Mga Circuits Operational Amplifier ng Feedback

Repeater at inverting amplifier

Sa dulo ng artikulo "Ang perpektong pagpapatakbo ng amplifier" Ipinakita na kapag gumagamit ng isang amplifier ng pagpapatakbo sa iba't ibang mga circuit na lumilipat, ang pagpapalakas ng kaskad sa isang solong pagpapatakbo ng amplifier (OA) ay nakasalalay lamang sa lalim ng puna. Samakatuwid, sa mga pormula upang matukoy ang pakinabang ng isang partikular na circuit, ang pakinabang ng "hubad" na op-amp, sa gayon ay magsalita, ay hindi ginagamit. Iyon lamang ang malaking koepisyent na tinukoy sa mga direktoryo.

Pagkatapos ay nararapat na itanong ang tanong: "Kung ang pangwakas na resulta (pakinabang) ay hindi nakasalalay sa malaking koepisyentong" sanggunian ", kung ano ano ang pagkakaiba sa pagitan ng opamp na may pagpapalakas ng ilang libong beses, at sa parehong opamp, ngunit sa pagpapalakas ng ilang daang libo at kahit milyon-milyon? "

Ang sagot ay medyo simple. Sa parehong mga kaso, ang resulta ay magkapareho, ang pakinabang ng kaskad ay matutukoy ng mga elemento ng OOS, ngunit sa pangalawang kaso (opamp na may mataas na pakinabang), ang circuit ay gumagana nang mas stely, mas tumpak, ang bilis ng naturang mga circuit ay mas mataas. Sa mabuting kadahilanan, ang mga op amps ay nahahati sa op amps ng pangkalahatang aplikasyon at katumpakan, katumpakan.

Tulad ng nabanggit na, ang mga "pagpapatakbo" na mga amplifier na pinag-uusapan ay natanggap sa oras na iyon, kung saan sila ay pangunahing ginagamit upang magsagawa ng mga pagpapatakbo sa matematika sa mga analog computer (AVM). Ito ay mga operasyon ng karagdagan, pagbabawas, pagpaparami, dibisyon, pag-squaring at maraming iba pang mga pag-andar.

Ang mga antediluvian op-amps ay ginanap sa mga tubo ng elektron, kalaunan sa mga discrete transistors at iba pang mga bahagi ng radyo. Naturally, ang mga sukat ng kahit na transistor op amps ay sapat na malaki upang magamit sa mga pagbubuo ng mga amateur.

At pagkatapos lamang, salamat sa mga nakamit ng integrated electronics, ang mga op-amps ay naging sukat ng isang ordinaryong mababang-kapangyarihan transistor, ang paggamit ng mga bahaging ito sa mga kagamitan sa sambahayan at amateur circuit ay naging makatwiran.

Sa pamamagitan ng paraan, ang mga modernong op-amps, kahit na medyo mataas ang kalidad, sa isang presyo na hindi mas mataas kaysa sa dalawa o tatlong transistor. Ang pahayag na ito ay nalalapat sa pangkalahatang layunin op amps. Ang katumpakan ng mga amplifier ay maaaring gastos ng kaunti pa.

Tungkol sa mga circuit sa op-amp, nararapat na agad na tandaan na lahat sila ay pinalakas ng isang mapagkukunang bipolar. Ang ganitong mode ay ang pinaka "karaniwan" para sa isang op-amp, na nagpapahintulot sa pagpapalakas ng hindi lamang mga signal ng boltahe ng AC, halimbawa, isang sinusoid, kundi pati na rin ang DC signal o simpleng boltahe.

At gayon pa man, madalas, ang power supply ng mga circuit sa op-amp ay ginawa mula sa isang mapagkukunan ng unipolar. Totoo, sa kasong ito, hindi posible na madagdagan ang palagiang boltahe. Ngunit madalas na nangyayari na ito ay hindi kinakailangan. Ang mga circuit na may unipolar power supply ay ilalarawan sa ibang pagkakataon, ngunit sa ngayon ay magpapatuloy kami tungkol sa mga scheme para sa paglipat sa op-amp na may suplay ng bipolar.

Ang supply boltahe ng karamihan sa mga op-amps ay madalas sa loob ng ± 15V. Ngunit hindi ito nangangahulugang ang boltahe na ito ay hindi maaaring gawin nang mas mababa (mas mataas ay hindi inirerekomenda). Maraming mga op-amps ang gumagana nang napakalaking simula sa ± 3V, at ang ilang mga modelo kahit na ± 1.5V. Ang posibilidad na ito ay ipinahiwatig sa teknikal na dokumentasyon (DataSheet).

Ang tagasunod ng boltahe

Ito ang pinakasimpleng aparato sa mga tuntunin ng circuitry sa isang op-amp; ang circuit nito ay ipinapakita sa Figure 1.

Larawan 1. Boltahe tagasunod circuit sa isang pagpapatakbo amplifier

Madali itong makita na lumikha ng tulad ng isang pamamaraan, hindi isang solong detalye ang kinakailangan, maliban sa OS mismo. Totoo, ang figure ay hindi ipinapakita ang koneksyon sa kapangyarihan, ngunit ang tulad ng isang balangkas ng mga scheme ay matatagpuan madalas. Ang tanging nais kong tandaan ay sa pagitan ng mga terminal ng sup-amp ng suplay ng kuryente (halimbawa, para sa KR140UD708 op-amp, ito ay mga konklusyon 7 at 4) at ang karaniwang wire ay dapat na konektado pagharang ng mga capacitor na may kapasidad na 0.01 ... 0.5 μF.

Ang kanilang layunin ay upang gawing mas matatag ang operasyon ng op amp, upang mapupuksa ang self-excitation ng circuit kasama ang mga power circuit. Ang mga capacitor ay dapat na konektado nang malapit hangga't maaari sa mga power terminals ng chip. Minsan ang isang kapasitor ay konektado batay sa isang pangkat ng ilang mga microcircuits. Ang parehong mga capacitor ay makikita sa mga board na may mga digital na microcircuits, pareho ang kanilang hangarin.

Ang pakinabang ng ulitin ay katumbas ng pagkakaisa, o, upang ilagay ito sa ibang paraan, walang pakinabang din. Kung gayon bakit tulad ng isang pamamaraan? Narito nararapat na alalahanin na mayroong isang transistor circuit - isang emitter na tagasunod, ang pangunahing layunin kung saan ay tumutugma sa mga cascades na may iba't ibang mga resistensya sa pag-input. Ang mga magkakatulad na cascade (repeater) ay tinatawag ding buffer.

Ang paglaban ng input ng repeater sa op-amp ay kinakalkula bilang produkto ng impedance ng input ng op-amp sa pamamagitan ng pakinabang. Halimbawa, para sa nabanggit na UD708, ang impedance ng input ay humigit-kumulang na 0.5 MΩ, ang pakinabang ay hindi bababa sa 30,000, at marahil higit pa. Kung pinarami mo ang mga bilang na ito, kung gayon ang impedance ng input ay 15 GΩ, na kung saan ay maihahambing sa paglaban ng hindi masyadong mataas na kalidad na pagkakabukod, tulad ng papel. Ang ganitong isang mataas na resulta ay malamang na hindi makakamit sa isang maginoo na tagasunod ng emitter.

Upang ang mga paglalarawan ay hindi nagdududa, sa ibaba ay ang mga numero na nagpapakita ng pagpapatakbo ng lahat ng mga circuit na inilarawan sa Multisim ng program-simulator. Siyempre, ang lahat ng mga scheme na ito ay maaaring tipunin sa breadboard, ngunit hindi ang pinakamasama mga resulta ay maaaring makuha sa monitor screen.

Sa totoo lang, medyo mas mahusay ito dito: hindi ka na kailangang pumunta sa isang lugar sa istante upang baguhin ang risistor o microcircuit. Narito ang lahat, kahit na ang pagsukat ng mga instrumento, ay nasa programa, at "nakakakuha" gamit ang mouse o keyboard.

Ipinapakita ng Figure 2 ang repeater circuitry na ginawa sa programang Multisim.

Larawan 2

Ang pag-aaral ng circuit ay medyo simple. Ang isang sinusoidal signal na may dalas ng 1 KHz at isang malawak na 2 V ay inilalapat sa input ng repeater mula sa functional generator, tulad ng ipinapakita sa Figure 3.

Larawan 3

Ang signal sa input at output ng repeater ay sinusunod ng oscilloscope: ang signal ng input ay ipinapakita ng isang asul na sinag, ang output beam ay pula.

Larawan 4

At bakit, tatanungin ng matulungin na mambabasa, ang signal (pula) na signal ay doble ng kasing laki ng input asul? Ang lahat ay napaka-simple: na may parehong sensitivity ng mga oscilloscope channel, parehong mga sinusoids na may parehong amplitude at phase pagsasama sa isa, itago sa likod ng bawat isa.

Upang mailabas ang parehong mga ito nang sabay-sabay, kailangan naming bawasan ang pagiging sensitibo ng isa sa mga channel, sa kasong ito ang input. Bilang isang resulta, ang bughaw na bughaw na alon ay naging eksaktong kalahati ng laki sa screen, at huminto sa pagtago sa likod ng pula. Bagaman upang makamit ang ganoong resulta, maaari mo lamang ilipat ang mga sinag gamit ang mga kontrol ng oscilloscope, na iniiwan ang sensitivity ng mga channel pareho.

Ang parehong mga sinusoids ay matatagpuan symmetrically na nauugnay sa axis ng oras, na nagpapahiwatig na ang pare-pareho na bahagi ng signal ay pantay sa zero. At ano ang mangyayari kung ang isang maliit na sangkap ng DC ay idinagdag sa signal signal? Pinapayagan ka ng virtual na generator na ilipat ang sine wave sa kahabaan ng axis ng Y. Subukan nating ilipat ito pataas sa pamamagitan ng 500mV.

Larawan 5

Ang lumabas dito ay ipinapakita sa Figure 6.

Larawan 6

Kapansin-pansin na ang input at output sinusoids ay umakyat ng kalahating bolta, habang hindi nagbabago. Ipinapahiwatig nito na ang repeater ay tumpak na ipinadala ang palagiang bahagi ng signal. Ngunit madalas na sinusubukan nilang mapupuksa ang palagiang sangkap na ito, gawin itong katumbas ng zero, na maiiwasan ang paggamit ng mga naturang elemento ng circuit bilang mga capacitor ng paghihiwalay ng interstage.

Ang ulitin ay, siyempre, mabuti at maging maganda: walang karagdagang mga detalye ay kinakailangan (bagaman mayroong mga repeater circuit na may menor de edad na "mga karagdagan"), ngunit hindi sila nakatanggap ng anumang pakinabang.Anong uri ng amplifier ito? Upang makakuha ng isang amplifier, magdagdag lamang ng ilang mga detalye, kung paano gawin ito ay ilalarawan sa ibang pagkakataon.

Inverting amplifier

Upang makagawa ng isang inverting na amplifier mula sa op-amp, sapat na upang magdagdag lamang ng dalawang resistors. Ang dumating dito ay ipinapakita sa Figure 7.

Larawan 7. Inverter circuit ng amplifier

Ang pakinabang ng tulad ng isang amplifier ay kinakalkula ng formula K = - (R2 / R1). Ang minus sign ay hindi nangangahulugang masama ang amplifier, ngunit tanging ang output signal ay kabaligtaran sa phase sa input. Hindi nakakagulat na ang amplifier ay tinatawag na pag-iikot. Narito nararapat na maalala ang transistor na kasama sa scheme kasama ang OE. Doon din, ang signal ng output sa kolektor ng transistor ay nasa antiphase na may ibinigay na signal signal sa base.

Narito ito ay nagkakahalaga ng pag-alala kung magkano ang iyong pagsisikap na maglagay upang makakuha ng isang dalisay na hindi maihahambing na sinusoid sa kolektor ng transistor. Kinakailangan na piliin ang bias batay sa transistor nang naaayon. Ito, bilang panuntunan, ay medyo kumplikado, depende sa maraming mga parameter.

Kapag gumagamit ng op-amp, sapat na upang kalkulahin lamang ang paglaban ng mga resistors ayon sa pormula at makakuha ng isang natamo. Ito ay lumiliko na ang pag-set up ng isang circuit sa isang op-amp ay mas simple kaysa sa pag-set up ng maraming mga casist ng transistor. Samakatuwid, ang isa ay hindi dapat matakot na ang pamamaraan ay hindi gagana, hindi ito gagana.

Larawan 8

Narito ang lahat ay katulad ng sa mga nakaraang numero: ang signal ng input ay ipinapakita sa asul, pula ito pagkatapos ng amplifier. Ang lahat ay tumutugma sa formula K = - (R2 / R1). Ang output signal ay nasa antiphase kasama ang input (na tumutugma sa minus sign sa formula), at ang malawak ng signal ng output ay eksaktong dalawang beses ang input. Alin din ang totoo sa ratio (R2 / R1) = (20/10) = 2. Upang makamit, halimbawa, 10, sapat na upang madagdagan ang paglaban ng risistor R2 hanggang 100KΩ.

Sa katunayan, ang circuit ng isang nakakaikot na amplifier ay maaaring maging mas kumplikado, tulad ng isang pagpipilian ay ipinapakita sa Figure 9.

Larawan 9Pag-convert ng circuit ng amplifier

Isang bagong bahagi ang lumitaw dito - ang risistor na R3 (sa halip, nawala lamang ito mula sa nakaraang circuit). Ang layunin nito ay upang mabayaran ang mga alon ng input ng isang tunay na opamp upang mabawasan ang kawalang-tatag ng temperatura ng sangkap ng DC sa output. Ang halaga ng resistor na ito ay pinili ng formula R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).

Pinapayagan ng mga modernong mataas na matatag na mga selyo ang pag-input ng di-pagbabalik-loob na konektado sa isang karaniwang kawad nang direkta nang walang resistor R3. Bagaman ang pagkakaroon ng elementong ito ay hindi gagawa ng anumang masama, ngunit sa kasalukuyang sukat ng produksyon, kapag nai-save nila ang lahat, mas gusto nilang huwag i-install ang resistor na ito.

Ang mga formula para sa pagkalkula ng inverting amplifier ay ipinapakita sa Figure 10. Bakit sa figure? Oo, para sa kaliwanagan, sa isang linya ng teksto na hindi nila magiging mukhang pamilyar at maliwanag, ay hindi napapansin.

Larawan 10

Tungkol sa pakinabang ay nabanggit kanina. Dito, kapansin-pansin ang input at output resistances ng isang non-inverting amplifier. Ang lahat ay tila malinaw sa paglaban ng input: lumiliko ito na katumbas ng paglaban ng risistor R1, ngunit ang kalaban ng output ay dapat kalkulahin ayon sa pormula na ipinakita sa Larawan 11.

Ang letrang K ”ay nagpapahiwatig ng koepisyent ng sanggunian ng op-amp. Dito, mangyaring, kalkulahin kung ano ang magiging impedance ng output. Ito ay magiging isang maliit na maliit na pigura, kahit na para sa isang average na op-amp ng uri ng UD7 kasama ang K "katumbas ng hindi hihigit sa 30,000. Sa kasong ito, mabuti ito: pagkatapos ng lahat, babaan ang output paglaban ng kaskad (nalalapat ito hindi lamang sa mga cascades sa op-amp), mas malakas ang pagkarga, sa makatuwirang , siyempre, sa loob ng mga limitasyon, ang konkretong ito ay maaaring konektado.

Ang isang hiwalay na pangungusap ay dapat gawin tungkol sa yunit sa denominator ng pormula para sa pagkalkula ng paglaban ng output. Ipagpalagay na ang ratio na R2 / R1 ay, halimbawa, 100. Ito ang ratio na nakuha sa kaso ng pagkakaroon ng inverting amplifier 100.Ito ay kung ang unit na ito ay itinapon, walang magbabago nang marami. Sa katunayan, hindi ito totoong totoo.

Ipagpalagay na ang paglaban ng risistor R2 ay zero, tulad ng kaso sa repeater. Pagkatapos, nang walang pagkakaisa, ang buong denominator ay nagiging zero, at ang paglaban ng output ay zero din. At kung pagkatapos ang zero na ito ay nasa isang lugar sa denominator ng pormula, paano mo maiuutos na hatiin ito? Samakatuwid, imposible na mapupuksa ang tila hindi gaanong kahalagahan na yunit.

Sa isang artikulo, kahit na malaki, huwag lamang sumulat. Samakatuwid, magkakaroon ka ng lahat na hindi akma upang sabihin sa susunod na artikulo. Magkakaroon ng isang paglalarawan ng isang non-inverting amplifier, isang kaugalian amplifier, isang unipolar power amplifier. Ang isang paglalarawan ay bibigyan din ng mga simpleng circuit para sa pagsuri sa opamp.

Boris Aladyshkin