Atsiliepimai apie veikimo stiprintuvo grandines

Kartotinis ir apverčiamasis stiprintuvas

Straipsnio pabaigoje „Idealus veikimo stiprintuvas“ Parodyta, kad naudojant operacinį stiprintuvą įvairiose perjungimo grandinėse, kaskados stiprinimas vienu operaciniu stiprintuvu (OA) priklauso tik nuo grįžtamojo ryšio gylio. Todėl formulėse tam tikros grandinės padidėjimui nustatyti nenaudojamas „pliko“ op-amp stiprinimas. Tai tik tas didžiulis koeficientas, kuris nurodomas kataloguose.

Tuomet visai tikslinga užduoti klausimą: „Jei galutinis rezultatas (padidėjimas) nepriklauso nuo šio milžiniško„ pamatinio “koeficiento, koks skirtumas tarp opampo su amplifikacija kelis tūkstančius kartų ir su tuo pačiu opamp, bet su amplifikacija kelis šimtus tūkstančių ir net milijonai? “

Atsakymas yra gana paprastas. Abiem atvejais rezultatas bus tas pats, kaskados sustiprėjimą lems OOS elementai, tačiau antruoju atveju (opamp su dideliu stiprinimu) grandinė veikia stabiliau, tiksliau, tokių grandinių greitis yra daug didesnis. Dėl rimtos priežasties optiniai stiprintuvai yra suskirstyti į bendro taikymo optinius stiprintuvus ir didelio tikslumo.

Kaip jau minėta, aptariami „operaciniai“ stiprintuvai buvo gauti tuo metu, kai jie daugiausia buvo naudojami atliekant matematines operacijas analoginiuose kompiuteriuose (AVM). Tai buvo sudėjimo, atimties, daugybos, dalijimo, suskaidymo ir daugelio kitų funkcijų operacijos.

Šie priešlaikiniai optiniai stiprintuvai buvo atliekami elektronų vamzdeliuose, vėliau - diskrečiuose tranzistoriuose ir kituose radijo komponentuose. Natūralu, kad net tranzistorinių optinių stiprintuvų matmenys buvo pakankamai dideli, kad juos būtų galima naudoti mėgėjiškose konstrukcijose.

Ir tik po to, dėka integruotos elektronikos laimėjimų, optiniai stiprintuvai tapo įprasto mažos galios tranzistoriaus dydžiu, šių dalių naudojimas buitinėje įrangoje ir mėgėjų grandinėse tapo pateisinamas.

Beje, šiuolaikiniai optiniai stiprintuvai, net gana aukštos kokybės, kurių kaina nėra daug didesnė nei du ar trys tranzistoriai. Šis teiginys galioja bendrosios paskirties optiniams įrenginiams. Tikslūs stiprintuvai gali kainuoti šiek tiek daugiau.

Kalbant apie optinio stiprintuvo grandines, iš karto verta paminėti, kad visos jos yra maitinamos bipoliniu energijos šaltiniu. Toks režimas yra „įprasčiausias“ op-amp, kuris leidžia stiprinti ne tik kintamos įtampos signalus, pavyzdžiui, sinusoidą, bet ir nuolatinės srovės signalus arba tiesiog įtampą.

Nepaisant to, gana dažnai grandinių maitinimas op-amp yra pagamintas iš vienpolio šaltinio. Tiesa, tokiu atveju negalima padidinti nuolatinės įtampos. Tačiau dažnai atsitinka, kad to tiesiog nereikia. Grandinės su vienpoliu maitinimo šaltiniu bus aprašytos vėliau, tačiau kol kas tęsime op-amp su bipoliniu maitinimo šaltiniu įjungimo schemas.

Daugelio op-amperų maitinimo įtampa dažniausiai yra ± 15 V. Bet tai visiškai nereiškia, kad šios įtampos negalima padaryti šiek tiek mažesnės (nerekomenduojama didesnė). Daugelis optinių stiprintuvų veikia stabiliai, pradedant nuo ± 3 V, o kai kurie modeliai net ± 1,5 V. Tokia galimybė nurodyta techninėje dokumentacijoje (duomenų lape).

Įtampos sekėjas

Tai yra paprasčiausias optinio stiprintuvo grandinės įtaisas, jo grandinė parodyta 1 paveiksle.

1 pav. Įtampos sekiklio grandinė operaciniame stiprintuve

Nesunku pastebėti, kad norint sukurti tokią schemą, reikėjo ne vienos detalės, išskyrus patį op-amp. Tiesa, maitinimo jungtis nėra parodyta paveiksle, tačiau tokia schemų schema sutinkama labai dažnai. Vienintelis dalykas, kurį norėčiau atkreipti, yra tas, kad tarp op-amp maitinimo šaltinio gnybtų (pvz., Op-amp-KR140UD708, tai yra 7 ir 4 išvados) ir turėtų būti prijungtas bendras laidas. blokuojantys kondensatoriai kurių talpa yra 0,01 ... 0,5 μF.

Jų tikslas - padaryti optinio stiprintuvo veikimą stabilesnį, atsikratyti grandinės savaiminio sužadinimo išilgai galios grandinių. Kondensatoriai turėtų būti prijungti kuo arčiau lusto maitinimo gnybtų. Kartais vienas kondensatorius yra sujungtas remiantis kelių mikroschemų grupe. Tie patys kondensatoriai gali būti matomi plokštėse su skaitmeninėmis mikroschemomis, jų paskirtis yra ta pati.

Retransliatoriaus pelnas yra lygus vienybei, arba, kitaip tariant, pelno taip pat nėra. Tada kodėl tokia schema? Čia visai tikslinga prisiminti, kad yra tranzistoriaus grandinė - emiterio sekiklis, kurio pagrindinis tikslas yra suderinti kaskadą su skirtinga įėjimo varža. Panašios kaskados (kartotuvai) taip pat vadinamos buferiu.

Retransliatoriaus įėjimo varža op-amp stiprintuve apskaičiuojama kaip op-amp įėjimo varžos sandauga iš jos padidinimo. Pvz., Minėto UD708 įėjimo varža yra maždaug 0,5 M the, stiprinimas yra ne mažesnis kaip 30 000, o gal ir daugiau. Padauginus šiuos skaičius, įėjimo varža yra 15 GΩ, o tai yra panaši į ne itin aukštos kokybės izoliacijos, tokios kaip popierius, varžą. Tokio aukšto rezultato vargu ar pavyks pasiekti su įprastu emiterio sekėju.

Kad aprašymai nekeltų abejonių, žemiau pateikiami paveikslėliai, rodantys visų grandinių, aprašytų programos simuliatoriuje Multisim, veikimą. Žinoma, visas šias schemas galima surinkti ant lentos, tačiau ne blogiausių rezultatų galima sulaukti monitoriaus ekrane.

Tiesą sakant, čia net šiek tiek geriau: jums nereikia eiti kažkur ant lentynos, kad pakeistumėte rezistorių ar mikroschemą. Čia viskas, net matavimo prietaisai, yra programoje ir „gaunasi“ naudojant pelę ar klaviatūrą.

2 paveiksle parodyta kartotuvo schema, pagaminta naudojant Multisim programą.

2 pav

Grandinės tyrimas yra gana paprastas. Į sinchroninį signalą, kurio dažnis yra 1 KHz, o amplitudė yra 2 V, į valdiklio įvestį iš funkcinio generatoriaus yra perduodamas, kaip parodyta 3 paveiksle.

3 pav

Signalą į retransliatoriaus įvestį ir išvestį stebi osciloskopas: įvesties signalas rodomas mėlyna, išėjimo - raudona.

4 pav

Kodėl atidus skaitytojas paklaus, ar išėjimo signalas (raudonas) yra dvigubai didesnis už įvesties mėlyną? Viskas labai paprasta: esant vienodam osciloskopo kanalų jautrumui, abu sinusoidai su ta pačia amplitude ir faze susijungia į vieną, slepiasi vienas už kito.

Norėdami sudaryti abu iš karto, turėjome sumažinti vieno iš kanalų, šiuo atveju įėjimo, jautrumą. Dėl to mėlyna sinuso banga tapo tiksliai puse ekrano dydžio ir nustojo slėptis už raudonojo. Nors, norint pasiekti tokį rezultatą, galite tiesiog perkelti spindulius osciloskopo valdikliais, paliekant tą patį kanalų jautrumą.

Abu sinusoidai yra išdėstyti simetriškai laiko ašies atžvilgiu, o tai rodo, kad signalo pastovus komponentas yra lygus nuliui. O kas nutiks, jei prie įvesties signalo bus pridėtas mažas nuolatinės srovės komponentas? Virtualus generatorius leidžia jums perkelti sinusinę bangą išilgai Y ašies. Pabandykime ją perkelti aukštyn 500mV.

5 pav

Kas iš to atsirado, parodyta 6 paveiksle.

6 pav

Pastebima, kad įvesties ir išvesties sinusoidai pakilo per pusę volto, visiškai nesikeisdami. Tai rodo, kad kartotuvas tiksliai perdavė pastovų signalo komponentą. Tačiau dažniausiai jie bando atsikratyti šio pastovaus komponento, padaryti jį lygų nuliui, todėl vengiama naudoti tokius grandinės elementus kaip tarpskirties izoliatorius.

Retransliatorius, be abejo, yra geras ir net gražus: nereikėjo jokių papildomų detalių (nors yra retransliatorių grandinės su nedideliais „papildymais“), tačiau jos negavo jokio pelno.Koks tai stiprintuvas? Norėdami gauti stiprintuvą, tiesiog pridėkite keletą detalių, kaip tai padaryti, bus aprašyta vėliau.

Apverčiamasis stiprintuvas

Norint pagaminti apverstajį stiprintuvą iš op-amp, pakanka pridėti tik du rezistorius. Kas iš to atsirado, parodyta 7 paveiksle.

7 paveikslas. Inverterio stiprintuvo grandinė

Tokio stiprintuvo padidėjimas apskaičiuojamas pagal formulę K = - (R2 / R1). Minuso ženklas nereiškia, kad stiprintuvas pasirodė blogas, bet tik tai, kad išėjimo signalas fazėje bus priešais įvestį. Nenuostabu, kad stiprintuvas vadinamas atvirkštiniu. Čia tikslinga prisiminti tranzistorių, įtrauktą į schemą su OE. Taip pat tranzistoriaus kolektoriaus išėjimo signalas yra ne fazėje, o įvesties signalas yra pritaikytas prie pagrindo.

Čia verta prisiminti, kiek pastangų turite įdėti, kad ant tranzistoriaus kolektoriaus būtų švarus neiškraipytas sinusoidas. Reikalaujama, kad tranzistoriaus pagrindu būtų parinkti poslinkiai. Paprastai tai yra gana sudėtinga, atsižvelgiant į daugelį parametrų.

Naudojant op-amp, pakanka paprasčiausiai apskaičiuoti varžų varžą pagal formulę ir gauti nurodytą padidėjimą. Pasirodo, grandinės nustatymas op-amp yra daug paprastesnis nei kelių tranzistorių kaskadų nustatymas. Todėl nereikia bijoti, kad schema neveiks, neveiks.

8 pav

Čia viskas yra taip, kaip ankstesniuose paveikslėliuose: įvesties signalas rodomas mėlynai, po stiprintuvu - raudonas. Viskas atitinka formulę K = - (R2 / R1). Išėjimo signalas yra fazėje su įėjimu (kuris atitinka minuso ženklą formulėje), o išėjimo signalo amplitudė yra tiksliai du kartus didesnė nei įvestis. Tai taip pat pasakytina apie santykį (R2 / R1) = (20/10) = 2. Norint padidinti, pavyzdžiui, 10, pakanka padidinti rezistoriaus R2 varžą iki 100KΩ.

Tiesą sakant, apverčiamojo stiprintuvo grandinė gali būti šiek tiek sudėtingesnė, tokia parinktis parodyta 9 paveiksle.

9 pavApversta stiprintuvo grandinė

Čia pasirodė nauja dalis - rezistorius R3 (veikiau jis tiesiog dingo iš ankstesnės grandinės). Jos tikslas yra kompensuoti realios OS įėjimo sroves, siekiant sumažinti nuolatinės srovės komponento nestabilumą temperatūroje išvestyje. Šio rezistoriaus reikšmė parenkama pagal formulę R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).

Šiuolaikiniai labai stabilūs opampai leidžia neinvertuojamą įvestį prijungti prie bendro laido tiesiai be rezistoriaus R3. Nors šio elemento buvimas nieko blogo nepadarys, tačiau dabartiniu gamybos mastu, taupydami viską, jie mieliau nestato šio rezistoriaus.

Inversinio stiprintuvo apskaičiavimo formulės parodytos 10 paveiksle. Kodėl paveiksle? Taip, tik aiškumo dėlei teksto eilutėje jie neatrodytų tokie pažįstami ir suprantami, nebūtų tokie pastebimi.

10 pav

Apie prieaugį buvo minėta anksčiau. Čia atkreiptinas dėmesys į neinvertuojančio stiprintuvo įėjimo ir išėjimo varžą. Atrodo, kad su įėjimo pasipriešinimu viskas aišku: paaiškėja, kad jis yra lygus rezistoriaus R1 pasipriešinimui, tačiau išėjimo varža turės būti apskaičiuojama pagal 11 paveiksle parodytą formulę.

Raidė K “žymi op-amp stiprintuvo pamatinį koeficientą. Prašau apskaičiuoti, kokia bus išėjimo varža. Tai pasirodys gana mažas skaičius, net jei vidutinis UD7 tipo op-amp, kurio K “yra lygus ne daugiau kaip 30 000. Šiuo atveju tai yra gerai: galų gale, kuo mažesnis kaskados išėjimo varža (tai taikoma ne tik kaskadoms op-amp sistemoje), tuo galingesnė apkrova yra pagrįsta. žinoma, neperžengiant ribų, šią kaskadą galima sujungti.

Išvesties varžos apskaičiavimo formulės vardiklyje turėtų būti padaryta atskira pastaba. Tarkime, kad santykis R2 / R1 yra, pavyzdžiui, 100. Tai yra santykis, gaunamas apverčiamojo stiprintuvo 100 padidinimo atveju.Pasirodo, jei šis įrenginys bus išmestas, niekas labai nepasikeis. Tiesą sakant, tai nėra visiškai tiesa.

Tarkime, kad rezistoriaus R2 varža yra lygi nuliui, kaip ir kartotuvo atveju. Tuomet be vienybės visas vardiklis tampa lygus nuliui, o išėjimo varža taip pat lygi nuliui. Ir jei tada šis nulis yra kažkur formulės vardiklyje, kaip jūs nurodote jį padalyti? Todėl atsikratyti šio iš pažiūros nereikšmingo vieneto tiesiog neįmanoma.

Viename straipsnyje, net pakankamai dideliame, tiesiog nerašyk. Todėl jūs turėsite viską, kas netiko papasakoti kitame straipsnyje. Čia bus aprašytas neinvertuojamasis stiprintuvas, diferencinis stiprintuvas, vienpolio stiprintuvo stiprintuvas. Taip pat bus aprašytos paprastos opamp patikrinimo grandinės.

Borisas Aladyshkinas