัตราขยายอีกครั้งจะมากกว่า 3 และ Uout จะลดลงอีกครั้ง แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม วิธีนี้ซีเนอร์ไดโอดจะป้องกันความอิ่มตัว

เมื่อใช้ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้ขอแนะนำให้เชื่อมต่อโหลดผ่านบัฟเฟอร์คาสเคด

วัสดุในการเตรียมการรับรอง

ฉันเริ่มบทความหลายชุดเกี่ยวกับส่วนประกอบของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แอนะล็อกสมัยใหม่ – แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ มีการให้คำจำกัดความของ op-amp และพารามิเตอร์บางตัว และยังมีการจำแนกประเภทของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการด้วย บทความนี้จะครอบคลุมแนวคิดของแอมพลิฟายเออร์ในอุดมคติ และจะให้วงจรพื้นฐานสำหรับการเชื่อมต่อแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

แอมพลิฟายเออร์ในอุดมคติและคุณสมบัติของมัน

เนื่องจากโลกของเราไม่เหมาะ จึงไม่มีแอมพลิฟายเออร์ในอุดมคติอยู่ อย่างไรก็ตามพารามิเตอร์ของ op-amps สมัยใหม่นั้นค่อนข้างมาก ระดับสูงดังนั้น การวิเคราะห์วงจรด้วยออปแอมป์ในอุดมคติจึงให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกับแอมพลิฟายเออร์จริงมาก

เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของวงจรออปแอมป์ จึงมีการแนะนำสมมติฐานหลายประการที่ลดออปแอมป์จริงให้เป็นแอมพลิฟายเออร์ในอุดมคติ มีเพียงห้าสมมติฐานดังกล่าว:

1. กระแสที่ไหลผ่านอินพุต op-amp จะถือว่าเป็นศูนย์
2. อัตราขยายของ op-amp นั้นถือว่ามีขนาดใหญ่อย่างไม่สิ้นสุดนั่นคือแรงดันเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงสามารถเข้าถึงค่าใดก็ได้ แต่ในความเป็นจริงมันถูกจำกัดโดยแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย
3. ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอินพุตของ op-amp ในอุดมคติคือศูนย์ นั่นคือหากขั้วใดขั้วหนึ่งเชื่อมต่อกับกราวด์ ขั้วที่สองก็มีศักยภาพเท่ากัน นอกจากนี้ยังตามมาด้วยว่าอิมพีแดนซ์อินพุตของแอมพลิฟายเออร์ในอุดมคตินั้นไม่มีที่สิ้นสุด
4. ความต้านทานเอาต์พุตของ op-amp ในอุดมคติคือศูนย์
5. การตอบสนองแอมพลิจูด-ความถี่ของออปแอมป์ในอุดมคติเป็นแบบคงที่ กล่าวคือ อัตราขยายไม่ได้ขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณอินพุต

ความใกล้เคียงกันของพารามิเตอร์ของแอมพลิฟายเออร์สำหรับการปฏิบัติงานจริงกับค่าในอุดมคติจะเป็นตัวกำหนดความแม่นยำที่ op-amp สามารถทำงานได้ รวมถึงค้นหาค่าของแอมพลิฟายเออร์สำหรับการปฏิบัติงานเฉพาะและเลือก op-amp ที่เหมาะสมอย่างรวดเร็วและถูกต้อง

ตามสมมติฐานที่อธิบายไว้ข้างต้น จะสามารถวิเคราะห์และสร้างความสัมพันธ์สำหรับวงจรพื้นฐานของเครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงานได้

วงจรขยายการทำงานขั้นพื้นฐาน

ตามที่ระบุไว้ในบทความก่อนหน้านี้ op-amps ทำงานเฉพาะกับผลป้อนกลับ ซึ่งเป็นประเภทที่กำหนดว่า op-amp ทำงานในโหมดเชิงเส้นหรือในโหมดความอิ่มตัว การตอบรับจากเอาต์พุตของ op-amp ไปยังอินพุตแบบกลับด้านมักจะทำให้ op-amp ทำงานในโหมดเชิงเส้น ในขณะที่การตอบรับจากเอาต์พุตของ op-amp ไปยังอินพุตที่ไม่กลับด้านหรือการดำเนินการแบบลูปเปิดส่งผลให้แอมพลิฟายเออร์อิ่มตัว

แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน

แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านมีลักษณะเฉพาะคือ สัญญาณอินพุตไปที่อินพุตที่ไม่กลับด้านของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน แผนภาพการเชื่อมต่อนี้แสดงไว้ด้านล่าง

อธิบายการทำงานของวงจรนี้ดังนี้ โดยคำนึงถึงลักษณะของออปแอมป์ในอุดมคติ สัญญาณเข้าสู่เครื่องขยายเสียงด้วยอนันต์ ความต้านทานอินพุตและแรงดันไฟฟ้าที่อินพุทที่ไม่กลับด้านจะมีค่าเดียวกันกับที่อินพุทแบบกลับด้าน กระแสไฟฟ้าที่เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานจะสร้างแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทาน R2 เท่ากับแรงดันไฟฟ้าอินพุต

ดังนั้น พารามิเตอร์หลักของโครงร่างนี้จึงอธิบายได้ด้วยความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้

จากนี้เราได้ความสัมพันธ์สำหรับอัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน

ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่าเฉพาะการให้คะแนนของส่วนประกอบแบบพาสซีฟเท่านั้นที่ส่งผลต่อการได้รับ

มันควรจะสังเกต กรณีพิเศษเมื่อตัวต้านทาน R2 มีขนาดใหญ่กว่า R1 (R2 >> R1) มาก อัตราขยายจะมีแนวโน้มที่จะเป็นเอกภาพ ในกรณีนี้ วงจรแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านจะกลายเป็นบัฟเฟอร์แอนะล็อกหรือออปฟอลโลเวอร์ที่มีอัตราขยายเป็นเอกภาพ มีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงมาก และอิมพีแดนซ์เอาต์พุตแทบจะเป็นศูนย์ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงการแยกอินพุตและเอาต์พุตอย่างมีประสิทธิภาพ

เครื่องขยายเสียงแบบอินเวอร์เตอร์

แอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านมีลักษณะเฉพาะคืออินพุตที่ไม่กลับด้านของแอมพลิฟายเออร์สำหรับการปฏิบัติงานนั้นมีการต่อสายดิน (นั่นคือ เชื่อมต่อกับพินแหล่งจ่ายไฟทั่วไป) ในออปแอมป์ที่เหมาะสมที่สุด ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอินพุตของแอมพลิฟายเออร์จะเป็นศูนย์ ดังนั้นวงจรป้อนกลับจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุทอินพุทมีค่าเท่ากับศูนย์ด้วย วงจรแอมพลิฟายเออร์อินเวอร์เตอร์แสดงอยู่ด้านล่าง

อธิบายการทำงานของวงจรได้ดังนี้ กระแสที่ไหลผ่านเทอร์มินัลการกลับหัวในออปแอมป์อุดมคติคือศูนย์ ดังนั้นกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทาน R1 และ R2 จะเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นความสัมพันธ์พื้นฐานจะเป็น:

จากนั้นอัตราขยายของวงจรนี้จะเท่ากับ

เครื่องหมายลบในสูตรนี้บ่งชี้ว่าสัญญาณที่เอาต์พุตของวงจรกลับด้านตามสัญญาณอินพุต

ผู้รวมระบบ

ผู้รวมระบบช่วยให้คุณสามารถใช้วงจรที่การเปลี่ยนแปลงแรงดันเอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับสัญญาณอินพุต วงจรของตัวรวม op-amp ที่ง่ายที่สุดแสดงอยู่ด้านล่าง

ผู้รวมเครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ

วงจรนี้ใช้การดำเนินการรวมผ่านสัญญาณอินพุต ฉันได้ดูแผนการบูรณาการแล้ว สัญญาณต่างๆโดยใช้การบูรณาการ ผู้รวมระบบดำเนินการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันในสัญญาณอินพุต แต่มีข้อดีหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับการรวมลูกโซ่ ประการแรก โซ่ RC และ RL จะลดทอนสัญญาณอินพุตลงอย่างมาก และประการที่สอง โซ่จะมีค่าสูง ความต้านทานขาออก.

ดังนั้นความสัมพันธ์ที่คำนวณได้หลักของตัวรวมระบบจะคล้ายกับการรวมโซ่ RC และ RL และแรงดันเอาต์พุตจะเป็น

ผู้ประกอบระบบพบการใช้งานที่หลากหลายในอุปกรณ์อะนาล็อกจำนวนมาก เช่น ตัวกรองแบบแอคทีฟและระบบควบคุมอัตโนมัติ

ตัวสร้างความแตกต่าง

การกระทำของดิฟเฟอเรนติเอเตอร์นั้นตรงกันข้ามกับของอินทิเกรเตอร์ กล่าวคือ สัญญาณเอาท์พุตจะเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุต แผนภาพสร้างความแตกต่างที่ง่ายที่สุดแสดงอยู่ด้านล่าง

ตัวสร้างความแตกต่างใช้การดำเนินการสร้างความแตกต่างกับสัญญาณอินพุตและคล้ายกับการกระทำของตัวสร้างความแตกต่าง นอกจากนี้ยังมี พารามิเตอร์ที่ดีที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับโซ่ RC และ RL: ในทางปฏิบัติแล้วจะไม่ลดทอนสัญญาณอินพุตและมีความต้านทานเอาต์พุตต่ำกว่ามาก ความสัมพันธ์ในการคำนวณพื้นฐานและการตอบสนองต่อแรงกระตุ้นต่างๆ คล้ายคลึงกับห่วงโซ่การแยกความแตกต่าง

แรงดันไฟขาออกจะเป็น

วงจรขยายการดำเนินงานวงจรหนึ่งที่พบการใช้งานคือตัวแปลงลอการิทึม ใน แผนภาพนี้ใช้คุณสมบัติหรือทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ วงจรของตัวแปลงลอการิทึมที่ง่ายที่สุดแสดงไว้ด้านล่าง

วงจรนี้ใช้เป็นหลักในการอัดสัญญาณเพื่อเพิ่ม ช่วงไดนามิกเช่นเดียวกับการทำหน้าที่ทางคณิตศาสตร์

พิจารณาหลักการทำงานของตัวแปลงลอการิทึม ดังที่ทราบกันดีว่ากระแสที่ไหลผ่านไดโอดนั้นอธิบายได้ด้วยนิพจน์ต่อไปนี้

โดยที่ I O คือกระแสย้อนกลับของไดโอด
e – หมายเลข e ฐาน ลอการิทึมธรรมชาติ, อี µ 2.72,
q – ประจุอิเล็กตรอน
U - แรงดันไดโอด
k – ค่าคงที่ของ Boltzmann
T คืออุณหภูมิเป็นองศาเคลวิน

เมื่อคำนวณ คุณสามารถใช้ I O γ 10-9 A, kT/q = 25 mV ดังนั้นกระแสอินพุตของวงจรนี้จะเท่ากับ

แล้วแรงดันไฟขาออก

ตัวแปลงลอการิทึมที่ง่ายที่สุดไม่ได้ใช้งานจริงเนื่องจากมีข้อเสียร้ายแรงหลายประการ:

1. ความไวสูงต่ออุณหภูมิ
2. ไดโอดไม่ได้ให้ความแม่นยำในการแปลงที่เพียงพอ เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันตกคร่อมกับกระแสไดโอดไม่ใช่ลอการิทึมทั้งหมด

เป็นผลให้มีการใช้แทนไดโอด การเชื่อมต่อไดโอดหรือแบบมีฐานกราวด์

วงจรตัวแปลงเอ็กซ์โพเนนเชียลได้มาจากตัวแปลงลอการิทึมโดยการเปลี่ยนตำแหน่งของไดโอดและตัวต้านทานในวงจร และการทำงานของวงจรดังกล่าวเช่นเดียวกับตัวแปลงลอการิทึมนั้นขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ลอการิทึมระหว่างแรงดันตกคร่อมไดโอดกับกระแสที่ไหลผ่านไดโอด วงจรตัวแปลงเอ็กซ์โพเนนเชียลแสดงอยู่ด้านล่าง

การทำงานของวงจรอธิบายได้ด้วยสำนวนที่รู้จักกันดี

ดังนั้นแรงดันไฟขาออกจะเป็นดังนี้

เช่นเดียวกับตัวแปลงลอการิทึม ตัวแปลงเอ็กซ์โปเนนเชียลที่ง่ายที่สุดที่มีไดโอดที่อินพุตนั้นไม่ค่อยได้ใช้ เนื่องจากเหตุผลที่อธิบายไว้ข้างต้น ดังนั้นแทนที่จะใช้ไดโอดที่อินพุต ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จึงถูกนำมาใช้ในการเชื่อมต่อไดโอดหรือกับฐานร่วม

เครื่องขยายเสียงปฏิบัติการมักใช้ในการแสดง การดำเนินงานต่างๆ: การสรุปสัญญาณ, การสร้างความแตกต่าง, การบูรณาการ, การกลับด้าน ฯลฯ และยังมีการพัฒนาเครื่องขยายสัญญาณการดำเนินงานให้ดีขึ้นอีกด้วย
วงจรขยายเสียงแบบสมดุล

เครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ– สากล องค์ประกอบการทำงานใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรการสร้างและการแปลงสมัยใหม่ สัญญาณข้อมูล เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆทั้งแบบอะนาล็อกและ เทคโนโลยีดิจิทัล- มาดูประเภทของแอมพลิฟายเออร์เพิ่มเติม

เครื่องขยายเสียงแบบอินเวอร์เตอร์

พิจารณาวงจรของแอมพลิฟายเออร์กลับด้านอย่างง่าย:

ก) แรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน R2 เท่ากับ Uout

b) แรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน R1 เท่ากับ Uin

Uout/R2 = -Uin/R1 หรือแรงดันไฟฟ้าเกน = Uout/Uin = R2/R1

เพื่อให้เข้าใจว่าฟีดแบ็กทำงานอย่างไร ลองจินตนาการว่ามีระดับแรงดันไฟฟ้าหนึ่งถูกนำไปใช้กับอินพุต เช่น 1 V หากต้องการให้เจาะจงมากขึ้น สมมติว่าตัวต้านทาน R1 มีความต้านทาน 10 kOhm และตัวต้านทาน R2 มีความต้านทาน 100 kOhm. ทีนี้ลองจินตนาการว่าแรงดันไฟเอาท์พุตตัดสินใจไม่อยู่ในการควบคุมและเท่ากับ 0 V จะเกิดอะไรขึ้น? ตัวต้านทาน R1 และ R2 เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือโดยรักษาศักยภาพของอินพุตกลับด้านไว้ที่ 0.91 V แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานตรวจพบความไม่ตรงกันของอินพุตและแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตเริ่มลดลง การเปลี่ยนแปลงจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งแรงดันเอาต์พุตถึง -10 V ซึ่ง ณ จุดนี้ศักย์ไฟฟ้าของอินพุต op-amp จะเท่ากันและเท่ากับศักย์กราวด์ ในทำนองเดียวกัน หากแรงดันเอาต์พุตเริ่มลดลงอีกและเป็นลบมากกว่า -10 V ดังนั้น ศักย์ไฟฟ้าที่อินพุทกลับด้านจะต่ำกว่าศักย์กราวด์ ส่งผลให้แรงดันไฟขาออกจะเริ่มเพิ่มขึ้น

ข้อเสียของวงจรนี้คือมีอิมพีแดนซ์อินพุตต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแอมพลิฟายเออร์ที่มีเกนแรงดันไฟฟ้าสูง (at วงจรปิด OS) ซึ่งตามกฎแล้วตัวต้านทาน R1 มีขนาดเล็ก ข้อเสียเปรียบนี้ถูกกำจัดโดยแผนภาพที่แสดงด้านล่างในรูป 4.

แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน แอมพลิฟายเออร์ดีซี

ลองดูแผนภาพในรูป 4. การวิเคราะห์นั้นง่ายมาก: UA = Uin แรงดันไฟฟ้า UA ถูกลบออกจากตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า: UA = Uout R1 / (R1 + R2) ถ้า UA = Uin ดังนั้นจะได้ = Uout / Uin = 1 + R2 / R1 นี่คือแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน ในการประมาณเราจะใช้ อิมพีแดนซ์อินพุตของแอมพลิฟายเออร์นี้เป็นอนันต์ (สำหรับออปแอมป์ประเภท 411 จะเป็น 1,012 โอห์มหรือมากกว่า สำหรับออปแอมป์ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์มักจะเกิน 108 โอห์ม) อิมพีแดนซ์เอาต์พุตจะเท่ากับเศษส่วนของโอห์มดังเช่นในกรณีก่อนหน้านี้ เช่นเดียวกับแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้าน หากเราพิจารณาพฤติกรรมของวงจรอย่างใกล้ชิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตเปลี่ยนแปลง เราจะเห็นว่าวงจรทำงานตามที่สัญญาไว้

เครื่องขยายเสียงเอซี

วงจรข้างบนนี้เป็นแอมป์ด้วย ดี.ซี- หากแหล่งสัญญาณและเครื่องขยายเสียงเชื่อมต่อกันผ่านกระแสสลับ จะต้องจัดให้มีการต่อสายดินสำหรับกระแสอินพุต (ขนาดน้อยมาก) ดังแสดงในรูปที่ 1 5. สำหรับค่าส่วนประกอบที่แสดงในแผนภาพ แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับคือ 10 และจุด -3 dB สอดคล้องกับความถี่ 16 Hz

เครื่องขยายเสียง เครื่องปรับอากาศ- หากมีการขยายเฉพาะสัญญาณ AC คุณสามารถลดเกนของสัญญาณ DC ให้เป็นเอกภาพได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเครื่องขยายเสียงมีเกนแรงดันไฟฟ้าสูง ทำให้สามารถลดอิทธิพลของ "ความเค้นเฉือนที่อ้างอิงถึงอินพุต" ที่มีจำกัดอยู่เสมอได้

สำหรับวงจรดังรูป 6 จุด -3 dB สอดคล้องกับความถี่ 17 Hz; ที่ความถี่นี้ ความต้านทานของตัวเก็บประจุคือ 2.0 kOhm โปรดทราบว่าตัวเก็บประจุต้องมีขนาดใหญ่ หากใช้แอมพลิฟายเออร์แบบไม่แปลงกลับกำลังสูงเพื่อสร้างแอมพลิฟายเออร์ AC ตัวเก็บประจุอาจมีขนาดใหญ่เกินไป ในกรณีนี้จะดีกว่าถ้าไม่มีตัวเก็บประจุและปรับแรงดันออฟเซ็ตเพื่อให้มีค่าเท่ากับศูนย์ คุณสามารถใช้วิธีอื่น - เพิ่มความต้านทานของตัวต้านทาน R1 และ R2 และใช้วงจรตัวแบ่งรูปตัว T

แม้จะมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงที่นักออกแบบพยายามหามาโดยตลอด แต่วงจรแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านก็ไม่ได้นิยมใช้มากกว่าวงจรแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้าน ดังที่เราจะเห็นในภายหลัง แอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านไม่มีอยู่ ความต้องการสูงไปยัง op-amp ดังนั้นจึงมีหลายอย่าง ลักษณะที่ดีที่สุด- นอกจากนี้ ด้วยการต่อสายดินจินตนาการ จึงสะดวกในการรวมสัญญาณโดยไม่ส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน และในที่สุดหากวงจรที่เป็นปัญหาเชื่อมต่อกับเอาต์พุต (เสถียร) ของ op-amp อื่นค่าของอิมพีแดนซ์อินพุตจะไม่แยแสกับคุณ - อาจเป็น 10 kOhm หรืออนันต์เนื่องจากไม่ว่าในกรณีใดสเตจก่อนหน้าจะ ปฏิบัติหน้าที่ที่เกี่ยวข้องกับหน้าที่ต่อไป

รีพีทเตอร์

ในรูป เลข 7 แสดงผู้ติดตามที่มีลักษณะคล้ายตัวปล่อยโดยอิงจากเครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงาน

มันไม่มีอะไรมากไปกว่าแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านซึ่งความต้านทานของตัวต้านทาน R1 เท่ากับค่าอนันต์ และความต้านทานของตัวต้านทาน R2 นั้นเป็นศูนย์ (เกน = 1) มีแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อใช้เป็นรีพีทเตอร์เท่านั้น โดยมีคุณสมบัติที่ได้รับการปรับปรุง (ความเร็วที่สูงขึ้นเป็นหลัก) ตัวอย่างของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานดังกล่าวคือวงจร LM310 หรือ OPA633 เช่นเดียวกับวงจรแบบง่ายเช่นวงจร TL068 (มีในทรานซิสเตอร์ แพ็คเกจที่มีสามขั้ว)

แอมพลิฟายเออร์ที่มีอัตราขยายแบบเอกภาพบางครั้งเรียกว่าบัฟเฟอร์ เนื่องจากมีคุณสมบัติการแยก (อิมพีแดนซ์อินพุตสูงและเอาต์พุตต่ำ)

ข้อควรระวังพื้นฐานเมื่อทำงานกับ op-amps

1. กฎนี้ใช้ได้กับเครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงานใด ๆ โดยมีเงื่อนไขว่าจะต้องอยู่ โหมดแอคทีฟ, เช่น. อินพุตและเอาต์พุตไม่โอเวอร์โหลด

ตัวอย่างเช่น หากคุณจ่ายไฟให้กับอินพุตเครื่องขยายเสียงมากเกินไป สัญญาณใหญ่จากนั้นจะส่งผลให้สัญญาณเอาท์พุตถูกตัดออกใกล้กับระดับ UКК หรือ UЭЭ ในขณะที่แรงดันไฟเอาท์พุตได้รับการแก้ไขที่ระดับแรงดันคัตออฟ แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ การแกว่งของแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตของออปแอมป์ต้องไม่มากกว่าช่วงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ (โดยทั่วไปจะน้อยกว่าช่วงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ 2 V แม้ว่าออปแอมป์บางรุ่นจะมีการแกว่งของแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตที่จำกัดอยู่ที่แรงดันไฟจ่ายหนึ่งหรือแรงดันไฟฟ้าอื่นๆ ก็ตาม) ข้อจำกัดที่คล้ายกันนี้กำหนดไว้กับช่วงเสถียรภาพเอาต์พุตของแหล่งกำเนิดกระแสที่ใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน ตัวอย่างเช่นในแหล่งกำเนิดกระแสที่มีโหลดลอยตัวแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ตกคร่อมโหลดในทิศทาง "ปกติ" ของกระแส (ทิศทางของกระแสตรงกับทิศทางของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้) คือ UКК - Uin และเมื่อใด ทิศทางย้อนกลับกระแสไฟฟ้า (โหลดในกรณีนี้อาจค่อนข้างแปลก เช่น อาจมีแบตเตอรี่กลับด้านเพื่อรับกระแสไฟชาร์จโดยตรง หรืออาจเป็นอุปนัยและทำงานกับกระแสที่เปลี่ยนทิศทาง) -Uin - UEE

2. ข้อเสนอแนะควรเป็นเชิงลบ ซึ่งหมายความว่า (เหนือสิ่งอื่นใด) ไม่ควรสับสนอินพุตที่กลับด้านและไม่กลับด้าน

3. วงจร op-amp ต้องมีวงจรป้อนกลับ DC มิฉะนั้น op-amp จะเข้าสู่ความอิ่มตัวอย่างแน่นอน

4. ออปแอมป์หลายตัวมีแรงดันไฟฟ้าอินพุตส่วนต่างสูงสุดที่ค่อนข้างต่ำ ความต่างแรงดันไฟฟ้าสูงสุดระหว่างอินพุตแบบกลับด้านและไม่กลับด้านสามารถจำกัดไว้ที่ 5 V สำหรับขั้วแรงดันไฟฟ้าขั้วใดขั้วหนึ่ง หากละเลยเงื่อนไขนี้ กระแสอินพุตขนาดใหญ่จะเกิดขึ้น ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพลดลงหรือแม้กระทั่งการทำลายแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

แนวคิดเรื่อง "feedback" (FE) ถือเป็นแนวคิดที่แพร่หลายที่สุดแนวคิดหนึ่ง ซึ่งอยู่นอกเหนือขอบเขตเทคโนโลยีแคบๆ มานานแล้ว และปัจจุบันได้ถูกนำมาใช้แล้ว ในความหมายกว้างๆ- ในระบบควบคุม จะมีการป้อนกลับเพื่อเปรียบเทียบสัญญาณเอาท์พุตด้วย มูลค่าที่กำหนดและทำการปรับเปลี่ยนให้เหมาะสม ทุกสิ่งสามารถทำหน้าที่เป็น "ระบบ" ได้ เช่น กระบวนการขับรถที่เคลื่อนที่ไปตามถนน - ข้อมูลเอาต์พุต (ตำแหน่งของรถและความเร็ว) จะถูกตรวจสอบโดยคนขับ ซึ่งจะเปรียบเทียบกับค่าที่คาดหวัง ​​และปรับข้อมูลอินพุตให้เหมาะสม (โดยใช้พวงมาลัย สวิตช์ความเร็ว เบรก) ในวงจรขยายสัญญาณ สัญญาณเอาท์พุตจะต้องเป็นสัญญาณทวีคูณของสัญญาณอินพุต ดังนั้นในวงจรขยายสัญญาณย้อนกลับ สัญญาณอินพุตจะถูกเปรียบเทียบกับบางส่วนของสัญญาณเอาท์พุต

ทั้งหมดเกี่ยวกับข้อเสนอแนะ

ข้อเสนอแนะเชิงลบเป็นกระบวนการส่งสัญญาณเอาท์พุตกลับไปยังอินพุท โดยสัญญาณอินพุทบางส่วนจะดับลง นี่อาจดูเหมือนเป็นความคิดที่โง่เขลาที่จะนำไปสู่การลดลงเท่านั้น นี่เป็นผลตอบรับที่ได้รับจาก Harold S. Black ซึ่งพยายามจดสิทธิบัตรผลตอบรับเชิงลบในปี 1928 “ความโดดเดี่ยวของเราได้รับการปฏิบัติเช่นเดียวกับ เครื่องเคลื่อนไหวตลอด"(นิตยสาร IEEE Spectrum ธันวาคม 2520) อันที่จริงข้อเสนอแนะเชิงลบจะช่วยลดอัตราขยาย แต่ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงพารามิเตอร์อื่น ๆ ของวงจรเช่นกำจัดการบิดเบือนและความไม่เป็นเชิงเส้นทำให้ราบรื่น การตอบสนองความถี่(นำมาให้ตรงตามลักษณะที่ต้องการ) ทำให้พฤติกรรมของวงจรสามารถคาดเดาได้ ยิ่งความคิดเห็นเชิงลบยิ่งลึกก็ยิ่งน้อยลง ลักษณะภายนอกแอมพลิฟายเออร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแอมพลิฟายเออร์ open-loop (ไม่มีฟีดแบ็ค) และท้ายที่สุดปรากฎว่าพวกมันขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวงจรป้อนกลับเท่านั้น โดยทั่วไปออปแอมป์จะใช้ในโหมดป้อนกลับเชิงลึก และแรงดันไฟฟ้าแบบลูปเปิด (ไม่มีสัญญาณป้อนกลับ) จะสูงถึงหลายล้านในวงจรเหล่านี้

วงจรป้อนกลับสามารถขึ้นอยู่กับความถี่ จากนั้นเกนจะขึ้นอยู่กับความถี่ในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง (ตัวอย่างจะเป็นปรีแอมพลิฟายเออร์ ความถี่เสียงในผู้เล่นที่มีมาตรฐาน RIAA); ถ้าวงจรป้อนกลับขึ้นอยู่กับแอมพลิจูด แสดงว่าแอมพลิฟายเออร์มี ลักษณะไม่เชิงเส้น(ตัวอย่างทั่วไปของโครงการดังกล่าวคือ เครื่องขยายเสียงลอการิทึมซึ่งการพึ่งพาลอการิทึมของแรงดันไฟฟ้า UBE บน IK ปัจจุบันในไดโอดหรือทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในวงจร OS) ฟีดแบ็กสามารถใช้เพื่อสร้างแหล่งกำเนิดกระแส (อิมพีแดนซ์เอาต์พุตใกล้กับค่าอนันต์) หรือแหล่งกำเนิดแรงดัน (อิมพีแดนซ์เอาต์พุตใกล้กับศูนย์) และสามารถสร้างอิมพีแดนซ์อินพุตสูงมากหรือต่ำมากได้ โดยทั่วไปแล้ว พารามิเตอร์ที่ใช้ป้อนกลับจะได้รับการปรับปรุงด้วยความช่วยเหลือ ตัวอย่างเช่น หากเราใช้สัญญาณตามสัดส่วนกับกระแสเอาต์พุตสำหรับป้อนกลับ เราก็จะได้ แหล่งที่มาที่ดีปัจจุบัน

ข้อเสนอแนะอาจเป็นไปในเชิงบวก ตัวอย่างเช่นใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า น่าแปลกที่มันไม่มีประโยชน์เท่ากับระบบปฏิบัติการเชิงลบ แต่มันเกี่ยวข้องกับปัญหาเนื่องจากอยู่ในวงจรที่เปิดระบบปฏิบัติการเชิงลบ ความถี่สูงการเปลี่ยนเฟสค่อนข้างมากอาจเกิดขึ้น ซึ่งนำไปสู่การตอบรับเชิงบวกและการผันผวนในตัวเองที่ไม่ต้องการ การที่ปรากฏการณ์เหล่านี้จะเกิดขึ้นก็ไม่จำเป็นที่จะต้องทำ ความพยายามที่ดีแต่เพื่อป้องกันการสั่นไหวในตัวเองโดยไม่พึงประสงค์ พวกเขาจึงหันไปใช้วิธีแก้ไข

เครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ

ในกรณีส่วนใหญ่ เมื่อพิจารณาวงจรป้อนกลับ เราจะจัดการกับเครื่องขยายสัญญาณในการปฏิบัติงาน แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงาน (op-amp) คือแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล DC ที่มีอัตราขยายสูงมากและอินพุตปลายเดียว ต้นแบบของ op-amp อาจเป็นแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลแบบคลาสสิกที่มีสองอินพุตและเอาต์พุตที่ไม่สมดุล อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าแอมพลิฟายเออร์ในการปฏิบัติงานจริงมีมากกว่านั้นอย่างมาก อัตราต่อรองสูงเพิ่มขึ้น (โดยปกติจะอยู่ที่ 105 - 106) และอิมพีแดนซ์เอาต์พุตที่ต่ำกว่า และยังอนุญาตให้สัญญาณเอาท์พุตเปลี่ยนแปลงได้เกือบเต็มช่วงของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย (โดยปกติจะใช้แหล่งจ่ายไฟแบบแยก ±15 V)

สัญลักษณ์ "+" และ "-" ไม่ได้หมายความว่าอินพุตหนึ่งจะต้องเป็นบวกมากกว่าอีกอินพุตเสมอ สัญลักษณ์เหล่านี้เพียงระบุเฟสสัมพัทธ์ของสัญญาณเอาท์พุต (นี่เป็นสิ่งสำคัญหากวงจรใช้การตอบรับเชิงลบ) เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน ควรเรียกอินพุตว่า "inverting" และ "non-inverting" แทนที่จะเรียกอินพุต "บวก" และ "ลบ" ไดอะแกรมมักไม่แสดงการเชื่อมต่อของแหล่งจ่ายไฟกับออปแอมป์และพินสำหรับต่อสายดิน แอมพลิฟายเออร์เชิงปฏิบัติการได้รับแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก และไม่เคยใช้ (โดยมีข้อยกเว้นที่หายาก) โดยไม่มีการตอบสนอง เราสามารถพูดได้ว่าแอมพลิฟายเออร์ในการปฏิบัติงานได้รับการออกแบบให้ทำงานกับฟีดแบ็ก อัตราขยายของวงจรที่ไม่มีการป้อนกลับนั้นสูงมากจนเมื่อมีลูปป้อนกลับแบบปิด ลักษณะของแอมพลิฟายเออร์จะขึ้นอยู่กับวงจรป้อนกลับเท่านั้น แน่นอนว่า จากการศึกษาอย่างละเอียดมากขึ้น ปรากฎว่าข้อสรุปทั่วไปดังกล่าวไม่เป็นความจริงเสมอไป เราจะเริ่มต้นด้วยการดูว่าออปแอมป์ทำงานอย่างไร จากนั้นจึงศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมตามความจำเป็น

อุตสาหกรรมนี้ผลิตแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานหลายร้อยประเภทอย่างแท้จริง ข้อดีต่างๆต่อหน้ากัน มันแพร่หลายมาก โครงการที่ดีประเภท LF411 (หรือเรียกง่ายๆ ว่า "411") เปิดตัวสู่ตลาดโดย National Semiconductor เช่นเดียวกับแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานอื่นๆ มันเป็นองค์ประกอบเล็กๆ ที่บรรจุอยู่ภายใน ร่างกายขนาดเล็กพร้อม pinout mini-DIP สองแถว รูปแบบนี้มีราคาไม่แพงและใช้งานง่าย อุตสาหกรรมผลิตวงจรนี้ในเวอร์ชันที่ได้รับการปรับปรุง (LF411A) เช่นเดียวกับองค์ประกอบที่อยู่ในแพ็คเกจขนาดเล็กและประกอบด้วยเครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงานอิสระสองตัว (วงจรเช่น LF412 ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงาน "คู่") เราขอแนะนำวงจร LF411 เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีในการพัฒนา วงจรอิเล็กทรอนิกส์.

วงจรชนิด 411 เป็นแม่พิมพ์ซิลิกอนที่มีทรานซิสเตอร์ 24 ตัว (21 ทรานซิสเตอร์สองขั้ว, ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม 3 ตัว, ตัวต้านทาน 11 ตัว และตัวเก็บประจุ 1 ตัว) ในรูป รูปที่ 2 แสดงการเชื่อมต่อกับขั้วต่อตัวเรือน

จุดบนฝาครอบตัวเรือนและรอยบากที่ส่วนปลายทำหน้าที่ระบุจุดอ้างอิงเมื่อกำหนดหมายเลขพิน ในกรณีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ การกำหนดหมายเลขพินจะทำในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาจากด้านฝาครอบตัวเรือน พิน "การตั้งค่าเป็นศูนย์" (หรือ "สมดุล", "การปรับ") ใช้เพื่อขจัดความไม่สมมาตรเล็กๆ น้อยๆ ที่อาจเกิดขึ้นในแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

กฎเกณฑ์ที่สำคัญ

ตอนนี้เราจะมาทำความรู้จักกับ กฎที่สำคัญที่สุดซึ่งกำหนดพฤติกรรมของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานในลูปป้อนกลับ เป็นเรื่องจริงเกือบทุกกรณีของชีวิต

ประการแรก ออปแอมป์มีแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างมากจนการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าระหว่างอินพุตเพียงไม่กี่เศษส่วนของมิลลิโวลต์ ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตเปลี่ยนแปลงตลอดช่วงเต็ม ดังนั้นเราอย่าพิจารณาแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยนี้ แต่ให้กำหนดกฎ I : :

I. เอาท์พุตของแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานมีแนวโน้มที่จะให้แน่ใจว่าความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างอินพุตนั้นเป็นศูนย์

ประการที่สอง ออปแอมป์ใช้กระแสอินพุตน้อยมาก (ออปแอมป์ประเภท LF411 กิน 0.2 nA; ออปแอมป์พร้อมอินพุต ทรานซิสเตอร์สนามผล- ลำดับพิโคแอมป์) ให้เราสร้างกฎข้อที่ 2 ขึ้นมาโดยไม่ต้องลงรายละเอียดลึกลงไปกว่านี้:

ครั้งที่สอง อินพุตเครื่องขยายเสียงในการดำเนินงานไม่กินกระแสใดๆ

จำเป็นต้องมีการชี้แจงที่นี่: กฎที่ 1 ไม่ได้หมายความว่าออปแอมป์เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตจริงๆ นี่เป็นไปไม่ได้ (ซึ่งจะไม่สอดคล้องกับกฎข้อที่ 2) ออปแอมป์ "ประมาณ" สถานะของอินพุตและ วงจรภายนอกระบบปฏิบัติการจะถ่ายโอนแรงดันไฟฟ้าจากเอาต์พุตไปยังอินพุต เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอินพุตกลายเป็น เท่ากับศูนย์(ถ้าเป็นไปได้)

กฎเหล่านี้เป็นพื้นฐานที่เพียงพอในการพิจารณาวงจรออปแอมป์

วิชาอิเล็กทรอนิกส์มีเยอะมาก หัวข้อสำคัญ- วันนี้เราจะพยายามทำความเข้าใจกับแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน
เริ่มจากจุดเริ่มต้นกันก่อน แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานเป็น "สิ่ง" ที่ช่วยให้คุณใช้งานสัญญาณอะนาล็อกในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ วิธีที่ง่ายที่สุดและพื้นฐานที่สุดคือการขยาย การลดทอน การบวก การลบ และอื่นๆ อีกมากมาย (เช่น การหาอนุพันธ์หรือลอการิทึม) การดำเนินการส่วนใหญ่บนแอมพลิฟายเออร์สำหรับปฏิบัติการ (ต่อไปนี้จะเรียกว่าออปแอมป์) ดำเนินการโดยใช้การป้อนกลับเชิงบวกและเชิงลบ
ในบทความนี้เราจะพิจารณา op-amp ที่ "ในอุดมคติ" เนื่องจาก ไปที่ รุ่นเฉพาะไม่สมเหตุสมผล ตามอุดมคติแล้ว หมายความว่าความต้านทานอินพุตจะมีแนวโน้มเป็นอนันต์ (ดังนั้น กระแสอินพุตจะมีแนวโน้มเป็นศูนย์) และในทางกลับกัน ความต้านทานเอาต์พุตจะมีแนวโน้มเป็นศูนย์ (ซึ่งหมายความว่าโหลดไม่ควรส่งผลกระทบต่อแรงดันเอาต์พุต ). นอกจากนี้ ออปแอมป์ในอุดมคติควรขยายสัญญาณทุกความถี่ และที่สำคัญที่สุด การได้รับในกรณีที่ไม่มีผลตอบรับก็ควรมีแนวโน้มที่จะไม่มีที่สิ้นสุดเช่นกัน

ไปถึงจุด

แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานมักมีสัญลักษณ์ในแผนภาพวงจรด้วยรูปสามเหลี่ยมด้านเท่า ทางด้านซ้ายคืออินพุตซึ่งมีเครื่องหมาย "-" และ "+" ทางด้านขวาคือเอาต์พุต แรงดันไฟฟ้าสามารถนำไปใช้กับอินพุตใดก็ได้ โดยหนึ่งในนั้นจะเปลี่ยนขั้วของแรงดันไฟฟ้า (นั่นคือสาเหตุที่เรียกว่าการกลับด้าน) ส่วนอีกช่องหนึ่งไม่เปลี่ยน (มีเหตุผลที่จะถือว่าเรียกว่าไม่กลับด้าน) แหล่งจ่ายไฟ op-amp มักเป็นแบบไบโพลาร์ โดยทั่วไปแล้วแรงดันไฟฟ้าบวกและลบจะมี ค่าเดียวกัน(แต่สัญลักษณ์ต่างกัน!)
ในกรณีที่ง่ายที่สุด คุณสามารถเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเข้ากับอินพุต op-amp ได้โดยตรง จากนั้นแรงดันไฟขาออกจะถูกคำนวณตามสูตร:
โดยที่คือแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตที่ไม่กลับด้าน คือแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตแบบกลับด้าน คือแรงดันเอาต์พุต และคืออัตราขยายแบบลูปเปิด
มาดู op-amp ในอุดมคติจากมุมมองของ Proteus กัน


ฉันขอแนะนำให้คุณ "เล่น" กับเขา ใช้แรงดันไฟฟ้า 1V กับอินพุตที่ไม่กลับด้าน เพื่อแปลงไฟ 3V เราใช้ออปแอมป์ "ในอุดมคติ" ดังนั้นเราจึงได้: . แต่ที่นี่เรามีขีดจำกัด เพราะว่า เราจะไม่สามารถขยายสัญญาณที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่เราจ่ายได้ ดังนั้นเราจะยังคงได้รับ -15V ที่เอาต์พุต ผลลัพธ์:


มาเปลี่ยนกำไรกันเถอะ (เพื่อให้คุณเชื่อฉัน) ปล่อยให้พารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้าเกนมีค่าเท่ากับสอง ปัญหาเดียวกันนี้ได้รับการแก้ไขอย่างชัดเจน

การประยุกต์ใช้ออปแอมป์ในชีวิตจริงโดยใช้ตัวอย่างของแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านและไม่กลับด้าน

มีสองสิ่งนี้ หลักกฎ:
ฉัน. เอาต์พุตของออปแอมป์มีแนวโน้มที่จะทำให้แรงดันดิฟเฟอเรนเชียล (ความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตแบบกลับด้านและไม่กลับด้าน) ให้เป็นศูนย์
ครั้งที่สอง อินพุตออปแอมป์ไม่กินกระแสใดๆ
กฎข้อแรกถูกนำมาใช้ผ่านการตอบรับ เหล่านั้น. แรงดันไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนจากเอาต์พุตไปยังอินพุตในลักษณะที่ทำให้ความต่างศักย์กลายเป็นศูนย์
พูดง่ายๆ ก็คือ "ศีลศักดิ์สิทธิ์" ในหัวข้อ OU
และตอนนี้โดยเฉพาะเจาะจงมากขึ้น เครื่องขยายเสียงแบบอินเวอร์เตอร์มีลักษณะเช่นนี้ทุกประการ (โปรดทราบว่าอินพุตอยู่อย่างไร):


จาก "หลักการ" แรกเราได้รับสัดส่วน:
และหลังจาก "ทำเวทมนตร์เล็กๆ น้อยๆ" ด้วยสูตร เราก็ได้ค่าที่ได้รับจาก op-amp แบบกลับด้าน:

ภาพหน้าจอด้านบนไม่ต้องการความคิดเห็นใดๆ เพียงเสียบปลั๊กทุกอย่างแล้วตรวจสอบด้วยตัวเอง

ขั้นต่อไปคือ ไม่กลับด้านเครื่องขยายเสียง
ทุกอย่างก็เรียบง่ายที่นี่ แรงดันไฟฟ้าจะจ่ายโดยตรงกับอินพุตที่ไม่กลับด้าน ข้อมูลป้อนกลับจะถูกส่งไปยังอินพุตแบบกลับด้าน แรงดันไฟฟ้าที่อินพุทอินเวอร์เตอร์จะเป็น:
แต่การใช้กฎข้อแรกเราก็บอกได้

และอีกครั้งที่ความรู้ "ยิ่งใหญ่" ในสาขาคณิตศาสตร์ชั้นสูงช่วยให้เราไปยังสูตรได้:
ฉันจะให้ภาพหน้าจอที่ครอบคลุมแก่คุณซึ่งคุณสามารถตรวจสอบอีกครั้งได้ว่าคุณต้องการ:

ในที่สุดฉันจะให้คุณสองสาม แผนการที่น่าสนใจเพื่อไม่ให้คุณรู้สึกว่า op-amps สามารถขยายแรงดันไฟฟ้าได้เท่านั้น

ตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า (ตัวขยายบัฟเฟอร์)หลักการทำงานเหมือนกับของทวนสัญญาณทรานซิสเตอร์ ใช้ในวงจรด้วย ภาระหนัก- นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อแก้ปัญหาการจับคู่อิมพีแดนซ์ได้หากวงจรมีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ต้องการ โครงการนี้เรียบง่ายจนถึงขั้นอัจฉริยะ:

เครื่องขยายเสียงสรุปสามารถใช้ได้หากคุณต้องการเพิ่ม (ลบ) สัญญาณหลายรายการ เพื่อความชัดเจน นี่คือแผนภาพ (โปรดคำนึงถึงตำแหน่งของอินพุตอีกครั้ง):


นอกจากนี้ ให้ใส่ใจกับข้อเท็จจริงที่ว่า R1 = R2 = R3 = R4 และ R5 = R6 สูตรคำนวณใน ในกรณีนี้จะเป็น: (คุ้นเคยไม่ใช่เหรอ?)
ดังนั้นเราจึงเห็นว่าค่าแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอินพุตที่ไม่กลับด้าน "ได้รับ" เครื่องหมายบวก ในการกลับหัว - ลบ

บทสรุป

วงจรขยายการดำเนินงานมีความหลากหลายอย่างมาก ในกรณีที่ซับซ้อนมากขึ้น คุณอาจพบวงจรตัวกรองแบบแอคทีฟ, ADC และอุปกรณ์เก็บตัวอย่าง, เครื่องขยายกำลัง, ตัวแปลงกระแสเป็นแรงดันไฟฟ้า และวงจรอื่นๆ อีกมากมาย

รายชื่อแหล่งที่มา

รายการแหล่งข้อมูลสั้นๆ ที่จะช่วยให้คุณคุ้นเคยกับทั้ง op-amps และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปอย่างรวดเร็ว:
วิกิพีเดีย
พี. โฮโรวิทซ์, ดับเบิลยู. ฮิลล์. “ศิลปะการออกแบบวงจร”
บี. เบเกอร์. “สิ่งที่นักพัฒนาดิจิทัลจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อก”
บันทึกการบรรยายเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์ (โดยเฉพาะของคุณเอง)
อัปเดต:ขอบคุณ ยูเอฟโอสำหรับการเชิญ

ปรากฏว่าเมื่อใช้เครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงาน แผนงานต่างๆเมื่อเปิดเครื่อง อัตราขยายของคาสเคดบนแอมพลิฟายเออร์สำหรับปฏิบัติการตัวเดียว (op-amp) ขึ้นอยู่กับความลึกของฟีดแบ็กเท่านั้น ดังนั้นในสูตรในการพิจารณาอัตราขยายของวงจรใดวงจรหนึ่ง อัตราขยายของ op-amp แบบ "เปล่า" เองจึงไม่ได้ใช้ นั่นคือค่าสัมประสิทธิ์มหาศาลที่ระบุไว้ในหนังสืออ้างอิง

ดังนั้นจึงค่อนข้างเหมาะสมที่จะถามคำถาม:“ หากผลลัพธ์สุดท้าย (กำไร) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์ "อ้างอิง" ขนาดใหญ่นี้ แล้วอะไรคือความแตกต่างระหว่าง op-amp ที่มีกำไรหลายพันครั้งและด้วย op-amp ตัวเดียวกันแต่กำไรหลายแสนถึงล้านด้วยซ้ำ?

คำตอบนั้นค่อนข้างง่าย ในทั้งสองกรณี ผลลัพธ์จะเหมือนกัน อัตราขยายของคาสเคดจะถูกกำหนดโดยองค์ประกอบ OOS แต่ในกรณีที่สอง (ออปแอมป์ที่มีอัตราขยายสูง) วงจรจะทำงานได้อย่างเสถียรและแม่นยำยิ่งขึ้น ประสิทธิภาพดังกล่าว วงจรจะสูงกว่ามาก ไม่ใช่เพื่ออะไรที่ op-amps ถูกแบ่งออกเป็น op-amps การใช้งานทั่วไปและมีความแม่นยำสูง

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว แอมพลิฟายเออร์ที่เป็นปัญหาได้รับชื่อว่า "ใช้งานได้" ในช่วงเวลาห่างไกลนั้นเมื่อส่วนใหญ่ใช้เพื่อดำเนินการ การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ในแบบอะนาล็อก คอมพิวเตอร์(เอวีเอ็ม). สิ่งเหล่านี้คือการดำเนินการบวก ลบ คูณ หาร ยกกำลังสอง และฟังก์ชันอื่นๆ อีกมากมาย

ออปแอมป์แบบแอนตี้ลูเวียเหล่านี้ถูกดำเนินการต่อไป หลอดสุญญากาศต่อมาเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์แบบแยกและส่วนประกอบวิทยุอื่นๆ โดยธรรมชาติแล้วขนาดของออปแอมป์ของทรานซิสเตอร์ก็ใหญ่พอที่จะใช้ในการออกแบบมือสมัครเล่นได้

และหลังจากนั้นด้วยความสำเร็จของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบรวม op-amps จึงกลายเป็นขนาดของทรานซิสเตอร์พลังงานต่ำธรรมดาจากนั้นจึงใช้ชิ้นส่วนเหล่านี้ใน อุปกรณ์ในครัวเรือนและ แผนการสมัครเล่นกลายเป็นเรื่องชอบธรรม

อย่างไรก็ตาม op-amps สมัยใหม่ยังค่อนข้างดีอีกด้วย คุณภาพสูงในราคาไม่สูงกว่าทรานซิสเตอร์สองหรือสามตัวมากนัก ข้อความนี้ใช้กับออปแอมป์วัตถุประสงค์ทั่วไป แอมพลิฟายเออร์ที่มีความแม่นยำอาจมีราคาสูงกว่าเล็กน้อย

ในส่วนของวงจรออปแอมป์ ควรสังเกตทันทีว่าวงจรทั้งหมดได้รับการออกแบบมาให้ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟแบบไบโพลาร์ โหมดนี้เป็นโหมดที่ "คุ้นเคย" ที่สุดสำหรับออปแอมป์ ซึ่งช่วยให้คุณไม่เพียงแต่ขยายสัญญาณเท่านั้น แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเช่น คลื่นไซน์ รวมถึงสัญญาณ DC หรือแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวด้วย

และบ่อยครั้งที่วงจรออปแอมป์ใช้พลังงานจากแหล่งที่มีขั้วเดียว จริงอยู่ที่ในกรณีนี้ไม่สามารถเสริมกำลังได้ แรงดันไฟฟ้าคงที่- แต่บ่อยครั้งที่สิ่งนี้ไม่จำเป็น วงจรที่มีแหล่งจ่ายไฟแบบขั้วเดียวจะมีการพูดคุยกันในภายหลัง แต่สำหรับตอนนี้ เรามาพูดถึงวงจรสำหรับการเปิด op-amps ด้วยแหล่งจ่ายไฟแบบไบโพลาร์กันต่อ

แรงดันไฟฟ้าของออปแอมป์ส่วนใหญ่มักจะอยู่ภายใน ±15V แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าแรงดันไฟฟ้านี้ไม่สามารถลดลงได้เล็กน้อย (ไม่แนะนำให้สูงกว่า) ออปแอมป์หลายตัวทำงานได้อย่างเสถียรมากโดยเริ่มจาก ±3V และบางรุ่นถึง ±1.5V ความเป็นไปได้นี้ระบุไว้ใน เอกสารทางเทคนิค(แผ่นข้อมูล)

ทวนแรงดันไฟฟ้า

เป็นอุปกรณ์ op-amp ที่ง่ายที่สุดในแง่ของการออกแบบวงจร ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 วงจรติดตามแรงดันไฟฟ้าของเครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน

เห็นได้ง่ายว่าในการสร้างวงจรดังกล่าว ไม่จำเป็นต้องใช้ชิ้นส่วนใดๆ เลย ยกเว้นออปแอมป์เอง จริงอยู่รูปไม่ได้แสดงการเชื่อมต่อสายไฟ แต่พบไดอะแกรมดังกล่าวตลอดเวลา สิ่งเดียวที่ฉันอยากทราบคือระหว่างพินพาวเวอร์ op-amp (ตัวอย่างเช่น สำหรับ op-amp KR140UD708 เหล่านี้คือพิน 7 และ 4) และสายทั่วไปควรเชื่อมต่อด้วยความจุ 0.01...0.5 ไมโครเอฟ

จุดประสงค์ของพวกเขาคือทำให้การทำงานของ op-amp มีเสถียรภาพมากขึ้นเพื่อกำจัดวงจรกระตุ้นตัวเองตามวงจรไฟฟ้า ควรเชื่อมต่อตัวเก็บประจุให้ใกล้กับพินกำลังของไมโครวงจรมากที่สุด บางครั้งมีการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุหนึ่งตัวต่อกลุ่มของวงจรไมโครหลายตัว สามารถมองเห็นตัวเก็บประจุแบบเดียวกันได้บนบอร์ดด้วย ชิปดิจิตอลจุดประสงค์ของพวกเขาก็เหมือนกัน

อัตราขยายของรีพีทเตอร์นั้นเท่ากับความสามัคคี หรือพูดอีกอย่างหนึ่งก็คือ ไม่มีการได้รับเลย แล้วเหตุใดเราจึงต้องมีโครงการเช่นนี้? ค่อนข้างเหมาะสมที่จะจำไว้ว่ามี วงจรทรานซิสเตอร์- ผู้ติดตามตัวปล่อยซึ่งมีจุดประสงค์หลักในการจับคู่น้ำตกที่มีความต้านทานอินพุตต่างกัน การเรียงซ้อน (ตัวทำซ้ำ) ดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าการเรียงซ้อนแบบบัฟเฟอร์

อิมพีแดนซ์อินพุตของรีพีตเตอร์กับ op-amp คำนวณเป็นผลคูณของอิมพีแดนซ์อินพุตของ op-amp และอัตราขยาย ตัวอย่างเช่น สำหรับ UD708 ดังกล่าว อิมพีแดนซ์อินพุตจะอยู่ที่ประมาณ 0.5 MOhm ค่าเกนอย่างน้อย 30,000 และอาจมากกว่านั้น หากคูณตัวเลขเหล่านี้ ความต้านทานอินพุตจะอยู่ที่ 15 GOhm ซึ่งเทียบได้กับความต้านทานของฉนวนคุณภาพไม่สูงมาก เช่น กระดาษ ผลลัพธ์ที่สูงเช่นนี้ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้หากใช้ตัวติดตามตัวปล่อยแบบทั่วไป

เพื่อให้แน่ใจว่าคำอธิบายไม่ทำให้เกิดข้อสงสัย ด้านล่างนี้จะแสดงรูปภาพที่แสดงการทำงานของวงจรที่อธิบายทั้งหมดในโปรแกรมจำลอง Multisim แน่นอนว่าวงจรทั้งหมดนี้สามารถประกอบได้โดยใช้ บอร์ดพัฒนาแต่ไม่สามารถรับผลลัพธ์ที่แย่กว่านั้นบนหน้าจอมอนิเตอร์ได้

จริงๆ แล้วที่นี่ยังดีกว่านิดหน่อย: คุณไม่จำเป็นต้องปีนขึ้นไปบนชั้นวางที่ไหนสักแห่งเพื่อเปลี่ยนตัวต้านทานหรือไมโครวงจร ทุกอย่างอยู่ที่นี่แม้กระทั่ง เครื่องมือวัดอยู่ในโปรแกรมและ "เข้าถึง" โดยใช้เมาส์หรือแป้นพิมพ์

รูปที่ 2 แสดงวงจรรีพีทเตอร์ที่สร้างในโปรแกรม Multisim

รูปที่ 2.

การค้นคว้าวงจรนั้นค่อนข้างง่าย ไปยังอินพุตทวนสัญญาณจาก เครื่องกำเนิดฟังก์ชันใช้สัญญาณไซน์ที่มีความถี่ 1KHz และแอมพลิจูด 2V ดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3.

สัญญาณที่อินพุตและเอาต์พุตของทวนสัญญาณจะถูกสังเกตโดยออสซิลโลสโคป: สัญญาณอินพุตจะแสดงด้วยลำแสง สีฟ้า, ลำแสงเอาต์พุตจะเป็นสีแดง

รูปที่ 4.

เหตุใดผู้อ่านที่สนใจอาจถามว่าสัญญาณเอาต์พุต (สีแดง) มีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของสัญญาณสีน้ำเงินหรือไม่ ทุกอย่างง่ายมาก: ด้วยความไวที่เท่ากันของช่องสัญญาณออสซิลโลสโคปไซนัสอยด์ทั้งสองที่มีแอมพลิจูดและเฟสเท่ากันจะรวมเป็นหนึ่งเดียวโดยซ่อนตัวอยู่ด้านหลังกัน

เพื่อที่จะเห็นทั้งสองอย่างพร้อมกัน เราต้องลดความไวของช่องใดช่องหนึ่งลง ในกรณีนี้คืออินพุต เป็นผลให้ไซนูซอยด์สีน้ำเงินมีขนาดเพียงครึ่งหนึ่งของหน้าจอและหยุดซ่อนอยู่ด้านหลังสีแดง แม้ว่าจะได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกัน คุณสามารถเลื่อนลำแสงได้โดยใช้ตัวควบคุมออสซิลโลสโคป โดยปล่อยให้ความไวของช่องสัญญาณเท่าเดิม

ไซนัสอยด์ทั้งสองนั้นอยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กันอย่างสมมาตรกับแกนเวลา ซึ่งบ่งชี้ว่าองค์ประกอบคงที่ของสัญญาณเป็นศูนย์ จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณเพิ่มส่วนประกอบ DC ขนาดเล็กลงในสัญญาณอินพุต เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเสมือนให้คุณย้ายคลื่นไซน์ไปตามแกน Y ลองขยับขึ้น 500mV

รูปที่ 5.

สิ่งที่ออกมาจากสิ่งนี้แสดงไว้ในรูปที่ 6

รูปที่ 6.

จะสังเกตได้ว่าไซน์ซอยด์อินพุตและเอาต์พุตเพิ่มขึ้นครึ่งโวลต์โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลย สิ่งนี้บ่งชี้ว่ารีพีทเตอร์ส่งสัญญาณส่วนประกอบ DC ของสัญญาณได้อย่างแม่นยำ แต่บ่อยครั้งที่พวกเขาพยายามกำจัดส่วนประกอบคงที่นี้และทำให้มีค่าเท่ากับศูนย์ ซึ่งหลีกเลี่ยงการใช้องค์ประกอบของวงจร เช่น ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนระหว่างสเตจ

แน่นอนว่ารีพีทเตอร์นั้นดีและสวยงามด้วยซ้ำ: ไม่จำเป็นต้องมีส่วนเพิ่มเติมแม้แต่ชิ้นเดียว (แม้ว่าจะมีวงจรรีพีทเตอร์ที่มี "สารเติมแต่ง") เล็กน้อย แต่ก็ไม่ได้รับผลใด ๆ แล้วอันนี้เป็นแอมป์อะไรครับ? หากต้องการสร้างแอมพลิฟายเออร์ คุณจะต้องเพิ่มรายละเอียดเพียงเล็กน้อยเท่านั้น จะมีการหารือเกี่ยวกับวิธีดำเนินการดังกล่าวในภายหลัง

เครื่องขยายเสียงแบบอินเวอร์เตอร์

ในการสร้างแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านจากออปแอมป์ ก็เพียงพอที่จะเพิ่มตัวต้านทานเพียงสองตัวเท่านั้น สิ่งที่ออกมาจากสิ่งนี้แสดงไว้ในรูปที่ 7

รูปที่ 7 วงจรขยายสัญญาณแบบย้อนกลับ

อัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์ดังกล่าวคำนวณโดยใช้สูตร K=-(R2/R1) เครื่องหมายลบไม่ได้หมายความว่าแอมพลิฟายเออร์เสีย แต่เพียงว่าสัญญาณเอาท์พุตจะอยู่ตรงข้ามในเฟสกับอินพุตหนึ่ง ไม่ใช่เพื่ออะไรที่แอมพลิฟายเออร์ถูกเรียกว่าแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้าน ที่นี่เป็นการเหมาะสมที่จะเรียกคืนทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อตามวงจรกับ OE ที่นั่นเช่นกัน สัญญาณเอาท์พุตที่ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์อยู่นอกเฟสโดยสัญญาณอินพุตที่จ่ายไปที่ฐาน

นี่คือจุดที่คุณควรจดจำว่าคุณจะต้องทุ่มเทความพยายามมากเพียงใดเพื่อให้ได้คลื่นไซน์ที่สะอาดและไม่บิดเบี้ยวที่ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ จำเป็นต้องเลือกไบแอสที่ฐานของทรานซิสเตอร์ตามลำดับ ซึ่งมักจะค่อนข้างซับซ้อนและขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายตัว

เมื่อใช้ op-amp ก็เพียงพอที่จะคำนวณความต้านทานของตัวต้านทานตามสูตรและรับอัตราขยายที่ระบุ ปรากฎว่าการตั้งค่าวงจรโดยใช้ op-amp นั้นง่ายกว่าการตั้งค่าหลาย ๆ ตัว ขั้นตอนของทรานซิสเตอร์- ดังนั้นจึงไม่ต้องกลัวว่าโครงการจะไม่ได้ผลก็จะไม่ได้ผล

รูปที่ 8.

ทุกอย่างที่นี่เหมือนกับในรูปก่อนหน้า: สัญญาณอินพุตจะแสดงเป็นสีน้ำเงิน และสัญญาณหลังจากเครื่องขยายเสียงจะแสดงเป็นสีแดง ทุกอย่างสอดคล้องกับสูตร K=-(R2/R1) สัญญาณเอาท์พุตอยู่นอกเฟสกับอินพุต (ซึ่งสอดคล้องกับเครื่องหมายลบในสูตร) ​​และแอมพลิจูดของสัญญาณเอาท์พุตเป็นสองเท่าของอินพุตพอดี ซึ่งก็เป็นจริงเช่นกันสำหรับอัตราส่วน (R2/R1)=(20/10)=2 หากต้องการเพิ่มค่าเช่น 10 ก็เพียงพอที่จะเพิ่มความต้านทานของตัวต้านทาน R2 เป็น 100KOhm

ในความเป็นจริงวงจรแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านอาจซับซ้อนกว่าตัวเลือกนี้แสดงในรูปที่ 9

รูปที่ 9.

มีชิ้นส่วนใหม่ปรากฏที่นี่ - ตัวต้านทาน R3 (แต่มันหายไปจากวงจรก่อนหน้า) จุดประสงค์คือการชดเชยกระแสอินพุตของ op-amp จริง เพื่อลดความไม่เสถียรของอุณหภูมิของส่วนประกอบ DC ที่เอาต์พุต ค่าของตัวต้านทานนี้ถูกเลือกตามสูตร R3=R1*R2/(R1+R2)

ออปแอมป์ที่มีความเสถียรสูงสมัยใหม่ช่วยให้อินพุตที่ไม่กลับด้านสามารถเชื่อมต่อกับสายร่วมได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้ตัวต้านทาน R3 แม้ว่าการมีอยู่ขององค์ประกอบนี้จะไม่ทำอะไรที่ไม่ดี แต่ในระดับการผลิตปัจจุบันเมื่อประหยัดทุกอย่างพวกเขาก็ไม่ต้องการติดตั้งตัวต้านทานนี้

สูตรคำนวณแอมพลิฟายเออร์กลับด้านแสดงในรูปที่ 10 ทำไมในรูป? ใช่ เพื่อความชัดเจน ในบรรทัดข้อความ ข้อความเหล่านั้นจะดูไม่คุ้นเคยและเข้าใจนัก และจะไม่โดดเด่นนัก

รูปที่ 10.

ปัจจัยที่ได้รับถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้ สิ่งเดียวที่ควรค่าแก่การเอาใจใส่ที่นี่คืออิมพีแดนซ์อินพุตและเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน ดูเหมือนว่าทุกอย่างจะชัดเจนด้วยความต้านทานอินพุต: ปรากฎว่าเท่ากับความต้านทานของตัวต้านทาน R1 แต่จะต้องคำนวณความต้านทานเอาต์พุตโดยใช้สูตรที่แสดงในรูปที่ 11

ตัวอักษร "K" หมายถึงค่าสัมประสิทธิ์อ้างอิงของ op-amp โปรดคำนวณว่าความต้านทานเอาต์พุตจะเท่ากับเท่าใด ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นตัวเลขที่ค่อนข้างเล็ก แม้สำหรับ op-amp ประเภท UD7 โดยเฉลี่ยที่มี K” เท่ากับไม่เกิน 30,000 ในกรณีนี้ นี่ถือว่าดี: ยิ่งอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของคาสเคดยิ่งต่ำ (นี่ ไม่เพียงใช้กับ op-amp cascades เท่านั้น) ยิ่งใช้มากขึ้นด้วย โหลดอันทรงพลังแน่นอนว่าสามารถเชื่อมต่อกับน้ำตกนี้ได้ภายในขอบเขตที่เหมาะสม

ควรมีหมายเหตุพิเศษเกี่ยวกับหน่วยในตัวส่วนของสูตรสำหรับคำนวณความต้านทานเอาต์พุต สมมติว่าอัตราส่วน R2/R1 คือ 100 เป็นต้น นี่คืออัตราส่วนที่จะได้รับในกรณีที่แอมพลิฟายเออร์กลับด้านเป็น 100 ปรากฎว่าหากทิ้งหน่วยนี้ จะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงมากนัก . อันที่จริงสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด

สมมติว่าความต้านทานของตัวต้านทาน R2 เป็นศูนย์ เช่นเดียวกับในกรณีของรีพีทเตอร์ จากนั้นหากไม่มีตัวส่วนทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นศูนย์และความต้านทานเอาต์พุตจะเป็นศูนย์เท่ากัน และถ้าต่อมาศูนย์นี้ไปอยู่ที่ไหนสักแห่งในตัวส่วนของสูตร คุณจะสั่งให้หารมันได้อย่างไร? ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่จะกำจัดหน่วยที่ดูเหมือนไม่มีนัยสำคัญนี้ออกไป

คุณไม่สามารถเขียนทุกอย่างในบทความเดียวได้ แม้ว่าจะเป็นเรื่องใหญ่ก็ตาม ดังนั้นทุกสิ่งที่ไม่สอดคล้องกับบทความถัดไปจะต้องครอบคลุมทั้งหมด จะมีคำอธิบายของแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล และแอมพลิฟายเออร์แบบจ่ายเดียว จะได้รับคำอธิบายด้วย วงจรง่ายๆเพื่อตรวจสอบออปแอมป์