İşlemsel yükselteç? Çok basit! Op-amp ters çevirmeyen amplifikatör. Çalışma prensibi

Selamlar sevgili arkadaşlar! Sonunda bilgisayarımın başına geçtim, kendime kurabiyelerle bir fincan çay yaptım ve yola koyulduk…

Bloguma ilk kez giren ve burada neler olup bittiğini tam olarak anlamayanlar için, adımın Vladimir Vasilyev olduğunu ve bu sayfalarda okuyucularımla elektronik alanından değil, elektronik alanından kutsal bilgileri paylaştığımı hatırlatmak için acele ediyorum. sadece elektronik. Yani belki burada kendinize faydalı bir şeyler bulacaksınız, en azından ben öyle umuyorum. Hiçbir şeyi kaçırmamak için abone olmayı unutmayın.

Ve bugün işlemsel yükselteç gibi bir elektronik cihazdan bahsedeceğiz. Bu yükselteçler her yerde kullanılır, sinyalin güç açısından yükseltilmesi gereken her yerde opamp'a iş vardır.

İşlemsel yükselteçlerin ses ekipmanlarında kullanımı özellikle yaygındır. Her audiophile, müzik hoparlörlerinin sesini yükseltmeye çalışır ve bu nedenle amplifikatörü daha güçlü bir şekilde vidalamaya çalışır. İşlemsel amplifikatörlerle karşılaştığımız yer burasıdır, çünkü birçok ses sistemi basitçe bunlarla doldurulmuştur. Bir op amp'in güç yükseltme özelliğinden dolayı, hoparlörlerimizde şarkı dinlerken kulak zarlarımızda daha fazla baskı hissederiz. Günlük yaşamda işlemsel yükselticinin çalışma kalitesini kulaktan bu şekilde değerlendiriyoruz.

E'de o yazıda hiçbir şeyi kulaktan kulağa değerlendirmeyeceğiz ama her şeyi ayrıntılı olarak ele almaya ve en semaver çaydanlığın bile netleşmesi için her şeyi raflara koymaya çalışacağız.

İşlemsel kuvvetlendirici nedir?

İşlemsel yükselteçler, farklı görünebilen mikro devrelerdir.

Örneğin, bu resim iki Rus yapımı işlemsel yükselticiyi göstermektedir. Solda plastik bir DIP paketinde K544UD2AR işlemsel amplifikatör ve sağda metal bir kasada bir opamp var.

İlk başta, opamplarla tanışmadan önce, bu tür metal kasalardaki mikro devreleri transistörlerle sürekli karıştırdım. Bunların çok akıllı çok yayıcılı transistörler olduğunu düşündüm 🙂

Koşullu grafik atama (UGO)

Bir işlemsel kuvvetlendiricinin sembolü aşağıdaki gibidir.

Yani işlemsel kuvvetlendiricinin (op-amp) iki girişi ve bir çıkışı vardır. Gücü bağlamak için de kablolar vardır, ancak bunlar genellikle geleneksel grafik sembollerde gösterilmez.

Böyle bir amplifikatör için çalışma prensibini anlamanıza yardımcı olacak iki kural vardır:

1. Opampın çıkışı, girişlerindeki voltaj farkının sıfır olmasını sağlama eğilimindedir.
2. Op-amp girişleri akım çekmez.

Giriş 1 "+" ile işaretlenmiştir ve evirmeyen olarak adlandırılır ve giriş 2 "-" ile işaretlenir ve ters olarak adlandırılır.

Opamp girişleri yüksek giriş empedansına sahiptir veya aksi halde yüksek empedans derler.

Bu, işlemsel amplifikatörün girişlerinin neredeyse akım tüketmediğini (kelimenin tam anlamıyla bazı nanoamperler) göstermektedir. Amplifikatör, girişlerdeki voltajların büyüklüğünü basitçe değerlendirir ve buna bağlı olarak, çıkışta onu yükselten bir sinyal verir.

Bir op-amp'in kazancı tek kelimeyle çok büyük, bir milyona ulaşabilir ve bu çok büyük bir değer! Bu, girişe en az 1 mV gibi küçük bir voltaj uygularsak, çıkışta hemen bir maksimum, op-amp güç kaynağının voltajına neredeyse eşit bir voltaj elde edeceğimiz anlamına gelir. Bu özellik nedeniyle, opamp'lar neredeyse hiçbir zaman geri bildirim (OS) olmadan kullanılmaz. Aslında çıkışta her zaman maksimum voltajı alıyorsak giriş sinyalinin anlamı nedir ama bundan biraz sonra bahsedeceğiz.

Op-amp girişleri, ters çevirmeyen girişteki değer ters çeviren değerden büyükse, çıkışın maksimum pozitif değeri + 15V olacak şekilde çalışır. Ters çevirme girişindeki voltaj daha pozitif çıkarsa, çıkışta -15V civarında bir yerde maksimum negatif bir değer gözlemleyeceğiz.

Aslında, bir işlemsel amplifikatör, hem pozitif hem de negatif polaritenin voltaj değerlerini verebilir. Yeni başlayan biri bunun nasıl mümkün olduğunu merak edebilir. Ancak bu gerçekten mümkündür ve bunun nedeni, iki kutuplu güç kaynağı olarak adlandırılan bölünmüş voltajlı bir güç kaynağının kullanılmasıdır. Opampın güç kaynağına biraz daha detaylı bakalım.

İşletim sisteminin doğru beslenmesi

Opamp'ın çalışması için güç verilmesi gerektiği muhtemelen bir sır olmayacak, yani. bir güç kaynağına bağlayın. Ancak ilginç bir nokta var, biraz önce gördüğümüz gibi, bir işlemsel amplifikatör hem pozitif hem de negatif kutuplu voltajlar verebilir. Bu nasıl olabilir?

Ve bu olabilir! Bu, iki kutuplu bir güç kaynağının kullanılmasından kaynaklanmaktadır, elbette tek kutuplu bir kaynak kullanmak mümkündür, ancak bu durumda işlemsel yükselticinin yetenekleri sınırlı olacaktır.

Genel olarak, güç kaynaklarıyla çalışırken birçok şey, başlangıç ​​noktası olarak aldığımız şeye bağlıdır, yani. 0 (sıfır) için. Bununla ilgilenelim.

pil örneği

Genelde örnekleri parmakla vermek en kolayı ama elektronikte bence AA piller de uygun 🙂

Diyelim ki normal bir parmak tipi pilimiz (AA pil) var. Artı ve eksi olmak üzere iki kutbu vardır. Negatif kutbu sıfır olarak aldığımızda bunu sıfır referans noktası kabul ederiz, buna göre pilin pozitif kutbu + 5V (artı değer) gösterecektir.

Bunu bir multimetre ile görebiliriz (bu arada, yardım etmek için), sadece negatif siyah probu pilin eksi ucuna ve kırmızı probu artıya bağlayın ve işte oldu. Burada her şey basit ve mantıklı.

Şimdi görevi biraz karmaşıklaştıralım ve tam olarak aynı ikinci pili alalım. Pilleri seri olarak bağlayalım ve probların çeşitli uygulama noktalarına bağlı olarak ölçüm cihazlarının (multimetreler veya voltmetreler) okumalarının nasıl değiştiğini düşünelim.

Son pilin eksi kutbunu sıfır olarak alıp ölçüm probunu pilin artı kutbuna bağlarsak multimetre bize +10 V değerini gösterecektir.

Pilin artı kutbu referans noktası olarak alınırsa ve ölçüm probu eksi kutbuna bağlanırsa, herhangi bir voltmetre bize -10 V gösterecektir.

Ancak iki pil arasındaki nokta referans noktası olarak alınırsa, sonuç olarak basit bir iki kutuplu güç kaynağı elde edebiliriz. Ve bunu doğrulayabilirsiniz, multimetre bize durumun böyle olduğunu onaylayacaktır. Hem pozitif polarite + 5V hem de -5V negatif polarite voltajına sahip olacağız.

Bipolar güç kaynaklarının şemaları

Daha anlaşılır olması için örnek olarak pillerle ilgili örnekler verdim. Şimdi amatör telsiz tasarımlarınızda kullanabileceğiniz basit bölünmüş güç kaynağı devrelerinin bazı örneklerine bakalım.

"Ortalama" noktadan bir dokunuşla transformatörlü şema

Ve op amp için ilk güç kaynağı devresi karşınızda. Oldukça basit, ama nasıl çalıştığını biraz açıklayacağım.

Devre, her zamanki ev ağımız tarafından desteklenmektedir, bu nedenle, transformatörün birincil sargısına 220 V'luk bir alternatif akımın gelmesi şaşırtıcı değildir. Daha sonra transformatör, 220V alternatif akımı aynı alternatif akıma dönüştürür, ancak zaten 30V'dadır. Bu, yapmak istediğimiz türden bir dönüşümdü.

Evet sekonder sargıda 30V alternatif gerilim olacaktır fakat sekonder sargının orta noktasından gelen musluğa dikkat ediniz. Sekonder sargıda bir dal yapılır ve bu daldan önceki sarım sayısı, daldan sonraki sarım sayısına eşittir.

Bu branşman sayesinde sekonder sargının çıkışında hem 30 V'luk bir alternatif voltaj hem de 15 V'luk bir değişim elde edebiliriz. Gemide aldığımız bu bilgi.

Ardından, değişikliği düzeltmemiz ve bu nedenle onu bir sabite dönüştürmemiz gerekiyor. Diyot köprüsü bu görevle başa çıktı ve çıkışta çok kararlı olmayan bir 30V sabiti elde ettik. Probları diyot köprüsünün çıkışına bağlarsak, bu voltaj bize bir multimetre ile gösterilecektir, ancak ikincil sargıdaki dalı hatırlamamız gerekir.

Pozitif ve negatif kutup potansiyellerinin kutupları arasında bir sıfır referans noktası elde ettik. Sonuç olarak, çıkışta hem + 15V hem de -15V'luk oldukça kararlı bir voltajımız var. Tabii ki, zener diyotları veya entegre stabilizatörler eklerseniz bu devre daha da geliştirilebilir, ancak yine de yukarıdaki devre, işlemsel amplifikatörlere güç sağlama göreviyle zaten oldukça başa çıkabilir.

Bu şema, bence, ortadan bir dokunuşla bir transformatör aramaya veya kendi başınıza ikincil bir sargı oluşturmaya gerek olmaması anlamında daha basit, daha basit. Ama burada ikinci bir diyot köprüsü için çatal atmanız gerekiyor.

Diyot köprüleri, birinci köprünün diyotlarının katotlarından pozitif potansiyel oluşacak ve ikinci köprünün diyotlarının anotlarından negatif potansiyel çıkacak şekilde bağlanır. Burada sıfır referans noktası iki köprü arasında çıktı olarak verilir. Burada izolasyon kapasitörlerinin kullanıldığından da bahsedeceğim, bir diyot köprüsünü ikincisinin etkilerinden koruyorlar.

Bu devre ayrıca kolayca çeşitli iyileştirmelere tabi tutulur, ancak en önemlisi, ana sorunu çözer - işlemsel bir amplifikatöre güç sağlamak için kullanılabilir.

Op-amp geri bildirimi

Bahsettiğim gibi, op amp'ler neredeyse her zaman geri besleme (OS) ile birlikte kullanılır. Ancak geri bildirim nedir ve neden gereklidir? Bunu anlamaya çalışalım.

Sürekli geri bildirimle karşılaşıyoruz: Bir bardağa çay dökmek veya hatta küçük bir ihtiyaç için tuvalete gitmek istediğimizde 🙂 Bir kişi araba veya bisiklet kullanırken, geri bildirim burada da işe yarar. Sonuçta, kolay ve doğal bir şekilde sürmek için çeşitli faktörlere bağlı olarak kontrolü sürekli izlemek zorunda kalıyoruz: yoldaki durum, aracın teknik durumu vb.

Yol kaygansa? Evet, tepki verdik, düzeltme yaptık ve sonra daha dikkatli hareket ettik.

İşlemsel bir yükselticide her şey benzer şekilde gerçekleşir.

Geri besleme olmadan, girişe belirli bir sinyal uygulandığında, çıkışta her zaman aynı voltaj değerini alacağız. Besleme voltajına yakın olacaktır (kazanç çok büyük olduğu için). Çıkış sinyalini kontrol etmiyoruz. Ancak çıkıştan gelen sinyalin bir kısmını tekrar girişe gönderirsek, bu ne verir?

Çıkış voltajını kontrol edebileceğiz. Bu kontrol o kadar etkili olacak ki kazancı unutabilirsiniz, opamp itaatkar ve öngörülebilir hale gelecektir çünkü davranışı yalnızca geri bildirime bağlı olacaktır. Ardından, çıkış sinyalinin nasıl etkin bir şekilde kontrol edileceğini ve nasıl kontrol edileceğini açıklayacağım, ancak bunun için bazı detayları bilmemiz gerekiyor.

olumlu geri bildirim, olumsuz geri bildirim

Evet, geri bildirim işlemsel yükselteçlerde ve çok yaygın olarak kullanılır. Ancak geri bildirim hem olumlu hem de olumsuz olabilir. Meselenin ne olduğunu anlamamız gerekiyor.

olumlu geribildirim bu, çıkış sinyalinin bir kısmının girişe geri beslendiği ve (çıktının bir kısmının) girişe eklendiği zamandır.

Opamp'lardaki olumlu geri bildirim, olumsuz geri bildirim kadar yaygın olarak kullanılmaz. Ayrıca, olumlu geri bildirim genellikle bazı planların istenmeyen bir yan etkisidir ve olumlu geri bildirimden sıklıkla kaçınılır. İstenmeyen bir durumdur çünkü bu bağlantı devredeki distorsiyonu artırabilir ve sonunda kararsızlığa yol açabilir.

Öte yandan, olumlu geri bildirim, yararlı olan op-amp kazancını azaltmaz. Kararsızlık ayrıca ADC'lerde (Analogdan Dijitale Dönüştürücüler) kullanılan karşılaştırıcılarda da kullanım alanı bulur.

olumsuz geribildirim bu, çıkış sinyalinin bir kısmının girişe geri beslendiği ancak aynı zamanda girişten çıkarıldığı bir bağlantıdır.

Ancak, işlemsel yükselteçler için negatif geri besleme basitçe oluşturulur. Kazançta bir miktar azalmaya katkıda bulunsa da devreye kararlılık ve kontrol getirir. Sonuç olarak, devre kazançtan bağımsız hale gelir, özellikleri tamamen negatif geri besleme ile kontrol edilir.

Negatif geri besleme kullanırken, işlemsel yükseltici çok faydalı bir özellik kazanır. Operatör girişlerinin durumunu kontrol eder ve girişlerindeki potansiyellerin eşit olmasını sağlamaya çalışır. Op-amp, çıkış voltajını, ortaya çıkan giriş potansiyeli (Vx.1 ve Vx.2 arasındaki fark) sıfır olacak şekilde ayarlar.

Opamp devrelerinin büyük çoğunluğu negatif geri besleme kullanılarak oluşturulmuştur! Bu nedenle, negatif bağlantının nasıl çalıştığını anlamak için, op-amp'in anahtarlama devrelerini dikkate almamız gerekir.

İşlemsel yükselteç devreleri

İşlemsel yükselteçleri açma şemaları çok çeşitli olabilir, bu yüzden her biri hakkında neredeyse hiç konuşamayacağım, ancak ana olanları düşünmeye çalışacağım.

op-amp karşılaştırıcı

Karşılaştırma devresi için formüller aşağıdaki gibi olacaktır:

Onlar. sonuç, mantıksal birime karşılık gelen bir voltaj olacaktır.

Onlar. sonuç, mantıksal sıfıra karşılık gelen bir voltaj olacaktır.

Karşılaştırma devresi, yüksek bir giriş direncine (empedans) ve düşük bir çıkışa sahiptir.

Önce karşılaştırıcı modunda bir opamp'ı açmak için böyle bir şemayı ele alalım. Bu anahtarlama devresinde geri besleme yoktur. Bu tür devreler, dijital devrelerde, giriş sinyallerini değerlendirmek, hangisinin daha büyük olduğunu bulmak ve sonucu dijital biçimde vermek gerektiğinde kullanılır. Sonuç olarak, çıktı mantıksal 1 veya mantıksal sıfır olacaktır (örneğin, 5V 1'dir ve 0V sıfırdır).

Diyelim ki zener diyotun stabilizasyon gerilimi 5V, giriş 1'e 3V ve giriş 2'ye 1V uyguladık. Karşılaştırıcıda daha sonra olan şey, doğrudan giriş 1'deki voltajın olduğu gibi kullanılmasıdır (çünkü ters çevirmeyen bir giriştir) ve ters giriş 2'deki voltaj ters çevrilir. Sonuç olarak, 3V olduğu yerde 3V olarak kalır ve 1V olduğu yerde -1V olacaktır.

Sonuç olarak, 3V-1V \u003d 2V, ancak opampın kazancı nedeniyle, çıkışa güç kaynağının voltajına eşit bir voltaj gidecektir, yani. yaklaşık 15V. Ancak zener diyot çalışacak ve mantıksal birime karşılık gelen çıkışa 5V gidecektir.

Şimdi giriş 2'ye 3V attığımızı ve giriş 1'e 1V uyguladığımızı hayal edin. Operatör hepsini çiğneyecek, doğrudan girişi değiştirmeden bırakacak ve ters (ters çevirme) 3V'den tersine değişecek -3V yapacak.

Sonuç olarak 1V-3V \u003d -2V, ancak işin mantığına göre güç kaynağının eksisi çıkışa gidecek, yani. -15V. Ama bir zener diyotumuz var ve onu kaçırmayacak ve çıkışta sıfıra yakın bir değer elde edeceğiz. Bu, dijital devre için mantıksal sıfır olacaktır.

Op ampte Schmitt tetikleyici

Biraz önce, böyle bir op-amp anahtarlama devresini karşılaştırıcı olarak düşündük. Karşılaştırıcı iki giriş voltajını karşılaştırır ve sonucu verir. Ancak giriş voltajını sıfır ile karşılaştırmak için hemen yukarıda sunulan devreyi kullanmanız gerekir.

Burada sinyal evirici girişe uygulanır ve doğrudan giriş sıfıra topraklanır.

Girişte sıfırdan büyük bir voltajımız varsa, çıkışta -15V olur. Voltaj sıfırdan küçükse, çıkış + 15V olacaktır.

Peki sıfıra eşit bir voltaj uygulamak istersek ne olur? Böyle bir voltaj asla yapılamaz, çünkü ideal bir sıfır yoktur ve giriş sinyali, en azından bir mikrovolt kesri, kesinlikle bir yönde veya başka bir yönde değişecektir. Sonuç olarak, çıkışta tam bir kaos olacak, çıkış voltajı tekrar tekrar maksimumdan minimuma atlayacaktır, bu pratikte tamamen elverişsizdir.

Böyle bir kaostan kurtulmak için bir histerezis devreye girer - bu, çıkış sinyalinin değişmeyeceği bir tür boşluktur.

Bu boşluk, bu devrenin pozitif geri besleme yoluyla uygulanmasına izin verir.

Girişe 5V uyguladığımızı düşünelim, çıkışta ilk anda -15V voltajlı bir sinyal alıyoruz. Ardından olumlu geri bildirim işe yaramaya başlar. Geri besleme, opampın doğrudan girişinde -1.36V'luk bir voltajın görüneceği bir voltaj bölücü oluşturur.

Ters girişte daha pozitif bir sinyalimiz var, bu nedenle işlemsel yükselteç aşağıdaki gibi çalışacaktır. İçinde 5V sinyali ters çevrilir ve -5V olur, ardından iki sinyal toplanır ve negatif bir değer elde edilir. Kazanç nedeniyle negatif bir değer -15V olacaktır. Çıkış sinyali, giriş sinyali -1,36V'un altına düşene kadar değişmeyecektir.

Giriş sinyalinin değişip -2V olmasına izin verin. İçeride bu -2V ters çevrilir ve +2V olur ve -1.36V olduğu gibi kalır. Ayrıca, tüm bunlar toplanır ve çıkışta + 15V'a dönüşecek olan pozitif bir değer elde edilir. Direkt girişte -1.36V olan değer geri besleme nedeniyle +1.36V'a dönüşecektir. Şimdi, çıkıştaki değeri tersine değiştirmek için 1,36V'tan daha büyük bir sinyal uygulamanız gerekir.

Böylece -1.36V ile +1.36V aralığında sıfır hassasiyetli bir bölgemiz olur. Bu ölü bölge histerezis olarak adlandırılır.

Tekrarlayıcı

Olumsuz geri bildirimin en basit sahibi bir tekrarlayıcıdır.

Tekrarlayıcı, girişine uygulanan voltajı çıkışta üretir. Gerektiği gibi görünüyor çünkü bundan hiçbir şey değişmiyor. Ancak bu mantıklı çünkü opamp'ın özelliğini hatırlayın, yüksek giriş empedansına ve düşük çıkışa sahiptir. Devrelerde, tekrarlayıcılar, zayıf çıkışları aşırı yüklenmelerden koruyan bir tampon görevi görür.

Nasıl çalıştığını anlamak için, olumsuz geri bildirimleri tartıştığımız yere biraz geri dönün. Orada, olumsuz geri besleme durumunda, opamp'ın girdilerindeki potansiyeli eşitlemek için mümkün olan her yolu denediğinden bahsetmiştim. Bunu yapmak için çıkışındaki voltajı, girişlerindeki potansiyel farkı sıfır olacak şekilde ayarlar.

Diyelim ki girişte 1V var. Girişlerdeki potansiyellerin sarılması için evirici girişin de 1V olması gerekir. Bu yüzden o bir tekrarlayıcı.

Ters çevirmeyen amplifikatör devresi, izleyici devresine çok benzer, sadece burada geri besleme bir voltaj bölücü ile temsil edilir ve topraklanır.

Her şeyin nasıl çalıştığını görelim. Diyelim ki girişe 5V uygulandı, direnç R1 \u003d 10 Ohm, direnç R2 \u003d 10 Ohm. Girişlerdeki gerilimlerin eşit olması için opamp, ters girişteki potansiyel doğrudan olana eşit olacak şekilde çıkıştaki gerilimi yükseltmeye zorlanır. Bu durumda voltaj bölücü ikiye bölünür, çıkış voltajının giriş voltajının iki katı olması gerektiği ortaya çıkar.

Genel olarak, bu anahtarlama şemasını uygulamak için kafanızda hiçbir şey karıştırmanıza bile gerek yoktur, K katsayısını bulmanın yeterli olduğu yerde formülü kullanmanız yeterlidir.

Ve şimdi böyle bir anahtarlama devresinin çalışmasını ters çeviren bir amplifikatör olarak ele alacağız. Tersine çeviren bir amplifikatör için şu formüller vardır:

Tersine çeviren bir amplifikatör, bir sinyali ters çevirirken (işareti değiştirirken) yükseltmenizi sağlar. Ayrıca, herhangi bir kazanç ayarlayabiliriz. Bu kazancı, voltaj bölücü olan negatif geri besleme yoluyla oluşturuyoruz.

Şimdi çalışırken deneyelim, girişte 1V sinyalimiz olduğunu varsayalım, direnç R2 = 100Ω, direnç R1 = 10Ω. Girişten gelen sinyal R1'den sonra R2'den çıkışa gider. Diyelim ki çıkış sinyali inanılmaz bir şekilde 0V oldu. Gerilim bölücüyü hesaplayın.

1V / 110 \u003d X / 100, dolayısıyla X \u003d 0,91V

A noktasında potansiyelin 0,91V olduğu ortaya çıktı, ancak bu, işlemsel yükselticinin kuralıyla çelişiyor. Sonuçta, opamp, girdilerindeki potansiyelleri eşitlemeye çalışır. Bu nedenle, A noktasındaki potansiyel sıfıra ve B noktasındaki potansiyele eşit olacaktır.

Girişin 1V ve A noktasında 0V olması için nasıl yapılır?

Bunu yapmak için çıkış voltajını düşürmeniz gerekir. Ve sonuç olarak elde ederiz

Ne yazık ki, ters çeviren amplifikatörün bariz bir dezavantajı vardır - R1 direncine eşit olan düşük giriş direnci.

Ve bu anahtarlama devresi, çok sayıda giriş voltajı eklemenizi sağlar. Ayrıca, voltajlar hem pozitif hem de negatif olabilir. Gerçekte, opamp'lar üzerinde analog bilgisayarlar oluşturabilirsiniz. Öyleyse çözelim.

Toplayıcının temeli aynı evirici amplifikatördür, tek bir fark vardır; bir giriş yerine istediğiniz kadar giriş olabilir. Formülü ve ters yükselticiyi hatırlayın X noktasının potansiyeli sıfır olacaktır, bu nedenle her bir girişten gelen akımların toplamı şöyle görünecektir: Amacımız giriş voltajlarının saf olarak eklenmesi ise, bu devredeki tüm dirençler aynı değerde seçilir. Bu ayrıca her giriş için 1'lik bir kazançla sonuçlanır. Ters yükseltici için formül şu şekilde olur:

Opamp'larda toplayıcı ve diğer anahtarlama devrelerinin çalışmasını çözmenin zor olmadığını düşünüyorum. Biraz pratik yapmak ve bu devreleri kurmaya çalışmak ve giriş ve çıkış sinyallerine ne olduğunu görmek yeterlidir.

Ve burada duracağım çünkü işlemsel yükselteçlerle çalışırken birçok farklı anahtarlama devresi kullanılıyor, bunlar çeşitli akım-gerilim dönüştürücüler, toplayıcılar, entegratörler ve logaritmik yükselteçler ve hepsi çok uzun bir süre için düşünülebilir. .

Diğer geçiş şemalarıyla ilgileniyorsanız ve onlarla uğraşmak istiyorsanız, o zaman bakmanızı tavsiye ederim, her şey kesinlikle yerine oturacaktır.

Ve bunu bitireceğim, özellikle makale oldukça hacimli olduğu için ve yazdıktan sonra biraz cilalamanız ve bir maratona koymanız gerekiyor.

Arkadaşlar, blog güncellemelerine abone olmayı unutmayın, çünkü güncellemelere ne kadar çok okuyucu abone olursa, önemli ve yararlı bir şey yaptığımı o kadar çok anlıyorum ve bu, yeni makaleler ve materyaller için çok motive edici.

Bu arada arkadaşlar, harika bir fikrim var ve fikrinizi duymak benim için çok önemli. İşlemsel kuvvetlendiriciler üzerine bir eğitim materyali yayınlamayı düşünüyorum, bu materyal normal bir pdf kitap veya video kursu şeklinde olacak, henüz karar vermedim. Bana öyle geliyor ki, internetteki ve literatürdeki büyük bilgi bolluğuna rağmen, herkesin anlayabileceği görsel pratik bilgi eksikliği var.

Bu nedenle, lütfen bu eğitim materyalinde hangi bilgileri görmek istediğinizi yorumlara yazın, böylece sadece yararlı bilgiler değil, aynı zamanda gerçekten talep edilen bilgileri de verebilirim.

Ve benim için hepsi bu, bu yüzden dışarıda kış olmasına rağmen size iyi şanslar, başarılar ve iyi bir ruh hali diliyorum!

N/a Vladimir Vasiliev'den.

Not: Arkadaşlar, güncellemeler için abone olmayı unutmayın! Abone olarak, doğrudan gelen kutunuza yeni içerik alacaksınız! Ve bu arada, her abone faydalı bir hediye alacak!

24. oh için ters yükseltici.

25. Ters çevirmeyen op amp.

Ters çevirmeyen amplifikatörün devresi, Şek. 9.6. Bu devre için voltaj kazancı ifadesi, öncekiyle aynı şekilde, Kirchhoff yasasına göre derlenen denklemlerden elde edilecektir.

(9.13) dikkate alındığında, büyütme faktörü ifadesi şu şekilde olacaktır:

Ters çevirmeyen amplifikatör devresindeki voltaj kazancının her zaman 1'den büyük olduğu sonucu çıkar. Ters çeviren amplifikatör devresinin aksine, bu devrede op amp, girişle seri olarak bir voltaj geri besleme devresi tarafından kaplanır. Bu nedenle, bu devrenin giriş empedansı, işletim sistemi olmayan op-amp'in giriş empedansından çok daha büyüktür:

Çıkış empedansı, (9.16)'ya göre evirici bir amplifikatörde olduğu gibi belirlenir.

26. Oh üzerindeki toplayıcının şeması.

Toplama devreleri toplayıcıları ve çıkarma devrelerini içerir. Bu devreler cebirsel denklemleri çözmek için ve analog sinyal işleme cihazlarında kullanılır. Toplayıcı, çıkışında girişlerine uygulanan sinyallerin toplandığı bir cihazdır. Toplayıcılar, evirici ve evirmeyen yükselteçler kullanılarak oluşturulur.

Toplayıcıyı tersine çevirme

Üç giriş sinyalli ters toplayıcının şeması, Şek. 11.10. Akıl yürütmenin basitliği için, R1=R2=R3=Roc olduğunu varsayıyoruz.

İdeal op-amp'te KU →∞, Rvx →∞ olduğundan ve önyargı akımı geri besleme akımına kıyasla çok küçük olduğundan, Kirchhoff yasasına göre I1 + I2 + I3 \u003d Ios. (11.19) Evirici girişin neredeyse sıfır potansiyele sahip olması nedeniyle, giriş sinyallerinin karşılıklı etkisi yoktur. İfade (11.19) şu şekilde temsil edilebilir: Bu nedenle çıkış, giriş gerilimlerinin ters çevrilmiş toplamıdır. R1≠R2≠R3 ise, çıkış, farklı ölçek faktörleriyle giriş gerilimlerinin (11.20) ters çevrilmiş toplamıdır. Ters toplayıcı, devrenin basitliğini korurken bir toplayıcının ve bir yükselticinin işlevlerini birleştirir. Direnç R, giriş akımındaki zaman ve sıcaklık dalgalanmalarından kaynaklanan op-amp çıkışındaki sıfır kaymasını telafi etmek için kullanılır. Direnç R, op-amp girişlerine bağlı eşdeğer dirençler aynı olacak şekilde akım değerleri tarafından seçilir: R=Roc ||R1||R2||R3 .

Ters çevirmeyen toplayıcı

Ters çevirmeyen bir amplifikatör temelinde inşa edilen ters çevirmeyen bir toplayıcının şeması, Şek. 11.11. U0=0'da eviren ve evirmeyen girişlerdeki gerilimler eşit olduğundan, o zaman

Ters çevirmeyen giriş için RinxOA'nın çok büyük olduğu düşünüldüğünde, giriş akımı 0'dır. Kirchhoff yasasına göre yazabiliriz

Devrede (Şekil 11.11) sinyaller hala evirici girişlere uygulanıyorsa, devre bir toplama-çıkarma işlemi gerçekleştirir. Toplayıcının doğru çalışması için eviren ve evirmeyen kazancı dengelemek gerekir, yani Devrenin eviren ve evirmeyen kısımlarının kazançlarının toplamlarının eşitliğini sağlayın.

27. oh için farklılaştırıcı yükselteç.

Farklılaştırıcı amplifikatör (farklılaştırıcı), girişin değişim hızıyla orantılı bir çıkış sinyali elde etmek için tasarlanmıştır. Sinyali farklılaştırırken, op-amp, giriş voltajının yalnızca değişken bileşenini geçmelidir ve farklılaştırıcı bağlantının kazancı, giriş voltajının değişim hızındaki artışla artmalıdır. Girişinde kapasitör C'nin bağlı olduğu ve OS devresinde - bir direnç olan farklılaştırıcının devresi, Şek. 11.13. Op-amp'in ideal olduğunu varsayarsak, geri besleme direncinden geçen akım, kapasitörden geçen akıma eşit kabul edilebilir Iс+Ir=0,

, Daha sonra

Dikkate alınan farklılaştırıcı, aşağıdaki dezavantajlar nedeniyle nadiren kullanılır:

1. C kapasitansı ile belirlenen, yüksek frekanslarda düşük giriş direnci;

2. Yüksek frekanslarda yüksek kazanç nedeniyle çıkışta nispeten yüksek düzeyde gürültü;

3. Kendini uyarma eğilimleri. (bu devre, 20 dB/dec'lik bir artışa sahip farklılaştırıcının frekans yanıtının (Şekil 11.14'teki eğri 1) düzeltilmiş op-amp'in frekans yanıtıyla kesiştiği frekans aralığında kararsız olabilir. -20 dB/dec'lik bir düşüş (Şekil 11.14'teki eğri 2) Frekans aralığının bir kısmındaki açık bir sistemin genlik-frekans karakteristiği,

azalma, eğri 1 ve 2'nin eğimindeki farkla belirlenen -40 dB/dek'tir ve kendi kendini uyarma olasılığını gösteren faz kayması ϕ = -180°'dir.)

Farklılaştırıcının bu dezavantajlarının ortaya çıkmasını önlemek için aşağıdaki devre çözümleri alınır:

1. Geri besleme direnci, kapasitansı, op-amp'in -20 dB / dec'lik bir azalma ile frekans tepkisi, yararlı diferansiyel sinyalin maksimum frekansından daha yüksek bir frekansta başlayacak şekilde seçilen bir kapasitör tarafından şöntlenir. . Bu, çıkış sinyalindeki yüksek frekanslı gürültü bileşenlerinde bir azalma ile sonuçlanır. Böyle bir segment f=1/(2πRocCoc) frekansında başlar.

2. Farklılaştırıcının yüksek frekanslarındaki kazancı sınırlayan giriş kondansatörü C'ye seri olarak bir direnç bağlanır. Bu, dinamik kararlılık sağlar ve sinyal kaynağından gelen giriş kapasitif akımını azaltır.

3. Düşük ön gerilim ve düşük giriş akımlarına sahip bir op-amp'in yanı sıra düşük kaçak akımlara ve düşük gürültülü dirençlere sahip kapasitörlerin kullanılması.

Farklılaştırıcının pratik şeması ve frekans yanıtı üzerinde gösterilmiştir.

pirinç. 11.15. Direnç R'nin eklenmesi, frekansı aşan frekanslarda farklılaşmanın meydana gelmediği yatay bir bölümün frekans yanıtında (Şekil 11.15, b'deki eğri 1) görünmesine yol açar.

Ters çevirmeyen bir amplifikatör (NU), giriş ve çıkış sinyalleri arasında sıfır faz farkı ile kararlı bir kazanca sahip olan bir amplifikatördür.

NU'da (Şekil 5.3) voltaj açısından sıralı bir OOS vardır. İdeal bir op amp ile ( k d = Koç sf = ¥, R IN= ¥ ve ÇIKIŞ = 0) ÇIKIŞ F\u003d 0 (negatif bağlantı ve voltaj), İN. F= ¥ (sıralı OOS).

, (5.6)

ve Şek. 5.4,

(5.7)'yi (5.6)'ya koyarak, şunu elde ederiz:

. (5.8)

NU kazancı, sinyal kaynağının direncine bağlı değildir RC, NU'nun giriş direnci ¥'a eşit olduğundan ve üzerinden geçen akım RC akmaz, o zaman bu direnç boyunca voltaj düşüşü olmaz ve . -de R 2 = 0, R 1 = ¥ K e F= 1. Bu, çıkış voltajının giriş voltajını tamamen tekrarladığı anlamına gelir (yalnızca daha yüksek bir güç seviyesinde). Dolayısıyla adı - voltaj takipçisi

Birlik kazanç, sonsuz giriş empedansı ve sıfır çıkış, takipçiyi ideal bir tampon aşaması (empedans transformatörü) yapar.

Bu devrenin dirençli dengeleme yöntemi koşullara bağlıdır. Eğer RC= 0, ardından dengeleme direnci Sağ CM evirmeyen giriş ile seri olarak bağlanmıştır (Şekil 5.5).

Aynı zamanda D u ÇIKIŞ ifade (5.5) ile tanımlanır. Sıfır olmayan ancak bilinen ve sabit iç direnç RC yalnızca işletim sistemi dirençleri tarafından dengelenebilir, şu şartla ki R 1 R 2 /(R 1 +R 2)=R C. Ancak bu durumda devrenin (5.8) kazancı da değişecektir. Daha Kolay Dirençler R 1 ve R 2 gerekli kazanca göre seçim yapın ve devrenin mevcut dengelemesini sağlayın RCM eviren giriş ile seri olarak bağlanmıştır (Şekil 5.6). Bu şema için

. (5.9)

Tanımsız ve kararsız bir değeri varsa, alan etkili transistörlerde giriş aşaması (diferansiyel) olan bir op-amp kullanmak daha iyidir.

İş bitimi -

Bu konu şuna aittir:

Analog elektronik cihazlar

Analog elektronik cihazlar. Bölüm II. Her türlü eğitimin "Radyo Mühendisliği" uzmanlığı öğrencileri için derslerin özeti..

Bu konuda ek malzemeye ihtiyacınız varsa veya aradığınızı bulamadıysanız, eser veritabanımızdaki aramayı kullanmanızı öneririz:

Alınan malzeme ile ne yapacağız:

Bu materyalin sizin için yararlı olduğu ortaya çıktıysa, onu sosyal ağlardaki sayfanıza kaydedebilirsiniz:

Bu bölümdeki tüm konular:

Amaç, parametreler
Karşılaştırıcılar, en basit analogdan dijitale dönüştürücülerdir (ADC'ler), yani. sürekli bir sinyali ayrı bir sinyale dönüştüren cihazlar.Giriş sinyalini karşılaştırmak için tasarlanmışlardır.

Yarı iletken karşılaştırıcıların kullanım özellikleri
En yaygın kullanılan karşılaştırıcılar dört gruba ayrılabilir: genel amaçlı (K521CA2, K521CA5), hassas (K521CA3, K597CA3), yüksek hızlı (K597CA1, K597CA2) ve

İşlemsel yükselteçlerde uzman karşılaştırıcılar
Düşük frekanslı sinyalleri yüksek doğrulukla (onlarca mikrovolt) minimum güç tüketimiyle karşılaştırırken, op-amp karşılaştırıcılarının kullanımı genellikle daha çok tercih edilir,

Makale, bir işlemsel amplifikatördeki standardı ve ayrıca bu cihazın çeşitli çalışma modlarının örneklerini ele alacaktır. Bugüne kadar, amplifikatörler olmadan hiçbir kontrol cihazı tamamlanmış sayılmaz. Bunlar, bir sinyalle çeşitli işlevleri gerçekleştirmenize izin veren gerçekten evrensel cihazlardır. Nasıl çalıştığı ve bu cihazın tam olarak ne yapmanıza izin verdiği hakkında daha fazla bilgi edineceksiniz.

Ters Amplifikatörler

Op-amp üzerindeki ters yükselticinin devresi oldukça basittir, resimde görebilirsiniz. İşlemsel bir yükselticiye dayanır (anahtarlama devreleri bu makalede ele alınmıştır). Ayrıca burada:

1. Direnç R1 boyunca bir voltaj düşüşü var, değeri girişle aynı.
2. Ayrıca bir direnç R2 vardır - çıkış ile aynıdır.

Bu durumda, çıkış voltajının R2 direncine oranı, değer olarak girişin R1'e oranına eşittir, ancak işaret olarak tersidir. Direnç ve voltaj değerlerini bilerek kazancı hesaplayabilirsiniz. Bunu yapmak için çıkış voltajını giriş voltajına bölmeniz gerekir. Bu durumda, işlemsel yükselteç (herhangi bir anahtarlama devresine sahip olabilir) türünden bağımsız olarak aynı kazanca sahip olabilir.

Geri bildirim çalışması

Şimdi bir kilit noktayı daha ayrıntılı olarak analiz etmemiz gerekiyor - geri bildirim çalışması. Girişte bir miktar voltaj olduğunu varsayalım. Hesap kolaylığı için değerini 1 V olarak alalım. Ayrıca R1=10 kOhm, R2=100 kOhm olduğunu varsayalım.

Şimdi, kaskadın çıkışındaki voltajın 0 V'a ayarlanması nedeniyle öngörülemeyen bir durumun ortaya çıktığını varsayalım. Sonra ilginç bir resim gözlenir - iki direnç çiftler halinde çalışmaya başlar, birlikte bir voltaj bölücü oluştururlar. Ters çevirme aşamasının çıkışında 0,91 V seviyesinde tutulur. Aynı zamanda op-amp girişlerdeki uyumsuzluğu düzeltmenizi sağlar ve çıkışta voltaj düşer. Bu nedenle, örneğin bir sensörden gelen bir sinyal yükselticinin işlevini uygulayan bir işlemsel yükselteç devresi tasarlamak çok kolaydır.

Ve bu değişiklik, çıkış 10 V'luk sabit bir değere ayarlanana kadar devam edecektir. İşte bu anda işlemsel yükselticinin girişlerindeki potansiyeller eşit olacaktır. Ve dünyanın potansiyeli ile aynı olacaklar. Öte yandan, cihazın çıkışındaki voltaj düşmeye devam ederse ve -10 V'un altındaysa, girişteki potansiyel topraktakinden daha düşük olur. Bunun sonucu, çıkış voltajının artmaya başlamasıdır.

Böyle bir devrenin büyük bir dezavantajı vardır - geri besleme döngüsü kapalıysa, özellikle büyük voltaj kazanç değerine sahip amplifikatörler için giriş empedansı çok küçüktür. Ve aşağıda tartışılan tasarım tüm bu eksikliklerden yoksundur.

Ters çevirmeyen amplifikatör

Şekil, işlemsel bir yükselticiye dayalı ters çevirmeyen bir yükselticinin bir diyagramını göstermektedir. Analiz ettikten sonra, birkaç sonuç çıkarabiliriz:

1. UA voltaj değeri girişe eşittir.
2. UA voltajı, çıkış voltajı ve R1 ürününün R1 ve R2 dirençlerinin toplamına oranına eşit olan bölücüden çıkarılır.
3. UA'nın giriş voltajına değer olarak eşit olması durumunda, kazanç, çıkış voltajının giriş voltajına oranına eşittir (veya R2 ve R1 dirençlerinin oranına bir tane ekleyebilirsiniz).

Bu tasarıma ters çevirmeyen amplifikatör denir, neredeyse sonsuz bir giriş empedansına sahiptir. Örneğin, 411 serisi işlemsel yükselteçler için değeri minimum 1012 ohm'dur. Ve iki kutuplu yarı iletken transistörlerdeki işlemsel yükselteçler için, kural olarak, 108 ohm'un üzerinde. Ancak, daha önce ele alınan devrede olduğu gibi, kaskadın çıkış empedansı çok küçüktür - bir ohm'un kesirleri. İşlemsel yükselteçlerdeki devreleri hesaplarken bu da dikkate alınmalıdır.

AC amplifikatör devresi

Makalede daha önce tartışılan her iki devre de çalışır. Ancak alternatif akım, giriş sinyali kaynağı ile amplifikatör arasında bir bağlantı görevi görürse, cihazın girişindeki akım için topraklama yapılması gerekli olacaktır. Ayrıca akımın değerinin büyüklük olarak son derece küçük olmasına dikkat etmek gerekir.

AC sinyallerinin yükseltilmesi durumunda, DC sinyalinin kazancını bire indirmek gerekir. Bu, özellikle voltaj kazancının çok büyük olduğu durumlar için geçerlidir. Bu nedenle, cihazın girişine getirilen kesme geriliminin etkisini önemli ölçüde azaltmak mümkündür.

Alternatif voltajla çalışmak için bir devrenin ikinci örneği

Bu devrede -3 dB seviyesinde 17 Hz frekansına karşılık geldiğini görebilirsiniz. Üzerinde, kapasitörün empedansı iki kilo-ohm seviyesindedir. Bu nedenle, kapasitör yeterince büyük olmalıdır.

Bir AC amplifikatörü oluşturmak için ters çevirmeyen bir op amp devresi kullanmanız gerekir. Ve yeterince büyük bir voltaj kazancına sahip olmalıdır. Ancak kapasitör çok büyük olabilir, bu yüzden onu kullanmayı bırakmak en iyisidir. Doğru, kayma gerilimini doğru bir şekilde seçmek ve değerini sıfıra eşitlemek gerekir. Ve T şeklinde bir bölücü kullanabilir ve devredeki her iki direncin direnç değerlerini artırabilirsiniz.

Hangi şemayı kullanmak daha iyidir

Çoğu tasarımcı, çok yüksek bir giriş empedansına sahip oldukları için evirmeyen amplifikatörleri tercih eder. Ve evirici tip devreleri ihmal ederler. Ancak ikincisinin çok büyük bir avantajı var - "kalbi" olan işlemsel yükselticinin kendisinden talep etmiyor.

Ayrıca özellikleri aslında çok daha iyi. Ve hayali topraklama yardımıyla, tüm sinyaller çok zorlanmadan birleştirilebilir ve birbirlerine herhangi bir etkisi olmaz. Bir işlemsel yükselteç üzerindeki tasarımlarda ve DC yükselteç devrelerinde kullanılabilir. Her şey ihtiyaçlara bağlıdır.

Ve son şey, burada ele alınan tüm devrenin başka bir op-amp'in kararlı çıkışına bağlı olması durumudur. Bu durumda, girişteki empedansın değeri önemli bir rol oynamaz - en az 1 kOhm, en az 10, en az sonsuz. Bu durumda, birinci kademe her zaman bir sonrakine göre işlevini yerine getirir.

Tekrarlayıcı devre

İşlemsel yükselticideki takipçi, iki kutuplu bir transistör üzerine inşa edilmiş yayıcıya benzer şekilde çalışır. Ve benzer işlevleri yerine getirir. Aslında bu, birinci direncin direncinin sonsuz büyük olduğu ve ikincisinin sıfır olduğu ters çevirmeyen bir amplifikatördür. Bu durumda kazanç bire eşittir.

Teknolojide yalnızca tekrarlayıcı devreler için kullanılan özel işlemsel yükselteç türleri vardır. Çok daha iyi özelliklere sahipler - kural olarak, bu yüksek performanstır. Bir örnek, OPA633, LM310, TL068 gibi işlemsel yükselteçlerdir. İkincisi, transistör gibi bir mahfazaya ve üç çıkışa sahiptir. Çok sık olarak, bu tür amplifikatörlere basitçe tamponlar denir. Gerçek şu ki, yalıtkan özelliklerine sahipler (çok yüksek giriş empedansı ve son derece düşük çıkış). Yaklaşık olarak bu prensibe göre akım yükselteç devresi bir işlemsel yükselteç üzerine kurulmuştur.

aktif mod

Aslında bu, işlemsel yükselticinin çıkış ve girişlerinin aşırı yüklenmediği bir çalışma modudur. Devrenin girişine çok büyük bir sinyal uygulanırsa, çıkışta kollektörün veya yayıcının voltaj seviyesine göre basitçe kesmeye başlayacaktır. Ancak çıkıştaki voltaj kesme seviyesinde sabitlendiğinde, op-amp'in girişlerindeki voltaj değişmez. Bu durumda, aralık besleme voltajından daha büyük olamaz.

Çoğu op-amp devresi, bu salınım besleme voltajından 2 V daha az olacak şekilde tasarlanmıştır, ancak hepsi hangi op-amp amplifikatör devresinin kullanıldığına bağlıdır. İşlemsel yükselticiye dayalı bir kararlılık kısıtlaması da vardır.

Değişken bir yük kaynağında bir voltaj düşüşü olduğunu varsayalım. Akımın normal bir hareket yönü varsa, ilk bakışta garip gelen bir yük ile karşılaşabilirsiniz. Örneğin, birkaç ters çevrilmiş pil. Bu tasarım, doğrudan bir şarj akımı elde etmek için kullanılabilir.

Bazı Önlemler

İşlemsel bir yükselticideki (herhangi bir devre seçilebilir) basit bir voltaj yükselticisi, kelimenin tam anlamıyla "diz üstü" yapılabilir. Ancak bazı özellikleri dikkate almanız gerekir. Devredeki geri beslemenin negatif olduğundan emin olun. Bu aynı zamanda, amplifikatörün evirmeyen ve evirmeyen girişlerinin karıştırılmasının kabul edilemez olduğunu göstermektedir. Ek olarak, bir DC geri besleme döngüsü bulunmalıdır. Aksi takdirde, op-amp hızla doygunluğa girecektir.

Çoğu op amp, çok düşük bir giriş diferansiyel voltajına sahiptir. Bu durumda, evirmeyen ve eviren girişler arasındaki maksimum fark, herhangi bir güç kaynağı bağlantısında 5 V ile sınırlanabilir. Bu koşul ihmal edilirse girişte oldukça büyük akımlar görünecek ve bu da devrenin tüm özelliklerinin bozulmasına neden olacaktır.

Bununla ilgili en kötü şey, işlemsel yükselticinin kendisinin fiziksel olarak yok edilmesidir. Sonuç olarak işlemsel yükselteç üzerindeki yükselteç devresi tamamen çalışmayı durdurur.

Değerlendirilebilir

Ve elbette, işlemsel yükselticinin kararlı ve dayanıklı çalışmasını sağlamak için uyulması gereken kurallardan bahsetmeniz gerekir.

En önemlisi, op amp çok yüksek voltaj kazancına sahiptir. Ve girişler arasında voltaj bir milivolt kadar değişirse, çıkıştaki değeri önemli ölçüde değişebilir. Bu nedenle, bilmek önemlidir: bir işlemsel amplifikatör için, çıkış, girişler arasındaki voltaj farkının sıfıra yakın (ideal olarak eşit) olmasını sağlamaya çalışır.

İkinci kural, işlemsel yükselticinin mevcut tüketiminin son derece küçük, kelimenin tam anlamıyla nanoamper olmasıdır. Girişlere alan etkili transistörler takılıysa, pikoamp cinsinden hesaplanır. Bundan, hangi işlemsel yükselticinin kullanıldığına bakılmaksızın girişlerin akım tüketmediği sonucuna varabiliriz, devre - çalışma prensibi aynı kalır.

Ancak op-amp'in girişlerdeki voltajı gerçekten sürekli değiştirdiğini düşünmeyin. Fiziksel olarak, ikinci kuralla hiçbir yazışma olmayacağı için bunu uygulamak neredeyse imkansızdır. İşlemsel kuvvetlendirici sayesinde tüm girişlerin durumu değerlendirilir. Harici bir geri besleme devresi yardımıyla çıkıştan girişe voltaj iletilir. Sonuç, işlemsel yükselticinin girişleri arasındaki voltaj farkının sıfır olmasıdır.

Geri bildirim kavramı

Bu yaygın bir kavramdır ve zaten teknolojinin her alanında geniş anlamda kullanılmaktadır. Herhangi bir kontrol sisteminde, çıkış sinyali ile ayarlanan değeri (referans) karşılaştıran bir geri besleme vardır. Mevcut değere bağlı olarak doğru yönde bir ayar vardır. Üstelik kontrol sistemi her şey olabilir, hatta yolda giden bir araba bile.

Sürücü frenleri uygular ve buradaki geri bildirim, yavaşlamanın başlangıcıdır. Bu kadar basit bir örnekle benzetme yaparak elektronik devrelerdeki geri beslemeyi daha iyi anlayabilirsiniz. Ve negatif geri besleme, fren pedalına basıldığında aracın hızlanmasıdır.

Elektronikte geri besleme, bir sinyalin bir çıkıştan bir girişe aktarıldığı süreçtir. Bu durumda girişteki sinyal de söner. Bir yandan bu çok makul bir fikir değil çünkü dışarıdan bakıldığında kazancın önemli ölçüde azalacağı görülüyor. Bu arada, bu tür incelemeler, elektronikte geri bildirim geliştirmenin kurucuları tarafından alındı. Ancak, işlemsel yükselteçler üzerindeki etkisini daha ayrıntılı olarak anlamaya değer - pratik devreleri düşünün. Ve kazancı gerçekten biraz azalttığı, ancak geri kalan parametreleri biraz iyileştirmenize izin verdiği anlaşılıyor:

1. Frekans yanıtlarını yumuşatın (gerekli olana getirir).
2. Amplifikatörün davranışını tahmin etmenizi sağlar.
3. Doğrusal olmamayı ve sinyal bozulmasını ortadan kaldırabilir.

Geri besleme ne kadar derin olursa (negatif geri beslemeden bahsediyoruz), açık döngü özelliklerinin amplifikatör üzerindeki etkisi o kadar az olur. Sonuç - tüm parametreleri yalnızca devrenin sahip olduğu özelliklere bağlıdır.

Tüm işlemsel yükselteçlerin çok derin geri beslemeli bir modda çalıştığı gerçeğine dikkat etmeye değer. Ve voltaj kazancı (açık çevrimiyle) birkaç milyona bile ulaşabilir. Bu nedenle, işlemsel bir amplifikatöre dayalı amplifikatör devresi, güç kaynağı ve giriş sinyali seviyesi için tüm parametrelere uyum konusunda son derece talepkardır.

Hepinize iyi günler. Son yazımda beslenmeden bahsetmiştim. Bu yazıda kullanımından bahsedeceğim. Lineer devrelerde op-amp.

gerilim takipçisi

İlk bahsedeceğim devre birlik kazançlı yükselteç devresi (birlik yükseltici) veya sözde devredir. Bu amplifikatörün devresi aşağıda gösterilmiştir.

Birlik kazanç amplifikatörü (gerilim takipçisi).

Bu devre bir modifikasyondur, fark, geri besleme direnci olmaması ve evirici girişte bir direnç olmasıdır. Böylece, op-amp'in çıkışından gelen voltaj, op-amp'in evirici girişine tamamen sağlanır ve sonuç olarak, geri besleme aktarım katsayısı bire eşittir (β = 1).

Bildiğiniz gibi, geri beslemeli bir op-amp'in giriş empedansı aşağıdaki ifade ile belirlenir.

• burada R BX, işletim sistemi olmayan işletim sisteminin giriş empedansıdır,

Ardından voltaj takipçisi için giriş direnci şöyle görünecektir:

Geri besleme op amp'in çıkış empedansı aşağıdaki ifadedir

• burada R BYX, işletim sistemi olmayan işletim sisteminin giriş empedansıdır,
• β, OS devresinin iletim katsayısıdır,
• K, işletim sistemi olmayan işletim sisteminin kazancıdır.

Gerilim takipçisi bire (β = 1) eşit bir geri besleme aktarım katsayısına sahip olduğundan, çıkış direnci aşağıdaki forma sahip olacaktır.

Gerilim izleyicinin parametrelerini hesaplama örneği

Örneğin, gerekli frekansta, giriş empedansı R BX = 500 kOhm, çıkış empedansı R BYX = 300 Ohm olan, kazancı K U = 80 (38 dB) olan op-amp üzerindeki voltaj izleyiciyi hesaplayalım.

Gerilim takipçisinin giriş empedansı

Gerilim izleyicinin çıkış empedansı

En basit voltaj izleyici devresinin dezavantajları

Açık devre işletim sistemine sahip bir op ampin kazancının frekansla değişmesi nedeniyle (artan frekansla kazanç azalır), dolayısıyla giriş ve çıkış dirençleri de frekansa bağlıdır (artan frekansla giriş direnci azalır ve çıkış direnci artar).

Giriş sinyalinin yeterince büyük bir DC bileşeni ve önemli bir genlik salınımı varsa, ortak mod giriş gerilimlerinin sınırının aşılacağı bir durum ortaya çıkabilir. Bu sorunu ortadan kaldırmak için, evirmeyen girişe dekuplaj kondansatörü aracılığıyla bir sinyal uygulanmalı ve evirmeyen giriş ile toprak arasına bir direnç bağlanmalıdır, ancak bu direnç tekrarlayıcının giriş direncini etkileyecektir.

Op-amp üreticileri tarafından önerilen bir voltaj izleyicinin parametrelerini iyileştirmenin başka bir yolu, işletim sistemi devresinde ve evirmeyen giriş ile "toprak" arasına aynı dirence sahip dirençler dahil etmektir. Bu durumda, op-amp'in kazancı da bire eşit olacaktır, ancak giriş ve çıkış direnci, op-amp'in parametrelerine değil, harici dirençlere bağlı olacaktır.

Tek bir amplifikatörün parametrelerini iyileştirmenin en etkili yolu, voltaj izleyici devresinden sonra, büyük bir çıkış akımı sağlayan bir güç amplifikatörünü açan bir devredir. Bu durumda, voltaj kazancı yaklaşık olarak bir olacaktır ve geri besleme akımı, güç amplifikatörünün özelliği ile belirlenir (giriş ve çıkış dirençleri, her iki amplifikatörün kazançları ile çarpılır).

Ters çevirmeyen amplifikatör

Aslında kazancı bire eşit ters çevirmeyen bir amplifikatör olan voltaj takipçisini analiz ettikten sonra, keyfi bir kazanca sahip ters çevirmeyen bir amplifikatör devresini düşünmeye geçelim. Bu tip amplifikatör, yüksek giriş ve düşük çıkış empedansına sahip olmasıyla karakterize edilir, amplifikatör devresi aşağıda gösterilmiştir.

Ters çevirmeyen bir amplifikatörün şematik diyagramı.

Bu devre, işlemsel yükselteçleri açmak için standart devrelerden biridir ve op-amp DA1, öngerilim direnci R1 ve geri besleme direnci R2'yi içerir. Bu devredeki işlemsel yükselteç seri gerilim geri beslemesi ile kaplıdır, geri besleme devresinin kazancı

Ardından ters çevirmeyen amplifikatörün giriş empedansı

R BX.OU - açık işletim sistemi devresi ile işletim sisteminin giriş empedansı,

TO OU - açık bir işletim sistemi devresi ile op-amp'in katsayısını kazanın.

Ters çevirmeyen bir amplifikatörün çıkış empedansı aşağıdaki ifadeden hesaplanabilir

R OUTPUT OU - açık bir işletim sistemi devresi ile OU'nun çıkış empedansı.

Ters çevirmeyen amplifikatör kazancı

Bu tip amplifikatörün bir miktar giriş ofset voltajı UCM vardır, bu nedenle bu devre, giriş ofset voltajı seviyesinin önemli bir etkisinin olmadığı yerlerde uygulanabilir. Girişteki öngerilim voltajı seviyesi

Ters çevirmeyen bir amplifikatörün hesaplanmasına bir örnek

K = 10 kazanç sağlaması gereken ters çevirmeyen bir amplifikatör hesaplıyoruz. Bir op-amp olarak, aşağıdaki parametrelere sahip K157UD2 kullanıyoruz: kazanç (1 kHz frekansta) K = 1800 (65 dB) , giriş empedansı R BX.OU = 500 kOhm, çıkış direnci R OUT.OU = 300 Ω, ön gerilim U CM = 10 mV, giriş akımı I IN ≤ 500 nA. Giriş sinyalinin seviyesi U IN = 40 mV'dir.

Ters çevirmeyen toplayıcı

Tersine çevirmeyen amplifikatörler konusuna devam ederek, giriş sinyalleri ekleme işlevini yerine getiren ve örneğin birkaç kaynaktan gelen sinyallerin birleştirilmesi gerektiğinde doğrusal sinyal karıştırıcılar (mikserler) olarak uygulamasını bulan ters çevirmeyen bir toplayıcıdan bahsedeceğim. ve bir güç amplifikatörünün girişine beslenir. Ters çevirmeyen toplayıcının devresi aşağıda gösterilmiştir.

Bu devre, ters çevirmeyen iki girişli bir amplifikatördür ve op-amp DA1, akım sınırlayıcı giriş dirençleri R1 ve R2, öngerilim direnci R3 ve geri besleme direnci R4'ten oluşur.

Bu devre için, temel ilişkiler, devredeki giriş voltajının giriş terminallerinin ortalama voltajına karşılık geldiği gerçeğini dikkate alarak, ters çevirmeyen basit bir amplifikatörün devresine karşılık gelir.

Ve dirençlerin direnci aşağıdaki koşulu karşılamalıdır

Farklı kanallar için kazançlar aşağıdaki ifade ile belirlenir.

RN, giriş direncinin direncidir,

K N karşılık gelen amplifikasyon kanalının kazancıdır.

Evirmeyen toplayıcı devresinin ana dezavantajı, sıfır potansiyel noktasının olmamasıdır, dolayısıyla çeşitli girişlerdeki kazanç bağımsız değildir. Bu dezavantaj, giriş gerilim kaynaklarının veya bunlardan sadece birinin iç direncinin yaklaşık olarak bilindiği veya çalışma sırasında değiştiği durumlarda kendini gösterir.

Teori iyidir, ancak pratik uygulama olmadan sadece kelimelerdir.