Amplificator operațional: circuite de comutare, principiu de funcționare. Amplificator de circuit pe op amp de amplificator noninverting. Schema amplificatorului de tensiune a unui curent direct pe amplificatorul operațional

Articolul va lua în considerare standardul amplificator de circuit pe amplificatorul operațional, precum și exemple de diferite moduri de funcționare ale acestui dispozitiv. Până în prezent, nici un dispozitiv de control nu poate face fără utilizarea amplificatoarelor operaționale. Acestea sunt dispozitive cu adevărat universale care vă permit să efectuați diverse funcții cu un semnal. Despre modul în care funcționează și ce vă permite în mod special să faceți acest dispozitiv, veți afla mai târziu.

Inversarea amplificatoarelor

Circuitul amplificatorului inversator pe amperi op este destul de simplu, îl puteți vedea în imagine. Se bazează pe amplificatorul operațional (schemele sale de includere sunt discutate în acest articol). În plus, aici:

1. Pe rezistorul R1 este prezentă o scădere a tensiunii, în valoarea sa este aceeași cu cea de intrare.
2. Rezistor R2 are, de asemenea scădere de tensiune - este la fel ca în weekend.

În acest caz, raportul tensiunii de ieșire la rezistența R2 este egal cu valoarea raportată la tensiunea de intrare la R1, dar înapoi la acesta prin semn. Cunoscând rezistența și tensiunea, puteți calcula câștigul. Pentru a face acest lucru, este necesar să împărțiți tensiunea de ieșire într-o tensiune de intrare. În acest caz, amplificator operațional (circuitele de includere la acesta pot fi oricare) pot avea același factor de câștig, indiferent de tip.

Activitatea de feedback

Acum trebuie să analizăm mai detaliat un punct-cheie - activitatea de feedback. Să presupunem că există o tensiune la intrare. Pentru simplitatea calculelor, să luăm valoarea ei egală cu 1 V. Să presupunem de asemenea că R1 = 10 kΩ, R2 = 100 kOhm.

Acum, să presupunem că există o situație neprevăzută, din cauza care tensiunea de ieșire etapă a fost setată la 0 V. În continuare, există un model interesant - două rezistențe începe să lucreze în perechi, împreună creează dintr-un divizor de tensiune. La ieșirea din etapa inversoare este menținută la 0.91 V. Acest lucru permite sistemului de operare pentru a fixa intrările nepotrivire, precum și reducerea tensiunii de ieșire se produce. Prin urmare, o diagramă design foarte simplu de amplificatoare operaționale, un amplificator de semnal care realizează funcția senzorului, de exemplu.

Și această schimbare va continua până atunci, până când o valoare stabilă de 10 V va fi stabilită la ieșire. În acest moment, potențialul de intrare al amplificatorului operațional va fi egal. Și vor fi aceleași cu potențialul pământului. Pe de altă parte, dacă tensiunea continuă să scadă la ieșirea dispozitivului și va fi mai mică de -10 V, potențialul de intrare va fi mai mic decât cel al solului. Consecința este că tensiunea începe să crească la ieșire.

Acest circuit are un dezavantaj mare - impedanța de intrare este foarte mică, în special pentru amplificatoare cu o valoare mare a câștigului de tensiune, în cazul în care buclă de feedback este închis. Iar structura considerată în continuare este lipsită de toate aceste deficiențe.

Amplificator non-invers

Figura arată circuitul amplificatorului non-inversor pe amplificatorul operațional. După analizarea acesteia, putem trage câteva concluzii:

1. Valoarea tensiunii UA este egală cu tensiunea de intrare.
2. Tensiunea UA, care este egală cu raportul dintre produsul tensiunii de ieșire și R1 față de suma rezistențelor R1 și R2, este îndepărtată din divizor.
3. În cazul în care UA este egală cu valoarea tensiunii de intrare, câștigul este egal cu raportul dintre tensiunea de ieșire și tensiunea de intrare (sau este posibil să se adauge unitatea la raportul de rezistență R2 și R1).

Acest design este numit un amplificator neinversiv, are o impedanță aproape infinită de intrare. De exemplu, pentru amplificatoarele operaționale 411, valoarea lor este de 1012 Ohm, minimă. Și pentru amplificatoarele operaționale pe tranzistoare bipolare semiconductoare, de regulă, mai mult de 108 Ohm. Dar impedanța de ieșire a cascadei, precum și în circuitul considerat anterior, este foarte mică - fracțiunea Ohm. Și acest lucru trebuie luat în considerare la calcularea circuitelor pe amplificatoarele operaționale.

Circuit amplificator AC

Ambele scheme, considerate în articolul anterior, lucrează la curent continuu. Dar dacă curentul alternativ acționează ca o conexiune între sursa semnalului de intrare și amplificator, este necesar să se asigure curentul la intrarea dispozitivului. Și trebuie să fiți atenți la faptul că valoarea actuală este extrem de mică în mărime.

În cazul în care apare amplificarea semnalelor AC, este necesar să se reducă amplificarea semnalului constant la unitate. Acest lucru este valabil mai ales în cazul în care câștigul de tensiune este foarte mare. Datorită acestui fapt, este posibil să se reducă în mod semnificativ efectul tensiunii de forfecare care se aplică la intrarea dispozitivului.

Al doilea exemplu de circuit pentru lucrul cu o tensiune alternativă

În acest circuit, la un nivel de -3 dB, puteți vedea o frecvență de potrivire de 17 Hz. La el la condensator impedanța este la un nivel de doi kilograme. Prin urmare, condensatorul trebuie să fie suficient de mare.

Pentru a construi un amplificator AC, este necesar să se utilizeze un tip de circuit neinverting pe amplificatoarele operaționale. Și ar trebui să aibă un câștig de tensiune suficient de mare. Dar condensatorul poate fi prea mare, deci este mai bine să nu mai folosiți acest condensator. Este adevărat că este necesar să selectați corect tensiunea de forfecare, echivalând-o cu valoarea zero. Și puteți aplica divizorul în formă de T și crește rezistențele ambelor rezistențe în circuit.

Ce schemă este preferabilă utilizării

Majoritatea dezvoltatorilor își dau preferința față de amplificatoarele non-inversoare, deoarece au o impedanță foarte mare la intrare. Schemele de neglijare a tipului de inversare sunt neglijate. Dar acesta din urmă are un mare avantaj - nu este exigent pentru amplificatorul operațional în sine, care este "inima" lui.

În plus, caracteristicile, de fapt, este mult mai bine. Și cu ajutorul imaginarului, puteți combina toate semnalele fără un efort deosebit și nu vor exercita nici o influență asupra celuilalt. Acesta poate fi utilizat în proiectarea și circuitul amplificatorului de curent continuu pe amplificatorul operațional. Totul depinde de nevoi.

Și ultimul lucru este cazul, dacă întregul circuit, considerat aici, este conectat la ieșirea stabilă a unui alt amplificator operațional. În acest caz, valoarea impedanței la intrare nu joacă un rol semnificativ - cel puțin 1 kOhm, cel puțin 10, deși infinit. În acest caz, prima etapă își îndeplinește întotdeauna funcția în raport cu următoarea.

Circuitul de repetoare

Un repetor funcționează pe un amplificator operațional similar unui emițător construit pe un tranzistor bipolar. Și îndeplinește funcții similare. De fapt, acesta este un amplificator neinversiv, în care rezistența primului rezistor este infinit de mare, iar a doua rezistență este zero. Câștigul este unitatea.

Există tipuri speciale de amplificatoare operaționale care sunt utilizate în tehnologie numai pentru circuitele de repetoare. Ele au caracteristici mult mai bune - de regulă, aceasta este o viteză mare. Ca exemplu, putem menționa astfel de amplificatoare operaționale ca OPA633, LM310, TL068. Cel din urmă are un corp, ca un tranzistor, și trei conduceri. Foarte des asemenea amplificatoare sunt numite pur și simplu tampoane. Faptul este că acestea au proprietățile unui izolator (impedanță de intrare foarte mare și ieșire extrem de scăzută). Aproximativ prin acest principiu, circuitul amplificatorului curent pe amplificatorul operațional este, de asemenea, construit.

Modul activ de funcționare

De fapt, acesta este un mod de funcționare în care ieșirile și intrările amplificatorului operațional nu sunt supraîncărcate. Dacă se aplică un semnal foarte mare la intrarea circuitului, atunci la ieșire va începe pur și simplu să taie în funcție de nivelul de tensiune al colectorului sau al emițătorului. Dar când tensiunea de ieșire este fixă ​​la nivelul cutoff - tensiunea nu se schimbă la intrările op-amp. În acest caz, leagănul nu poate fi mai mare decât tensiunea de alimentare amplificarea cascadei.

Cele mai multe circuite ale amplificatoarelor operaționale sunt calculate astfel încât acest interval să fie mai mic decât tensiunea de alimentare cu 2 V. Dar totul depinde de circuitul particular de amplificator utilizat pe amplificatorul operațional. Există, de asemenea, o restricție privind stabilitatea sursă de curent pe baza unui amplificator operațional.

Să presupunem că există o scădere a tensiunii într-o sursă cu sarcină plutitoare. Dacă curentul are o direcție normală de mișcare, puteți întâlni o sarcină ciudată la prima vedere. De exemplu, mai multe baterii re-polarizate. Un astfel de design poate fi folosit pentru a obține un curent de încărcare directă.

Unele măsuri de precauție

Un amplificator de tensiune simplu pe amplificatorul operațional (circuitul poate fi ales oricare) poate fi făcut literal "pe genunchi". Dar trebuie să țineți cont de unele caracteristici. Este necesar să vă asigurați că feedback-ul din schemă este negativ. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că este inacceptabilă confundarea intrărilor non-inversoare și inversoare ale amplificatorului. În plus, ar trebui să existe o buclă de reacție pentru curentul direct. În caz contrar, amplificatorul operațional va trece rapid la modul de saturare.

În majoritatea amplificatoarelor operaționale, tensiunea diferențială de intrare este foarte mică în valoare. În acest caz, diferența maximă dintre intrările neinvertite și inversoare poate fi limitată la o valoare de 5 V pentru orice conexiune sursă de alimentare. Dacă această condiție este ignorată, la intrare apar valori mari ale curenților, ceea ce va duce la deteriorarea tuturor caracteristicilor circuitului.

Cel mai groaznic lucru este distrugerea fizică a amplificatorului operațional. Ca urmare, circuitul amplificatorului de pe amplificatorul operațional încetează să funcționeze complet.

Rețineți

Și, desigur, trebuie să vorbiți despre regulile care trebuie respectate pentru a asigura o funcționare stabilă și de lungă durată a amplificatorului operațional.

Cel mai important, amplificatorul op are un câștig de tensiune foarte mare. Și dacă tensiunea dintre intrările se modifică la o fracțiune de milivolți, ieșirea se poate schimba semnificativ la ieșire. Prin urmare, este important să se știe: de ieșire op-AMP este încercarea de a căuta să se asigure că diferența de tensiune dintre intrări a fost aproape (în mod ideal egal) la zero.

A doua regulă este că consumul curent de către amplificatorul operațional este extrem de mic, literalmente nanoamperi. Dacă intrările sunt instalate field tranzistori efect, apoi se calculează cu picoamperi. Prin urmare, se poate concluziona că intrările nu consumă curent, indiferent ce amplificator operațional este folosit, circuitul - principiul de funcționare rămâne același.

Dar nu credeți că op-amperi schimbă în mod constant intrările de la intrări. Din punct de vedere fizic, acest lucru este aproape imposibil, deoarece nu ar exista nicio corespondență cu a doua regulă. Datorită amplificatorului operațional, se evaluează starea tuturor intrărilor. Prin intermediul circuitului conexiunii externe inverse, tensiunea este transferată la intrare de la ieșire. Rezultatul este că între intrările amplificatorului operațional diferența de tensiune se situează la nivelul zero.

Conceptul de feedback

Aceasta este o noțiune comună și se aplică deja într-un sens larg în toate domeniile tehnologiei. În orice sistem de control, există un feedback care compară semnalul de ieșire și valoarea specificată (referință). În funcție de valoarea curentă - există o ajustare în direcția cea bună. Și sistemul de control poate fi orice, chiar și o mașină care călătorește de-a lungul drumului.

Șoferul apasă pe frâne, iar feedback-ul este începutul decelerației. Prin analogie cu un exemplu atât de simplu, putem face mai bine cu feedback-ul în circuitele electronice. Și feedback-ul negativ este dacă mașina a accelerat atunci când pedala de frână a fost apăsată.

În electronică, feedback-ul este procesul în care semnalul este transmis de la intrare la intrare. În acest caz, semnalul de la intrare este, de asemenea, anulat. Pe de o parte, aceasta nu este o idee foarte sensibilă, deoarece poate părea din partea că factorul de câștig va scădea semnificativ. Un astfel de feedback, apropo, a fost primit de către fondatorii dezvoltării feedback-ului în domeniul electronicii. Dar merită examinat în detaliu efectul său asupra amplificatoarelor operaționale - scheme practice de luat în considerare. Și devine clar că într-adevăr reduce puțin câștigul, dar ne permite să îmbunătățim puțin ceilalți parametri:

1. Neteziți caracteristicile de frecvență (le duce la cerințele necesare).
2. Vă permite să prezicați comportamentul amplificatorului.
3. Este capabil să elimine non-linearitatea și distorsiunea semnalului.

Cu cât feedback-ul este mai profund (este vorba despre negativ), cu atât influența se exercită mai puțin asupra amplificatorului caracteristicii cu sistemul deschis. Rezultatul - toți parametrii depind numai de proprietățile circuitului.

Trebuie remarcat faptul că toate amplificatoarele operaționale funcționează într-un mod cu feedback foarte profund. Un factor de câștig de tensiune (cu buclă deschisă) poate ajunge chiar și câteva milioane. Prin urmare, circuitul amplificatorului de pe amplificatorul operațional este extrem de solicitant pentru a observa toți parametrii de putere și nivelul semnalului de intrare.