Πυκνωτής στο κύκλωμα ανάδρασης του λειτουργικού ενισχυτή. Ενημερωτική και αναλυτική πύλη "time of electronics"

Τα μικροκυκλώματα op-amp στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων χρησιμοποιούνται με κυκλώματα ανάδρασης. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται αρνητική ανατροφοδότηση, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται και θετική ανατροφοδότηση.

2.2.1. Ενισχυτές λειτουργίας με κυκλώματα αρνητικής ανάδρασης

Όπως φαίνεται στην Ενότητα 2.1, η κάλυψη αρνητικής ανάδρασης του ενισχυτή μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη σταθερότητα του κέρδους. Αυτό είναι ακόμη πιο σημαντικό, καθώς το κέρδος ανοιχτού βρόχου του op-amp μπορεί να ποικίλλει σε μεγάλο εύρος ανάλογα με τη θερμοκρασία. Για παράδειγμα, το κέρδος του op-amp MC1556G (Motorola) σε t = 25 ◦ C είναι ίσο με t = -50 ◦ C, η τιμή του μειώνεται σε
, και σε t = 100 ◦ C, αυξάνεται σε
. Η χρήση αρνητικής ανάδρασης μπορεί να μειώσει σημαντικά την αστάθεια του κέρδους. Πράγματι, εάν χρειάζεται ένας ενισχυτής με κέρδος ίσο με 100 (σε t = 25 ◦ C), τότε χρησιμοποιώντας το μικροκύκλωμα MC1556G από τον τύπο (2.1) λαμβάνουμε:

.

Από εδώ
.

Αντικαθιστώντας στο (2.1) την τιμή του K σε t = 100 ◦ C, ίση με
, παίρνουμε:

.

Έτσι, το κέρδος με την εισαγωγή του αρνητικού ανατροφοδότησηλόγω μεταβολής του κέρδους χωρίς ανάδραση, άλλαξε μόνο κατά 0,02059%.

Ένα αποτέλεσμα πολύ κοντά σε αυτό μπορεί να ληφθεί εάν λάβουμε υπόψη ότι η αστάθεια του κέρδους του ενισχυτή ανάδρασης, λόγω της αστάθειας του κέρδους ανοιχτού βρόχου, μειώνεται κατά ένα συντελεστή ανάδρασης. Η σχετική αστάθεια του κέρδους ανοιχτού βρόχου μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο:

ή
%.

Ο συντελεστής ανάδρασης F πρέπει να υπολογιστεί, δεδομένου ότι αυξήθηκε με την αύξηση της θερμοκρασίας, αλλά υποθέτοντας ότι το K os πρακτικά δεν αλλάζει και παραμένει ίσο με 100.

Από εδώ
ή
.

Λαμβάνοντας υπ 'όψιν ότι
, παίρνουμε
V %:
%.

Σε σύγκριση με το προηγούμενο αποτέλεσμα
%, σημειώνουμε ότι το σφάλμα που προκύπτει κατά τον υπολογισμό με χρήση κατά προσέγγιση τύπων με τη χρήση της δεύτερης μεθόδου διαφέρει από το σφάλμα που προκύπτει με τη χρήση ακριβών τύπων μόνο κατά 0,0087421%. Η αστάθεια λοιπόν
μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας κατά προσέγγιση τύπους, λαμβάνοντας υπόψη ότι
.

Η μεγάλη τιμή του συντελεστή ανάδρασης που λαμβάνεται με τη χρήση τσιπ op amp μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε έναν απλοποιημένο τύπο για τον υπολογισμό
. Πράγματι, αν στον τύπο
λάβετε υπόψη ότι
Και
, τότε παίρνουμε
.

Έτσι, το κέρδος ενός ενισχυτή αρνητικής ανάδρασης καθορίζεται μόνο από το κύκλωμα ανάδρασης. Προϋποθέσεις δικαιοσύνης
γίνεται προφανές αν θεωρήσουμε ότι ο λειτουργικός ενισχυτής είναι ιδανικός (
). Είναι αυτή η περίσταση που κατέστησε δυνατή τη χρήση της αρχής της "φανταστικής γης" στον υπολογισμό των ενισχυτών που βασίζονται σε ενισχυτές λειτουργίας.

Παρουσιάζουμε τη χρήση αυτής της αρχής με βάση έναν ενισχυτή - έναν μετατροπέα, κατασκευασμένο σε ένα τσιπ op-amp (Εικ. 2.5).

Ρύζι. 2.5. Το σχήμα του ενισχυτή-μετατροπέα στο op-amp

Στο παραπάνω διάγραμμα, το op-amp καλύπτεται από μια αρνητική παράλληλη ανάδραση τάσης. Η σύνδεση είναι αρνητική γιατί αν το Ug είναι θετικό, τότε το Uout είναι αρνητικό, το οποίο μειώνει την τάση στην είσοδο του op-amp. Η σύνδεση είναι παράλληλη, αφού ως προς τις εισόδους του op-amp, η γεννήτρια Ug και το σήμα ανάδρασης συνδέονται παράλληλα. Ανάδραση τάσης, όπως το σήμα ανάδρασης είναι ανάλογο με την τάση εξόδου.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι U OUT = K Το U IN, και το U OUT δεν μπορεί να είναι περισσότερο από +E και μικρότερο από -E, η τιμή του μπορεί να θεωρηθεί πεπερασμένη. Ως εκ τούτου, για τον ιδανικό ενισχυτή op (
), παίρνουμε
, δηλ. το δυναμικό στην είσοδο αναστροφής είναι 0. Γι' αυτό η λέξη «γείωση» χρησιμοποιείται στο όνομα της αρχής. (Στη συντριπτική πλειοψηφία των ηλεκτρονικών συσκευών υπάρχει ένας κοινός δίαυλος, ο οποίος συνήθως συνδέεται πραγματικά με το έδαφος). Ωστόσο, η "γείωση" στην αναστροφή εισόδου του op-amp είναι "φανταστική" ή "εικονική". Πράγματι, εάν η γεννήτρια τάσης Ug, ένας ακροδέκτης της οποίας είναι γειωμένος, συνδέεται με κάποιο είδος αντίστασης με αντίσταση R και ο δεύτερος ακροδέκτης της αντίστασης είναι συνδεδεμένος στη "γείωση", τότε ένα ρεύμα θα ρέει από τη γεννήτρια μέσω η αντίσταση R στο "γείωση"
. Στην περίπτωσή μας (Εικ. 2.5), ένα ρεύμα I ίσο με , αλλά αυτό το ρεύμα δεν θα ρέει στη "γείωση" (ή στον κοινό δίαυλο), αλλά στο κύκλωμα ανάδρασης του op-amp. Από εδώ
Και
.

Πρέπει να σημειωθεί ότι το ρεύμα I ή οποιοδήποτε μέρος του δεν μπορεί να πάει στην είσοδο του op-amp, γιατί. δεδομένου ότι ο ιδανικός οπ ενισχυτής έχει
, αυτό θα δημιουργούσε μια τάση στην είσοδο του op-amp ίση με .

Είναι δυνατόν να διατυπωθούν οι συνθήκες υπό τις οποίες μπορεί να χρησιμοποιηθεί η αρχή της «φανταστικής γης»:

Το OU είναι ιδανικό.

Το OU καλύπτεται από αρνητικά σχόλια.

Ο op-amp δεν φεύγει από τη γραμμική λειτουργία, δηλ. Το χαρακτηριστικό πλάτους του μπορεί να θεωρηθεί γραμμικό.

Εξετάστε άλλα κυκλώματα op-amp με αρνητική ανάδραση χρησιμοποιώντας την αρχή της «φανταστικής γης».

Αναστροφή ενισχυτή-προσθετικού.

Το σχήμα του αναστρεφόμενου ενισχυτή-προσθετή στο op-amp φαίνεται στο σχ. 2.6.

Η αρχή λειτουργίας του κυκλώματος είναι παρόμοια με την αρχή λειτουργίας ενός αναστροφικού ενισχυτή σε ένα op-amp. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα στο κύκλωμα ανάδρασης I 0 είναι το άθροισμα των ρευμάτων από τις γεννήτριες τάσης εισόδου U 1 , U 2 ,…, U n:

.

Ρύζι. 2.6. Σχέδιο ενός αναστροφικού ενισχυτή-προσθετή σε ένα op-amp

Με τη σειρά τους, καθένα από αυτά τα ρεύματα, σύμφωνα με την αρχή της «φανταστικής γης» (Uin = 0), είναι ίσο με:

…,

Ας υποθέσουμε ότι
. Σε αυτήν την περίπτωση
.

Ρεύμα , που ρέει μέσα από την αντίσταση , δημιουργεί μια τάση Uout:

.

Έτσι, στο
το κύκλωμα όχι μόνο αθροίζει και αντιστρέφει τα σήματα, αλλά και τα ενισχύει. Σε αυτή την περίπτωση, οι τάσεις U 1, U 2, ..., U n μπορεί να είναι όχι μόνο θετικές, αλλά και αρνητικές.

μη αντιστρεφόμενος ενισχυτής.

Το διάγραμμα ενός μη αναστροφικού ενισχυτή σε έναν ενισχυτή op-amp φαίνεται στο σχ. 2.7. Στο κύκλωμα, ο ενισχυτής λειτουργίας καλύπτεται από αρνητική σειριακή ανάδραση τάσης.

Ρύζι. 2.7. Μη αναστροφικό κύκλωμα ενισχυτή Op-amp

Η σύνδεση είναι αρνητική γιατί αν η τάση της γεννήτριας είναι θετική και εφαρμοστεί στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο, τότε η τάση εξόδου θα είναι επίσης θετική, αλλά μέσω του κυκλώματος ανάδρασης R 2 ̶ R 1 εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής, μειώνοντας την τάση που ενεργεί μεταξύ των εισόδων του op-amp. Η σύνδεση είναι σειριακή, γιατί η γεννήτρια τάσης και το σήμα ανάδρασης συνδέονται σε σειρά στις εισόδους του op-amp. Ανάδραση τάσης, όπως το σήμα ανάδρασης είναι ανάλογο με την τάση εξόδου.

Στο παραπάνω διάγραμμα, η τάση μεταξύ των εισόδων του op-amp, σύμφωνα με την αρχή της «φανταστικής γης», πρέπει επίσης να είναι ίση με μηδέν: Uin = 0. Από αυτό προκύπτει ότι η τάση στην είσοδο αναστροφής, καθώς και η τάση στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο, είναι ίση με Ug. Επομένως, σύμφωνα με την αντίσταση ρέει ρεύμα I = Αυτό το ρεύμα I ρέει μέσω της αντίστασης ανάδρασης και δημιουργεί τάση στην έξοδο U OUT.

Έτσι, το ρεύμα I μπορεί να εκφραστεί με όρους Ug και Uout:

.

Εξ ου και το κέρδος ανατροφοδότησης
ισούται με:

.

Αν βάλουμε στο σχήμα (Εικ. 2.7)
, ΕΝΑ
, Οτι
. Ένα τέτοιο κύκλωμα ονομάζεται ακολουθητής τάσης. Το σχήμα φαίνεται στο σχ. 2.8.

Εικ.2.8. Κύκλωμα παρακολούθησης τάσης

Αφού τα πάντα τάση εξόδουΕφαρμόζεται στην είσοδο του op-amp, η σύνδεση θεωρείται 100 τοις εκατό.

Μη αναστρεφόμενος ενισχυτής-προσθετικός.

Το διάγραμμα ενός μη αντιστρεφόμενου ενισχυτή-προσθετή σε έναν op-amp φαίνεται στο σχ. 2.9.

Ρύζι. 2.9. Διάγραμμα ενός μη αναστροφικού ενισχυτή αθροιστή σε ένα op-amp

Για τον προσδιορισμό της τάσης στην έξοδο του κυκλώματος Uout, είναι πρώτα απαραίτητο να προσδιοριστεί η τάση στη μη αναστρέφουσα είσοδο U 0. Ταυτόχρονα, λαμβάνουμε υπόψη ότι το ρεύμα δεν μπορεί να εισρεύσει στον ενισχυτή ενεργοποίησης μέσω της μη αντιστρεπτικής εισόδου (
). Επομένως, σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Kirchhoff, μπορούμε να γράψουμε:
.

Καθένα από τα ρεύματα από πηγές τάσης U 1, U 2, ..., U n μπορεί να εκφραστεί με τους ακόλουθους τύπους:

…,

Ετσι

.

Ας υποθέσουμε ότι
. Από εδώ

Και
.

Ως αποτέλεσμα, δεδομένου ότι η τάση ενισχύεται από έναν μη αντιστρεφόμενο ενισχυτή σε ( ) χρόνο, παίρνουμε:

.

Διαφορικός ενισχυτής.

Ένας διαφορικός ενισχυτής είναι ένας ενισχυτής που ενισχύει τη διαφορά μεταξύ των σημάτων εισόδου.

Το σχήμα του διαφορικού ενισχυτή στο op-amp φαίνεται στο σχ. 2.10. Για να προσδιορίσετε το U OUT, συνιστάται να χρησιμοποιήσετε τη μέθοδο επικάλυψης (μέθοδος υπέρθεσης).

Ρύζι. 2.10. Κύκλωμα διαφορικού ενισχυτή Op-amp

Η μέθοδος των υπερθέσεων (υπερθέσεις) είναι ότι η τάση ή το ρεύμα σε οποιοδήποτε μέρος ενός γραμμικού κυκλώματος που περιέχει πηγές τάσης και ρεύματος μπορεί να βρεθεί προσδιορίζοντας την απαιτούμενη τάση ή ρεύμα από μία από τις πηγές τάσης ή ρεύματος. Σε αυτήν την περίπτωση, όλες οι άλλες πηγές τάσης είναι κλειστές και οι πηγές ρεύματος εξαιρούνται από το κύκλωμα. Αυτό καθορίζει την τάση ή το ρεύμα από κάθε πηγή. Στη συνέχεια συνοψίζονται τα αποτελέσματα.

Βρείτε την τάση εξόδου στο κύκλωμα του διαφορικού ενισχυτή εξετάζοντας πρώτα την τάση και μετά τάση . Στην πρώτη περίπτωση, κλείσιμο , παίρνουμε το διάγραμμα στο Σχ. 2.11α. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το ρεύμα εισόδου ενός ιδανικού op-amp είναι μηδέν, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η τάση στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο είναι μηδέν. Επομένως, η τάση στην είσοδο αναστροφής είναι επίσης μηδενική. Αυτό σημαίνει ότι αυτό που φαίνεται στο Σχ. 2.11a, το κύκλωμα είναι ισοδύναμο με το κύκλωμα ενός αναστροφικού ενισχυτή, δηλ.
.

Στη δεύτερη περίπτωση, κλείσιμο , λαμβάνουμε το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. 2.11β. Για τον καθορισμό
είναι απαραίτητο να καθοριστεί . Λαμβάνοντας υπόψη ότι η σύνθετη αντίσταση εισόδου του op-amp είναι ίση με , παίρνουμε

.

Τάση ενισχύεται από έναν μη αναστροφικό ενισχυτή κατά (1+m) φορές. Από εδώ

Ρύζι. 2.11. Κυκλώματα για τον προσδιορισμό της τάσης εξόδου ενός διαφορικού ενισχυτή χρησιμοποιώντας τη μέθοδο επικάλυψης

Έτσι, δηλ. στην έξοδο του ενισχυτή, παίρνουμε τη διαφορά των τάσεων εισόδου που ενισχύεται κατά m φορές Και .

Μετατροπέας ρεύματος σε τάση.

Εάν το ρεύμα της πηγής ρεύματος πρέπει να μετατραπεί σε τάση, τότε αυτό το ρεύμα μπορεί να περάσει από την αντίσταση και να ληφθεί τάση (το κύκλωμα φαίνεται στο Σχ. 2.12). Ωστόσο, αυτό τεχνική λύσηΣε ορισμένες περιπτώσεις, αποδεικνύεται απαράδεκτο για τους ακόλουθους λόγους:

Ρύζι. 2.12. Σχέδιο του απλούστερου μετατροπέα ρεύματος σε τάση

Η αντίσταση εξόδου μιας τέτοιας πηγής τάσης, που μετατρέπεται από μια πηγή ρεύματος, αποδεικνύεται υπερβολικά μεγάλη, καθώς
και σε μικρό να αποκτήσω τα απαραίτητα
θα πρέπει να επιλέξετε ένα μεγάλο R. Επομένως, εάν χρειαστεί, πιθανή περαιτέρω ενίσχυση
, απαιτείται ενισχυτής με πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου.

Τάση
, που προκύπτει από την αντίσταση R, μπορεί να επηρεάσει την κανονική λειτουργία της πηγής ρεύματος I, εάν χρησιμοποιείται οποιοσδήποτε αισθητήρας ως τέτοια πηγή. Πράγματι, όταν το ρεύμα I αλλάζει, η τάση στην έξοδο του αισθητήρα θα αλλάξει, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε μια μη γραμμική εξάρτηση του ρεύματος του αισθητήρα I από κάποια φυσική παράμετρο.

Για να εξαλείψετε αυτούς τους δυσμενείς παράγοντες, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το κύκλωμα μετατροπέα που έχει κατασκευαστεί στο λειτουργικό σύστημα (Εικ. 2.13)

Σε αυτή την περίπτωση, ο ενισχυτής λειτουργίας καλύπτεται από αρνητική παράλληλη ανάδραση τάσης 100%.

Λαμβάνοντας υπόψη την αρχή της «φανταστικής γης», την τάση εξόδου
θα ισούται με:
, δηλ.
αποδεικνύεται ότι είναι ίση σε απόλυτη τιμή με την τάση εξόδου στο κύκλωμα στο Σχ. 2.12. Ωστόσο, στο παραπάνω κύκλωμα στον ενισχυτή ενεργοποίησης, η τάση στους ακροδέκτες εξόδου της πηγής ρεύματος θα είναι πάντα μηδέν, η αντίσταση εξόδου της πηγής τάσης λόγω αρνητικής ανάδρασης τάσης θα είναι επίσης κοντά στο μηδέν.

Ρύζι. 2.13. Σχέδιο του μετατροπέα ρεύματος-τάσης, κατασκευασμένο στον ενισχυτή λειτουργίας

Επιπλέον, η παράλληλη αρνητική ανάδραση μειώνει την σύνθετη αντίσταση εισόδου κατά ένα συντελεστή (1+K), όπου K είναι το κέρδος του ενισχυτή ανοιχτού βρόχου. Πράγματι, λαμβάνοντας υπόψη το κέρδος, λαμβάνουμε τις ακόλουθες εξισώσεις:

, I OS =

.

Δεδομένου ότι
, παίρνουμε

.

Εφόσον η σύνθετη αντίσταση εισόδου του op-amp είναι αρκετά μεγάλη, τότε με μεγάλη σιγουριά μπορούμε να υποθέσουμε ότι R BX ∙ (1 + K)> ˃ R, δηλ.

.

Μετατροπέας τάσης σε ρεύμα.

Είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί μια τέτοια μετατροπή στην οποία το ρεύμα δεν θα εξαρτάται από την αντίσταση φορτίου (στο απλή σύνδεσηστην πηγή τάσης
Το ρεύμα αντίστασης φορτίου θα είναι ίσο με , δηλ. θα εξαρτηθεί από την αντίσταση φορτίου). Με τη βοήθεια ενός op-amp, μπορείτε να βεβαιωθείτε ότι το ρεύμα δεν εξαρτάται από την αντίσταση φορτίου. Το σχήμα του μετατροπέα τάσης σε ρεύμα φαίνεται στο σχ. 2.14.

Ρύζι. 2.14. Κύκλωμα μετατροπέα τάσης σε ρεύμα

Σύμφωνα με την αρχή της «φανταστικής γης», δεδομένου ότι ο ενισχυτής καλύπτεται από αρνητική ανάδραση,
. Από εδώ, το ρεύμα στην αντίσταση R θα είναι ίσο με . Αυτό το ρεύμα δεν μπορεί να ρέει από την είσοδο αντιστροφής του op-amp, αλλά θα ρέει από την έξοδο του op-amp. Ταυτόχρονα από την αντίσταση
δεν θα επηρεαστεί αν η τάση
δεν θα υπερβαίνει το χαρακτηριστικό γραμμικού πλάτους του op-amp.

Σταθεροποιητής τάσης με βάση το OU.

Μπορείτε να σταθεροποιήσετε την τάση χρησιμοποιώντας διόδους αναφοράς (δίοδοι zener). Ωστόσο, το κύκλωμα σταθεροποιητή σε μια δίοδο zener και μια αντίσταση, που φαίνεται στο Σχ. 2.15., έχει μια σειρά από σημαντικά μειονεκτήματα:

Ρύζι. 2.15. Κύκλωμα σταθεροποιητή τάσης σε δίοδο zener

Αυτές οι αδυναμίες του ρυθμιστή τάσης μπορούν να διορθωθούν χρησιμοποιώντας έναν λειτουργικό ενισχυτή. Ένα κύκλωμα ρυθμιστή τάσης που χρησιμοποιεί έναν ενισχυτή λειτουργίας ως ενισχυτή ρυθμιστή φαίνεται στο σχ. 2.16.

Ρύζι. 2.16. Χρησιμοποιώντας σταθεροποιητή τάσης

ενισχυτής-ρυθμιστής στο op-amp

Η τάση από τη δίοδο zener εφαρμόζεται στη μη αναστροφική είσοδο του ενισχυτή με ρυθμιζόμενη χρησιμοποιώντας μια μεταβλητή αντίσταση κέρδος:
.

Το παραπάνω σχήμα έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

λογαριθμικός ενισχυτής.

Το σχήμα του λογαριθμικού ενισχυτή στον op-amp φαίνεται στο σχ. 2.17.

Ρύζι. 2.17. Κύκλωμα λογαρίθμου ενισχυτή Op-Amp

Ο λειτουργικός ενισχυτής καλύπτεται από αρνητική ανάδραση και επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί η αρχή της «φανταστικής γης», δηλ.
. Ως εκ τούτου
.

Το ρεύμα I ρέει μέσα από τη δίοδο και η διασταύρωση p-n είναι πολωμένη προς τα εμπρός. ρεύμα διόδου ορίζεται από τον ακόλουθο τύπο:

,

Οπου - ρεύμα μεταφορέων μειοψηφίας, - τάση διόδου,
- δυναμικό θερμοκρασίας, k - σταθερά Boltzmann, Т - απόλυτη θερμοκρασία, q - φορτίο ηλεκτρονίων.

Για t = 20 ◦ C, μπορούμε να υποθέσουμε ότι
. Παρέχεται U D >> Τ , δηλ. U D >>25mB τύπος για απλοποιημένο:

ή
.

Λογαρίθμων, παίρνουμε
.

Τάση διόδου ίση με την τάση στην έξοδο του op-amp με σύμβολο μείον:
. Έτσι, παίρνουμε

Αντιλογαριθμικός ενισχυτής.

Το κύκλωμα ενισχυτή anti-log μπορεί να ληφθεί από το κύκλωμα ενισχυτή λογάριθμου εναλλάσσοντας την αντίσταση και τη δίοδο. Το σχήμα του αντιλογαριθμικού ενισχυτή φαίνεται στο σχ. 2.18.

Χρησιμοποιούμε την αρχή της «φανταστικής γης». Το καταλαβαίνουμε
Και
. Όσο για τον λογαριθμικό ενισχυτή, υποθέτουμε ότι
.

Ρύζι. 2.18. Κύκλωμα ενισχυτή Anti-log

Ως εκ τούτου,
. Το ρεύμα της διόδου, που ρέει διαμέσου της αντίστασης ανάδρασης R, δημιουργεί αρνητική τάση στην έξοδο του op-amp
, δηλ.
.

Δεδομένου ότι U d \u003d U g, παίρνουμε U OUT \u003d I 0 ∙R∙ .

Ενσωματωτής λειτουργικού συστήματος.

Κύκλωμα ολοκληρωτή Op-amp που ενσωματώνει την τάση εισόδου με την πάροδο του χρόνου
, φαίνεται στο σχ. 2.19.

Ρύζι. 2.19. Κύκλωμα ολοκληρωτή Op-amp

Στο κύκλωμα, ο ενισχυτής λειτουργίας καλύπτεται από αρνητική ανάδραση μόνο για εναλλασσόμενο ρεύμα. Για το λόγο αυτό, στην πραγματική περίπτωση, δηλ. όταν χρησιμοποιείτε οποιοδήποτε τσιπ ενισχυτή με
Στην έξοδο του op-amp, ρυθμίζεται μια τάση που είναι κοντά σε ένα από τα δύο
, ή
. Επομένως, στην πράξη, πρέπει να ληφθούν μέτρα για τη διατήρηση του ΛΣ σε γραμμική λειτουργία. Αυτό μπορεί να γίνει είτε εισάγοντας πρόσθετη αρνητική ανάδραση DC, για παράδειγμα, μετατρέποντας έναν πυκνωτή C με αντίσταση υψηλής αντίστασης.
, ή ρυθμίζοντας περιοδικά την τάση εξόδου στο μηδέν, για παράδειγμα, βραχυκυκλώνοντας περιοδικά τον πυκνωτή ηλεκτρονικό κλειδί Cl.

Εξετάστε το έργο του ολοκληρωτή, υποθέτοντας ότι ο op-amp είναι ιδανικός και λειτουργεί σε γραμμική λειτουργία. Σε αυτή την περίπτωση, σύμφωνα με την αρχή της «φανταστικής γης», η τάση στην είσοδο αναστροφής είναι μηδέν (
). Για το λόγο αυτό, η τάση εξόδου είναι ίση με την τάση κατά μήκος του πυκνωτή. Από την άλλη πλευρά, η τάση στον πυκνωτή
ισούται με το φορτίο του πυκνωτή διαιρεμένο με την χωρητικότητα του πυκνωτή
. Και το φορτίο στον πυκνωτή είναι ίσο με το ολοκλήρωμα χρόνου του ρεύματος πρόκειται να φορτίσει τον πυκνωτή. Ετσι
Και
.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι το ρεύμα
, παίρνουμε

U OUT = U C =
.

Υπό την προϋπόθεση ότι
, έχουμε
, δηλ. τάση που αλλάζει γραμμικά με το χρόνο.

Ας υποθέσουμε ότι εφαρμόζεται ημιτονοειδής τάση στην είσοδο του κυκλώματος
. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να βρείτε την τάση εξόδου λαμβάνοντας το ολοκλήρωμα του
. Ωστόσο, μπορεί να γίνει απλούστερο, υποθέτοντας ότι ο ολοκληρωτής AC είναι ένας ενισχυτής-μετατροπέας, στο κύκλωμα ανάδρασης του οποίου περιλαμβάνεται ένας πυκνωτής με αντίσταση AC ίσο με . Από εδώ
.

Διαφοροποιητής ΟΑ.

Το κύκλωμα του διαφοριστή στον ενισχυτή λειτουργίας, το οποίο παράγει μια τάση εξόδου ανάλογη με τη χρονική παράγωγο της τάσης εισόδου, φαίνεται στο Σχ. 2.20.

Ρύζι. 2.20. Κύκλωμα διαφοροποιητή op-amp

Το κύκλωμα καλύπτεται από 100 τοις εκατό αρνητική ανάδραση. Για το λόγο αυτό, ο op-amp στο κύκλωμα θα είναι πάντα σε γραμμική λειτουργία, δηλ. κατά τον υπολογισμό
μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την αρχή της "φανταστικής γης" (
). Από εδώ βγαίνουμε U OUT = I C ∙R.. Είναι γνωστό ότι το ρεύμα , πρόκειται να φορτίσει τον πυκνωτή, ισούται με
πού είναι η τάση στον πυκνωτή
ισοδυναμεί
. Επομένως, παίρνουμε

.

Όταν εφαρμόζεται στην είσοδο ενός διαφοριστή τάσης
όπως και στην περίπτωση ενός ολοκληρωτή, μπορείτε να θεωρήσετε το κύκλωμα ως ενισχυτή-μετατροπέα με πυκνωτή στην είσοδο συνδεδεμένο αντί για αντίσταση. Εν
.

ΕκλεκτικόςRC- ενισχυτής op-amp.

Ο επιλεκτικός ενισχυτής έχει σχεδιαστεί για ενίσχυση σήμα εισόδουσε μία συχνότητα και καταστολή σημάτων σε όλες τις άλλες συχνότητες. Η απόκριση συχνότητας του επιλεκτικού ενισχυτή φαίνεται στο σχ. 2.21.

Ρύζι. 2.21. Απόκριση συχνότητας ενός επιλεκτικού ενισχυτή σε ένα op-amp

Ο επιλεκτικός ενισχυτής χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους: τη συχνότητα συντονισμού στην οποία το κέρδος φτάνει τη μέγιστη τιμή του - , το κέρδος στη συχνότητα συντονισμού -
, ο συντελεστής ποιότητας, που ορίζεται ως ο λόγος της συχνότητας συντονισμού προς τη διαφορά συχνότητας Δω, στον οποίο το μέτρο του κέρδους στη συχνότητα συντονισμού μειώνεται κατά
μια φορά.

Ένα διάγραμμα ενός επιλεκτικού ενισχυτή RC με ένα κύκλωμα αρνητικής ανάδρασης που εξαρτάται από τη συχνότητα φαίνεται στο σχήμα. 2.22.

Ρύζι. 2.22. Επιλεκτικό κύκλωμα ενισχυτή RC

Το κύκλωμα έχει 100% αρνητική ανάδραση DC μέσω μιας αντίστασης. . Επομένως, ο ενισχυτής λειτουργίας θα είναι πάντα σε γραμμική λειτουργία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί η αρχή της "φανταστικής γης" (
). Ας υποθέσουμε ότι η τάση εισόδου είναι θετική. Στη συνέχεια, τα ρεύματα που διαρρέουν μεμονωμένα τμήματα του κυκλώματος ανάδρασης: ,,I 2 έχω την κατεύθυνση που φαίνεται στο Σχ. 2.22. Ας λάβουμε υπόψη ότι I=I 1 +I 2 . Δηλώνουμε την αντίσταση των πυκνωτών C 1 και C 2 σε ένα ημιτονοειδές ρεύμα Z 1 και Z 2 και υποθέτουμε ότι Z 1 \u003d Z 2 \u003d Z.

Ας εκφράσουμε τα ρεύματα ,Και μέσω τάσης U g, U 1 και U out:

;
;
.

Από την ισότητα των ρευμάτων στον κόμβο με τάσεις U 1, παίρνουμε:

.

Ως εκ τούτου, δεδομένου ότι
παίρνουμε:

Ο συντελεστής απολαβής είναι:

.

Διαφοροποίηση ως προς το ω και εξίσωση της παραγώγου με μηδέν,

μπορεί να αποδειχθεί ότι
έχει μέγιστο στη συχνότητα :

.

.

Υποθέτοντας ότι στις συχνότητες Και
μειώνεται σε
φορές, παίρνουμε την εξίσωση

.

Λύνοντας αυτήν την εξίσωση, βρίσκουμε:

,

..

Από εδώ
Και
. Σημειώστε ότι όταν
Και

=0.

Οι κύριες παράμετροι ενός επιλεκτικού ενισχυτή μπορούν επίσης να προσδιοριστούν χρησιμοποιώντας απλούστερους τύπους γνωστούς από τη θεωρία των ενεργών φίλτρων. Για να γίνει αυτό, στον τύπο K OS θα κάνουμε την αντικατάσταση
προς χειριστή σελ. Παίρνω

Οπου
,
,
,
.

Είναι γνωστό από τη θεωρία του φίλτρου ότι

,
,
= .

Από εδώ
,
,
.

Αν χρησιμοποιήσουμε που προκύπτει από την έκφραση τελεστή
τύπους, είναι προφανές ότι είναι πολύ πιο εύκολο να προσδιοριστούν οι κύριες παράμετροι ενός επιλεκτικού ενισχυτή από τη χρήση της συμβολικής μεθόδου.

Οι περισσότεροι από τους πολίτες αυτής της εικονικής πόλης ήρθαν εδώ με την επιθυμία να φτιάξουν έναν καλό ενισχυτή.
Κάποιοι θα πουν ότι είναι καλύτερα να το κάνουμε ενισχυτής σωλήνα... Αλλά αυτή δεν είναι η πιο απλή λύση. Χρειαζόμαστε μάλλον σπάνια ανταλλακτικά - λαμπτήρες, μετασχηματιστή εξόδου ...
Άλλοι θα τους απαντήσουν: "Γιατί οι λαμπτήρες; Οι ενισχυτές μικροκυκλωμάτων ή τρανζίστορ είναι πολύ πιο συμπαγείς και ισχυροί! Λοιπόν, ακόμα κι αν ο ήχος τους δεν είναι τόσο καλός ..."
Και όλοι θα έχουν δίκιο. Αυτό είναι θέμα γούστου και δυνατοτήτων για όλους.
Είναι για τη δεύτερη κατηγορία πολιτών που αποφάσισα να γράψω αυτό το άρθρο;)

Σε αυτό το διάγραμμα βλέπετε το απλούστερο κύκλωμαενεργοποίηση του ενισχυτή ισχύος, ο οποίος χρησιμοποιείται στη συντριπτική πλειοψηφία των σύγχρονων ενισχυτών.
Ο ήχος είναι βουβός, θολός και δυσάρεστος. Ειδικότερα, όταν χρησιμοποιείτε κινέζικα ανταλλακτικά μαζικής παραγωγής.
Αλλά μπορώ να σας διαβεβαιώσω ότι ακόμα και χωρίς σημαντικές τροποποιήσεις, μπορείτε να κάνετε αυτό το κύκλωμα να ακούγεται!

Θα ξεκινήσω με μια μικρή λυρική παρέκβαση.
Εχω ένα φίλο. Ακριβώς όπως εγώ, ελαφρώς ενεργοποιημένος ο ήχος, αν και δεν επικοινωνεί με ηλεκτρονικά.
Έτσι, περισσότερες από μία φορές επαίνεσε τον ήχο του ενισχυτή μου. Αν και φτιάχτηκε στην αυγή του πάθους μου για τον ήχο. Εργάστηκε στην τάξη Β (με όλα τα μειονεκτήματα που ενυπάρχουν σε αυτήν την τάξη).

Η μόνη διαφορά στο κύκλωμα ήταν το OOS στο ρεύμα. Τι να μην πω, μόλις άκουσα αυτόν τον ήχο, δεν μπορούσα να τον αρνηθώ!
Και κάποτε αυτός ο φίλος με έπεισε να ξαναφτιάξω το Vega 50U του σύμφωνα με την ίδια αρχή.

Ως αποτέλεσμα, ήμουν τρομερά ευχαριστημένος και ο ιδιοκτήτης αυτού του θαύματος των Σοβιετικών μηχανικών σοκαρίστηκε. Ούτε αυτός ούτε εγώ περιμέναμε τόσο καθαρό και πλούσιο ήχο από αυτόν τον ενισχυτή :) Λειτουργεί εδώ και 5 χρόνια. Έφαγε με ασφάλεια ήδη 2 σετ S90 (του αρέσει περισσότερο μπάσο) και μέχρι σήμερα ευχαριστεί το αυτί του ιδιοκτήτη

Γιατί τα κάνω όλα αυτά; Ναι, απλά σας το διαβεβαιώνω Θα πρέπει να ακούσετε αυτόν τον ενισχυτή τουλάχιστον μία φορά...

Και επίσης, αυτός ο ίδιος φίλος μου έδωσε τα ηχεία SVEN για να τα χρησιμοποιήσω ενώ ανακατασκευάζω τον ενισχυτή μου.
Όλα θα ήταν καλά, αλλά ο ήχος τους δεν μου ταίριαζε…
Ως εκ τούτου, αποφάσισα, χωρίς καμία άδεια, να τους κοροϊδέψω

Ο ενισχυτής σε αυτά είναι κατασκευασμένος σύμφωνα με το τυπικό σχήμα σε δύο μικροκυκλώματα.
Κοίταξα το φύλλο δεδομένων. Ένα απλοποιημένο διάγραμμα της συμπερίληψης αυτού του MS δίνεται στην αρχή του άρθρου.
Διύλιση. στην πραγματικότητα το πιο απλό! Και με κόστος λιγότερο από 10 ρούβλια ανά κανάλι!

Η αντίσταση R4 δημιουργεί μια πτώση τάσης που είναι ευθέως ανάλογη με το ρεύμα που διέρχεται από το ηχείο. Αυτή η τάση τροφοδοτείται μέσω των πυκνωτών C3 και C4 στην είσοδο αναστροφής του ενισχυτή. Οι πυκνωτές που συνδέονται με αυτόν τον τρόπο δημιουργούν έναν μη πολικό πυκνωτή με χωρητικότητα δύο μικρότερες, δηλαδή 110uF. αυτό είναι απαραίτητο για να μην αγοράσετε ακριβούς μη πολικούς πυκνωτές.

Και αν προσθέσετε έναν διακόπτη σε αυτό το κύκλωμα ...

Στη συνέχεια, μπορείτε να νιώσετε τις διαφορές στον ήχο του τυπικού κυκλώματος και του κυκλώματος με την ανάδραση ρεύματος. Είναι αλήθεια ότι θα χρειαστεί να επιλέξετε την αντίσταση R3 έτσι ώστε η ένταση και στις δύο λειτουργίες να είναι περίπου η ίδια.

Στην ουσία βγαίνει σχεδόν σωληνίσκος ενισχυτής (σε κάθε περίπτωση, από άποψη ήχου, να μην με βρίζουν οι λάτρεις των ενισχυτών σωλήνων!). Εξάλλου, ένας ενισχυτής σωλήνα που δεν καλύπτεται από βρόχο λειτουργικού συστήματος είναι ένας ενισχυτής ρεύματος (τάση κατά πλέγμα ελέγχουρυθμίζει το ρεύμα καθόδου).

Οποιοσδήποτε ενισχυτής μπορεί να αναβαθμιστεί με αυτόν τον τρόπο. Αν και τρανζίστορ, αν και μικροκύκλωμα. Η μόνη εξαίρεση θα είναι η γέφυρα - εκεί το κύκλωμα θα γίνει πολύ πιο περίπλοκο.
Συνολικά, σας συνιστώ ανεπιφύλακτα να το δοκιμάσετε.

Η σύγκριση γίνεται καλύτερα σε ηχογραφήσεις χορωδίας. Μετά την αλλαγή, μπορείτε να διαχωρίσετε τις τραγουδιστικές φωνές η μία από την άλλη χωρίς να ζορίζετε και να μην τις ακούτε σε χυλό, όπως σε έναν συμβατικό ενισχυτή. Ή ενόργανη μουσική...
Για παράδειγμα, γρηγοριανός, Χίλαρι Σταγκή, ό,τι έχει ο καθένας, Aria - Careless Angel (εισαγωγή, strumming κιθάρας).
(Μπορώ να τα στείλω στο καλής ποιότητας. ποιος το χρειάζεται - χτυπήστε στο ICQ)

Πρόσθεση :
Για να αποφύγω τον ίδιο τύπο ερωτήσεων, αποφάσισα να προσθέσω μια προσθήκη σε αυτό το άρθρο ...

Δυνατότητα εφαρμογής:
Αυτό το σχέδιο μπορεί να εφαρμοστεί πλήρως μόνο σε ενισχυτή χωρίς γέφυρα με διπολική παροχή.
Το ηχείο σε τέτοιους ενισχυτές συνδέεται με τη μία έξοδο στην έξοδο του ενισχυτή και με την άλλη - σε ένα κοινό καλώδιο, χωρίς πυκνωτές ζεύξης.

Πρόσθετη ισχύς αντίστασης:
Η ισχύς της αντίστασης υπολογίζεται πολύ απλά:
Γνωρίζουμε από τη φυσική ότι P=U*I
Η τάση στην αντίσταση είναι περίπου ίση με το Ur \u003d Ud * (Rr / Rd), όπου Ud είναι η τάση στο ηχείο, Rr είναι η αντίσταση της αντίστασης, Rd είναι η αντίσταση του ηχείου.
Το ρεύμα μέσω της αντίστασης και του ηχείου είναι ίσο.
Αντίστοιχα, Pr=Pout*(Rr/Rd).
Ιδανικά, σας συμβουλεύω να πάρετε μια αντίσταση διπλάσιας ισχύος Pr \u003d 2 * Pout * (Rr / Rd) για να επιτύχετε τη μέγιστη αξιοπιστία (επειδή η αντίσταση της περιέλιξης του ηχείου σε ορισμένες συχνότητες γίνεται πολύ μικρότερη από την αντίστασή της στην άμεση ρεύμα).

Αντίστοιχα, για ισχύ ενισχυτή 20 W και αντίσταση ηχείου 4 ohms, η ισχύς της αντίστασης πρέπει να είναι 1 W. Και για ένα ηχείο με αντίσταση 8 ohms στην ίδια ισχύ, αρκεί μια αντίσταση 0,5 W.

Οι λειτουργικοί ενισχυτές χρησιμοποιούνται συχνά για την εκτέλεση διαφόρων λειτουργιών: άθροιση σημάτων, διαφοροποίηση, ολοκλήρωση, αναστροφή κ.λπ. Επίσης, λειτουργικοί ενισχυτές έχουν αναπτυχθεί ως προηγμένοι
ισορροπημένα κυκλώματα ενίσχυσης.

Τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ- Παγκόσμιος λειτουργικό στοιχείο, χρησιμοποιείται ευρέως στα σύγχρονα κυκλώματα για το σχηματισμό και τη μετατροπή σημάτων πληροφοριών για διάφορους σκοπούς, τόσο στην αναλογική όσο και στην ψηφιακή τεχνολογία. Ας ρίξουμε μια ματιά στους τύπους των ενισχυτών.

Ενισχυτής αναστροφής

Εξετάστε ένα απλό κύκλωμα ενισχυτή αναστροφής:

α) η πτώση τάσης στην αντίσταση R2 είναι Uout,

β) η πτώση τάσης στην αντίσταση R1 είναι Uin.

Uout/R2 = -Uin/R1, ή κέρδος τάσης = Uout/Uin = R2/R1.

Για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί η ανάδραση, φανταστείτε ότι εφαρμόζεται ένα συγκεκριμένο επίπεδο τάσης, ας πούμε 1 V, στην είσοδο. Για να είμαστε συγκεκριμένοι, ας πούμε ότι η αντίσταση R1 έχει αντίσταση 10 kΩ και η αντίσταση R2 έχει αντίσταση 100 kΩ . Τώρα φανταστείτε ότι η τάση εξόδου αποφασίζει να βγει εκτός ελέγχου και να γίνει 0 V. Τι συμβαίνει; Οι αντιστάσεις R1 και R2 σχηματίζουν ένα διαιρέτη τάσης που διατηρεί το δυναμικό της εισόδου αναστροφής ίσο με 0,91 V. Ο λειτουργικός ενισχυτής ανιχνεύει την αναντιστοιχία εισόδου και η τάση στην έξοδό του αρχίζει να μειώνεται. Η αλλαγή συνεχίζεται έως ότου η τάση εξόδου φτάσει τα -10 V, οπότε τα δυναμικά των εισόδων op-amp γίνονται τα ίδια και ίσα με το δυναμικό γείωσης. Ομοίως, εάν η τάση εξόδου αρχίσει να μειώνεται περαιτέρω και γίνει πιο αρνητική από -10 V, τότε το δυναμικό στην είσοδο αναστροφής θα γίνει χαμηλότερο από το δυναμικό γείωσης, ως αποτέλεσμα, η τάση εξόδου θα αρχίσει να αυξάνεται.

Το μειονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι ότι έχει χαμηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, ειδικά για ενισχυτές με κέρδος υψηλής τάσης (με κλειστό βρόχο ανάδρασης), στον οποίο η αντίσταση R1, κατά κανόνα, είναι μικρή. Αυτό το μειονέκτημα εξαλείφεται από το κύκλωμα που φαίνεται παρακάτω στο Σχ. 4.

μη αντιστρεφόμενος ενισχυτής. Ενισχυτής DC.

Εξετάστε το διάγραμμα στο Σχ. 4. Η ανάλυσή του είναι εξαιρετικά απλή: UA = Uin. Η τάση UA αφαιρείται από το διαιρέτη τάσης: UA = Uout R1 / (R1 + R2). Αν UA = Uin, τότε κέρδος = Uout / Uin = 1 + R2 / R1. Αυτός είναι ένας μη αντιστρεφόμενος ενισχυτής. Στην προσέγγιση που θα χρησιμοποιήσουμε, η σύνθετη αντίσταση εισόδου αυτού του ενισχυτή είναι άπειρη (για έναν ενισχυτή op τύπου 411 είναι 1012 ohms ή περισσότερο, για διπολικούς ενισχυτές τρανζίστορ συνήθως υπερβαίνει τα 108 ohms). Η αντίσταση εξόδου, όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, είναι ίση με κλάσματα του ωμ. Αν, όπως στην περίπτωση του αναστροφικού ενισχυτή, εξετάσουμε προσεκτικά τη συμπεριφορά του κυκλώματος όταν αλλάζει η τάση εισόδου, θα δούμε ότι λειτουργεί όπως υποσχέθηκε.

Ενισχυτής AC

Το παραπάνω κύκλωμα είναι επίσης ένας ενισχυτής συνεχές ρεύμα. Εάν η πηγή σήματος και ο ενισχυτής είναι συνδεδεμένα με εναλλασσόμενο ρεύμα, το ρεύμα εισόδου (το οποίο είναι πολύ μικρό) πρέπει να γειωθεί όπως φαίνεται στην εικ. 5. Για τις τιμές των στοιχείων που φαίνονται στο διάγραμμα, το κέρδος τάσης είναι 10 και το σημείο -3 dB αντιστοιχεί σε συχνότητα 16 Hz.

Ενισχυτής εναλλασσόμενο ρεύμα. Εάν ενισχύονται μόνο σήματα AC, τότε το κέρδος συνεχούς ρεύματος μπορεί να μειωθεί σε μονάδα, ειδικά εάν ο ενισχυτής έχει μεγάλο κέρδος τάσης. Αυτό καθιστά δυνατή τη μείωση της επίδρασης της πάντα υπάρχουσας πεπερασμένης «διατμητικής τάσης αναφοράς εισόδου».

Για το κύκλωμα που παρουσιάζεται στο σχ. 6, το σημείο -3 dB αντιστοιχεί σε συχνότητα 17 Hz. Σε αυτή τη συχνότητα, η σύνθετη αντίσταση του πυκνωτή είναι 2,0 kΩ. Λάβετε υπόψη ότι ο πυκνωτής πρέπει να είναι μεγάλος. Εάν χρησιμοποιείται ένας ενισχυτής χωρίς αναστροφή υψηλού κέρδους για την κατασκευή ενός ενισχυτή AC, ο πυκνωτής μπορεί να είναι πολύ μεγάλος. Σε αυτή την περίπτωση, είναι καλύτερο να κάνετε χωρίς πυκνωτή και να ρυθμίσετε την τάση μετατόπισης έτσι ώστε να είναι ίση με το μηδέν. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια άλλη μέθοδο - αυξήστε την αντίσταση των αντιστάσεων R1 και R2 και χρησιμοποιήστε ένα κύκλωμα διαιρέτη σχήματος Τ.

Παρά την υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου για την οποία προσπαθούν πάντα οι σχεδιαστές, ένα κύκλωμα ενισχυτή χωρίς αναστροφή δεν προτιμάται πάντα από ένα κύκλωμα ενισχυτή αναστροφής. Όπως θα δούμε στη συνέχεια, ο αναστροφικός ενισχυτής δεν δημιουργεί τόσο υψηλές απαιτήσεις στον οπ-ενισχυτή και, ως εκ τούτου, έχει πολλά την καλύτερη απόδοση. Επιπλέον, λόγω του φανταστικού εδάφους, είναι βολικό να συνδυάζονται σήματα χωρίς την αμοιβαία επιρροή τους μεταξύ τους. Και τέλος, εάν το εν λόγω κύκλωμα είναι συνδεδεμένο στην έξοδο (σταθερό) ενός άλλου ενισχυτή, τότε η τιμή της σύνθετης αντίστασης εισόδου είναι αδιάφορη για εσάς - μπορεί να είναι 10 kOhm ή άπειρο, αφού σε κάθε περίπτωση το προηγούμενο στάδιο θα εκτελεί τις λειτουργίες του σε σχέση με το επόμενο.

Επαναληπτικός

Στο σχ. Το σχήμα 7 δείχνει έναν ακόλουθο που μοιάζει με εκπομπό που βασίζεται σε έναν λειτουργικό ενισχυτή.

Δεν είναι τίποτα άλλο από έναν μη αντιστρεφόμενο ενισχυτή, στον οποίο η αντίσταση της αντίστασης R1 είναι ίση με το άπειρο και η αντίσταση της αντίστασης R2 είναι μηδέν (κέρδος = 1). Υπάρχουν ειδικοί ενισχυτές λειτουργίας που έχουν σχεδιαστεί για χρήση μόνο ως επαναλήπτες, έχουν βελτιωμένη απόδοση (κυρίως ταχύτερη), παράδειγμα τέτοιου ενισχυτή λειτουργίας είναι ένα κύκλωμα όπως το LM310 ή το OPA633, καθώς και απλοποιημένα κυκλώματα, όπως το κύκλωμα τύπου TL068 (αυτό διατίθεται σε συσκευασία τρανζίστορ με τρεις ακροδέκτες).

Ένας ενισχυτής απολαβής μονάδας αναφέρεται μερικές φορές ως buffer επειδή έχει ιδιότητες απομόνωσης (μεγάλη αντίσταση εισόδου και χαμηλή έξοδος).

Βασικές προφυλάξεις κατά την εργασία με ενισχυτές λειτουργίας

1. Οι κανόνες ισχύουν για οποιονδήποτε λειτουργικό ενισχυτή, με την προϋπόθεση ότι είναι σε ενεργή λειτουργία, π.χ. οι είσοδοι και οι έξοδοι του δεν υπερφορτώνονται.

Για παράδειγμα, εάν εφαρμόσετε πάρα πολύ σήμα στην είσοδο του ενισχυτή, αυτό θα οδηγήσει στο γεγονός ότι το σήμα εξόδου θα διακοπεί κοντά στο επίπεδο UCC ή UEE. Ενώ η τάση εξόδου είναι σταθερή στην τάση αποκοπής, η τάση εισόδου δεν μπορεί να παραμείνει αμετάβλητη. Η αιώρηση της τάσης εξόδου του op-amp δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από το εύρος της τάσης τροφοδοσίας (συνήθως 2 V μικρότερη από το εύρος τροφοδοσίας, αν και ορισμένοι ενισχυτές λειτουργούν περιορίζουν την αιώρηση της τάσης εξόδου στη μία ή την άλλη τάση τροφοδοσίας). Ένας παρόμοιος περιορισμός επιβάλλεται στο εύρος σταθερότητας εξόδου μιας πηγής ρεύματος που βασίζεται σε έναν λειτουργικό ενισχυτή. Για παράδειγμα, σε μια πηγή ρεύματος με αιωρούμενο φορτίο, η μέγιστη πτώση τάσης στο φορτίο στην «κανονική» κατεύθυνση ρεύματος (η κατεύθυνση του ρεύματος συμπίπτει με την κατεύθυνση της εφαρμοζόμενης τάσης) είναι UCC - Uin και αντίστροφα κατεύθυνση του ρεύματος (το φορτίο σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να είναι αρκετά περίεργο, για παράδειγμα, μπορεί να περιέχει μπαταρίες ανάστροφης για τη λήψη ρεύματος άμεσης φόρτισης ή μπορεί να είναι επαγωγικό και να λειτουργεί με ρεύματα που αλλάζουν κατεύθυνση) - Uin - UEE.

2. Τα σχόλια πρέπει να είναι αρνητικά. Αυτό σημαίνει (μεταξύ άλλων) ότι δεν πρέπει να συγχέονται οι εισόδους αναστροφής και μη.

3. Το κύκλωμα op-amp πρέπει να έχει κύκλωμα ανάδρασης συνεχούς ρεύματος, διαφορετικά το op-amp θα πάει σίγουρα σε κορεσμό.

4. Πολλοί ενισχυτές λειτουργίας έχουν αρκετά χαμηλή διαφορική ονομαστική τάση εισόδου. Η μέγιστη διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων αναστροφής και μη αναστροφής μπορεί να περιοριστεί στα 5 V για οποιαδήποτε πολικότητα τάσης. Εάν παραμεληθεί αυτή η συνθήκη, τότε θα προκύψουν μεγάλα ρεύματα εισόδου, τα οποία θα οδηγήσουν σε επιδείνωση της απόδοσης ή ακόμα και σε καταστροφή του λειτουργικού ενισχυτή.

Η έννοια της «ανατροφοδότησης» (FB) είναι από τις πιο κοινές, έχει ξεπεράσει εδώ και καιρό το στενό πεδίο της τεχνολογίας και χρησιμοποιείται πλέον με ευρεία έννοια. Στα συστήματα ελέγχου, η ανάδραση χρησιμοποιείται για τη σύγκριση του σήματος εξόδου με ένα σημείο ρύθμισης και τη διόρθωση αναλόγως. Οτιδήποτε μπορεί να λειτουργήσει ως «σύστημα», για παράδειγμα, η διαδικασία ελέγχου ενός αυτοκινήτου που κινείται κατά μήκος του δρόμου - τα δεδομένα εξόδου (η θέση του αυτοκινήτου και η ταχύτητά του) παρακολουθούνται από τον οδηγό, ο οποίος τα συγκρίνει με τις αναμενόμενες τιμές ​​και διορθώνει την είσοδο ανάλογα (χρησιμοποιώντας τιμόνι, διακόπτη ταχύτητας, φρένα). Σε ένα κύκλωμα ενίσχυσης, το σήμα εξόδου πρέπει να είναι πολλαπλάσιο του σήματος εισόδου, επομένως σε έναν ενισχυτή ανάδρασης, το σήμα εισόδου συγκρίνεται με ένα ορισμένο μέρος του σήματος εξόδου.

Όλα για την ανατροφοδότηση

αρνητικά σχόλιαείναι η διαδικασία διέλευσης του σήματος εξόδου πίσω στην είσοδο, κατά την οποία μέρος του σήματος εισόδου ακυρώνεται. Μπορεί να φαίνεται ότι αυτή είναι μια ανόητη ιδέα, η οποία θα οδηγήσει μόνο σε μείωση του κέρδους. Ο Harold S. Black, ο οποίος το 1928 προσπάθησε να πατεντάρει αρνητικά σχόλια, έλαβε ακριβώς μια τέτοια απάντηση. «Η εφεύρεσή μας αντιμετωπίστηκε το ίδιο με μια μηχανή αέναης κίνησης» (IEEE Spectrum, Δεκέμβριος 1977). Πράγματι, η αρνητική ανάδραση μειώνει το κέρδος, αλλά ταυτόχρονα βελτιώνει άλλες παραμέτρους του κυκλώματος, για παράδειγμα, εξαλείφει την παραμόρφωση και τη μη γραμμικότητα, εξομαλύνει την απόκριση συχνότητας (την ευθυγραμμίζει με το επιθυμητό χαρακτηριστικό) και κάνει τη συμπεριφορά του κυκλώματος προβλέψιμο. Όσο πιο βαθιά είναι η αρνητική ανάδραση, τόσο λιγότερο τα εξωτερικά χαρακτηριστικά του ενισχυτή εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του ενισχυτή με ανοιχτή ανάδραση (χωρίς ανάδραση) και τελικά αποδεικνύεται ότι εξαρτώνται μόνο από τις ιδιότητες του ίδιου του κυκλώματος ανάδρασης. Οι ενισχυτές λειτουργίας χρησιμοποιούνται συνήθως σε λειτουργία βαθιάς ανάδρασης και το κέρδος τάσης ανοιχτού βρόχου (χωρίς ανάδραση) σε αυτά τα κυκλώματα είναι εκατομμύρια.

Το κύκλωμα ανάδρασης μπορεί να εξαρτάται από τη συχνότητα, τότε το κέρδος θα εξαρτηθεί κατά κάποιο τρόπο από τη συχνότητα (ένα παράδειγμα είναι ένας προενισχυτής συχνότητες ήχουσε παίκτη συμβατό με RIAA). εάν το κύκλωμα του λειτουργικού συστήματος εξαρτάται από το πλάτος, τότε ο ενισχυτής έχει ένα μη γραμμικό χαρακτηριστικό (ένα κοινό παράδειγμα ενός τέτοιου κυκλώματος είναι ένας λογαριθμικός ενισχυτής, στον οποίο το κύκλωμα OS χρησιμοποιεί τη λογαριθμική εξάρτηση της τάσης UBE από το ρεύμα IK σε ένα δίοδος ή τρανζίστορ). Η ανάδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σχηματίσει μια πηγή ρεύματος (σύνθετη αντίσταση εξόδου κοντά στο άπειρο) ή μια πηγή τάσης (σύνθετη αντίσταση εξόδου κοντά στο μηδέν) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πολύ μεγάλης ή πολύ μικρής σύνθετης αντίστασης εισόδου. Σε γενικές γραμμές, η παράμετρος στην οποία εισάγεται η ανατροφοδότηση βελτιώνεται με τη βοήθειά της. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιήσουμε ένα σήμα ανάλογο με το ρεύμα εξόδου για ανάδραση, έχουμε μια καλή πηγή ρεύματος.

Η ανατροφοδότηση μπορεί επίσης να είναι θετική. χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, σε γεννήτριες. Παραδόξως, δεν είναι τόσο χρήσιμο όσο το αρνητικό λειτουργικό σύστημα. Μάλλον, σχετίζεται με προβλήματα, αφού σε κύκλωμα με αρνητικό λειτουργικό σύστημα ενεργοποιημένο υψηλή συχνότηταμπορούν να συμβούν αρκετά μεγάλες μετατοπίσεις φάσης, οδηγώντας στην εμφάνιση θετικής ανάδρασης και ανεπιθύμητων αυτοταλαντώσεων. Για να προκύψουν αυτά τα φαινόμενα δεν χρειάζεται να καταβληθούν μεγάλες προσπάθειες, αλλά για να αποτραπούν ανεπιθύμητες αυτοταλαντώσεις καταφεύγονται σε διορθωτικές μεθόδους.

Λειτουργικοί ενισχυτές

Στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν εξετάζουμε τα κυκλώματα ανάδρασης, θα έχουμε να κάνουμε με λειτουργικούς ενισχυτές. Ένας λειτουργικός ενισχυτής (op-amp) είναι ένας διαφορικός ενισχυτής συνεχούς ρεύματος με πολύ υψηλό κέρδος και είσοδο μονού άκρου. Ο κλασικός διαφορικός ενισχυτής με δύο εισόδους και μια έξοδο μονού άκρου μπορεί να χρησιμεύσει ως πρωτότυπο του op-amp. Ωστόσο, θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι πραγματικοί ενισχυτές λειτουργίας έχουν πολύ υψηλότερα κέρδη (συνήθως περίπου 105 - 106) και χαμηλότερες σύνθετες αντιστάσεις εξόδου και επίσης επιτρέπουν στο σήμα εξόδου να αλλάζει σχεδόν σε ολόκληρο το εύρος τάσης τροφοδοσίας (διαιρούμενα τροφοδοτικά ±15 V συνήθως χρησιμοποιούνται).

Τα σύμβολα "+" και "-" δεν σημαίνουν ότι το δυναμικό πρέπει να είναι πάντα πιο θετικό στη μία είσοδο παρά στην άλλη. Αυτά τα σύμβολα υποδεικνύουν απλώς τη σχετική φάση του σήματος εξόδου (σημαντικό εάν χρησιμοποιείται αρνητική ανάδραση στο κύκλωμα). Για να αποφευχθεί η σύγχυση, είναι προτιμότερο να ονομάζουμε τις εισόδους "αντεστραμμένες" και "μη αντιστρεφόμενες" παρά την είσοδο "συν" και την είσοδο "μείον". Τα διαγράμματα συχνά δεν δείχνουν τη σύνδεση των πηγών ισχύος με τον ενισχυτή ενεργοποίησης και την έξοδο που προορίζεται για γείωση. Οι λειτουργικοί ενισχυτές έχουν ένα κολοσσιαίο κέρδος τάσης και δεν χρησιμοποιούνται ποτέ (με σπάνιες εξαιρέσεις) χωρίς ανάδραση. Μπορούμε να πούμε ότι οι λειτουργικοί ενισχυτές έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με ανάδραση. Το κέρδος του κυκλώματος ανοιχτού βρόχου είναι τόσο υψηλό που παρουσία κλειστού βρόχου ανάδρασης, τα χαρακτηριστικά του ενισχυτή εξαρτώνται μόνο από το κύκλωμα ανάδρασης. Φυσικά, σε μια πιο προσεκτική εξέταση θα πρέπει να αποδειχθεί ότι ένα τέτοιο γενικευμένο συμπέρασμα δεν είναι πάντα αληθινό. Θα ξεκινήσουμε κοιτάζοντας απλώς πώς λειτουργεί ένας ενισχυτής λειτουργίας και, στη συνέχεια, θα τον μελετήσουμε πιο προσεκτικά, όπως χρειάζεται.

Η βιομηχανία παράγει κυριολεκτικά εκατοντάδες τύπους op-amp που προσφέρουν διάφορα πλεονεκτήματα μεταξύ τους. Ένα πολύ καλό κύκλωμα LF411 (ή απλά "411"), που εισήχθη στην αγορά από την National Semiconductor, έχει γίνει πανταχού παρόν. Όπως όλοι οι ενισχυτές λειτουργίας, είναι ένα μικροσκοπικό στοιχείο που βρίσκεται μέσα θήκη μινιατούραςμε ένα mini-DIP pinout δύο σειρών. Αυτό το κύκλωμα είναι φθηνό και εύκολο στον χειρισμό. η βιομηχανία παράγει μια βελτιωμένη έκδοση αυτού του κυκλώματος (LF411A), καθώς και ένα στοιχείο που στεγάζεται σε ένα μικροσκοπικό πακέτο που περιέχει δύο ανεξάρτητους λειτουργικούς ενισχυτές (ένα κύκλωμα τύπου LF412, το οποίο ονομάζεται επίσης "διπλός" λειτουργικός ενισχυτής). Σας προτείνουμε το κύκλωμα LF411 ως καλό σημείο εκκίνησης στην ανάπτυξη ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Το κύκλωμα Type 411 είναι ένα τσιπ πυριτίου που περιέχει 24 τρανζίστορ (21 διπολικά τρανζίστορ, 3 FET, 11 αντιστάσεις και 1 πυκνωτή). Στο σχ. Το 2 δείχνει τη σύνδεση με τους ακροδέκτες της θήκης.

Η κουκκίδα στο κάλυμμα του περιβλήματος και η εγκοπή στο άκρο του χρησιμεύουν για τον προσδιορισμό του σημείου αναφοράς για την αρίθμηση των ακίδων. Στα περισσότερα περιβλήματα ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, η αρίθμηση των ακροδεκτών γίνεται αριστερόστροφα από την πλευρά του καλύμματος του περιβλήματος. Οι ακίδες "μηδενικής ρύθμισης" (ή "ισορροπίας", "ρύθμισης") χρησιμεύουν για την εξάλειψη της ελαφριάς ασυμμετρίας που είναι δυνατή στον λειτουργικό ενισχυτή.

Σημαντικοί Κανόνες

Τώρα θα εξοικειωθούμε με τους πιο σημαντικούς κανόνες που καθορίζουν τη συμπεριφορά ενός λειτουργικού ενισχυτή που καλύπτεται από έναν βρόχο ανάδρασης. Ισχύουν για όλες σχεδόν τις περιπτώσεις ζωής.

Πρώτον, ο ενισχυτής λειτουργίας έχει τόσο μεγάλο κέρδος τάσης που μερικά κλάσματα μιας αλλαγής millivolt μεταξύ των εισόδων προκαλούν την αλλαγή της τάσης εξόδου σε όλο το εύρος της, οπότε ας μην εξετάσουμε αυτή τη μικρή τάση και ας διατυπώσουμε τον κανόνα I:

I. Η έξοδος του λειτουργικού ενισχυτή τείνει να διασφαλίζει ότι η διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων του είναι μηδέν.

Δεύτερον, ο ενισχυτής λειτουργίας τραβάει πολύ μικρό ρεύμα εισόδου (ένας ενισχυτής λειτουργίας LF411 αντλεί 0,2 nA, ένας ενισχυτής λειτουργίας με εισόδους ενεργοποιημένες τρανζίστορ εφέ πεδίου- της τάξης των πικοαμπέρ). Χωρίς να υπεισέλθουμε σε βαθύτερες λεπτομέρειες, διατυπώνουμε τον Κανόνα II:

II. Οι είσοδοι του λειτουργικού ενισχυτή δεν καταναλώνουν ρεύμα.

Εδώ πρέπει να γίνει μια διευκρίνιση: Ο κανόνας I δεν σημαίνει ότι ο ενισχυτής λειτουργίας αλλάζει πραγματικά την τάση στις εισόδους του. Αυτό είναι αδύνατο. (Αυτό θα ήταν ασύμβατο με τον κανόνα II.) Ο op-amp "αξιολογεί" την κατάσταση των εισόδων και, χρησιμοποιώντας ένα εξωτερικό κύκλωμα λειτουργικού συστήματος, περνάει την τάση από έξοδο σε είσοδο, έτσι ώστε η διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων να μηδενίζεται (αν δυνατόν).

Αυτοί οι κανόνες παρέχουν μια επαρκή βάση για την εξέταση των κυκλωμάτων op-amp.

Το ταξίδι των δέκα χιλιάδων μιλίων ξεκινά με το πρώτο βήμα.
(Κινέζικη παροιμία)

Ήταν βράδυ, δεν υπήρχε τίποτα να κάνω ... Και έτσι ξαφνικά ήθελα να κολλήσω κάτι. Κάτι ... Ηλεκτρονικό! Ο υπολογιστής είναι διαθέσιμος, το Διαδίκτυο είναι συνδεδεμένο. Επιλέγουμε ένα σχήμα. Και ξαφνικά αποδεικνύεται ότι τα σχήματα για το αντικείμενο που συλλαμβάνεται είναι ένα βαγόνι και ένα μικρό καροτσάκι. Και ο καθένας είναι διαφορετικός. Καμία εμπειρία, λίγες γνώσεις. Ποιο να διαλέξω; Μερικά από αυτά περιέχουν κάποιου είδους ορθογώνια, τρίγωνα. Ενισχυτές, ακόμη και λειτουργικοί ... Το πώς λειτουργούν δεν είναι ξεκάθαρο. Στρα-α-άσνο! .. Κι αν καεί; Επιλέγουμε ό,τι είναι πιο απλό, σε γνωστά τρανζίστορ! Επέλεξε, συγκολλήθηκε, ενεργοποιήθηκε ... ΒΟΗΘΕΙΑ !!! Δεν δουλεύει!!! Γιατί;

Ναι, γιατί «Η απλότητα είναι χειρότερη από την κλοπή»! Είναι σαν υπολογιστής: το πιο γρήγορο και εξελιγμένο - gaming! Και για εργασίες γραφείου, το πιο απλό αρκεί. Το ίδιο συμβαίνει και με τα τρανζίστορ. Η συγκόλληση ενός κυκλώματος πάνω τους δεν αρκεί. Πρέπει ακόμα να ξέρετε πώς να το ρυθμίσετε. Πάρα πολλές «παγίδες» και «τσουγκράνα». Και αυτό απαιτεί συχνά εμπειρία που σε καμία περίπτωση δεν αποτελεί βασικό επίπεδο. Τι, να σταματήσετε μια συναρπαστική δραστηριότητα; Με κανένα τρόπο! Απλά μην φοβάστε αυτά τα «τρίγωνα-ορθογώνια». Αποδεικνύεται ότι σε πολλές περιπτώσεις είναι πολύ πιο εύκολο να δουλέψεις μαζί τους παρά με μεμονωμένα τρανζίστορ. ΑΝ ΞΕΡΕΙΣ - ΠΩΣ!

Εδώ είμαστε: κατανοώντας πώς λειτουργεί ένας λειτουργικός ενισχυτής (op-amp, ή στα αγγλικά OpAmp), θα ασχοληθούμε τώρα. Ταυτόχρονα, θα εξετάσουμε το έργο του κυριολεκτικά "στα δάχτυλα", πρακτικά χωρίς να χρησιμοποιήσουμε οποιουσδήποτε τύπους, εκτός ίσως, εκτός από τον νόμο του παππού του Ohm: "Ρεύμα μέσω ενός τμήματος κυκλώματος ( Εγώ) είναι ευθέως ανάλογη με την τάση σε αυτό ( U) και αντιστρόφως ανάλογη της αντίστασής του ( R)»:
I=U/R. (1)

Καταρχήν, δεν είναι τόσο σημαντικό πώς ακριβώς είναι τοποθετημένος ο ενισχυτής λειτουργίας. Ας πάρουμε απλώς ως υπόθεση ότι είναι ένα "μαύρο κουτί" με λίγη γέμιση εκεί. Επί αυτό το στάδιοδεν θα εξετάσουμε παραμέτρους του τελεστικού ενισχυτή όπως "τάση πόλωσης", "τάση μετατόπισης", "μετατόπιση θερμοκρασίας", "χαρακτηριστικά θορύβου", "συντελεστής καταστολής κοινής λειτουργίας", "συντελεστής καταστολής κυματισμού τάσης τροφοδοσίας", "εύρος ζώνης", κλπ. .Π. Όλες αυτές οι παράμετροι θα είναι σημαντικές στο επόμενο στάδιο της μελέτης του, όταν οι βασικές αρχές της δουλειάς του «εγκαθιστούν» στο κεφάλι, επειδή «ήταν ομαλή στα χαρτιά, αλλά ξέχασε τις χαράδρες» ...

Προς το παρόν, ας υποθέσουμε απλώς ότι οι παράμετροι του op-amp είναι κοντά στο ιδανικό και ας εξετάσουμε μόνο τι σήμα θα είναι στην έξοδο του εάν εφαρμοστούν κάποια σήματα στις εισόδους του.

Άρα, ο λειτουργικός ενισχυτής (op-amp) είναι ένας διαφορικός ενισχυτής συνεχούς ρεύματος με δύο εισόδους (αντιστρέφοντας και μη) και μία έξοδο. Εκτός από αυτά, ο op-amp διαθέτει καλώδια ισχύος: θετικά και αρνητικά. Αυτά τα πέντε συμπεράσματα βρίσκονται στο σχεδόνοποιοδήποτε λειτουργικό σύστημα και είναι θεμελιωδώς απαραίτητα για τη λειτουργία του.

Ο op-amp έχει τεράστιο κέρδος, τουλάχιστον 50.000 ... 100.000, αλλά στην πραγματικότητα - πολύ περισσότερο. Επομένως, ως πρώτη προσέγγιση, μπορούμε ακόμη και να υποθέσουμε ότι ισούται με το άπειρο.

Ο όρος "διαφορικό" (το "διαφορετικό" μεταφράζεται από τα αγγλικά ως "διαφορά", "διαφορά", "διαφορά") σημαίνει ότι το δυναμικό εξόδου του op-amp επηρεάζεται αποκλειστικά από τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των εισόδων του, Ανεξάρτητααπό αυτούς απόλυτοςνόημα και πολικότητα.

Ο όρος "DC" σημαίνει ότι ο op-amp ενισχύει τα σήματα εισόδου ξεκινώντας από 0 Hz. Το ανώτερο εύρος συχνοτήτων (εύρος συχνότητας) των σημάτων που ενισχύονται από τον ενισχυτή λειτουργίας εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως π.χ. χαρακτηριστικά συχνότηταςτρανζίστορ από τα οποία αποτελείται, το κέρδος ενός κυκλώματος που έχει κατασκευαστεί με χρήση op-amp κ.λπ. Όμως αυτό το θέμα ξεφεύγει ήδη από τα όρια της αρχικής γνωριμίας με το έργο του και δεν θα εξεταστεί εδώ.

Οι είσοδοι Op-amp έχουν πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου ίση με δεκάδες/εκατοντάδες MegaOhm, ή ακόμα και GigaOhm (και μόνο στο αξιομνημόνευτο K140UD1, και ακόμη και στο K140UD5 ήταν μόνο 30...50 kOhm). Μια τέτοια υψηλή σύνθετη αντίσταση των εισόδων σημαίνει ότι δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στο σήμα εισόδου.

Επομένως, με υψηλό βαθμό προσέγγισης στο θεωρητικό ιδανικό, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ρεύμα δεν ρέει στις εισόδους του op-amp . Αυτό - πρώταένας σημαντικός κανόνας που εφαρμόζεται στην ανάλυση της λειτουργίας του Λ.Σ. Θυμηθείτε καλά τι αφορά μόνο το ίδιο το OU, αλλά όχι συστήματα με τη χρήση του!

Τι σημαίνουν οι όροι «αντιστρέφοντας» και «μη αντιστρεφόμενο»; Σε σχέση με το τι καθορίζεται η αναστροφή και, γενικά, τι είδους «ζώο» είναι αυτό - αναστροφή σήματος;

Μετάφραση από τα λατινικά, μία από τις έννοιες της λέξης "inversio" είναι "τύλιγμα", "πραξικόπημα". Με άλλα λόγια, αντιστροφή είναι καθρέφτης (καθρέφτισμα) σήμα σε σχέση με οριζόντιος άξοναςΧ(άξονας χρόνου). Στο Σχ. Το 1 δείχνει μερικές από τις πολλές πιθανές επιλογές αναστροφής σήματος, όπου το άμεσο σήμα (εισόδου) επισημαίνεται με κόκκινο και το ανεστραμμένο σήμα (εξόδου) είναι μπλε.

Ρύζι. 1 Έννοια της αντιστροφής σήματος

Πρέπει να σημειωθεί ιδιαίτερα ότι στη γραμμή μηδέν (όπως στο Σχ. 1, Α, Β) η αντιστροφή του σήματος όχι δεμένο! Τα σήματα μπορεί να είναι αντίστροφα και ασύμμετρα. Για παράδειγμα, και τα δύο βρίσκονται μόνο στην περιοχή των θετικών τιμών (Εικ. 1, Β), η οποία είναι τυπική για ψηφιακά σήματα ή με μονοπολική τροφοδοσία (αυτό θα συζητηθεί αργότερα), ή και τα δύο βρίσκονται εν μέρει στο θετικό και εν μέρει στις αρνητικές περιοχές (Εικ. 1, Β, Δ). Είναι επίσης δυνατές και άλλες επιλογές. Βασική προϋπόθεση είναι η αμοιβαία τους κερδοσκοπίασε σχέση με κάποιο αυθαίρετα επιλεγμένο επίπεδο (για παράδειγμα, ένα τεχνητό μέσο, ​​το οποίο θα συζητηθεί επίσης αργότερα). Με άλλα λόγια, πόλωσηΤο σήμα επίσης δεν είναι καθοριστικός παράγοντας.

Απεικονίστε το OU σε διαγράμματα κυκλωμάτων με διαφορετικούς τρόπους. Στο εξωτερικό, τα OS απεικονίζονταν παλαιότερα και ακόμη και τώρα απεικονίζονται πολύ συχνά με τη μορφή ισοσκελούς τριγώνου (Εικ. 2, Α). Η είσοδος αναστροφής επισημαίνεται με σύμβολο μείον και η μη αναστρέφουσα είσοδος επισημαίνεται με σύμβολο συν μέσα σε ένα τρίγωνο. Αυτά τα σύμβολα δεν σημαίνουν καθόλου ότι το δυναμικό στις αντίστοιχες εισόδους πρέπει να είναι πιο θετικό ή πιο αρνητικό από ότι στις άλλες. Υποδεικνύουν απλώς πώς το δυναμικό εξόδου αντιδρά στα δυναμικά που εφαρμόζονται στις εισόδους. Ως αποτέλεσμα, είναι εύκολο να συγχέονται με τα καλώδια ισχύος, κάτι που μπορεί να είναι μια απροσδόκητη «τσάντα», ειδικά για αρχάριους.

Ρύζι. 2 Επιλογές υπό όρους γραφικές εικόνες(UGO)
λειτουργικούς ενισχυτές

Στο σύστημα εγχώριων εικόνων γραφικών υπό όρους (UGO) πριν από την έναρξη ισχύος του GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), οι OU απεικονίζονταν επίσης ως τρίγωνο, μόνο η είσοδος αναστροφής - με σύμβολο αντιστροφής - ένας κύκλος στο η τομή της εξόδου με ένα τρίγωνο (Εικ. 2, Β), και τώρα - με τη μορφή ορθογωνίου (Εικ. 2, Γ).

Κατά τον καθορισμό του ενισχυτή λειτουργίας στα διαγράμματα, οι εισόδους αναστροφής και μη αναστροφής μπορούν να εναλλάσσονται εάν είναι πιο βολικό, ωστόσο, παραδοσιακά, η είσοδος αναστροφής εμφανίζεται στο επάνω μέρος και η μη αναστρέφουσα είσοδος στο κάτω μέρος. Οι ακίδες τροφοδοσίας συνήθως τοποθετούνται πάντα με έναν τρόπο (θετικός στην κορυφή, αρνητικός στο κάτω μέρος).

Οι ενισχυτές λειτουργίας χρησιμοποιούνται σχεδόν πάντα σε κυκλώματα αρνητικής ανάδρασης (NFB).

Η ανάδραση είναι το αποτέλεσμα της εφαρμογής ενός τμήματος της τάσης εξόδου ενός ενισχυτή στην είσοδό του, όπου προστίθεται αλγεβρικά (υπόκειται σε πρόσημο) στην τάση εισόδου. Η αρχή της άθροισης σήματος θα συζητηθεί παρακάτω. Ανάλογα με την είσοδο του op-amp, αναστροφής ή μη, τροφοδοτείται το λειτουργικό σύστημα, υπάρχει αρνητική ανάδραση (NFB), όταν μέρος του σήματος εξόδου εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής (Εικ. 3, A) ή θετική ανάδραση (PIC), όταν μέρος του σήματος εξόδου τροφοδοτείται, αντίστοιχα, στη μη αναστρέφουσα είσοδο (Εικ. 3, B).

Ρύζι. 3 Η αρχή του σχηματισμού ανάδρασης (OS)

Στην πρώτη περίπτωση, εφόσον η έξοδος είναι το αντίστροφο της εισόδου, αφαιρείται από την είσοδο. Ως αποτέλεσμα, το συνολικό κέρδος της σκηνής μειώνεται. Στη δεύτερη περίπτωση, προστίθεται στην είσοδο, αυξάνεται το συνολικό κέρδος του καταρράκτη.

Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται ότι το POS έχει θετικό αποτέλεσμα και το OOS είναι ένα εντελώς άχρηστο εγχείρημα: γιατί να μειώσουμε το κέρδος; Αυτό ακριβώς σκέφτηκαν οι ελεγκτές διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας των ΗΠΑ όταν, το 1928, ο Harold S. Black δοκιμασμένοςκατοχυρώστε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το ΛΣ. Ωστόσο, θυσιάζοντας το κέρδος, βελτιώνουμε σημαντικά άλλα σημαντικές παραμέτρουςκυκλώματα, όπως η γραμμικότητά του, το εύρος συχνοτήτων κ.λπ. Όσο πιο βαθιά είναι το OOS, τόσο λιγότερο τα χαρακτηριστικά ολόκληρου του κυκλώματος εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του op-amp.

Όμως το POS (δεδομένου του δικού του τεράστιου κέρδους του op-amp) έχει το αντίθετο αποτέλεσμα στα χαρακτηριστικά του κυκλώματος και το πιο δυσάρεστο είναι ότι προκαλεί την αυτοδιέγερσή του. Φυσικά, χρησιμοποιείται επίσης συνειδητά, για παράδειγμα, σε γεννήτριες, συγκριτές με υστέρηση (περισσότερα για αυτό αργότερα) κ.λπ., αλλά σε γενική εικόναΗ επίδρασή του στη λειτουργία των κυκλωμάτων ενισχυτών με ενισχυτές λειτουργίας είναι μάλλον αρνητική και απαιτεί μια πολύ ενδελεχή και λογική ανάλυση της εφαρμογής του.

Δεδομένου ότι το ΛΣ έχει δύο εισόδους, είναι δυνατοί οι ακόλουθοι κύριοι τύποι συμπερίληψής του χρησιμοποιώντας το ΛΣ (Εικ. 4):

Ρύζι. 4 Βασικά σχήματα για την ενεργοποίηση του ΛΣ

ΕΝΑ) αναστρέφοντας (Εικ. 4, Α) - το σήμα εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής και το μη αντιστρεφόμενο συνδέεται απευθείας στο δυναμικό αναφοράς (δεν χρησιμοποιείται).

σι) μη αντιστρεπτική (Εικ. 4, Β) - το σήμα εφαρμόζεται στη μη αντιστρεπτική είσοδο και η αναστροφή συνδέεται απευθείας στο δυναμικό αναφοράς (δεν χρησιμοποιείται).

V) διαφορικός (Εικ. 4, Β) - τα σήματα τροφοδοτούνται και στις δύο εισόδους, αντιστρέφοντας και μη.

Για την ανάλυση της λειτουργίας αυτών των σχημάτων, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη δεύτεροςτο πιο σημαντικό κανόνας, στο οποίο υπόκειται η λειτουργία του ΛΣ: Η έξοδος ενός op-amp τείνει να έχει μηδενική διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων του..

Ωστόσο, οποιαδήποτε διατύπωση πρέπει να είναι αναγκαία και επαρκήνα περιορίσει ολόκληρο το υποσύνολο των περιπτώσεων που το υπακούουν. Η παραπάνω διατύπωση, παρ' όλο τον «κλασικισμό» της, δεν δίνει καμία πληροφορία για το ποιες από τις εισροές «επιδιώκει να επηρεάσει η έξοδος». Με βάση αυτό, αποδεικνύεται ότι ο op-amp φαίνεται να εξισώνει τις τάσεις στις εισόδους του, εφαρμόζοντας τάση σε αυτές από κάπου "από μέσα".

Εξετάζοντας προσεκτικά τα διαγράμματα στο Σχ. 4, μπορείτε να δείτε ότι το OOC (μέσω Rooc) σε όλες τις περιπτώσεις ξεκινά από την έξοδο μόνοστην αντιστρεπτική είσοδο, που μας δίνει λόγο να επαναδιατυπώσουμε αυτόν τον κανόνα ως εξής: Τάση ενεργοποιημένη η έξοδος του op-amp, που καλύπτεται από το OOS, τείνει να διασφαλίζει ότι το δυναμικό στην είσοδο αναστροφής είναι ίσο με το δυναμικό στη μη αναστρέφουσα είσοδο.

Με βάση αυτόν τον ορισμό, το "πρωταρχικό" σε κάθε συμπερίληψη του ΟΑ με το OOS είναι η μη αντιστρεπτική είσοδος και ο "σκλάβος" είναι η αναστροφή.

Όταν περιγράφεται η λειτουργία ενός ενισχυτή λειτουργίας, το δυναμικό στην αναστροφική του είσοδο αναφέρεται συχνά ως "εικονικό μηδέν" ή "εικονικό μέσο". Η μετάφραση της λατινικής λέξης "virtus" σημαίνει "φανταστικό", "φανταστικό". Ένα εικονικό αντικείμενο συμπεριφέρεται κοντά στη συμπεριφορά παρόμοιων αντικειμένων της υλικής πραγματικότητας, δηλαδή, για τα σήματα εισόδου (λόγω της δράσης του FOS), η είσοδος αναστροφής μπορεί να θεωρηθεί συνδεδεμένη απευθείας στο ίδιο δυναμικό με τη μη αναστρέφουσα είσοδο. Ωστόσο, το "εικονικό μηδέν" είναι απλώς μια ειδική περίπτωση που πραγματοποιείται μόνο με διπολική τροφοδοσία του op-amp. Όταν χρησιμοποιείτε μονοπολικό τροφοδοτικό (το οποίο θα συζητηθεί παρακάτω) και σε πολλά άλλα κυκλώματα μεταγωγής, δεν θα υπάρχει μηδέν ούτε στις μη αναστροφικές ούτε στις αναστροφικές εισόδους. Επομένως, ας συμφωνήσουμε ότι δεν θα χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον όρο, καθώς παρεμβαίνει στην αρχική κατανόηση των αρχών λειτουργίας του ΛΣ.

Από αυτή την άποψη, θα αναλύσουμε τα σχήματα που φαίνονται στο Σχ. 4. Ταυτόχρονα, για να απλοποιήσουμε την ανάλυση, θα υποθέσουμε ότι οι τάσεις τροφοδοσίας είναι ακόμα διπολικές, ίσες μεταξύ τους σε τιμή (ας πούμε, ± 15 V), με ένα μέσο (κοινός δίαυλος ή «γείωση»), σχετικό στην οποία θα μετρήσουμε τις τάσεις εισόδου και εξόδου. Επιπλέον, η ανάλυση θα γίνει σε συνεχές ρεύμα, επειδή. ένα μεταβαλλόμενο εναλλασσόμενο σήμα σε κάθε χρονική στιγμή μπορεί επίσης να αναπαρασταθεί ως δείγμα τιμών συνεχούς ρεύματος. Σε όλες τις περιπτώσεις, η ανάδραση μέσω του Rooc συνδέεται από την έξοδο του οπ-ενισχυτή στην αναστροφική του είσοδο. Η διαφορά είναι μόνο σε ποια από τις εισόδους εφαρμόζεται η τάση εισόδου.

ΕΝΑ) αναστρέφονταςενεργοποίηση (Εικ. 5).

Ρύζι. 5 Η αρχή λειτουργίας του op-amp σε μια αναστροφική σύνδεση

Το δυναμικό στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο είναι μηδέν, γιατί συνδέεται με το μεσαίο σημείο («γείωση»). Ένα σήμα εισόδου ίσο με +1 V σε σχέση με το μεσαίο σημείο (από GB) εφαρμόζεται στον αριστερό ακροδέκτη της αντίστασης εισόδου Rin. Ας υποθέσουμε ότι οι αντιστάσεις Rooc και Rin είναι ίσες μεταξύ τους και ανέρχονται σε 1 kOhm (η συνολική τους αντίσταση είναι 2 kOhm).

Σύμφωνα με τον κανόνα 2, η είσοδος αναστροφής πρέπει να έχει το ίδιο δυναμικό με τη μηδενική μη αντιστρεπτική, δηλαδή 0 V. Επομένως, εφαρμόζεται τάση +1 V στο Rin. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, ένα ρεύμα θα διαρρέει Εγώεισαγωγή= 1 V / 1000 ohms = 0,001 A (1 mA). Η κατεύθυνση ροής αυτού του ρεύματος φαίνεται με ένα βέλος.

Δεδομένου ότι το Rooc και το Rin συνδέονται με ένα διαιρέτη και σύμφωνα με τον κανόνα 1, οι είσοδοι του op-amp δεν καταναλώνουν ρεύμα, προκειμένου η τάση να είναι 0 V στο μέσο αυτού του διαιρέτη, πρέπει να εφαρμοστεί τάση σε η σωστή έξοδος του Rooc μείον 1 V και το ρεύμα που το διαρρέει Εγώοοςθα πρέπει επίσης να είναι ίσο με 1 mA. Με άλλα λόγια, εφαρμόζεται μια τάση 2 V μεταξύ του αριστερού ακροδέκτη Rin και του δεξιού ακροδέκτη Rooc και το ρεύμα που ρέει μέσω αυτού του διαχωριστή είναι 1 mA (2 V / (1 kΩ + 1 kΩ) = 1 mA), δηλ. Εγώ εισαγωγή = Εγώ οος .

Εάν εφαρμοστεί τάση αρνητικής πολικότητας στην είσοδο, η έξοδος του op-amp θα είναι μια τάση θετικής πολικότητας. Όλα είναι ίδια, μόνο τα βέλη που δείχνουν τη ροή του ρεύματος μέσω του Rooc και του Rin θα κατευθύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Έτσι, εάν οι τιμές των Rooc και Rin είναι ίσες, η τάση στην έξοδο του op-amp θα είναι ίση με την τάση στην είσοδο του σε μέγεθος, αλλά αντίστροφη σε πολικότητα. Και πήραμε αναστρέφοντας επαναληπτικός . Αυτό το σχήμα χρησιμοποιείται συχνά εάν χρειάζεται να αντιστρέψετε το σήμα που λαμβάνεται χρησιμοποιώντας κυκλώματα που είναι βασικά μετατροπείς. Για παράδειγμα, λογαριθμικοί ενισχυτές.

Τώρα ας διατηρήσουμε το Rin ίσο με 1 kOhm και ας αυξήσουμε την αντίσταση Rooc στα 2 kOhm με το ίδιο σήμα εισόδου +1 V. Η συνολική αντίσταση διαιρέτη Rooc+Rin έχει αυξηθεί στα 3 kOhm. Προκειμένου ένα δυναμικό 0 V (ίσο με το δυναμικό της μη αντιστρεπτικής εισόδου) να παραμείνει στο μέσο του, το ίδιο ρεύμα (1 mA) πρέπει να ρέει μέσω του Rooc όπως και μέσω του Rin. Επομένως, η πτώση τάσης στο Rooc (τάση στην έξοδο του op-amp) θα πρέπει να είναι ήδη 2 V. Στην έξοδο του op-amp, η τάση είναι μείον 2 V.

Ας αυξήσουμε την τιμή του Rooc στα 10 kOhm. Τώρα η τάση στην έξοδο του op-amp υπό τις ίδιες άλλες συνθήκες θα είναι ήδη 10 V. Ουάου! Τελικά πήραμε αναστρέφοντας ενισχυτής ! Η τάση εξόδου του είναι μεγαλύτερη από την τάση εισόδου (με άλλα λόγια, το κέρδος Ku) όσες φορές η αντίσταση Rooc είναι μεγαλύτερη από την αντίσταση Rin. Ανεξάρτητα από το πώς ορκίστηκα να μην χρησιμοποιήσω τύπους, ας το εμφανίσουμε ως εξίσωση:
Ku \u003d - Uout / Uin \u003d - Rooc / Rin. (2)

Το σύμβολο μείον μπροστά από το κλάσμα στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης σημαίνει μόνο ότι το σήμα εξόδου είναι αντίστροφο σε σχέση με την είσοδο. Και τίποτα παραπάνω!

Και τώρα ας αυξήσουμε την αντίσταση Rooc στα 20 kOhm και ας αναλύσουμε τι συμβαίνει. Σύμφωνα με τον τύπο (2), με Ku \u003d 20 και σήμα εισόδου 1 V, η έξοδος θα έπρεπε να ήταν τάση 20 V. Αλλά δεν ήταν εκεί! Προηγουμένως υποθέσαμε ότι η τάση τροφοδοσίας του op-amp μας είναι μόνο ± 15 V. Αλλά ακόμη και 15 V δεν μπορούν να ληφθούν (γιατί έτσι - λίγο χαμηλότερα). «Δεν μπορείς να πηδήξεις πάνω από το κεφάλι σου (τάση τροφοδοσίας)»! Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας κατάχρησης των χαρακτηριστικών του κυκλώματος, η τάση εξόδου του op-amp "ακουμπά" στην τάση τροφοδοσίας (η έξοδος του op-amp εισέρχεται σε κορεσμό). Η ισορροπία της τρέχουσας ισότητας μέσω του διαιρέτη RoocRin ( Εγώεισαγωγή = Εγώοος) παραβιάζεται, εμφανίζεται ένα δυναμικό στην αντιστρεπτική είσοδο, το οποίο είναι διαφορετικό από το δυναμικό στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο. Ο κανόνας 2 δεν ισχύει πλέον.

Εισαγωγή αντίσταση αναστροφής ενισχυτήςισούται με την αντίσταση Rin, αφού όλο το ρεύμα από την πηγή σήματος εισόδου (GB) ρέει μέσα από αυτήν.

Τώρα ας αντικαταστήσουμε τη σταθερά Rooc με μια μεταβλητή, με ονομαστική τιμή, ας πούμε, 10 kOhm (Εικ. 6).

Ρύζι. 6 Κύκλωμα ενισχυτή αναστροφής μεταβλητού κέρδους

Με τη δεξιά (σύμφωνα με το κύκλωμα) θέση του ρυθμιστή του, το κέρδος θα είναι Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Μετακινώντας το ρυθμιστικό Rooc προς τα αριστερά (μειώνοντας την αντίστασή του), το κέρδος του κυκλώματος θα μειώνεται και, τέλος, στην άκρα αριστερή του θέση θα γίνει ίσο με μηδέν, αφού ο αριθμητής στον παραπάνω τύπο θα γίνει μηδέν στο όποιος την τιμή του παρονομαστή. Η έξοδος θα είναι επίσης μηδέν για οποιαδήποτε τιμή και πολικότητα του σήματος εισόδου. Ένα τέτοιο σχήμα χρησιμοποιείται συχνά σε κυκλώματα ενίσχυσης σήματος ήχου, για παράδειγμα, σε μίκτες, όπου πρέπει να ρυθμίσετε το κέρδος από το μηδέν.

ΣΙ) μη αντιστρεπτικήενεργοποίηση (Εικ. 7).

Ρύζι. 7 Η αρχή λειτουργίας του οπ-ενισχυτή σε μη αντιστρεπτικό έγκλειμα

Ο αριστερός ακροδέκτης του Rin συνδέεται στο μεσαίο σημείο ("γείωση") και το σήμα εισόδου ίσο με +1 V εφαρμόζεται απευθείας στη μη αναστρέφουσα είσοδο. Δεδομένου ότι οι αποχρώσεις της ανάλυσης "μασάθηκαν" παραπάνω, εδώ θα δώσουμε προσοχή μόνο σε σημαντικές διαφορές.

Στο πρώτο στάδιο της ανάλυσης, παίρνουμε επίσης τις αντιστάσεις Rooc και Rin ίσες μεταξύ τους και ίσες με 1 kOhm. Επειδή στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο, το δυναμικό είναι +1 V, τότε σύμφωνα με τον κανόνα 2, το ίδιο δυναμικό (+1 V) πρέπει να είναι στην είσοδο αναστροφής (που φαίνεται στο σχήμα). Για να γίνει αυτό, πρέπει να υπάρχει τάση +2 V στον δεξιό ακροδέκτη της αντίστασης Rooc (έξοδος του op-amp). ΕγώεισαγωγήΚαι Εγώοος, ίσο με 1 mA, τώρα ρέει μέσω των αντιστάσεων Rooc και Rin προς την αντίθετη κατεύθυνση (δείχνεται με βέλη). Το έχουμε μη αντιστρεπτική ενισχυτής με κέρδος 2, αφού μια είσοδος +1V παράγει έξοδο +2V.

Περίεργο, έτσι δεν είναι; Οι ονομασίες είναι ίδιες με αυτές της σύνδεσης αναστροφής (η μόνη διαφορά είναι ότι το σήμα εφαρμόζεται σε άλλη είσοδο), και το κέρδος είναι προφανές. Θα το εξετάσουμε λίγο αργότερα.

Τώρα αυξάνουμε την τιμή του Rooc στα 2 kOhm. Να κρατήσει την ισορροπία των ρευμάτων Εγώεισαγωγή = Εγώοοςκαι το δυναμικό της εισόδου αναστροφής είναι +1 V, η έξοδος του op-amp θα πρέπει να είναι ήδη +3 V. Ku \u003d 3 V / 1 V \u003d 3!

Εάν συγκρίνουμε τις τιμές του Ku με μια μη αντιστρεπτική σύνδεση με μια αναστροφή, με τις ίδιες βαθμολογίες Rooc και Rin, αποδεικνύεται ότι το κέρδος σε όλες τις περιπτώσεις είναι μεγαλύτερο κατά ένα. Βγάζουμε τον τύπο:
Ku \u003d Uout / Uin + 1 \u003d (Rooc / Rin) + 1 (3)

Γιατί συμβαίνει αυτό? Ναι, πολύ εύκολο! Το NFB λειτουργεί ακριβώς το ίδιο όπως σε μια αναστροφική σύνδεση, αλλά σύμφωνα με τον κανόνα 2, το δυναμικό της μη αναστρέφουσας εισόδου προστίθεται πάντα στο δυναμικό της εισόδου αναστροφής σε μια μη αντιστρεφόμενη σύνδεση.

Άρα, με μια μη αντιστρεπτική συμπερίληψη, είναι αδύνατο να ληφθεί κέρδος ίσο με 1; Γιατί όχι, γιατί όχι. Ας μειώσουμε την τιμή του Rooc, παρόμοια με το πώς αναλύσαμε το Σχ. 6. Με τη μηδενική του τιμή - βραχυκυκλώνοντας την έξοδο με την είσοδο αναστροφής (Εικ. 8, Α), σύμφωνα με τον κανόνα 2, η έξοδος θα έχει τέτοια τάση ώστε το δυναμικό της εισόδου αναστροφής να είναι ίσο με το δυναμικό της η μη αντιστρεφόμενη είσοδος, δηλ. +1 V. Παίρνουμε: Ku \u003d 1 V / 1 V \u003d 1 (!) Λοιπόν, εφόσον η είσοδος αναστροφής δεν καταναλώνει ρεύμα και δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτής και της εξόδου, τότε δεν ρέει ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα.

Ρύζι. 8 Σχέδιο ενεργοποίησης του op-amp ως ακολουθητής τάσης

Το Rin γίνεται γενικά περιττό, γιατί συνδέεται παράλληλα με το φορτίο στο οποίο θα πρέπει να λειτουργεί η έξοδος του οπ-ενισχυτή και το ρεύμα εξόδου του θα διαρρέει μάταια. Και τι θα συμβεί αν φύγετε από το Rooc, αλλά αφαιρέσετε το Rin (Εικ. 8, B); Στη συνέχεια, στον τύπο απολαβής Ku = Roos / Rin + 1, η αντίσταση Rin γίνεται θεωρητικά κοντά στο άπειρο (στην πραγματικότητα, φυσικά, όχι, επειδή υπάρχουν διαρροές στην πλακέτα και το ρεύμα εισόδου του op-amp, αν και αμελητέα , το μηδέν εξακολουθεί να μην είναι ίσο), και η αναλογία Rooc / Rin ισοδυναμεί με μηδέν. Μόνο ένα παραμένει στον τύπο: Ku \u003d + 1. Μπορεί το κέρδος να είναι μικρότερο από ένα για αυτό το κύκλωμα; Όχι, το λιγότερο δεν θα λειτουργήσει σε καμία περίπτωση. Δεν μπορείτε να περιηγηθείτε την «επιπλέον» μονάδα στη φόρμουλα κέρδους σε μια στραβή κατσίκα ...

Αφού αφαιρέσαμε όλες τις «επιπλέον» αντιστάσεις, παίρνουμε ένα κύκλωμα μη αντιστρεπτική επαναληπτικός φαίνεται στο Σχ. 8, V.

Με την πρώτη ματιά, ένα τέτοιο σχήμα δεν έχει πρακτικό νόημα: γιατί χρειαζόμαστε μια ενιαία, ακόμη και μη αντίστροφη "ενίσχυση" - τι, δεν μπορείτε απλώς να στείλετε ένα σήμα περαιτέρω ??? Ωστόσο, τέτοια σχήματα χρησιμοποιούνται αρκετά συχνά και να γιατί. Σύμφωνα με τον κανόνα 1, το ρεύμα δεν ρέει στις εισόδους του op-amp, δηλ. αντίσταση εισόδου ο μη αντιστρεφόμενος ακόλουθος είναι πολύ μεγάλος - οι ίδιες δεκάδες, εκατοντάδες ακόμη και χιλιάδες MΩ (το ίδιο ισχύει και για το κύκλωμα σύμφωνα με το Σχ. 7)! Αλλά η αντίσταση εξόδου είναι πολύ μικρή (κλάσματα Ohm!). Η έξοδος του οπ-ενισχυτή «φουσκώνει με όλη της τη δύναμη», προσπαθώντας, σύμφωνα με τον Κανόνα 2, να διατηρήσει το ίδιο δυναμικό στην είσοδο αναστροφής όπως και στη μη αναστρέφουσα. Ο μόνος περιορισμός είναι το επιτρεπόμενο ρεύμα εξόδου του op-amp.

Αλλά από αυτό το μέρος θα κουνήσουμε λίγο στο πλάι και θα εξετάσουμε το θέμα των ρευμάτων εξόδου του op-amp με λίγο περισσότερες λεπτομέρειες.

Για τους περισσότερους ενισχυτές γενικής χρήσης, οι τεχνικές προδιαγραφές αναφέρουν ότι η αντίσταση του φορτίου που συνδέεται με την έξοδό τους δεν πρέπει να είναι πιο λιγο 2 kOhm Περισσότερα - όσο θέλετε. Για πολύ μικρότερο αριθμό, είναι 1 kOhm (K140UD ...). Αυτό σημαίνει ότι κάτω από τις χειρότερες συνθήκες: μέγιστη τάση τροφοδοσίας (π.χ. ±16 V ή 32 V συνολικά), φορτίο συνδεδεμένο μεταξύ της εξόδου και μιας από τις ράγες τροφοδοσίας και μέγιστη τάση εξόδου αντίθετης πολικότητας, τάση περίπου Στο φορτίο θα εφαρμοστούν 30 V. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα που διαπερνά θα είναι: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Όχι τόσο λίγο, αλλά ούτε και πολύ. Ευτυχώς, οι περισσότεροι ενισχυτές λειτουργίας γενικής χρήσης διαθέτουν ενσωματωμένη προστασία υπερέντασης - το τυπικό μέγιστο ρεύμα εξόδου είναι 25 mA. Η προστασία αποτρέπει την υπερθέρμανση και την αστοχία του op-amp.

Εάν οι τάσεις τροφοδοσίας δεν είναι οι μέγιστες επιτρεπόμενες, τότε η ελάχιστη αντίσταση φορτίου μπορεί να μειωθεί αναλογικά. Ας πούμε, με τροφοδοτικό 7,5 ... 8 V (σύνολο 15 ... 16 V), μπορεί να είναι 1 kOhm.

ΣΕ) διαφορικόςενεργοποίηση (Εικ. 9).

Ρύζι. 9 Η αρχή λειτουργίας του op-amp σε διαφορική σύνδεση

Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι με τις ίδιες τιμές Rin και Rooc ίσες με 1 kOhm, εφαρμόζονται οι ίδιες τάσεις ίσες με +1 V και στις δύο εισόδους του κυκλώματος (Εικ. 9, Α). Δεδομένου ότι τα δυναμικά και στις δύο πλευρές της αντίστασης Rin είναι ίσα μεταξύ τους (η τάση κατά μήκος της αντίστασης είναι 0), δεν ρέει ρεύμα μέσω αυτής. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα μέσω της αντίστασης Rooc είναι επίσης μηδέν. Δηλαδή, αυτές οι δύο αντιστάσεις δεν εκτελούν καμία λειτουργία. Στην πραγματικότητα, έχουμε στην πραγματικότητα έναν μη αντιστρεφόμενο ακόλουθο (συγκρίνετε με το Σχ. 8). Αντίστοιχα, θα λάβουμε την ίδια τάση στην έξοδο με τη μη αναστροφική είσοδο, δηλαδή +1 V. Ας αλλάξουμε την πολικότητα του σήματος εισόδου στην είσοδο αναστροφής του κυκλώματος (αναποδογυρίστε το GB1) και εφαρμόστε μείον 1 V (Εικ. 9, Β). Τώρα εφαρμόζεται μια τάση 2 V μεταξύ των ακροδεκτών Rin και ένα ρεύμα ρέει μέσα από αυτό Εγώσε\u003d 2 mA (ελπίζω ότι δεν είναι πλέον απαραίτητο να περιγράψουμε λεπτομερώς γιατί συμβαίνει αυτό;). Για να αντισταθμιστεί αυτό το ρεύμα, ένα ρεύμα 2 mA πρέπει επίσης να ρέει μέσω του Rooc. Και για αυτό, η έξοδος του op-amp πρέπει να έχει τάση +3 V.

Εκεί εμφανίστηκε το κακόβουλο «χαμόγελο» ενός επιπλέον στη φόρμουλα για το κέρδος ενός μη αντιστρεφόμενου ενισχυτή. Αποδεικνύεται ότι με τέτοια απλοποιημένηΣτη διαφορική μεταγωγή, η διαφορά στο κέρδος μετατοπίζει συνεχώς το σήμα εξόδου κατά το δυναμικό στη μη αντιστρεπτική είσοδο. Ένα πρόβλημα με! Ωστόσο, «Ακόμα κι αν σε έφαγαν, έχεις τουλάχιστον δύο εξόδους». Αυτό σημαίνει ότι πρέπει με κάποιο τρόπο να εξισώσουμε τα κέρδη των αναστρεφόμενων και μη αναστρέψιμων εγκλεισμάτων για να «εξουδετερώσουμε» αυτό το επιπλέον.

Για να γίνει αυτό, ας εφαρμόσουμε το σήμα εισόδου στη μη αναστρέφουσα είσοδο όχι απευθείας, αλλά μέσω του διαιρέτη Rin2, R1 (Εικ. 9, B). Ας πάρουμε τις ονομασίες τους επίσης για 1 kOhm. Τώρα, στη μη αναστρέφουσα (και επομένως και στην αναστροφή) είσοδο του op-amp, θα υπάρχει δυναμικό +0,5 V, ένα ρεύμα θα ρέει μέσα από αυτό (και το Rooc) Εγώσε = Εγώοος\u003d 0,5 mA, για να διασφαλιστεί ότι η έξοδος του op-amp πρέπει να έχει τάση ίση με 0 V. Phew! Πήραμε αυτό που θέλαμε! Με ίσα σήματα μεγέθους και πολικότητας και στις δύο εισόδους του κυκλώματος (σε αυτήν την περίπτωση +1 V, αλλά το ίδιο θα ισχύει για μείον 1 V και για οποιεσδήποτε άλλες ψηφιακές τιμές), η έξοδος του op-amp θα διατηρεί μηδενική τάση ίση στη διαφορά στα σήματα εισόδου.

Ας ελέγξουμε αυτό το σκεπτικό εφαρμόζοντας ένα σήμα αρνητικής πολικότητας μείον 1 V στην είσοδο αναστροφής (Εικ. 9, D). Εν Εγώσε = Εγώοος= 2 mA, για τα οποία η έξοδος πρέπει να είναι +2 V. Όλα επιβεβαιώθηκαν! Το επίπεδο εξόδου αντιστοιχεί στη διαφορά μεταξύ των εισόδων.

Φυσικά, αν οι Rin1 και Rooc είναι ίσοι (αντίστοιχα, Rin2 και R1), δεν θα πάρουμε ενίσχυση. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να αυξήσετε τις τιμές των Rooc και R1, όπως έγινε κατά την ανάλυση προηγούμενων συμπεριλήψεων του op-amp (δεν θα το επαναλάβω) και θα πρέπει αυστηρά σεβαστείτε την αναλογία:

Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (4)

Τι χρήσιμο έχουμε από μια τέτοια ένταξη στην πράξη; Και έχουμε μια αξιοσημείωτη ιδιότητα: η τάση εξόδου δεν εξαρτάται από τις απόλυτες τιμές των σημάτων εισόδου, εάν είναι ίσες μεταξύ τους σε μέγεθος και πολικότητα. Μόνο το σήμα διαφοράς (διαφορικό) εξέρχεται. Αυτό καθιστά δυνατή την ενίσχυση πολύ μικρών σημάτων σε φόντο θορύβου που ενεργεί εξίσου και στις δύο εισόδους. Για παράδειγμα, ένα σήμα από ένα δυναμικό μικρόφωνο στο φόντο μιας βιομηχανικής λήψης συχνοτήτων 50 Hz.

Ωστόσο, σε αυτό το βαρέλι με το μέλι, δυστυχώς, υπάρχει μια μύγα στην αλοιφή. Πρώτον, η ισότητα (4) πρέπει να τηρείται πολύ αυστηρά (έως δέκατα και μερικές φορές εκατοστά του τοις εκατό!). Διαφορετικά, θα υπάρξει ανισορροπία των ρευμάτων που ενεργούν στο κύκλωμα και επομένως, εκτός από τα σήματα διαφοράς («αντιφασικής»), θα ενισχυθούν και τα συνδυασμένα σήματα («κοινή λειτουργία»).

Ας κατανοήσουμε την ουσία αυτών των όρων (Εικ. 10).

Ρύζι. 10 Μετατόπιση φάσης σήματος

Η φάση του σήματος είναι μια τιμή που χαρακτηρίζει τη μετατόπιση της αρχής της περιόδου σήματος σε σχέση με την αρχή του χρόνου. Εφόσον τόσο η προέλευση του χρόνου όσο και η προέλευση της περιόδου επιλέγονται αυθαίρετα, η φάση του ενός περιοδικόςτο σήμα δεν έχει φυσική σημασία. Ωστόσο, η διαφορά φάσης μεταξύ των δύο περιοδικόςσήματα είναι μια ποσότητα που έχει φυσική έννοια, αντανακλά την καθυστέρηση ενός από τα σήματα σε σχέση με το άλλο. Το τι θεωρείται αρχή της περιόδου δεν έχει σημασία. Για το σημείο της αρχής της περιόδου, μπορείτε να πάρετε μια μηδενική τιμή με θετική κλίση. Είναι δυνατό - μέγιστο. Όλα είναι στη δύναμή μας.

Στο Σχ. 9, το κόκκινο δείχνει το αρχικό σήμα, το πράσινο - μετατοπισμένο κατά ¼ περίοδο σε σχέση με το πρωτότυπο και το μπλε - κατά ½ περίοδο. Αν συγκρίνουμε τις κόκκινες και μπλε καμπύλες με τις καμπύλες στο Σχ. 2, Β, φαίνεται ότι είναι αμοιβαία αντίστροφος. Έτσι, τα «σε φάση» είναι σήματα που συμπίπτουν μεταξύ τους σε κάθε σημείο τους και τα «αντιφασικά σήματα» είναι αντίστροφοςσε σχέση μεταξύ τους.

Ταυτόχρονα, η έννοια αναστροφέςευρύτερη από την έννοια φάσεις, επειδή Το τελευταίο ισχύει μόνο για τακτικά επαναλαμβανόμενα, περιοδικά σήματα. Και η έννοια αναστροφέςισχύει για οποιαδήποτε σήματα, συμπεριλαμβανομένων των μη περιοδικών, όπως π.χ ηχητικό σήμα, ψηφιακή ακολουθία ή σταθερή τάση. Προς την φάσηείναι μια σταθερή τιμή, το σήμα πρέπει να είναι περιοδικό τουλάχιστον σε ένα συγκεκριμένο διάστημα. Διαφορετικά, τόσο η φάση όσο και η περίοδος μετατρέπονται σε μαθηματικές αφαιρέσεις.

Δεύτερον, οι εισόδους αναστροφής και μη στη διαφορική σύνδεση, με ίσες τιμές Rooc = R1 και Rin1 = Rin2, θα έχουν διαφορετικές αντιστάσεις εισόδου. Εάν η αντίσταση εισόδου της αναστροφής εισόδου καθορίζεται μόνο από την τιμή Rin1, τότε η μη αναστρέφουσα είσοδος καθορίζεται από τις τιμές διαδοχικώςπεριλαμβάνονται Rin2 και R1 (δεν έχετε ξεχάσει ότι οι είσοδοι op-amp δεν καταναλώνουν ρεύμα;). Στο παραπάνω παράδειγμα, θα είναι 1 και 2 kΩ, αντίστοιχα. Και αν αυξήσουμε το Rooc και το R1 για να αποκτήσουμε ένα πλήρες στάδιο ενίσχυσης, τότε η διαφορά θα αυξηθεί ακόμη πιο σημαντικά: με Ku \u003d 10 - μέχρι, αντίστοιχα, όλα τα ίδια 1 kOhm και έως και 11 kOhm!

Δυστυχώς, στην πράξη, συνήθως ορίζονται οι βαθμολογίες Rin1 = Rin2 και Rooc = R1. Ωστόσο, αυτό είναι αποδεκτό μόνο εάν οι πηγές σήματος και για τις δύο εισόδους είναι πολύ χαμηλές αντίσταση εξόδου. Διαφορετικά, σχηματίζει έναν διαιρέτη με την αντίσταση εισόδου αυτού του σταδίου ενίσχυσης, και δεδομένου ότι ο συντελεστής διαίρεσης τέτοιων «διαιρετών» θα είναι διαφορετικός, το αποτέλεσμα είναι προφανές: ένας διαφορικός ενισχυτής με τέτοιες τιμές αντίστασης δεν θα εκτελέσει τη λειτουργία καταστολής σήματα κοινής λειτουργίας (συνδυασμένη) ή δεν εκτελούν αυτή τη λειτουργία κακώς.

Ένας από τους τρόπους επίλυσης αυτού του προβλήματος μπορεί να είναι η ανισότητα των τιμών των αντιστάσεων που συνδέονται με τις εισόδους αναστροφής και μη του op-amp. Δηλαδή, έτσι ώστε Rin2 + R1 = Rin1. Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι να επιτευχθεί η ακριβής τήρηση της ισότητας (4). Κατά κανόνα, αυτό επιτυγχάνεται με τη διαίρεση του R1 σε δύο αντιστάσεις - μια σταθερή, συνήθως 90% της επιθυμητής τιμής, και μια μεταβλητή (R2), της οποίας η αντίσταση είναι 20% της απαιτούμενης τιμής (Εικ. 11, Α).

Ρύζι. 11 Επιλογές εξισορρόπησης διαφορικού ενισχυτή

Η διαδρομή είναι γενικά αποδεκτή, αλλά και πάλι, με αυτήν τη μέθοδο εξισορρόπησης, έστω και ελαφρά, αλλάζει η σύνθετη αντίσταση εισόδου της μη αναστρέφουσας εισόδου. Μια πολύ πιο σταθερή επιλογή με τη συμπερίληψη μιας αντίστασης συντονισμού (R5) σε σειρά με το Rooc (Εικ. 11, B), αφού το Rooc δεν συμμετέχει στο σχηματισμό της αντίστασης εισόδου της αναστροφής εισόδου. Το κύριο πράγμα είναι να διατηρήσετε την αναλογία των ονομασιών τους, παρόμοια με την επιλογή "A" (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).

Επειδή μιλήσαμε για διαφορική μεταγωγή και αναφέραμε επαναλήπτες, θα ήθελα να περιγράψω ένα ενδιαφέρον κύκλωμα (Εικ. 12).

Ρύζι. 12 Κύκλωμα ακολούθου με μεταγωγή αναστροφής/μη αναστροφής

Το σήμα εισόδου εφαρμόζεται ταυτόχρονα και στις δύο εισόδους του κυκλώματος (αντιστρέφοντας και μη). Οι βαθμολογίες όλων των αντιστάσεων (Rin1, Rin2 και Rooc) είναι ίσες μεταξύ τους (στην περίπτωση αυτή, ας πάρουμε τις πραγματικές τους τιμές: 10 ... 100 kOhm). Η μη αναστρέφουσα είσοδος του op-amp με το κλειδί SA μπορεί να κλείσει σε έναν κοινό δίαυλο.

Στην κλειστή θέση του κλειδιού (Εικ. 12, Α), η αντίσταση Rin2 δεν συμμετέχει στη λειτουργία του κυκλώματος (μόνο ρεύμα διαρρέει "άχρηστα" Εγώvx2από την πηγή σήματος στον κοινό δίαυλο). Παίρνουμε αντιστρέφοντας οπαδόςμε κέρδος ίσο με μείον 1 (βλ. Εικ. 6). Αλλά με το κλειδί SA στην ανοιχτή θέση (Εικ. 12, B), παίρνουμε μη αντιστρεφόμενος ακόλουθοςμε κέρδος ίσο με +1.

Η αρχή λειτουργίας αυτού του σχήματος μπορεί να εκφραστεί με ελαφρώς διαφορετικό τρόπο. Όταν το κλειδί SA είναι κλειστό, λειτουργεί ως αναστροφικός ενισχυτής με κέρδος ίσο με μείον 1 και όταν είναι ανοιχτό - ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ(!) Και ως αντιστρεφόμενος ενισχυτής με κέρδος, μείον 1, και ως μη αντιστρεφόμενος ενισχυτής με κέρδος +2, από όπου: Ku = +2 + (–1) = +1.

Σε αυτή τη μορφή, αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί εάν, για παράδειγμα, η πολικότητα του σήματος εισόδου είναι άγνωστη στο στάδιο του σχεδιασμού (για παράδειγμα, από έναν αισθητήρα που δεν είναι προσβάσιμος μέχρι να ρυθμιστεί η συσκευή). Εάν, ωστόσο, ένα τρανζίστορ (για παράδειγμα, ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου) χρησιμοποιείται ως κλειδί, ελέγχεται από το σήμα εισόδου χρησιμοποιώντας συγκριτής(το οποίο θα συζητηθεί παρακάτω), παίρνουμε σύγχρονος ανιχνευτής(σύγχρονος ανορθωτής). Η συγκεκριμένη εφαρμογή ενός τέτοιου σχήματος, φυσικά, ξεφεύγει από την αρχική γνωριμία με τη λειτουργία του ΛΣ και δεν θα το ξανασχολιάσουμε εδώ αναλυτικά.

Και τώρα ας εξετάσουμε την αρχή της άθροισης των σημάτων εισόδου (Εικ. 13, Α) και ταυτόχρονα θα καταλάβουμε ποιες τιμές των αντιστάσεων Rin και Rooc πρέπει να είναι στην πραγματικότητα.

Ρύζι. 13 Η αρχή λειτουργίας του αναστροφικού αθροιστή

Λαμβάνουμε ως βάση τον ενισχυτή αναστροφής που ήδη συζητήθηκε παραπάνω (Εικ. 5), μόνο που συνδέουμε όχι μία, αλλά δύο αντιστάσεις εισόδου Rin1 και Rin2 στην είσοδο του op-amp. Μέχρι στιγμής, για «εκπαιδευτικούς» σκοπούς, δεχόμαστε την αντίσταση όλων των αντιστάσεων, συμπεριλαμβανομένου του Rooc, ίση με 1 kOhm. Παρέχουμε σήματα εισόδου ίσα με +1 V στους αριστερούς ακροδέκτες Rin1 και Rin2. Ρεύματα ίσα με 1 mA ρέουν μέσω αυτών των αντιστάσεων (δείχνονται με βέλη που δείχνουν από αριστερά προς τα δεξιά). Για να διατηρηθεί το ίδιο δυναμικό στην είσοδο αναστροφής όπως και στη μη αναστρέφουσα (0 V), ένα ρεύμα ίσο με το άθροισμα των ρευμάτων εισόδου (1 mA + 1 mA = 2 mA) πρέπει να ρέει μέσω της αντίστασης Rooc, που φαίνεται από ένα βέλος που δείχνει προς την αντίθετη κατεύθυνση (από τα δεξιά προς τα αριστερά), για το οποίο η έξοδος του οπ-ενισχυτή πρέπει να έχει τάση μείον 2 V.

Το ίδιο αποτέλεσμα (τάση εξόδου μείον 2 V) μπορεί να επιτευχθεί εάν εφαρμοστεί +2 V στην είσοδο του ενισχυτή αναστροφής (Εικ. 5) ή η τιμή του Rin μειωθεί στο μισό, δηλ. έως 500 Ohm. Ας αυξήσουμε την τάση που εφαρμόζεται στην αντίσταση Rin2 έως +2 V (Εικ. 13, B). Στην έξοδο παίρνουμε μια τάση μείον 3 V, η οποία είναι ίση με το άθροισμα των τάσεων εισόδου.

Δεν μπορεί να υπάρχουν δύο είσοδοι, αλλά όσες θέλετε. Η αρχή λειτουργίας αυτού του κυκλώματος δεν θα αλλάξει από αυτό: η τάση εξόδου σε κάθε περίπτωση θα είναι ευθέως ανάλογη με το αλγεβρικό άθροισμα (λαμβάνοντας υπόψη το πρόσημο!) των ρευμάτων που διέρχονται από τις αντιστάσεις που συνδέονται με την είσοδο αναστροφής του op -amp (αντίστροφα ανάλογο με τις βαθμολογίες τους), ανεξάρτητα από τον αριθμό τους.

Εάν, από την άλλη πλευρά, εφαρμοστούν σήματα ίσα με +1 V και μείον 1 V στις εισόδους του αντιστρεπτικού αθροιστή (Εικ. 13, Β), τότε τα ρεύματα που διαρρέουν από αυτούς θα είναι σε διαφορετικές κατευθύνσεις, θα ακυρώσουν το καθένα άλλο έξω και η έξοδος θα είναι 0 V. Μέσω της αντίστασης Rooc σε αυτή την περίπτωση δεν θα ρέει ρεύμα. Με άλλα λόγια, το ρεύμα που διαρρέει το Rooc αθροίζεται αλγεβρικά με εισαγωγήρεύματα.

Ένα σημαντικό σημείο προκύπτει επίσης από αυτό: ενώ λειτουργούσαμε με μικρές τάσεις εισόδου (1 ... 3 V), η έξοδος ενός ευρέως χρησιμοποιούμενου op-amp θα μπορούσε κάλλιστα να παρέχει ένα τέτοιο ρεύμα (1 ... 3 mA) για το Rooc και κάτι άλλο έμεινε για το φορτίο συνδεδεμένο στην έξοδο του op-amp. Αλλά εάν οι τάσεις των σημάτων εισόδου αυξηθούν στο μέγιστο επιτρεπόμενο (κοντά στις τάσεις τροφοδοσίας), τότε αποδεικνύεται ότι ολόκληρο το ρεύμα εξόδου θα πάει στο Rooc. Δεν έμεινε τίποτα για φόρτωση. Και ποιος χρειάζεται ένα στάδιο ενίσχυσης που λειτουργεί "για τον εαυτό του"; Επιπλέον, οι τιμές αντίστασης εισόδου μόνο 1 kΩ (αντίστοιχα, καθορίζουν την αντίσταση εισόδου της βαθμίδας του ενισχυτή αναστροφής) απαιτούν υπερβολικά υψηλά ρεύματα να ρέουν μέσω αυτών, φορτώνοντας πολύ την πηγή σήματος. Επομένως, σε πραγματικά κυκλώματα, η αντίσταση Rin επιλέγεται όχι μικρότερη από 10 kOhm, αλλά είναι επίσης επιθυμητό όχι περισσότερο από 100 kOhm, έτσι ώστε σε δεδομένο κέρδος, το Rooc να μην ρυθμίζεται πολύ ψηλά. Αν και αυτές οι τιμές δεν είναι απόλυτες, αλλά μόνο εκτιμήσεις, όπως λένε, "στην πρώτη προσέγγιση" - όλα εξαρτώνται από το συγκεκριμένο κύκλωμα. Σε κάθε περίπτωση, δεν είναι επιθυμητό ένα ρεύμα που διαρρέει το Rooc να υπερβαίνει το 5 ... 10% του μέγιστου ρεύματος εξόδου αυτού του συγκεκριμένου οπ-ενισχυτή.

Τα αθροιστικά σήματα μπορούν επίσης να εφαρμοστούν στη μη αντιστρεπτική είσοδο. Αποδεικνύεται μη αντιστρεφόμενος αθροιστής. Κατ 'αρχήν, ένα τέτοιο κύκλωμα θα λειτουργεί με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως ένας αναστροφικός αθροιστής, η έξοδος του οποίου θα είναι ένα σήμα που είναι άμεσα ανάλογο με τις τάσεις εισόδου και αντιστρόφως ανάλογο με τις τιμές των αντιστάσεων εισόδου. Ωστόσο, στην πράξη χρησιμοποιείται πολύ λιγότερο συχνά, επειδή. περιέχει μια «τσούνα» που πρέπει να ληφθεί υπόψη.

Εφόσον ο κανόνας 2 ισχύει μόνο για την αντιστρεπτική είσοδο, η οποία έχει «εικονικό μηδενικό δυναμικό», τότε η μη αντιστρεφόμενη είσοδος θα έχει δυναμικό ίσο με το αλγεβρικό άθροισμα των τάσεων εισόδου. Επομένως, η διαθέσιμη τάση εισόδου σε μία από τις εισόδους θα επηρεάσει την τάση που παρέχεται στις άλλες εισόδους. Δεν υπάρχει «εικονικό δυναμικό» στη μη αντιστρεφόμενη είσοδο! Ως αποτέλεσμα, πρέπει να εφαρμοστούν πρόσθετα κόλπα κυκλώματος.

Μέχρι στιγμής, έχουμε εξετάσει κυκλώματα βασισμένα σε λειτουργικό σύστημα με OOS. Τι θα συμβεί εάν τα σχόλια αφαιρεθούν εντελώς; Σε αυτή την περίπτωση, παίρνουμε συγκριτής(Εικ. 14), δηλαδή μια συσκευή που συγκρίνει την απόλυτη τιμή δύο δυναμικών στις εισόδους της (από την αγγλική λέξη συγκρίνω- συγκρίνω). Στην έξοδό του, θα υπάρχει μια τάση που πλησιάζει τη μία από τις τάσεις τροφοδοσίας, ανάλογα με το ποιο από τα σήματα είναι μεγαλύτερο από το άλλο. Συνήθως, το σήμα εισόδου εφαρμόζεται σε μία από τις εισόδους και στην άλλη - μια σταθερή τάση με την οποία συγκρίνεται (η λεγόμενη "τάση αναφοράς"). Μπορεί να είναι οτιδήποτε, συμπεριλαμβανομένου του μηδενικού δυναμικού (Εικ. 14, Β).

Ρύζι. 14 Σχέδιο ενεργοποίησης του op-amp ως σύγκριση

Ωστόσο, δεν είναι όλα τόσο καλά "στο βασίλειο της Δανίας" ... Και τι συμβαίνει αν η τάση μεταξύ των εισόδων είναι μηδέν; Θεωρητικά, η έξοδος θα πρέπει επίσης να είναι μηδενική, αλλά στην πραγματικότητα - ποτέ. Εάν το δυναμικό σε μία από τις εισόδους υπερβαίνει έστω και ελαφρώς το δυναμικό της άλλης, τότε αυτό θα είναι ήδη αρκετό για να εμφανιστούν χαοτικές υπερτάσεις στην έξοδο λόγω τυχαίων διαταραχών που προκαλούνται στις εισόδους του συγκριτή.

Στην πραγματικότητα, οποιοδήποτε σήμα είναι «θορυβώδες», γιατί ιδανικό δεν μπορεί να είναι εξ ορισμού. Και στην περιοχή κοντά στο σημείο ισότητας των δυναμικών των εισόδων, θα εμφανιστεί μια έκρηξη σημάτων εξόδου στην έξοδο του συγκριτή αντί για μια καθαρή μεταγωγή. Για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου, εισάγεται συχνά το κύκλωμα σύγκρισης υστέρησηδημιουργώντας ένα αδύναμο θετικό PIC από την έξοδο στη μη αναστρέφουσα είσοδο (Εικόνα 15).

Ρύζι. 15 Η αρχή λειτουργίας της υστέρησης στον συγκριτή λόγω του POS

Ας αναλύσουμε τη λειτουργία αυτού του σχήματος. Η τάση τροφοδοσίας του είναι ± 10 V (για ζυγό λογαριασμό). Η αντίσταση Rin είναι 1 kOhm και το Rpos είναι 10 kOhm. Το δυναμικό μέσου σημείου επιλέγεται ως η τάση αναφοράς που εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής. Η κόκκινη καμπύλη δείχνει το σήμα εισόδου που έρχεται στην αριστερή ακίδα Rin (είσοδος σχέδιοσυγκριτής), μπλε - το δυναμικό στη μη αντιστρεπτική είσοδο του op-amp και πράσινο - το σήμα εξόδου.

Ενώ το σήμα εισόδου έχει αρνητική πολικότητα, η έξοδος είναι μια αρνητική τάση, η οποία, μέσω του Rpos, προστίθεται στην τάση εισόδου σε αντίστροφη αναλογία με τις τιμές των αντίστοιχων αντιστάσεων. Ως αποτέλεσμα, το δυναμικό της μη αναστροφής εισόδου σε όλο το εύρος των αρνητικών τιμών είναι 1 V (σε απόλυτη τιμή) υψηλότερο από το επίπεδο σήματος εισόδου. Μόλις το δυναμικό της μη αναστρέφουσας εισόδου εξισωθεί με το δυναμικό της αντιστρεπτικής εισόδου (για το σήμα εισόδου, αυτό θα είναι + 1 V), η τάση στην έξοδο του op-amp θα αρχίσει να αλλάζει από αρνητική σε θετική πολικότητα. Το συνολικό δυναμικό στη μη αντιστρεπτική είσοδο θα ξεκινήσει σαν χιονοστιβάδαγίνονται ακόμα πιο θετικοί, υποστηρίζοντας τη διαδικασία μιας τέτοιας αλλαγής. Ως αποτέλεσμα, ο συγκριτής απλά "δεν θα παρατηρήσει" ασήμαντες διακυμάνσεις θορύβου των σημάτων εισόδου και αναφοράς, καθώς θα είναι πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερες σε πλάτος από το περιγραφόμενο "βήμα" του δυναμικού στη μη αναστρέφουσα είσοδο κατά την εναλλαγή. .

Όταν το σήμα εισόδου μειωθεί, η αντίστροφη μεταγωγή του σήματος εξόδου του συγκριτή θα συμβεί με τάση εισόδου μείον 1 V. Αυτή η διαφορά μεταξύ των επιπέδων του σήματος εισόδου οδηγεί στην εναλλαγή της εξόδου του συγκριτή, η οποία στην περίπτωσή μας είναι ίση με συνολικό των 2 V, καλείται υστέρηση. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση Rpos σε σχέση με το Rin (όσο μικρότερο είναι το βάθος του POS), τόσο μικρότερη είναι η υστέρηση μεταγωγής. Έτσι, με Rpos \u003d 100 kOhm, θα είναι μόνο 0,2 V και με Rpos \u003d 1 MΩ, θα είναι 0,02 V (20 mV). Η υστέρηση (βάθος PIC) επιλέγεται με βάση τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του συγκριτή σε ένα συγκεκριμένο κύκλωμα. Σε ποια 10 mV θα είναι πολλά, και σε ποια - και 2 V θα είναι μικρά.

Δυστυχώς, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συγκριτικός κάθε ενισχυτής op και όχι σε όλες τις περιπτώσεις. Διατίθενται εξειδικευμένα συγκριτικά IC για αντιστοίχιση μεταξύ αναλογικών και ψηφιακά σήματα. Μερικά από αυτά είναι εξειδικευμένα για σύνδεση σε ψηφιακά μικροκυκλώματα TTL (597CA2), μερικά - σε ψηφιακά μικροκυκλώματα ESL (597CA1), αλλά τα περισσότερα είναι τα λεγόμενα. "συγκριτές γενικής χρήσης" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Η κύρια διαφορά τους από τους ενισχυτές λειτουργίας έγκειται στην ειδική διάταξη της βαθμίδας εξόδου, η οποία κατασκευάζεται σε τρανζίστορ ανοιχτού συλλέκτη (Εικ. 16).

Ρύζι. 16 Στάδιο εξόδου σύγκρισης για γενικές εφαρμογές
και τη σύνδεσή του με την αντίσταση φορτίου

Αυτό απαιτεί την υποχρεωτική χρήση ενός εξωτερικού αντίσταση φορτίου(R1), χωρίς το οποίο το σήμα εξόδου είναι απλά φυσικά ανίκανο να σχηματίσει ένα υψηλό (θετικό) επίπεδο εξόδου. Η τάση +U2 στην οποία είναι συνδεδεμένη η αντίσταση φορτίου μπορεί να είναι διαφορετική από την τάση τροφοδοσίας +U1 του ίδιου του τσιπ σύγκρισης. Αυτό επιτρέπει σε απλά μέσα να παρέχουν το επιθυμητό επίπεδο εξόδου - είτε είναι TTL είτε CMOS.

Σημείωση Στους περισσότερους συγκριτές, ένα παράδειγμα των οποίων μπορεί να είναι διπλό LM393 (LM193 / LM293) ή ακριβώς το ίδιο σε κύκλωμα, αλλά τετραπλό LM339 (LM139 / LM239), ο πομπός του τρανζίστορ σταδίου εξόδου συνδέεται στον ακροδέκτη αρνητικής ισχύος, ο οποίος κάπως περιορίζει το πεδίο εφαρμογής τους. Από αυτή την άποψη, θα ήθελα να επιστήσω την προσοχή στον συγκριτή LM31 (LM111 / LM211), το ανάλογο του οποίου είναι το οικιακό 521/554CA3, στον οποίο τόσο ο συλλέκτης όσο και ο πομπός του τρανζίστορ εξόδου εξέρχονται ξεχωριστά, το οποίο μπορεί να συνδέεται με άλλες τάσεις εκτός από την τάση τροφοδοσίας του ίδιου του συγκριτή. Το μόνο και σχετικό του μειονέκτημα είναι ότι είναι μόνο ένα σε συσκευασία 8 ακίδων (μερικές φορές 14 ακίδων).

Μέχρι στιγμής, έχουμε εξετάσει κυκλώματα στα οποία το σήμα εισόδου τροφοδοτήθηκε στην είσοδο(ες) μέσω του Rin, δηλ. ήταν όλοι μετατροπείςεισαγωγή τάση σερεπό Τάσηίδιο. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα εισόδου διέρρευσε το Rin. Τι συμβαίνει αν η αντίστασή του ληφθεί ίση με το μηδέν; Το κύκλωμα θα λειτουργεί ακριβώς με τον ίδιο τρόπο όπως ο ενισχυτής αναστροφής που συζητήθηκε παραπάνω, μόνο η αντίσταση εξόδου της πηγής σήματος (Rout) θα χρησιμεύσει ως Rin, και παίρνουμε μετατροπέαςεισαγωγή ρεύμα Vρεπό Τάση(Εικ. 17).

Ρύζι. 17 Σχέδιο του μετατροπέα ρεύματος σε τάση στον ενισχυτή λειτουργίας

Δεδομένου ότι το δυναμικό στην είσοδο αναστροφής είναι το ίδιο με αυτό στη μη αναστρέφουσα (στην περίπτωση αυτή είναι "εικονικό μηδέν"), ολόκληρο το ρεύμα εισόδου ( Εγώσε) θα ρέει μέσω του Rooc μεταξύ της εξόδου της πηγής σήματος (G) και της εξόδου του op-amp. Η αντίσταση εισόδου ενός τέτοιου κυκλώματος είναι κοντά στο μηδέν, γεγονός που καθιστά δυνατή τη δημιουργία μικρο/χιλιοστόμετρων στη βάση του, τα οποία πρακτικά δεν επηρεάζουν το ρεύμα που ρέει μέσω του μετρούμενου κυκλώματος. Ίσως ο μόνος περιορισμός είναι το επιτρεπόμενο εύρος τάσης εισόδου του op-amp, το οποίο δεν πρέπει να ξεπεραστεί. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή, για παράδειγμα, ενός μετατροπέα ρεύματος σε τάση γραμμικής φωτοδιόδου και πολλών άλλων κυκλωμάτων.

Έχουμε εξετάσει τις βασικές αρχές λειτουργίας του ΛΣ σε διάφορα σχήματα για την ένταξή του. Ένα σημαντικό ερώτημα παραμένει: θρέψη.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένας ενισχυτής λειτουργίας έχει συνήθως μόνο 5 ακίδες: δύο εισόδους, μια έξοδο και δύο ακροδέκτες ισχύος, θετικό και αρνητικό. Στη γενική περίπτωση, χρησιμοποιείται διπολική ισχύς, δηλαδή το τροφοδοτικό έχει τρεις εξόδους με δυναμικά: + U; 0; -U.

Για άλλη μια φορά, εξετάστε προσεκτικά όλα τα παραπάνω σχήματα και δείτε ότι μια ξεχωριστή έξοδος του μεσαίου σημείου στο op-amp ΟΧΙ ! Απλώς δεν χρειάζεται για να λειτουργήσει το εσωτερικό τους κύκλωμα. Σε ορισμένα κυκλώματα, μια μη αναστροφική είσοδος συνδέθηκε στο μεσαίο σημείο, ωστόσο, αυτός δεν είναι ο κανόνας.

Ως εκ τούτου, υπερβολικός η πλειοψηφία Οι σύγχρονοι ενισχυτές λειτουργίας έχουν σχεδιαστεί για να τροφοδοτούν UNIPOLAR Τάση! Τίθεται ένα λογικό ερώτημα: «Γιατί χρειαζόμαστε τότε διπολική δύναμη», αν την απεικονίζαμε τόσο πεισματικά και με αξιοζήλευτη σταθερότητα στα σχέδια;

Αποδεικνύεται ότι είναι απλά πολύ άνεταγια πρακτικούς σκοπούς για τους ακόλουθους λόγους:

A) Για να εξασφαλιστεί επαρκής ταλάντευση ρεύματος και τάσης εξόδου μέσω του φορτίου (Εικ. 18).

Ρύζι. 18 Ρεύμα εξόδου μέσω του φορτίου στο διάφορες επιλογέςΤροφοδοτικό OS

Προς το παρόν, δεν θα εξετάσουμε τα κυκλώματα εισόδου (και OOS) των κυκλωμάτων που φαίνονται στο σχήμα («μαύρο κουτί»). Ας θεωρήσουμε δεδομένο ότι κάποιο ημιτονοειδές σήμα εισόδου εφαρμόζεται στην είσοδο (μαύρο ημιτονοειδές στα γραφήματα) και η έξοδος είναι το ίδιο ημιτονοειδές σήμα, ενισχυμένο σε σχέση με το έγχρωμο ημιτονοειδές εισόδου στα γραφήματα).

Κατά τη σύνδεση του φορτίου Rload. μεταξύ της εξόδου του op-amp και του μεσαίου σημείου της σύνδεσης των τροφοδοτικών (GB1 και GB2) - Εικ. 18, Α, το ρεύμα ρέει διαμέσου του φορτίου συμμετρικά γύρω από το μεσαίο σημείο (αντίστοιχα, τα κόκκινα και μπλε μισά κύματα) και το πλάτος του είναι μέγιστο και το πλάτος της τάσης στο Rload. επίσης το μέγιστο δυνατό - μπορεί να φτάσει σχεδόν τις τάσεις τροφοδοσίας. Το ρεύμα από την πηγή ισχύος της αντίστοιχης πολικότητας κλείνει μέσω του λειτουργικού συστήματος, Rload. και μια πηγή ρεύματος (κόκκινες και μπλε γραμμές που δείχνουν τη ροή ρεύματος προς την αντίστοιχη κατεύθυνση).

Δεδομένου ότι η εσωτερική αντίσταση των τροφοδοτικών op-amp είναι πολύ χαμηλή, το ρεύμα μέσω του φορτίου περιορίζεται μόνο από την αντίστασή του και το μέγιστο ρεύμα εξόδου του op-amp, το οποίο είναι συνήθως 25 mA.

Όταν το op-amp τροφοδοτείται από μονοπολική τάση όπως κοινό λεωφορείοσυνήθως επιλέγεται ο αρνητικός (αρνητικός) πόλος της πηγής ισχύος, στον οποίο συνδέεται η δεύτερη έξοδος του φορτίου (Εικ. 18, Β). Τώρα το ρεύμα μέσω του φορτίου μπορεί να ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση (που φαίνεται από την κόκκινη γραμμή), η δεύτερη κατεύθυνση απλά δεν έχει από πού να προέλθει. Με άλλα λόγια, το ρεύμα μέσω του φορτίου γίνεται ασύμμετρο (παλμικό).

Είναι αδύνατο να πούμε κατηγορηματικά ότι αυτή η επιλογή είναι κακή. Εάν το φορτίο είναι, ας πούμε, μια δυναμική κεφαλή, τότε για αυτό είναι αναμφισβήτητα κακό. Ωστόσο, υπάρχουν πολλές εφαρμογές όπου η σύνδεση ενός φορτίου μεταξύ της εξόδου του op-amp και μιας από τις ράγες ισχύος (συνήθως αρνητική πολικότητα) δεν είναι μόνο αποδεκτή, αλλά και η μόνη δυνατή.

Εάν, ωστόσο, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η συμμετρία της ροής ρεύματος μέσω του φορτίου με μονοπολική παροχή, τότε είναι απαραίτητο να αποσυνδεθεί γαλβανικά από την έξοδο του op-amp με έναν γαλβανικό πυκνωτή C1 (Εικ. 18, B ).

Β) Να εξασφαλιστεί το απαιτούμενο ρεύμα της εισόδου αναστροφής, καθώς και δεσίματαεισάγουν σήματα σε ορισμένους αυθαιρετώς επιλεγμένοεπίπεδο αποδεκτόγια την αναφορά (μηδέν) - ρύθμιση του τρόπου λειτουργίας του ΛΣ για συνεχές ρεύμα (Εικ. 19).

Ρύζι. 19 Σύνδεση της πηγής σήματος εισόδου με διάφορες επιλογές για την τροφοδοσία του op-amp

Τώρα εξετάστε τις επιλογές για τη σύνδεση πηγών σήματος εισόδου, εξαιρουμένης της εξέτασης της σύνδεσης του φορτίου.

Η σύνδεση των εισόδων αναστροφής και μη στο μέσο της σύνδεσης τροφοδοσίας (Εικ. 19, A) ελήφθη υπόψη κατά την ανάλυση των διαγραμμάτων που δόθηκαν προηγουμένως. Εάν η μη αναστρέφουσα είσοδος δεν αντλεί ρεύμα και απλώς δέχεται το δυναμικό μέσου σημείου, τότε μέσω της πηγής σήματος (G) και του Rin που είναι συνδεδεμένα σε σειρά, το ρεύμα ρέει, κλείνοντας μέσα από την αντίστοιχη πηγή ισχύος! Και δεδομένου ότι οι εσωτερικές τους αντιστάσεις είναι αμελητέες σε σύγκριση με το ρεύμα εισόδου (πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερες από το Rin), πρακτικά δεν επηρεάζει την τάση τροφοδοσίας.

Έτσι, με μια μονοπολική παροχή του οπ-ενισχυτή, μπορείτε πολύ εύκολα να σχηματίσετε το δυναμικό που παρέχεται στη μη αναστρέφουσα είσοδό του χρησιμοποιώντας το διαιρέτη R1R2 (Εικ. 19, B, C). Οι τυπικές τιμές αντίστασης αυτού του διαιρέτη είναι 10 ... 100 kOhm, και είναι πολύ επιθυμητό να διακοπεί η κατώτερη (συνδεδεμένη με έναν κοινό αρνητικό δίαυλο) με πυκνωτή 10 ... 22 microfarad προκειμένου να μειωθεί σημαντικά το αποτέλεσμα των κυματισμών τάσης τροφοδοσίας στο δυναμικό τέτοιου τεχνητός μεσαίο σημείο.

Αλλά είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο να συνδέσετε την πηγή σήματος (G) σε αυτό το τεχνητό μέσο λόγω του ίδιου ρεύματος εισόδου. Ας μαντέψουμε. Ακόμη και με τις ονομασίες του διαιρέτη R1R2 = 10 kOhm και Rin = 10…100 kOhm, το ρεύμα εισόδου Εγώσεθα είναι στην καλύτερη περίπτωση 1/10 και στη χειρότερη - έως και 100% του ρεύματος που διέρχεται από το διαχωριστικό. Κατά συνέπεια, το δυναμικό στη μη αντιστρεπτική είσοδο θα «επιπλέει» κατά το ίδιο ποσό σε συνδυασμό (σε φάση) με το σήμα εισόδου.

Για να εξαλειφθεί η αμοιβαία επιρροή των εισόδων μεταξύ τους κατά την ενίσχυση σημάτων DC με μια τέτοια σύνδεση, για την πηγή σήματος είναι απαραίτητο να οργανωθεί ένα ξεχωριστό δυναμικό του τεχνητού μέσου σημείου, που σχηματίζεται από αντιστάσεις R3R4 (Εικ. 19, B), ή , εάν το σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ενισχυμένο, απομονώστε γαλβανικά την πηγή σήματος από την είσοδο αναστροφής μέσω του πυκνωτή C2 (Εικ. 19, B).

Πρέπει να σημειωθεί ότι στα παραπάνω διαγράμματα (Εικ. 18, 19) υποθέσαμε εξ ορισμού ότι το σήμα εξόδου πρέπει να είναι συμμετρικό είτε ως προς το μέσο των τροφοδοτικών είτε ως προς το τεχνητό μέσο. Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι πάντα απαραίτητο. Πολύ συχνά, θέλετε το σήμα εξόδου να έχει κυρίως θετική ή αρνητική πολικότητα. Επομένως, δεν είναι καθόλου απαραίτητο η θετική και η αρνητική πολικότητα του τροφοδοτικού να είναι ίσες σε απόλυτη τιμή. Ένα από αυτά μπορεί να είναι πολύ μικρότερο σε απόλυτη τιμή από το άλλο - μόνο με τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλίζεται η κανονική λειτουργία του ΛΣ.

Ένα λογικό ερώτημα προκύπτει: «Ποιο ακριβώς;» Για να το απαντήσουμε, ας εξετάσουμε εν συντομία τις επιτρεπόμενες περιοχές τάσης των σημάτων εισόδου και εξόδου του op-amp.

Για οποιονδήποτε ενισχυτή λειτουργίας, το δυναμικό εξόδου δεν μπορεί να είναι υψηλότερο από το δυναμικό της ράγας θετικής ισχύος και χαμηλότερο από το δυναμικό της ράγας αρνητικής ισχύος. Με άλλα λόγια, η τάση εξόδου δεν μπορεί να υπερβαίνει τα όρια των τάσεων τροφοδοσίας. Για παράδειγμα, για έναν ενισχυτή op OPA277, η τάση εξόδου σε αντίσταση φορτίου 10 kΩ είναι μικρότερη από την τάση της ράγας θετικής ισχύος κατά 2 V και της αρνητικής ράγας ισχύος κατά 0,5 V. Το πλάτος αυτών των "νεκρών ζωνών" η τάση εξόδου, την οποία δεν μπορεί να φτάσει η έξοδος του ενισχυτή op, εξαρτάται από τους παράγοντες της σειράς, όπως το κύκλωμα σταδίου εξόδου, την αντίσταση φορτίου, κ.λπ.). Υπάρχουν ενισχυτές λειτουργίας που έχουν ελάχιστες νεκρές ζώνες, για παράδειγμα, 50 mV προς την τάση σιδηροτροχιάς τροφοδοσίας σε φορτίο 10 kΩ (για το OPA340), αυτό το χαρακτηριστικό του ενισχυτή λειτουργίας ονομάζεται "rail-to-rail" (R2R).

Από την άλλη πλευρά, για γενικής χρήσης op-amp, τα σήματα εισόδου δεν πρέπει επίσης να υπερβαίνουν την τάση τροφοδοσίας, και για μερικούς, να είναι μικρότερα από 1,5 ... 2 V. Ωστόσο, υπάρχουν op-amp με συγκεκριμένα κυκλώματα σταδίου εισόδου (για παράδειγμα, το ίδιο LM358 / LM324) , το οποίο μπορεί να λειτουργήσει όχι μόνο από το επίπεδο αρνητικής ισχύος, αλλά ακόμη και "αρνητικό" κατά 0,3 V, γεγονός που διευκολύνει σημαντικά τη χρήση τους με μονοπολική παροχή ρεύματος με κοινό αρνητικό δίαυλο.

Ας δούμε επιτέλους και ας νιώσουμε αυτά τα «αράχνη». Μπορείτε ακόμη και να μυρίσετε και να γλείψετε. Επιτρέπω. Εξετάστε τις πιο συνηθισμένες επιλογές τους που είναι διαθέσιμες σε αρχάριους ραδιοερασιτέχνες. Ειδικά αν πρέπει να κολλήσετε τον ενισχυτή op από τον παλιό εξοπλισμό.

Για op-amp παλαιών σχεδίων, που απαιτούν απαραίτητα εξωτερικά κυκλώματα για διόρθωση συχνότητας, προκειμένου να αποφευχθεί η αυτοδιέγερση, ήταν χαρακτηριστικό να υπάρχουν επιπλέον συμπεράσματα. Εξαιτίας αυτού, ορισμένοι ενισχυτές λειτουργίας δεν «ταιριάζουν» καν σε συσκευασία 8 ακίδων (Εικ. 20, Α) και κατασκευάστηκαν από στρογγυλό μεταλλικό γυαλί 12 ακίδων, για παράδειγμα, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Εικ. 20 , B) ή σε πακέτα DIP 14 ακίδων, για παράδειγμα, K140UD20, K157UD2 (Εικ. 20, B). Η συντομογραφία DIP είναι συντομογραφία της αγγλικής έκφρασης "Dual In line Package" και μεταφράζεται ως "πακέτο διπλής όψης".

Η στρογγυλή θήκη από μέταλλο-γυαλί (Εικ. 20, A, B) χρησιμοποιήθηκε ως η κύρια για εισαγόμενα op-amp έως περίπου τα μέσα της δεκαετίας του '70, και για οικιακούς οπ-ενισχυτές - μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του '80 και τώρα χρησιμοποιείται για το λεγομενο. «στρατιωτικές» αιτήσεις («5η αποδοχή»).

Μερικές φορές οι εγχώριοι οπ-ενισχυτές τοποθετούνταν σε μάλλον «εξωτικές» θήκες: ένα ορθογώνιο μεταλλικό γυαλί 15 ακίδων για το υβριδικό K284UD1 (Εικ. 20, D), στο οποίο το κλειδί είναι ένας επιπλέον 15ος πείρος από τη θήκη και άλλα . Είναι αλήθεια ότι προσωπικά δεν έχω συναντήσει επίπεδες συσκευασίες 14 ακίδων (Εικ. 20, E) για την τοποθέτηση ενός op-amp σε αυτές. Χρησιμοποιήθηκαν για ψηφιακά κυκλώματα.

Ρύζι. 20 Περιπτώσεις εγχώριων λειτουργικών ενισχυτών

Οι σύγχρονοι ενισχυτές λειτουργίας, ως επί το πλείστον, περιέχουν κυκλώματα διόρθωσης ακριβώς πάνω στο τσιπ, τα οποία επέτρεψαν να τα βγάλετε πέρα ​​με έναν ελάχιστο αριθμό ακίδων (για παράδειγμα, ένα SOT23-5 5 ακίδων για έναν μόνο ενισχυτή λειτουργίας - Εικ. 23). Αυτό κατέστησε δυνατή την τοποθέτηση δύο έως τεσσάρων εντελώς ανεξάρτητων (εκτός από τις κοινές εξόδους ισχύος) op-amps κατασκευασμένους σε ένα μόνο τσιπ σε μία περίπτωση.

Ρύζι. 21 Πλαστικές θήκες δύο σειρών σύγχρονων ενισχυτών λειτουργίας για τοποθέτηση εξόδου (DIP)

Μερικές φορές μπορείτε να βρείτε op-amp τοποθετημένα σε πακέτα 8 ακίδων μιας σειράς (Εικ. 22) ή 9 ακίδων (SIP) - K1005UD1. Η συντομογραφία SIP είναι συντομογραφία της αγγλικής έκφρασης "Single In line Package" και μεταφράζεται ως "στέγαση με μονόδρομο pinout".

Ρύζι. 22 Πλαστική θήκη μονής σειράς με διπλούς ενισχυτές λειτουργίας για τοποθέτηση μέσω οπής (SIP-8)

Σχεδιάστηκαν για να ελαχιστοποιούν τον χώρο που καταλάμβαναν στην πλακέτα, αλλά, δυστυχώς, είχαν «καθυστερήσει»: μέχρι εκείνη τη στιγμή, τα πακέτα επιφανειακής τοποθέτησης (SMD - Surface Mounting Device) είχαν γίνει ευρέως διαδεδομένα με συγκόλληση απευθείας στις ράγες της πλακέτας (Εικ. 23 ). Ωστόσο, για αρχάριους, η χρήση τους παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες.

Ρύζι. 23 Θήκες σύγχρονων εισαγόμενων ηλεκτρικών ενισχυτών για επιφανειακή τοποθέτηση (SMD)

Πολύ συχνά, το ίδιο μικροκύκλωμα μπορεί να «συσκευαστεί» από τον κατασκευαστή σε διαφορετικές συσκευασίες (Εικ. 24).

Ρύζι. 24 Επιλογές τοποθέτησης για το ίδιο τσιπ σε διαφορετικές συσκευασίες

Τα συμπεράσματα όλων των μικροκυκλωμάτων έχουν διαδοχική αρίθμηση, που υπολογίζεται από τα λεγόμενα. "κλειδί", που υποδεικνύει τη θέση της εξόδου στον αριθμό 1. (Εικ. 25). ΣΕ όποιος εάν το σώμα είναι τοποθετημένο με ακροδέκτες Σπρώξτε, η αρίθμησή τους γίνεται με αύξουσα σειρά κατά δεξιόστροφος!

Ρύζι. 25 Εκχώρηση ακίδων λειτουργικών ενισχυτών
σε διάφορες περιπτώσεις (pinout), κάτοψη?
κατεύθυνση αρίθμησης που φαίνεται με βέλη

Σε στρογγυλές θήκες από μέταλλο-γυαλί, το κλειδί έχει τη μορφή πλευρικής προεξοχής (Εικ. 25, Α, Β). Εδώ, από τη θέση αυτού του κλειδιού, είναι δυνατές τεράστιες "τσούγκρες"! Σε οικιακές θήκες 8 ακίδων (302.8), το κλειδί βρίσκεται απέναντι από τον πρώτο πείρο (Εικ. 25, A) και σε εισαγόμενο TO-5 - απέναντι από τον όγδοο πείρο (Εικ. 25, B). Σε θήκες 12 ακίδων, εγχώριες (302.12) και εισαγόμενες, βρίσκεται το κλειδί μεταξύτο πρώτο και το 12ο συμπέρασμα.

Συνήθως, η είσοδος αναστροφής, τόσο σε στρογγυλές γυάλινες συσκευασίες όσο και σε συσκευασίες DIP, συνδέεται με τον 2ο ακροδέκτη, η μη αναστρέφουσα είσοδος στον 3ο ακροδέκτη, η έξοδος στον 6ο ακροδέκτη, η μείον ισχύς στον 4ο ακροδέκτη και το power plus στον πείρο 4. 7ο. Ωστόσο, υπάρχουν και εξαιρέσεις (άλλη μια πιθανή «τσούνα»!) Στο pinout του OU K140UD8, K574UD1. Σε αυτά, η αρίθμηση των συμπερασμάτων μετατοπίζεται κατά ένα αριστερόστροφα σε σύγκριση με τη γενικά αποδεκτή για τους περισσότερους άλλους τύπους, δηλ. συνδέονται με τους ακροδέκτες, όπως στις εισαγόμενες περιπτώσεις (Εικ. 25, Β), και η αρίθμηση αντιστοιχεί σε εγχώρια (Εικ. 25, Α).

ΣΕ τα τελευταία χρόνιαΟι περισσότεροι από τους «οικιακούς σκοπούς» του ΛΣ άρχισαν να τοποθετούνται σε πλαστικές θήκες (Εικ. 21, 25, Γ-Δ). Σε αυτές τις περιπτώσεις, το κλειδί είναι είτε μια εσοχή (κουκκίδα) απέναντι από την πρώτη ακίδα, είτε μια εγκοπή στο τέλος της θήκης μεταξύ της πρώτης και της 8ης (DIP-8) ή της 14ης (DIP-14) ακίδων ή μια λοξότμηση κατά μήκος το πρώτο μισό των καρφίδων (Εικ. 21, μέση). Η αρίθμηση καρφιτσών σε αυτές τις περιπτώσεις πηγαίνει επίσης κατά δεξιόστροφοςόταν το δούμε από ψηλά (με τα συμπεράσματα μακριά από εσάς).

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι εσωτερικά διορθωμένοι ενισχυτές λειτουργίας έχουν συνολικά πέντε εξόδους, εκ των οποίων μόνο οι τρεις (δύο είσοδοι και μια έξοδος) ανήκουν σε κάθε μεμονωμένο ενισχυτή. Αυτό κατέστησε δυνατή την τοποθέτηση δύο εντελώς ανεξάρτητων (με εξαίρεση την ισχύ συν και μείον, που απαιτούν δύο περισσότερες ακίδες) βελτιωτικών ενεργειών σε ένα τσιπ σε ένα πακέτο 8 ακίδων (Εικ. 25, D) και ακόμη και τέσσερις σε ένα 14 -πακέτο καρφίτσας (Εικ. 25, Δ). Ως αποτέλεσμα, επί του παρόντος, τα περισσότερα op-amp παράγονται τουλάχιστον διπλά, για παράδειγμα, TL062, TL072, TL082, φθηνά και απλά LM358, κ.λπ. Ακριβώς το ίδιο σε εσωτερική δομή, αλλά τετραπλό - αντίστοιχα, TL064, TL074, TL084 και LM324.

Όσον αφορά το οικιακό ανάλογο του LM324 (K1401UD2), υπάρχει μια ακόμη "τσάντα": εάν στο LM324 το συν της τροφοδοσίας είναι συνδεδεμένο στον 4ο ακροδέκτη και το μείον στον 11ο, τότε στο K1401UD2 είναι το αντίστροφο: το συν της ισχύος φέρεται στην 11η ακίδα και μείον - στην 4η. Ωστόσο, αυτή η διαφορά δεν προκαλεί δυσκολίες με την καλωδίωση. Δεδομένου ότι το pinout των ακίδων op-amp είναι εντελώς συμμετρικό (Εικ. 25, E), πρέπει απλώς να περιστρέψετε τη θήκη κατά 180 μοίρες έτσι ώστε η 1η ακίδα να πάρει τη θέση της 8ης. Ναι, αυτό είναι όλο.

Λίγα λόγια για την επισήμανση των εισαγόμενων OU (και όχι μόνο). Για μια σειρά από εξελίξεις των πρώτων 300 ψηφιακών χαρακτηρισμών, ήταν σύνηθες να ορίζεται η ομάδα ποιότητας με το πρώτο ψηφίο του ψηφιακού κωδικού. Για παράδειγμα, οι ενισχυτές λειτουργίας LM158/LM258/LM358, οι συγκριτές LM193/LM293/LM393, οι ρυθμιζόμενοι σταθεροποιητές τριών ακίδων TL117/TL217/TL317 κ.λπ. είναι εντελώς πανομοιότυποι στην εσωτερική δομή, αλλά διαφέρουν ως προς το εύρος λειτουργίας θερμοκρασίας. Για το LM158 (TL117) το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας είναι από μείον 55 έως +125 ... 150 βαθμούς Κελσίου (το λεγόμενο "μάχιμο" ή στρατιωτικό εύρος), για το LM258 (TL217) - από μείον 40 έως +85 βαθμούς (" βιομηχανική" σειρά) και για LM358 (TL317) - από 0 έως +70 μοίρες (εύρος "οικιακής χρήσης"). Ταυτόχρονα, η τιμή για αυτά μπορεί να είναι εντελώς ακατάλληλη για μια τέτοια διαβάθμιση ή να διαφέρει πολύ ελαφρώς ( ανεξερεύνητους τρόπους τιμολόγησης!). Έτσι μπορείτε να τα αγοράσετε με οποιαδήποτε σήμανση διαθέσιμη «για την τσέπη» ενός αρχάριου, χωρίς να κυνηγήσετε ιδιαίτερα την πρώτη «τρόικα».

Μετά την εξάντληση των πρώτων τριακόσιων ψηφιακών σημάνσεων, οι ομάδες αξιοπιστίας άρχισαν να επισημαίνονται με γράμματα, η σημασία των οποίων αποκρυπτογραφείται σε φύλλα δεδομένων (το φύλλο δεδομένων κυριολεκτικά μεταφράζεται ως "πίνακας δεδομένων") για αυτά τα στοιχεία.

συμπέρασμα

Μελετήσαμε λοιπόν το «αλφάβητο» της λειτουργίας του op-amp, αποτυπώνοντας λίγο και συγκριτές. Στη συνέχεια, πρέπει να μάθετε πώς να προσθέτετε λέξεις, προτάσεις και ολόκληρες «συνθέσεις» με νόημα (λειτουργικά σχήματα) από αυτά τα «γράμματα».

Δυστυχώς, «είναι αδύνατο να συλλάβεις την απεραντοσύνη». Εάν το υλικό που παρουσιάζεται σε αυτό το άρθρο βοήθησε να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν αυτά τα «μαύρα κουτιά», τότε εμβαθύνουμε περαιτέρω στην ανάλυση της «γέμισής» τους, την επιρροή των εισροών, των εκροών και παροδική απόκριση, είναι μια εργασία για πιο προχωρημένη μελέτη. Πληροφορίες σχετικά με αυτό περιγράφονται λεπτομερώς και διεξοδικά σε μια ποικιλία υπάρχουσας βιβλιογραφίας. Όπως έλεγε ο παππούς William of Ockham: «Οι οντότητες δεν πρέπει να πολλαπλασιάζονται πέρα ​​από αυτό που είναι απαραίτητο». Δεν χρειάζεται να επαναλάβουμε όσα έχουν ήδη περιγραφεί καλά. Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να μην τεμπελιάζετε και να το διαβάσετε.

11. http://www.texnic.ru/tools/lekcii/electronika/l6/lek_6.html

Επομένως, ας πάρω την άδεια μου, με σεβασμό κ.λπ., ο συγγραφέας Alexey Sokolyuk ()

Ανατροφοδότηση(OS) Το φαινόμενο της μεταφοράς μέρους της ενέργειας των ενισχυμένων ταλαντώσεων από το κύκλωμα εξόδου του ενισχυτή στο κύκλωμα εισόδου του ονομάζεται.

Οι λόγοι που συμβάλλουν στη μεταφορά ενέργειας από την έξοδο στην είσοδο του ενισχυτή μπορεί να είναι:

ΕΝΑ) φυσικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά σχεδίου εφαρμοσμένα τρανζίστορ (παρουσία χωρητικοτήτων και επαγωγών εξόδων, χωρητικότητες R-Πμεταβάσεις, κ.λπ.). Το λειτουργικό σύστημα που προκύπτει ονομάζεται εσωτερική ανατροφοδότηση;

γ) ειδικά κυκλώματα που εισήγαγε ο σχεδιαστής για τη μετάδοση κραδασμών από την έξοδο του ενισχυτή στην είσοδό του προκειμένου να δώσουν στη συσκευή τις επιθυμητές ιδιότητες. Αυτό το είδος ανατροφοδότησης ονομάζεται εξωτερική ανατροφοδότηση.

Από τους αναφερόμενους τύπους λειτουργικών συστημάτων, τα δύο πρώτα είναι ανεπιθύμητα, επομένως ο σχεδιαστής αναγκάζεται να λάβει πρόσθετα μέτρα για την εξάλειψή τους.

Το κύκλωμα μέσω του οποίου μεταφέρεται ενέργεια από την έξοδο του ενισχυτή στην είσοδό του ονομάζεται βρόχος ανατροφοδότησης.

Συνήθως το κύκλωμα του λειτουργικού συστήματος είναι κάποιο γραμμικό παθητικό τετράπολοςμε συντελεστή μεταφοράς g, η είσοδος του οποίου συνδέεται με την έξοδο του ενισχυτή και η έξοδος - στην είσοδο του ενισχυτή (Εικόνα 2.9). Στη γενική περίπτωση, το τετράπολο του ΛΣ μπορεί να είναι γραμμικό ή μη γραμμικό, με συντελεστή μετάδοσης εξαρτώμενο από τη συχνότητα ή ανεξάρτητο από τη συχνότητα.

Εικόνα 2.9 - Ενισχυτής με κύκλωμα ανάδρασης

Ο βρόχος ανάδρασης μπορεί να είναι γενικόςπου καλύπτει όλα ή πολλά στάδια του ενισχυτή (Εικόνα 2.10, ΕΝΑ, σι), ή τοπικόςπου καλύπτει μεμονωμένους καταρράκτες (Εικόνα 2.10, σι, κύκλωμα ΛΣ με συντελεστή μεταφοράς g 1).

ΕΝΑ

σι

Εικόνα 2.10 - Τύποι ανατροφοδότησης

Όταν οι ταλαντώσεις της πηγής σήματος προστίθενται στις ταλαντώσεις που προέρχονται από την έξοδο του ενισχυτή μέσω του κυκλώματος ανάδρασης, η προκύπτουσα ταλάντωση σχηματίζεται στην είσοδο του ενισχυτή. Η προκύπτουσα διακύμανση είναι άθροισμαδύο δονήσεις, εάν προστεθούν και οι δύο δονήσεις σε φάση, ή διαφορέςδύο δονήσεις αν αθροιστούν εκτός φάσης. Στην πρώτη περίπτωση, υπάρχει θετική ανταπόκριση (POS), στο δεύτερο - αρνητικά σχόλια (ΟΟΣ).

Η πρακτική σύμπτωση ή αντίθεση των φάσεων είναι δυνατή μόνο σε ένα περιορισμένο εύρος ενισχυμένων συχνοτήτων, καθώς οι μετατοπίσεις φάσης που είναι εγγενείς στους ενισχυτές αλλάζουν με τη συχνότητα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει αρνητική ανατροφοδότηση για ορισμένες συχνότητες να γίνει θετική για άλλες. Ως εκ τούτου, συνηθίζεται να αποδίδεται η ανατροφοδότηση σε αρνητική ή θετική από το γεγονός ότι τι πρόσημο έχει στο κύριο μέρος του ενισχυμένου εύρους συχνοτήτων(δηλαδή εντός του εύρους ζώνης του ενισχυτή).

Η εξωτερική ανάδραση που δημιουργείται με τη βοήθεια ενός ειδικού κυκλώματος ανάδρασης μπορεί πάντα να αποδοθεί σε μια ή την άλλη μορφή, γνωρίζοντας πώς αυτό το κύκλωμα συνδέεται με τον ενισχυτή.

Υπάρχουν οι ακόλουθοι τέσσερις κύριοι τύποι ανάδρασης στον ενισχυτή (το πρώτο μέρος του ονόματος καθορίζει τη μέθοδο σύνδεσης της εξόδου του κυκλώματος ανάδρασης με την είσοδο του ενισχυτή και το δεύτερο - τη μέθοδο σύνδεσης της εισόδου της ανάδρασης κύκλωμα στην έξοδο του ενισχυτή):

- ανάδραση σειριακής τάσης;

- ανάδραση παράλληλης τάσης;

- σειριακή ανατροφοδότηση σε σχέση με το ρεύμα;

- ανατροφοδότηση παράλληλου ρεύματος.

Εάν η πηγή σήματος εισόδου είναι συνδεδεμένη σε σειρά με την είσοδο του ενισχυτή και την έξοδο του κυκλώματος ανάδρασης, τότε η ανάδραση καλείται σταθερός (Εικόνα 2.11, ΕΝΑ). Σε αυτή την περίπτωση, το σήμα ανάδρασης u svεφαρμόζεται στην είσοδο του ενισχυτή σε σειρά με το σήμα εισόδου και στο.

Παράλληλο Η ανάδραση εμφανίζεται όταν το κύκλωμα ανάδρασης συνδέεται παράλληλα με την πηγή σήματος εισόδου (Εικόνα 2.11, σι). Με παράλληλη ανάδραση στην είσοδο του ενισχυτή, συμβαίνει αλγεβρική προσθήκη (λαμβάνοντας υπόψη την πολικότητα ή την αρχική φάση) ρευμάτων και όχι τάσεις, όπως στην περίπτωση της ανάδρασης σειράς.

Έτσι, στη σειρά αρνητική ανάδραση, η τάση χρησιμοποιείται ως σήμα ανάδρασης, το οποίο αφαιρείται από την τάση της πηγής σήματος, και παράλληλα αρνητική ανάδραση, το ρεύμα χρησιμοποιείται ως σήμα ανάδρασης, το οποίο αφαιρείται από το ρεύμα του εξωτερική πηγή σήματος.

α β

Εικόνα 2.11 - Διαδοχική ( ΕΝΑ) και παράλληλη ( σι) OS

Ανάλογα με τον τρόπο ενεργοποίησης της ανάδρασης στην έξοδο του ενισχυτή, διακρίνεται η ανάδραση τάσης και ρεύματος. Με την ανάδραση τάσης, η έξοδος του ενισχυτή, το φορτίο και το κύκλωμα ανάδρασης συνδέονται παράλληλα μεταξύ τους (Εικόνα 2.12, ΕΝΑ). Σε αυτή την περίπτωση, το σήμα ανάδρασης είναι ανάλογο με την τάση εξόδου του ενισχυτή. Εάν η έξοδος του ενισχυτή, το φορτίο και το κύκλωμα ανάδρασης είναι συνδεδεμένα σε σειρά (Εικόνα 2.12, σι), τότε υπάρχει η ανάδραση ρεύματος, στην οποία το σήμα ανάδρασης είναι ανάλογο με το ρεύμα μέσω του φορτίου.

α β

Εικόνα 2.12 - τάση OS ( ΕΝΑ) και τρέχον ( σι)

Για να προσδιορίσετε ποιο OOS λαμβάνει χώρα, όσον αφορά το ρεύμα ή την τάση, πρέπει να ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα. Σε λειτουργία βραχυκυκλώματος φορτίου (όταν R N= 0), η ανάδραση τάσης εξαφανίζεται και η ανάδραση ρεύματος παραμένει. Στο ρελαντί (δηλ. R N® ¥), η ανάδραση τάσης διατηρείται και η ανάδραση ρεύματος εξαφανίζεται.

Επίδραση αρνητικής ανάδρασης στις κύριες παραμέτρους και χαρακτηριστικά των ενισχυτών

Επίδραση του NFB στα κέρδη του ενισχυτή.

Ένας ενισχυτής που καλύπτεται από ανάδραση (Εικόνα 2.13) μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένας ίδιος ενισχυτής (χωρίς ανάδραση) με κέρδος K U, στην είσοδο του οποίου η τάση U, και ένα δίκτυο ανατροφοδότησης τεσσάρων τερματικών με συντελεστή μεταφοράς g.

Εικόνα 2.13 - Ενισχυτής με κύκλωμα σειράς CNF

Εξετάστε την περίπτωση όταν υπάρχει ένα διαδοχικό FOS στην είσοδο. Μετά η τάση U μέσαπου προέρχεται από την έξοδο της πηγής σήματος στην είσοδο του ενισχυτή είναι αντίθετη σε φάση από την τάση ανάδρασης U sv. Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί κανείς να γράψει

. (2.24)

Διαιρούμε την αριστερή και τη δεξιά πλευρά της εξίσωσης (2.24) με U έξω:

. (2.25)

Στην εξίσωση (2.25) - το κέρδος τάσης του ενισχυτή χωρίς ανάδραση. Στάση αντιπροσωπεύει το κέρδος τάσης του ενισχυτή που καλύπτεται από το κύκλωμα CNF και είναι ο συντελεστής μεταφοράς του κυκλώματος τεσσάρων ακροδεκτών του CFO. Τότε η ισότητα (2,25) μπορεί να ξαναγραφτεί ως

,

. (2.26)

Έτσι, από την ληφθείσα έκφραση μπορεί να φανεί ότι με ένα διαδοχικό FOS στην είσοδο, το κέρδος τάσης του ενισχυτή καλύπτεται από ανάδραση K U OOS, λιγότερο από το δικό της κέρδος K U(δηλαδή το κέρδος τάσης του ίδιου ενισχυτή, αλλά χωρίς το κύκλωμα CFO). Επιπλέον, η έκφραση είναι αληθής, ανεξάρτητα από το είδος της εξόδου OOS που είναι διαδοχική με ρεύμαή σίριαλ με τάση. Προϊόν ζ K Uπου ονομάζεται βρόχος ενίσχυση , και την αξία φά= 1 + g K U - βάθος OOC. Για θετική ανάδραση, το βάθος ανάδρασης καθορίζεται από την έκφραση: φά= 1 - g κ U.

Το βάθος ανάδρασης δείχνει πόσες φορές θα αλλάξει το κέρδος του ενισχυτή όταν εισάγεται το κύκλωμα ανάδρασης. Εάν η συνθήκη ζ K U>> 1, τότε ο ενισχυτής λέγεται ότι καλύπτεται από βαθιά (εκατό τοις εκατό) ανάδραση. Στην περίπτωση αυτή, το κέρδος του ενισχυτή ανάδρασης είναι ανεξάρτητο από το δικό του κέρδος και καθορίζεται μόνο από το κέρδος ανάδρασης g. Πράγματι, υπό την προϋπόθεση ζ K U >> 1

. (2.27)

Στο σταθερόςανατροφοδότηση ο τρέχων συντελεστής ενίσχυσης δεν αλλάζει, αφού στην περίπτωση αυτή ο τρέχων συντελεστής ενίσχυσης είναι ίσος με

, (2.28)

δηλαδή δεν διαφέρει από το κέρδος ρεύματος ενός ενισχυτή ανοιχτού βρόχου Κ Ι. Αυτό εξηγείται ως εξής. Με αμετάβλητες τις παραμέτρους της πηγής σήματος και του φορτίου του ενισχυτή, η αρνητική ανάδραση μειώνει την τάση του σήματος στην έξοδο του ενισχυτή κατά φάφορές και τόσες φορές μειώνεται το ρεύμα εξόδου. Επειδή όμως η σειριακή ανάδραση αυξάνει την σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή επίσης φάφορές (θα εμφανιστεί αργότερα), το ρεύμα εισόδου μειώνεται και ο συντελεστής ενίσχυσης ρεύματος δεν αλλάζει.

Στο παράλληλο αρνητική ανάδραση (τόσο για το ρεύμα όσο και για την τάση, Εικόνα 2.14), το κέρδος τάσης δεν αλλάζει, δηλαδή, σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να γράψετε

. (2.29)

Εικόνα 2.14 - Ενισχυτής με παράλληλο κύκλωμα CAB

Ας εξαγάγουμε μια σχέση για τον προσδιορισμό του τρέχοντος συντελεστή ενίσχυσης στον ενισχυτή παρουσία παράλληλης ανάδρασης εισόδου.

Εσωτερικό κέρδος ρεύματος ενισχυτή Κ Ιισούται με:

. (2.30)

Δεδομένου ότι , παίρνουμε

. (2.31)

Μπορεί να αποδειχθεί ότι η έκφραση που προκύπτει είναι έγκυρη, ανεξάρτητα από το είδος της αρνητικής ανάδρασης εξόδου που είναι παράλληλη με ρεύμαή παράλληλη με τάση.

Επίδραση του NFB στην σύνθετη αντίσταση εισόδου και εξόδου του ενισχυτή.

Η ανάδραση έχει σημαντική επίδραση στις σύνθετες αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του ενισχυτή.

Αντίσταση εισόδουΟ ενισχυτής με ανάδραση εξαρτάται από τον τρόπο σύνδεσης του κυκλώματος ανάδρασης στην είσοδο του ενισχυτή και δεν εξαρτάται από τον τρόπο σύνδεσης στην έξοδο. αντίσταση εξόδουΑντίθετα, εξαρτάται από τον τρόπο σύνδεσης του κυκλώματος ανάδρασης στην έξοδο του ενισχυτή και δεν εξαρτάται από τον τρόπο σύνδεσης στην είσοδο αυτού του ενισχυτή.

Ας δούμε πώς εκδηλώνεται η επιρροή διάφορα είδη OOS ενεργοποιημένο αντίσταση εισόδου ενισχυτή.

Για τον προσδιορισμό του αντίκτυπου σταθερόςανατροφοδότηση για την σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή, χρησιμοποιούμε το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 2.13. Η ανάλυση του κυκλώματος δείχνει ότι η έκφραση για τον προσδιορισμό αντίσταση εισόδουενισχυτής με σειριακή ανάδραση θα έχει τη μορφή

(2.32)

Οπου R in- σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή χωρίς OOS.

K U- κέρδος τάσης του ενισχυτή χωρίς ανάδραση εντός του εύρους ζώνης (στο μεσαίο εύρος).

Από την τελευταία έκφραση, προκύπτει ότι με τη σειριακή ανάδραση, η σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή αυξάνεται κατά (1 + σολ K U) μια φορά.

Ωστόσο, η σύνθετη αντίσταση εισόδου ενός ενισχυτή είναι συνήθως πολύπλοκης φύσης, επομένως, για να εκτιμηθεί πλήρως η επίδραση του NOS στην σύνθετη αντίσταση εισόδου, η τελευταία πρέπει να γραφτεί σε σύνθετη μορφή

. (2.33)

Για τον προσδιορισμό του αντίκτυπου παράλληλο OOS στην σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή, χρησιμοποιούμε το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 2.14. Η ανάλυση κυκλώματος το δείχνει το παράλληλο FOS μειώνεταιτην σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή, αφού με αυτόν τον τύπο OOS στην σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή R inσαν να συνδέεται παράλληλα μια αντίσταση R sv.

Για να ποσοτικοποιηθεί ο αντίκτυπος παράλληλοΤο OOS στην σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή χρησιμοποιεί την έκφραση:

, (2.34)

ή γενικά η έκφραση

. (2.35)

Έτσι, το OOS σάς επιτρέπει να ελέγχετε την τιμή της σύνθετης αντίστασης εισόδου του ενισχυτή και να παρέχετε τόσο αρκετά υψηλή (εκατοντάδες kΩ - δεκάδες MΩ) - με σειριακό OOS και αρκετά χαμηλή (δέκα - χιλιοστά του ωμ) - με παράλληλη Αντιστάσεις εισόδου OOS.

Η σύνθετη αντίσταση εξόδου του ενισχυτή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τρόπο λήψης του σήματος ανάδρασης. Εάν αφαιρεθεί με τάση, τότε η αντίσταση εξόδου μειώνεται και αν με ρεύμα, αυξάνεται.

Για να ποσοτικοποιηθεί η επίδραση της ανάδρασης τάσης στην σύνθετη αντίσταση εξόδου του ενισχυτή, χρησιμοποιείται η ακόλουθη έκφραση:

, (2.36)

Οπου R έξω- σύνθετη αντίσταση εξόδου του ενισχυτή χωρίς OOS.

Για να υπολογίσετε την σύνθετη αντίσταση εξόδου ενός ενισχυτή στο εύρος συχνοτήτων εκτός της ζώνης διέλευσης, χρησιμοποιήστε την έκφραση:

. (2.37)

Από την τελευταία έκφραση προκύπτει ότι η εισαγωγή ανατροφοδότησης τάσης στον ενισχυτή μειώνειτην αντίσταση εξόδου του φάμια φορά.

Η φυσική σημασία της δράσης ανάδρασης τάσης είναι η εξής. Οποιοδήποτε OOS προσπαθεί να διατηρήσει αμετάβλητη την τιμή της παραμέτρου που χρησιμοποιείται για τη λήψη σχολίων. Επομένως, η ανάδραση τάσης υπό την επίδραση εξωτερικών διαταραχών, ιδίως όταν αλλάζει το ρεύμα εξόδου, τείνει να διατηρεί την τιμή της τάσης εξόδου του ενισχυτή αμετάβλητη. Αυτό ισοδυναμεί με μείωση της σύνθετης αντίστασης εξόδου του.

Αξιολόγηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων με ρεύμαστην σύνθετη αντίσταση εξόδου του ηλεκτρονικού ενισχυτή πραγματοποιείται με βάση την έκφραση

ή, αντίστοιχα,

Από το (2.39) προκύπτει ότι με την ανάδραση ρεύματος, η αντίσταση εξόδου του ενισχυτή αυξάνει.

Έτσι, η εισαγωγή της ανάδρασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αλλάξετε σκόπιμα την σύνθετη αντίσταση εξόδου του ενισχυτή και σας επιτρέπει να εφαρμόσετε έναν ενισχυτή με πολύ μικρή (εκατοντάδες Ohm) ή πολύ μεγάλη (εκατοντάδες kOhm - δεκάδες MΩ) σύνθετη αντίσταση εξόδου. Όταν χρησιμοποιείται ανάδραση τάσης, ο ενισχυτής προσεγγίζει μια ιδανική πηγή τάσης, το σήμα εξόδου της οποίας αλλάζει ελάχιστα σε διάφορες αντιστάσεις φορτίου. Η ανάδραση ρεύματος σταθεροποιεί το ρεύμα φορτίου, φέρνοντας τον ενισχυτή πιο κοντά σε μια ιδανική πηγή ρεύματος.

Επίδραση του NFB σε μη γραμμικές παραμορφώσεις και χαρακτηριστικό πλάτος του ενισχυτή.

Προηγουμένως, διαπιστώθηκε ότι η σειρά OOS μειώνει το κέρδος τάσης και, κατά συνέπεια, μειώνει την κλίση του χαρακτηριστικού πλάτους (Εικόνα 2.15). Μπορεί να φανεί από το σχήμα που οδηγεί η εισαγωγή της σειριακής ανάδρασης στον ενισχυτή επέκτασητο δυναμικό του εύρος (αφού ) και στο μείωσητο μέγεθος των μη γραμμικών παραμορφώσεων.

Εικόνα 2.15 - Αλλαγή στο χαρακτηριστικό πλάτους του ενισχυτή παρουσία του κυκλώματος ανάδρασης

Αν η τάση U έξω 2 (Εικόνα 2.15) - η μέγιστη τάση στην έξοδο του ενισχυτή, στην οποία μπορεί ακόμα να θεωρηθεί γραμμική συσκευή - πρέπει να ληφθεί το ίδιο για έναν ενισχυτή χωρίς OOS και έναν ενισχυτή με OOS (αυτό είναι αποδεκτό, καθώς η τιμή U έξω 2 εξαρτάται κυρίως από τις παραμέτρους του ενεργού στοιχείου που χρησιμοποιείται και την τάση του τροφοδοτικού), τότε μπορούμε να γράψουμε

,

Σύμφωνα με το (2.12), οι μη γραμμικές παραμορφώσεις σε έναν ενισχυτή ανοιχτού βρόχου μπορούν να εκτιμηθούν χρησιμοποιώντας τον τύπο

,

όπου είναι η ισοδύναμη συνολική τάση υψηλότερων αρμονικών.

Η εισαγωγή ενός κυκλώματος σειράς OOS στον ενισχυτή οδηγεί σε μείωση της τάσης εξόδου του ενισχυτή, ίση με , και, κατά συνέπεια, κάθε αρμονική αυτής της τάσης, μέσα φάφορές, δηλαδή, μπορείς να γράψεις

Από το (2.41) προκύπτει ότι για να διατηρηθεί η τάση εξόδου σε έναν ενισχυτή με CNF στο ίδιο επίπεδο όπως σε έναν ενισχυτή χωρίς CNF, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η τάση εισόδου κατά φάμια φορά. Αλλά ταυτόχρονα, το πλάτος της πρώτης αρμονικής στην τάση εξόδου, σε σταθερή τάση, θα αυξηθεί επίσης σε φάμια φορά. Τότε μπορεί κανείς να γράψει

. (2.42)

Η εισαγωγή λοιπόν στον ενισχυτή σταθερόςΤο OOS επιτρέπει επεκτείνουντο δυναμικό του εύρος και μείωσηαρμονική παραμόρφωση (μείωση της μη γραμμικής παραμόρφωσης) κατά περίπου 1 + g K Uμια φορά.

Η επίδραση της περιβαλλοντικής ανάδρασης στα χαρακτηριστικά συχνότητας και φάσης του ενισχυτή.

Προηγουμένως, κατά την ανάλυση της επίδρασης της ανάδρασης σε διάφορες παραμέτρους του ενισχυτή, προχωρήσαμε από το γεγονός ότι το κέρδος του ενισχυτή K Uκαι το κέρδος του κυκλώματος NFB g είναι πραγματικό (δηλαδή, η επίδραση του NFB αξιολογήθηκε σε συχνότητες εντός της ζώνης διέλευσης). Ωστόσο, όπως φαίνεται στην § 2.1.3.2, το κέρδος είναι πολύπλοκο εκτός της ζώνης διέλευσης.

Ο συντελεστής μετάδοσης του κυκλώματος CNF στη γενική περίπτωση μπορεί επίσης να είναι πολύπλοκος. Και αυτό σημαίνει ότι ένας πραγματικός ενισχυτής εισάγει πάντα πρόσθετες μετατοπίσεις φάσης στο ενισχυμένο σήμα, οι τιμές των οποίων εξαρτώνται από τις παραμέτρους των εξαρτημάτων, το κύκλωμα του ενισχυτή και το εύρος των ενισχυμένων συχνοτήτων. Αυτές οι μετατοπίσεις φάσης οφείλονται στην παρουσία ενεργών στοιχείων στα κυκλώματα του ενισχυτή και στις αδρανειακές ιδιότητες ενεργών συσκευών (για παράδειγμα, τρανζίστορ).

Λαμβάνοντας υπόψη τους παραπάνω λόγους, η έκφραση (2.26) θα πρέπει να γραφτεί με τη μορφή:

, (2.43)

Οπου (ι Προς την- γωνία φάσης μεταξύ της εξόδου και τάσεις εισόδουενισχυτής);

(j g - γωνία φάσης μεταξύ των τάσεων στην έξοδο και την είσοδο του κυκλώματος ανάδρασης).

Συνήθως, η σύνθετη φύση λαμβάνεται υπόψη στις συχνότητες και λιγότερο από τις αλλαγές

Για οποιαδήποτε συχνότητα, το κέρδος βρόχου είναι μια πραγματική αρνητική τιμή (ισοζύγιο φάσης).

Η τιμή του κέρδους βρόχου σε αυτή τη συχνότητα είναι μεγαλύτερη ή ίση με τη μονάδα (ισορροπία πλάτους).

Σε ενισχυτές ενός σταδίου, είναι πιο συχνά δυνατή η χρήση μιας αρκετά βαθιάς ανάδρασης χωρίς φόβο ότι στα άκρα του εύρους συχνοτήτων μπορεί να προκαλέσει αυτοδιέγερση στον ενισχυτή. Ταυτόχρονα, σε ενισχυτές πολλαπλών σταδίων (που στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται στην πράξη), πρέπει να ληφθούν πρόσθετα μέτρα για την αποφυγή αυτοδιέγερσης. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε ευρυζωνικούς ενισχυτές.

Το σχήμα 2.17 δείχνει ένα παράδειγμα της απόκρισης συχνότητας ενός ενισχυτή μονού σταδίου χωρίς ανάδραση ( K U(w)) και ο ίδιος ενισχυτής που καλύπτεται από το κύκλωμα OOS ( K Uooc(w)). Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι όταν ο καταρράκτης καλύπτεται από το κύκλωμα OOS, ταυτόχρονα με τη μείωση του κέρδους τάσης, το εύρος ζώνης του ενισχυτή επεκτείνεται. Οι συχνότητες αποκοπής της ζώνης διέλευσης ενός ενισχυτή ενός σταδίου με OOS καθορίζονται από τις εκφράσεις

, (2.45)

Εικόνα 2.17 - Απεικόνιση της επίδρασης του CNF στο εύρος ζώνης του ενισχυτή

Συνοψίζοντας τα παραπάνω, σημειώνουμε ότι η εισαγωγή ανατροφοδότησης ανεξάρτητης συχνότητας βελτιώνει τα χαρακτηριστικά συχνότητας του ενισχυτή, συμβάλλει στην επέκταση του εύρους ζώνης και στη μείωση της παραμόρφωσης συχνότητας εντός ενός δεδομένου εύρους συχνοτήτων. Επιπλέον, η ανάδραση τάσης παρέχει σταθεροποίηση της τάσης εξόδου και του κέρδους τάσης του ενισχυτή και η ανάδραση ρεύματος παρέχει σταθεροποίηση του ρεύματος εξόδου.