Dom > Štampači > Operacijska pojačala sa strujnom povratnom spregom. Novosti i analitički portal "Vrijeme elektronike". Peking srušio Wall Street

Operacijska pojačala sa strujnom povratnom spregom. Novosti i analitički portal "Vrijeme elektronike". Peking srušio Wall Street

Povratne informacije(OS) je fenomen prenošenja dijela energije pojačanih oscilacija sa izlaznog kola pojačala na njegovo ulazno kolo.

Razlozi koji doprinose prijenosu energije sa izlaza na ulaz pojačala mogu biti:

A) fizička svojstva i karakteristike dizajna korišteni tranzistori (prisutnost kapacitivnosti i induktivnosti vodova, kapacitivnosti R-P-tranzicije itd.). Rezultirajući OS se zove interne povratne informacije;

c) posebna kola koja je uveo projektant za prenošenje vibracija sa izlaza pojačala na njegov ulaz kako bi se uređaju dala željena svojstva. Ova vrsta povratne informacije se zove eksterne povratne informacije.

Od navedenih tipova operativnih sistema, prva dva su nepoželjna, pa je dizajner primoran poduzeti dodatne mjere da ih eliminiše.

Kolo kroz koje se energija prenosi sa izlaza pojačala na njegov ulaz naziva se povratno kolo.

Obično je OS kolo neka linearna pasiva quadripole sa koeficijentom prijenosa g čiji je ulaz spojen na izlaz pojačivača, a izlaz na ulaz pojačala (slika 2.9). U opštem slučaju, OS sa četiri porta može biti linearan ili nelinearan, sa koeficijentom prenosa koji zavisi od frekvencije ili od frekvencije.

Slika 2.9 - Pojačalo sa povratnim krugom

Krug povratne sprege može biti general, pokrivajući sve ili nekoliko stupnjeva pojačala (slika 2.10, A, b), ili lokalni, pokrivajući pojedinačne kaskade (slika 2.10, b, OS kolo sa prijenosnim koeficijentom g 1).

Slika 2.10 – Vrste povratnih informacija

Kada se oscilacije izvora signala dodaju oscilacijama koje dolaze sa izlaza pojačala kroz povratno kolo, rezultirajuća oscilacija se formira na ulazu pojačala. Rezultirajući zamah je jednak iznos dvije oscilacije, ako se obje ove oscilacije saberu u fazi, ili razlike dvije vibracije ako se zbroje u antifazi. U prvom slučaju postoji pozitivne povratne informacije (POS), u drugom - negativne povratne informacije (OOS).

Praktično fazno usklađivanje ili suprotnost moguće je samo u ograničenom opsegu pojačanih frekvencija, budući da se fazni pomaci svojstveni pojačavačima mijenjaju sa frekvencijom. Ovo može uzrokovati da povratna informacija koja je negativna za neke frekvencije postane pozitivna za druge. Stoga je uobičajeno klasificirati povratne informacije kao negativne ili pozitivne na osnovu koji predznak ima u glavnom dijelu pojačanog frekvencijskog opsega(tj. unutar propusnog opsega pojačala).

Eksterna povratna sprega stvorena korištenjem posebnog povratnog kola uvijek se može pripisati jednom ili drugom tipu, znajući način na koji je ovo kolo povezano s pojačalom.

Postoje sljedeća četiri glavna tipa povratne sprege u pojačalu (prvi dio naziva određuje način povezivanja izlaza povratnog kola na ulaz pojačala, a drugi - način povezivanja ulaza povratne veze krug do izlaza pojačala):

- serijski napon povratne informacije;

- paralelni OS u naponu;

- serijska strujna povratna informacija;

- paralelna strujna povratna sprega.

Ako je izvor ulaznog signala povezan serijski sa ulazom pojačala i izlazom povratnog kola, onda se povratna sprega naziva dosljedan (Slika 2.11, A). U ovom slučaju povratni signal u St. napaja se na ulaz pojačala u seriji sa ulaznim signalom i unos.

Paralelno povratna sprega se javlja kada je kolo povratne sprege spojeno paralelno sa izvorom ulaznog signala (slika 2.11, b). Sa paralelnom povratnom spregom, algebarsko sabiranje (uzimajući u obzir polaritet ili početnu fazu) struja se javlja na ulazu pojačala, a ne napona, kao u slučaju serijske povratne sprege.

Dakle, u serijskoj negativnoj povratnoj sprezi, napon se koristi kao povratni signal, koji se oduzima od napona izvora signala, a u paralelnoj negativnoj povratnoj sprezi, struja se koristi kao povratni signal, koji se oduzima od struje izvora signala. eksterni izvor signala.

a b

Slika 2.11 - Sekvencijalni ( A) i paralelno ( b) OS

Na osnovu načina uključivanja povratne sprege na izlazu pojačala razlikuju se naponska i strujna povratna sprega. Sa povratnom spregom napona, izlaz pojačala, opterećenje i kolo povratne sprege povezani su paralelno jedan s drugim (slika 2.12, A). U ovom slučaju, povratni signal je proporcionalan izlaznom naponu pojačala. Ako su izlaz pojačala, opterećenje i kolo povratne veze spojeni serijski (slika 2.12, b), tada se javlja strujna povratna sprega, u kojoj je povratni signal proporcionalan struji kroz opterećenje.

a b

Slika 2.12 - Povratna informacija napona ( A) i trenutni ( b)

Da bi se utvrdilo koji se OOS javlja, strujom ili naponom, mora se uzeti u obzir sljedeće. U režimu kratkog spoja opterećenja (sa R H= 0), povratna sprega napona nestaje, ali struja ostaje. U stanju mirovanja (tj. kada R H® ¥) povratna sprega napona ostaje, ali strujna povratna sprega nestaje.

Utjecaj negativne povratne sprege na glavne parametre i karakteristike pojačala

Utjecaj negativne povratne sprege na pojačanje pojačala.

Pojačalo pokriveno povratnom spregom (slika 2.13) može se predstaviti kao samo pojačalo (bez povratne veze) sa pojačanjem K U, na čijem se ulazu nalazi napon U, i mreža s povratnom spregom sa četiri priključka s prijenosnim koeficijentom g.

Slika 2.13 - Pojačalo sa serijskim OOS kolom

Razmotrimo slučaj kada se na ulazu nalazi sekvencijalni OOS. Zatim napetost U in, koji dolazi od izlaza izvora signala do ulaza pojačala je suprotan po fazi od napona povratne sprege U St. U ovom slučaju možemo pisati

. (2.24)

Podijelimo lijevu i desnu stranu jednačine (2.24). U out:

. (2.25)

U jednakosti (2.25) je naponsko pojačanje pojačala bez povratne sprege. Stav je pojačanje napona pojačala pokrivenog OOS krugom, i koeficijent prijenosa mreže sa četiri terminala OOS kola. Tada se jednakost (2.25) može prepisati kao

. (2.26)

Dakle, iz rezultirajućeg izraza jasno je da sa sekvencijalnom povratnom spregom na ulazu, pojačanje napona pojačala pokriveno povratnom spregom K U OS, manje od sopstvene dobiti K U(odnosno pojačanje napona istog pojačala, ali bez OOS kola). Štaviše, izraz je validan, bez obzira koji tip OOS-a u smislu izlaza - sekvencijalni po struji ili sekvencijalno po naponu. Proizvod g K U pozvao loopback jačanje , i vrijednost F= 1 + g K U - dubina OOC. Za pozitivnu povratnu informaciju, dubina povratne informacije određena je izrazom: F= 1 - g K U.

Dubina povratne sprege pokazuje koliko će se puta promijeniti pojačanje pojačala kada se uvede povratno kolo. Ako je, u prisustvu zaštite životne sredine, ispunjen uslov g K U>> 1, onda kažu da je pojačalo pokriveno dubokom (sto posto) povratnom spregom. U ovom slučaju, pojačanje pojačala s povratnom spregom ne ovisi o njegovom vlastitom pojačanju i određeno je samo pojačanjem kruga povratne sprege g. Važi pod uslovom g K U >> 1

. (2.27)

At dosljedan povratne informacije strujni dobitak se ne mijenja, budući da je u ovom slučaju trenutni faktor pojačanja jednak

, (2.28)

odnosno ne razlikuje se od trenutnog pojačanja pojačala bez povratne sprege K I. Ovo se objašnjava na sljedeći način. Uz konstantne parametre izvora signala i opterećenja pojačala, negativna povratna sprega smanjuje napon signala na izlazu pojačala za F puta i isto toliko puta se smanjuje izlazna struja. Ali budući da se sa serijskom povratnom spregom povećava i ulazna impedancija pojačala F puta (kasnije će biti prikazano), ulazna struja se smanjuje, a strujni dobitak se ne mijenja.

At paralelno negativna povratna sprega (i struja i napon, slika 2.14), pojačanje napona se ne mijenja, odnosno u ovom slučaju možemo napisati

. (2.29)

Slika 2.14 - Pojačalo sa paralelnim OOS kolom

Izvedemo odnos za određivanje strujnog pojačanja u pojačalu u prisustvu povratne veze paralelnog ulaza.

Vlastiti strujni dobitak pojačala K I jednak:

. (2.30)

S obzirom na to , dobijamo

. (2.31)

Može se pokazati da je rezultirajući izraz valjan bez obzira na to koji je tip negativne izlazne povratne veze paralelan po struji ili paralelno po naponu.

Uticaj OOS-a na ulaznu i izlaznu impedanciju pojačala.

Povratna informacija ima značajan uticaj na ulaznu i izlaznu impedanciju pojačala.

Ulazna impedansa pojačalo sa OOS zavisi od načina povezivanja OOS kola na ulaz pojačala i ne zavisi od načina povezivanja na izlaz. Izlazna impedansa pojačalo sa OOS, naprotiv, zavisi od načina povezivanja OOS kola na izlaz pojačala i ne zavisi od načina povezivanja na ulaz ovog pojačala.

Razmotrimo kakav je uticaj različitih vidova zaštite životne sredine na ulazna impedansa pojačala.

Da se utvrdi uticaj dosljedan povratne informacije na ulaznu impedanciju pojačala, koristićemo kolo prikazano na slici 2.13. Analiza dijagrama pokazuje da je izraz za određivanje ulazna impedansa pojačalo sa serijskom povratnom spregom imat će oblik

(2.32)

Gdje R in- ulazna impedansa pojačala bez OOS;

K U- pojačanje napona pojačala bez negativne povratne sprege unutar propusnog opsega (u srednjem frekvencijskom području).

Iz posljednjeg izraza slijedi da se sa sekvencijalnom povratnom spregom ulazna impedancija pojačala povećava za (1 + g K U) jednom.

Međutim, ulazna impedancija pojačala je obično složene prirode, stoga, da bi se u potpunosti procijenio učinak negativne povratne sprege na ulaznu impedanciju, potonja mora biti napisana u složenom obliku

. (2.33)

Da se utvrdi uticaj paralelno Koristićemo OOS za ulaznu impedanciju pojačala kao što je prikazano na slici 2.14. Analiza kola to pokazuje paralelni OOS smanjuje ulazna impedancija pojacala, jer sa ovom vrstom povratne sprege na ulaznu impedanciju pojacala R in kao da je otpor spojen paralelno R St.

Za kvantificiranje uticaja paralelno OOS za ulaznu impedanciju pojačala koristi izraz:

, (2.34)

ili, uopštenije, izraz

. (2.35)

Dakle, OOS vam omogućava da kontrolirate vrijednost ulaznog otpora pojačala i pružite dovoljno visoku (stotine kOhma - desetine MOhma) - sa serijskim OOS-om, i prilično nisku (desetinke - tisućinke Ohma) - sa paralelnim OOS-om. ulazni otpori.

Izlazna impedansa pojačala jako ovisi o tome kako se OOS signal uklanja. Ako se ukloni naponom, tada se izlazni otpor smanjuje, a ako strujom, povećava se.

Da biste kvantifikovali efekat povratne sprege napona na izlaznu impedanciju pojačala, koristite izraz:

, (2.36)

Gdje R out- izlazna impedansa pojačala bez OOS-a.

Da biste izračunali izlaznu impedanciju pojačala u frekvencijskom opsegu izvan propusnog opsega, koristite izraz:

. (2.37)

Iz posljednjeg izraza proizilazi da je uvođenje naponske povratne sprege u pojačalo smanjuje njegova izlazna impedancija je F jednom.

Fizički smisao djelovanja OOS-a na napon je sljedeći. Svaki OOS nastoji održati nepromijenjenu vrijednost parametra koji se koristi za primanje povratnih informacija. Stoga sistem povratne sprege napona pod utjecajem vanjskih smetnji, posebno kada se mijenja izlazna struja, teži da zadrži vrijednost izlaznog napona pojačala nepromijenjenom. Ovo je ekvivalentno smanjenju njegove izlazne impedanse.

Procjena uticaja na životnu sredinu po struji na izlaznu impedanciju elektronskog pojačala vrši se na osnovu izraza

ili, shodno tome,

Iz (2.39) slijedi da kada je strujna povratna sprega ograničena, izlazna impedancija pojačala povećava.

Dakle, uvođenje OOS-a može se koristiti za namjernu promjenu izlazne impedanse pojačala i omogućava implementaciju pojačala s vrlo niskom (stotinki oma) ili vrlo velikom (stotine kOhma - desetine megoma) izlaznom impedansom . Kada se koristi povratna sprega napona, pojačalo se približava idealnom izvoru napona, čiji se izlazni signal malo mijenja pri različitim otporima opterećenja. Strujna povratna sprega stabilizira struju opterećenja, približavajući pojačalo idealnom izvoru struje.

Utjecaj negativne povratne sprege na nelinearnu distorziju i amplitudni odziv pojačala.

Prethodno je utvrđeno da sekvencijalni OOS smanjuje naponsko pojačanje, a samim tim i nagib amplitudske karakteristike (slika 2.15). Iz slike se može vidjeti da uvođenje sekvencijalne povratne sprege u pojačalo dovodi do ekspanzija njegov dinamički raspon (od ) i to smanjenje veličina nelinearnih izobličenja.

Slika 2.15 - Promjena amplitudnog odziva pojačala u prisustvu OOS kola

Ako je napon U out 2 (Slika 2.15) - maksimalni napon na izlazu pojačala na kojem se još uvijek može smatrati linearnim uređajem - uzmite isto za pojačalo bez OOS i pojačalo sa OOS (ovo je dozvoljeno, jer vrijednost U out 2 uglavnom ovisi o parametrima aktivnog elementa koji se koristi i naponu izvora napajanja), tada možemo pisati

Prema (2.12), nelinearna izobličenja u pojačalu bez povratne sprege mogu se procijeniti pomoću formule

gdje je ekvivalentni ukupni napon viših harmonika.

Uvođenje serijskog OOS kola u pojačalo dovodi do smanjenja izlaznog napona pojačala, jednakog , i, prema tome, svaki harmonik ovog napona, in F puta, odnosno možemo pisati

Iz (2.41) proizilazi da je za održavanje izlaznog napona u pojačalu sa OOS na istom nivou kao u pojačalu bez OOS, potrebno povećati ulazni napon za F jednom. Ali u isto vrijeme, amplituda prvog harmonika u izlaznom naponu, pri konstantnom naponu, također će se povećati za F jednom. Onda možemo pisati

. (2.42)

Dakle, uvod u pojačalo dosljedan OOS dozvoljava proširiti njegov dinamički raspon i smanjiti harmonijsko izobličenje (smanjenje harmonijske distorzije) za približno 1 + g K U jednom.

Utjecaj negativne povratne sprege na frekvencijske i fazne karakteristike pojačala.

Ranije, kada smo analizirali uticaj negativne povratne sprege na različite parametre pojačala, polazili smo od činjenice da pojačanje pojačala K U i koeficijent prenosa OOS kola g su realni (tj. efekat OOS je procenjen na frekvencijama unutar propusnog opsega). Međutim, kao što je prikazano u paragrafu 2.1.3.2, izvan propusnog opsega, pojačanje je složeno.

U opštem slučaju, koeficijent prenosa OOS kola takođe može biti složen. To znači da pravi pojačavač uvijek unosi dodatne fazne pomake u pojačani signal, čije vrijednosti ovise o parametrima komponenti, krugu pojačala i opsegu pojačanih frekvencija. Ovi fazni pomaci su posljedica prisutnosti reaktivnih elemenata u krugovima pojačala i inercijalnih svojstava aktivnih uređaja (na primjer, tranzistora).

Uzimajući u obzir gore navedene razloge, izraz (2.26) treba napisati kao:

, (2.43)

Gdje (j To- ugao pomaka faze između izlaznog i ulaznog napona pojačala);

(j g - ugao pomaka faze između napona na izlazu i ulazu povratnog kola).

Obično se kompleksna priroda uzima u obzir na frekvencijama i manjim od promjena

Za bilo koju frekvenciju, pojačanje petlje je realna negativna vrijednost (fazni balans);

Veličina pojačanja petlje na ovoj frekvenciji je veća ili jednaka jedinici (ravnoteža amplitude).

Kod jednostepenih pojačivača najčešće je moguće koristiti prilično duboku povratnu petlju bez straha da bi to moglo izazvati samopobudu u pojačalu na rubovima frekvencijskog opsega. Istovremeno, u višestepenim pojačavačima (koji se u većini slučajeva koriste u praksi) moraju se poduzeti dodatne mjere kako bi se spriječilo samopobuđenje. Ovo je posebno važno kod širokopojasnih pojačala.

Slika 2.17 prikazuje primjer frekvencijskog odziva jednostepenog pojačala bez OOS ( K U(w)) i isto pojačalo pokriveno OOS kolom ( K UOOC(w)). Slika pokazuje da kada je kaskada pokrivena OOS krugom, istovremeno sa smanjenjem pojačanja napona, širina pojasa pojačala se širi. Granične frekvencije propusnog opsega jednostepenog pojačala sa OOS određuju se iz izraza

, (2.45)

Slika 2.17 - Ilustracija uticaja negativne povratne sprege na širinu pojasa pojačala

Da sumiramo gore navedeno, napominjemo da uvođenje frekventno nezavisnog OOS-a poboljšava frekvencijske karakteristike pojačala, pomaže u proširenju propusnog opsega i smanjenju frekventne distorzije unutar datog frekvencijskog opsega. Osim toga, povratna sprega osigurava stabilizaciju izlaznog napona i pojačanja napona pojačala, a strujna povratna sprega osigurava stabilizaciju izlazne struje.

Put od deset hiljada milja počinje prvim korakom.
(kineska poslovica)

Bilo je veče, nije bilo šta da se radi... I tako sam odjednom hteo nešto da zalemi. Nekako... Elektronski!.. Lemljenje - dakle lemljenje. Postoji kompjuter i internet je povezan. Mi biramo šemu. I odjednom se ispostavi da su dijagrami za namjeravanu temu kočija i mala kolica. I svi su različiti. Nema iskustva, nema dovoljno znanja. Koju odabrati? Neki od njih sadrže neku vrstu pravokutnika i trokuta. Pojačala, pa čak i operativna... Kako rade, nejasno je. Strašno!.. Šta ako izgori? Odabiremo ono što je jednostavnije, koristeći poznate tranzistore! Odabrano, zalemljeno, uključeno... POMOĆ!!! Ne radi!!! Zašto?

Da, jer “Jednostavnost je gora od krađe”! To je kao kompjuter: najbrži i najsofisticiraniji je onaj koji igra igre! A za kancelarijski rad dovoljno je i najjednostavnije. Isto je i sa tranzistorima. Lemljenje kruga na njima nije dovoljno. Još uvijek morate biti u mogućnosti da ga konfigurirate. Previše je zamki i zamki. A to često zahtijeva iskustvo koje nije na početnom nivou. Zašto onda napustiti uzbudljivu aktivnost? Ne sve! Samo se nemojte plašiti ovih "trouglova-pravougaonika". Ispostavilo se da je rad s njima, u mnogim slučajevima, mnogo lakši nego s pojedinačnim tranzistorima. AKO ZNATE - KAKO!

Ovo je ono čime ćemo se sada baviti: razumijevanje načina na koji operaciono pojačalo (op-amp, ili na engleskom OpAmp) radi. Istovremeno ćemo njegov rad smatrati doslovno „na prstima“, praktično bez upotrebe ikakvih formula, osim možda Ohmovog zakona: „Struja kroz dio kola ( I) je direktno proporcionalan naponu na njemu ( U) i obrnuto je proporcionalan njegovom otporu ( R)»:
I=U/R. (1)

Za početak, u principu, nije toliko važno kako je točno op-pojačalo raspoređeno unutra. Prihvatimo samo kao pretpostavku da se radi o „crnoj kutiji“ sa nekom vrstom punjenja. U ovoj fazi nećemo razmatrati parametre op-amp kao što su „napon prednapona“, „napon pomaka“, „odnos temperature“, „karakteristike buke“, „koeficijent supresije zajedničkog moda“, „odnos suzbijanja talasa napona napajanja“, „ propusni opseg" " i tako dalje. Svi ovi parametri bit će važni u sljedećoj fazi njegovog proučavanja, kada vam se osnovni principi njegovog rada „slože“ u glavu jer „na papiru je bilo glatko, a na gudure su zaboravili“...

Za sada ćemo samo pretpostaviti da su parametri op-pojačala blizu idealnih i razmotriti samo koji će signal biti na njegovom izlazu ako se neki signali primjenjuju na njegove ulaze.

Dakle, operaciono pojačalo (op-amp) je DC diferencijalno pojačalo sa dva ulaza (invertujući i neinvertujući) i jednim izlazom. Osim njih, op-amp ima terminale za napajanje: pozitivne i negativne. Ovih pet zaključaka nalazi se u skoro bilo koje op-pojačalo i suštinski su neophodni za njegov rad.

Op-amp ima ogroman dobitak, najmanje 50000...100000, ali u stvarnosti je mnogo više. Stoga, kao prvu aproksimaciju, možemo čak pretpostaviti da je jednako beskonačnosti.

Izraz "diferencijalno" ("različit" je sa engleskog preveden kao "razlika", "razlika", "razlika") znači da na izlazni potencijal op-pojačala utiče isključivo razlika potencijala između njegovih ulaza, bez obzira od njih apsolutno značenja i polariteta.

Termin "konstantna struja" znači da operacijsko pojačalo pojačava ulazne signale počevši od 0 Hz. Gornji frekvencijski raspon (frekvencijski raspon) signala pojačanih pomoću op-pojačala ovisi o mnogim razlozima, kao što su frekvencijske karakteristike tranzistora od kojih se sastoji, pojačanje kola izgrađenog pomoću op-pojačala, itd. Ali ovo pitanje izlazi iz okvira početnog upoznavanja s njegovim radom i neće se ovdje razmatrati.

Ulazi za op-amp imaju vrlo visok ulazni otpor, jednak desetinama/stotinama megaOma, ili čak GigaOhma (a samo u zauvijek nezaboravnom K140UD1, pa čak iu K140UD5 bio je samo 30...50 kOhm). Ovako velika otpornost ulaza znači da oni praktično nemaju uticaja na ulazni signal.

Stoga, uz visok stepen aproksimacije teorijskom idealu, možemo pretpostaviti da struja ne teče u ulaze op-pojačala . Ovo - prvo važno pravilo koje se primjenjuje kada se analizira rad op-pojačala. Molimo zapamtite dobro o čemu se radi samo samog operativnog pojačala, ali ne sheme sa njegovom upotrebom!

Šta znače pojmovi "invertiranje" i "neinvertiranje"? U odnosu na to šta je inverzija određena i, općenito, kakva je vrsta “životinje” inverzija signala?

U prijevodu s latinskog, jedno od značenja riječi "inversio" je "okretanje", "promet". Drugim riječima, inverzija je zrcalna slika ( zrcaljenje) signal u odnosu na horizontalnu X os(vremenska osa). Na sl. Slika 1 prikazuje nekoliko od mnogih mogućih opcija za inverziju signala, gdje crvena označava direktni (ulazni) signal, a plava invertirani (izlazni) signal.

Rice. 1 Koncept inverzije signala

Posebno treba napomenuti da je do nulte linije (kao na slici 1, A, B) inverzija signala nije vezano! Signali mogu biti inverzni i asimetrični. Na primjer, oba su samo u području pozitivnih vrijednosti (slika 1, B), što je tipično za digitalne signale ili sa unipolarnim napajanjem (o tome će biti riječi kasnije), ili su oba djelomično u pozitivnim i djelomično u negativnim regionima (sl. 1, B, D). Moguće su i druge opcije. Glavni uslov je njihovo obostrano spekularnost u odnosu na neki proizvoljno odabrani nivo (na primjer, umjetna središnja tačka, o čemu će također biti riječi dalje). Drugim riječima, polaritet Signal takođe nije odlučujući faktor.

Op-pojačala su prikazana na dijagramima kola na različite načine. U inostranstvu su se op-pojačala prikazivala, a i sada se vrlo često prikazuju u obliku jednakokračnog trougla (slika 2, A). Invertujući ulaz je predstavljen simbolom minus, a neinvertujući ulaz je predstavljen simbolom plus unutar trougla. Ovi simboli uopće ne znače da bi potencijal na odgovarajućim ulazima trebao biti pozitivniji ili negativniji nego na drugom. Oni jednostavno pokazuju kako izlazni potencijal reagira na potencijale primijenjene na ulaze. Kao rezultat toga, lako se mogu pomiješati sa iglama za napajanje, što se može pokazati kao neočekivana "grablja", posebno za početnike.

Rice. 2 opcije za uslovne grafičke slike (CGO)
operacionih pojačivača

U sistemu domaćih konvencionalnih grafičkih slika (UGO) prije stupanja na snagu GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), op-pojačala su također bila prikazana u obliku trokuta, samo invertni ulaz - sa inverzijom simbol - krug na raskrsnici izlaza sa trokutom (slika 2, B), a sada - u obliku pravougaonika (slika 2, C).

Prilikom označavanja op-pojačala na dijagramima, invertirajući i neinvertirajući ulaz se mogu zamijeniti, ako je to zgodnije, međutim, tradicionalno se invertirajući ulaz prikazuje na vrhu, a neinvertirajući ulaz na dnu. Igle za napajanje se, u pravilu, uvijek nalaze na jedan način (pozitivan na vrhu, negativan na dnu).

Operativna pojačala se gotovo uvijek koriste u krugovima s negativnom povratnom spregom (NFB).

Povratna informacija je efekat napajanja dela izlaznog napona pojačala na njegov ulaz, gde se on algebarski (uzimajući u obzir predznak) sabira sa ulaznim naponom. Princip zbrajanja signala će biti razmotren u nastavku. U zavisnosti od toga na koji ulaz op-pojačala, invertujući ili neinvertujući, dolazi povratna sprega, pravi se razlika između negativne povratne sprege (NFB), kada se deo izlaznog signala dovodi na invertujući ulaz (slika 3, A ) ili pozitivne povratne veze (POF), kada se dio Izlazni signal dovodi, shodno tome, na neinvertirajući ulaz (slika 3, B).

Rice. 3 Princip generiranja povratnih informacija (FE)

U prvom slučaju, budući da je izlazni signal inverzan od ulaznog signala, on se oduzima od ulaznog signala. Kao rezultat toga, ukupni dobitak pozornice je smanjen. U drugom slučaju, sabira se sa ulazom, ukupni dobitak kaskade se povećava.

Na prvi pogled može izgledati da POS ima pozitivan učinak, a OOS je potpuno beskorisna ideja: zašto smanjiti dobit? Upravo to su mislili američki ispitivači patenata kada je 1928. Harold S. Black pokušao patentirati OOS. Međutim, žrtvovanjem pojačanja značajno poboljšavamo druge važne parametre kola, kao što su njegova linearnost, frekvencijski opseg, itd. Što je OOS dublji, to manje karakteristike cijelog kola zavise od karakteristika op-pojačala.

Ali PIC (uzimajući u obzir vlastito veliko pojačanje op-pojačala) ima suprotan učinak na karakteristike kola i najneugodnije je to što uzrokuje njegovo samopobuđenje. Naravno, koristi se i namjerno, na primjer, u generatorima, komparatorima s histerezom (više o tome kasnije), itd., ali općenito je njegov utjecaj na rad pojačala s op-pojačalima prilično negativan i zahtijeva vrlo pažljivo i razumno analizirati njegovu primjenu.

Budući da op-amp ima dva ulaza, mogući su sljedeći osnovni tipovi njegove aktivacije pomoću OOS-a (slika 4):

Rice. 4 Osnovna kola za povezivanje op-pojačala

A) invertovanje (Sl. 4, A) - signal se dovodi na invertujući ulaz, a neinvertujući ulaz je direktno povezan na referentni potencijal (ne koristi se);

b) neinvertirajući (Sl. 4, B) - signal se dovodi na neinvertujući ulaz, a invertujući ulaz je direktno povezan na referentni potencijal (ne koristi se);

V) diferencijal (Sl. 4, B) - signali se dovode na oba ulaza, invertujući i neinvertujući.

Za analizu rada ovih kola treba uzeti u obzir sekunda najvažnije pravilo, kojem je podređen rad op-ampa: Izlaz operacionog pojačala teži da osigura da razlika napona između njegovih ulaza bude nula..

Međutim, svaka formulacija mora biti neophodno i dovoljno, kako bi se ograničio čitav podskup predmeta koji su predmet ovog zakona. Gornja formulacija, uz svu svoju „klasičnost“, ne pruža nikakvu informaciju o tome na koje od ulaza izlaz „želi da utiče“. Na osnovu toga, ispada da op-amp izgleda izjednačava napone na svojim ulazima, napajajući im napon odnekud "iznutra".

Ako pažljivo pogledate dijagrame na sl. 4, možete vidjeti da se OOS (kroz Rooos) u svim slučajevima pokreće iz izlaza samo na invertujući ulaz, što nam daje razlog da preformulišemo ovo pravilo na sledeći način: Napon na izlaz op-pojačala, pokriven OOS-om, teži da osigura da je potencijal na invertirajućem ulazu jednak potencijalu na neinvertirajućem ulazu.

Na osnovu ove definicije, "master" kada je bilo koji op-amp sa OOS uključen je neinvertujući ulaz, a "slave" je invertujući ulaz.

Kada se opisuje rad op-pojačala, potencijal na njegovom invertujućem ulazu se često naziva „virtuelna nula“ ili „virtuelna srednja tačka“. Prevod latinske riječi „virtus“ znači „imaginarni“, „imaginarni“. Virtuelni objekat se ponaša blisko ponašanju sličnih objekata materijalne stvarnosti, tj. za ulazne signale (zbog delovanja petlje povratne sprege), invertujući ulaz se može smatrati direktno povezanim na isti potencijal na koji je neinvertujući ulaz je povezan. Međutim, "virtualna nula" je samo poseban slučaj koji se javlja samo sa bipolarnim op-amp napajanjem. Kada se koristi unipolarno napajanje (o čemu će biti riječi u nastavku), iu mnogim drugim sklopnim krugovima, neće biti nula ni na neinvertirajućim niti na invertirajućim ulazima. Stoga, hajde da se složimo da nećemo koristiti ovaj izraz, jer ometa početno razumijevanje principa rada op-amp.

Sa ove tačke gledišta analiziraćemo dijagrame prikazane na Sl. 4. Istovremeno, da bismo pojednostavili analizu, pretpostavit ćemo da su naponi napajanja i dalje bipolarni, jednaki jedni drugima po vrijednosti (recimo, ± 15 V), sa srednjom tačkom (zajednička magistrala ili „zemlja“), relativna kojima ćemo računati ulazni i izlazni napon. Osim toga, analiza će se vršiti korištenjem jednosmjerne struje, jer promjenjivi naizmjenični signal u svakom trenutku može se također predstaviti kao uzorak vrijednosti jednosmjerne struje. U svim slučajevima, povratna informacija preko Rooc-a se pokreće od izlaza op-pojačala do njegovog invertujućeg ulaza. Jedina razlika je koji od ulaza se napaja ulaznim naponom.

A) Invertovanje uključivanje (slika 5).

Rice. 5 Princip rada op-pojačala u invertirajućoj vezi

Potencijal na neinvertirajućem ulazu je nula, jer povezan je sa središnjom tačkom ("zemljom"). Ulazni signal jednak +1 V u odnosu na srednju tačku (od GB) primjenjuje se na lijevi terminal ulaznog otpornika Rin. Pretpostavimo da su otpori Rooc i Rin međusobno jednaki i iznose 1 kOhm (ukupno njihov otpor je 2 kOhm).

Prema pravilu 2, invertirajući ulaz mora imati isti potencijal kao neinvertirajući ulaz, tj. 0 V. Prema tome, napon od +1 V se primjenjuje na Rin Prema Ohmovom zakonu, struja će teći kroz njega Iunos= 1 V / 1000 Ohm = 0,001 A (1 mA). Smjer toka ove struje je prikazan strelicom.

Budući da su Rooc i Rin uključeni u razdjelnik, a prema pravilu 1, ulazi op-pojačala ne troše struju, onda da bi napon bio 0 V na sredini ovog razdjelnika, napon se mora primijeniti na desna igla Rooc-a oduzeti 1 V, i struja koja teče kroz njega Ioos takođe treba da bude jednak 1 mA. Drugim riječima, između lijevog terminala Rin i desnog terminala Rooc primjenjuje se napon od 2 V, a struja koja teče kroz ovaj razdjelnik je 1 mA (2 V / (1 kOhm + 1 kOhm) = 1 mA), tj. I unos = I oos .

Ako se na ulaz primijeni napon negativnog polariteta, izlaz op-pojačala će biti napon pozitivnog polariteta. Sve je isto, samo će strelice koje pokazuju tok struje kroz Rooc i Rin biti usmjerene u suprotnom smjeru.

Dakle, ako su ocjene Rooc i Rin jednake, napon na izlazu op-pojačala će biti jednak naponu na njegovom ulazu po veličini, ali inverzan po polaritetu. I dobili smo invertovanje repetitor . Ovaj sklop se često koristi ako je potrebno invertirati signal dobiven korištenjem sklopova koji su u osnovi invertori. Na primjer, logaritamska pojačala.

Sada, zadržavajući vrijednost Rin jednaku 1 kOhm, povećamo otpor Rooc na 2 kOhm sa istim ulaznim signalom +1 V. Ukupni otpor Rooc + Rin razdjelnika se povećao na 3 kOhm. Da bi potencijal od 0 V ostao na svojoj srednjoj tački (jednak potencijalu neinvertujućeg ulaza), ista struja (1 mA) mora teći kroz Rooc kao i kroz Rin. Stoga bi pad napona na Rooc-u (napon na izlazu op-pojačala) već trebao biti 2 V. Na izlazu op-pojačala napon je minus 2 V.

Povećajmo Rooc ocjenu na 10 kOhm. Sada će napon na izlazu op-pojačala pod istim drugim uvjetima biti već 10 V. Vau! Konačno smo dobili invertovanje pojačalo ! Njegov izlazni napon je veći od ulaznog napona (drugim riječima, pojačanje Ku) onoliko puta koliko je otpor Rooc veći od otpora Rin. Bez obzira koliko sam se zakleo da neću koristiti formule, neka to ipak prikažemo u obliku jednadžbe:
Ku = – Uout / Uin = – Roos / Rin. (2)

Znak minus ispred razlomka na desnoj strani jednačine samo znači da je izlazni signal inverzan u odnosu na ulaz. I ništa više!

Sada povećajmo otpor Rooc na 20 kOhm i analizirajmo šta se dešava. Prema formuli (2), s Ku = 20 i ulaznim signalom od 1 V, izlaz bi trebao imati napon od 20 V. Ali to nije slučaj! Prethodno smo prihvatili pretpostavku da je napon napajanja našeg op-ampa samo ± 15 V. Ali ni 15 V se ne može dobiti (zašto je to tako - malo niže). "Ne možete skočiti iznad glave (napon napajanja)!" Kao rezultat takve zloupotrebe ocjena kola, izlazni napon op-pojačala "odmara" naspram napona napajanja (izlaz op-pojačala ulazi u zasićenje). Bilans trenutne jednakosti kroz razdjelnik RoocRin ( Iunos = Ioos) se naruši, na invertirajućem ulazu pojavljuje se potencijal koji se razlikuje od potencijala na neinvertirajućem ulazu. Pravilo 2 se više ne primjenjuje.

Input otpor invertujuće pojačalo jednak je otporu Rin, jer sva struja iz izvora ulaznog signala (GB) teče kroz njega.

Zamenimo sada konstantu Rooc promenljivom, sa nominalnom vrednošću od, recimo, 10 kOhm (slika 6).

Rice. 6 Invertujuće pojačalo s promjenjivim pojačanjem

Sa desnom (prema dijagramu) položajem njegovog klizača, pojačanje će biti Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Pomeranjem Roosovog klizača ulevo (smanjivanjem njegovog otpora), pojačanje kola će smanjiti i, konačno, na svom krajnjem lijevom položaju postat će jednak nuli, jer će brojilac u gornjoj formuli postati nula kada bilo koji vrijednost nazivnika. Izlaz će također biti nula za bilo koju vrijednost i polaritet ulaznog signala. Ovaj sklop se često koristi u krugovima audio pojačanja, na primjer, u mikserima, gdje se pojačanje mora podesiti od nule.

B) Non-inverting uključivanja (slika 7).

Rice. 7 Princip rada op-pojačala u neinvertirajućoj vezi

Lijevi Rin pin je povezan sa srednjom tačkom („uzemljenje“), a +1 V ulazni signal se primjenjuje direktno na neinvertirajući ulaz. Budući da su nijanse analize gore „žvakane“, ovdje ćemo obratiti pažnju samo na značajne razlike.

U prvoj fazi analize, također ćemo uzeti otpore Rooc i Rin jednake jedni drugima i komponente od 1 kOhm. Jer na neinvertirajućem ulazu potencijal je +1 V, tada bi prema pravilu 2 isti potencijal (+1 V) trebao biti na invertirajućem ulazu (prikazano na slici). Da biste to učinili, mora postojati napon od +2 V na desnom terminalu otpornika Rooc (izlazni op-amp). Iunos I Ioos, jednak 1 mA, sada protiče kroz otpornike Rooc i Rin u suprotnom smjeru (prikazano strelicama). Uspjeli smo neinvertirajući pojačalo sa pojačanjem od 2, budući da ulazni signal od +1 V proizvodi izlazni signal od +2 V.

Čudno, zar ne? Vrijednosti su iste kao u invertiranoj vezi (jedina razlika je što se signal primjenjuje na drugi ulaz), a pojačanje je očigledno. Razmotrićemo ovo malo kasnije.

Sada povećavamo Rooc ocjenu na 2 kOhm. Za održavanje ravnoteže struja Iunos = Ioos a potencijal invertujućeg ulaza je +1 V, izlaz op-pojačala bi već trebao biti +3 V. Ku = 3 V / 1 V = 3!

Ako uporedimo vrijednosti Ku za neinvertirajuću vezu s invertirajućom, s istim ocjenama Rooc i Rin, ispada da je dobitak u svim slučajevima veći za jedan. Izvodimo formulu:
Ku = Uout / Uin + 1 = (Rooc / Rin) + 1 (3)

Zašto se ovo dešava? Da, vrlo jednostavno! OOS radi na potpuno isti način kao kod invertirajuće veze, ali prema pravilu 2, potencijal neinvertirajućeg ulaza uvijek se dodaje potencijalu invertujućeg ulaza u neinvertirajućoj vezi.

Dakle, sa neinvertirajućom vezom, ne možete dobiti dobit od 1? Zašto ne može - moguće je. Smanjimo Rooc ocjenu, slično kao što smo analizirali Sl. 6. Kada je njegova vrijednost nula - kratko spajanje izlaza sa invertirajućim ulazom (slika 8, A), prema pravilu 2, izlaz će imati takav napon da je potencijal invertujućeg ulaza jednak potencijalu neinvertujući ulaz, tj. +1 V. Dobijamo: Ku = 1 V / 1 V = 1 (!) Pa, pošto invertujući ulaz ne troši struju i nema razlike potencijala između njega i izlaza, onda struja ne teče u ovom kolu.

Rice. 8 Šema strujnog kruga za povezivanje op-pojačala kao pratioca napona

Rin postaje potpuno suvišan, jer spojen je paralelno na opterećenje za koje mora raditi izlaz op-pojačala, a njegova izlazna struja će teći kroz njega potpuno uzalud. Šta se dešava ako napustite Rooc, ali uklonite Rin (slika 8, B)? Tada u formuli pojačanja Ku = Rooc / Rin + 1, otpor Rin teoretski postaje blizak beskonačnosti (u stvarnosti, naravno, ne, jer postoje curenja na ploči, a ulazna struja op-ampa, iako zanemarljiva , je i dalje nula nije jednaka), a omjer Rooc/Rin je jednak nuli. U formuli ostaje samo jedan: Ku = + 1. Da li je moguće dobiti pojačanje manje od jedan za ovo kolo? Ne, manje neće raditi ni pod kojim okolnostima. Ne možete zaobići "dodatnu" jedinicu u formuli dobitka na krivoj kozi...

Nakon što smo uklonili sve "dodatne" otpornike, dobijamo kolo neinvertirajući repetitor , prikazano na sl. 8, V.

Na prvi pogled, takva šema nema praktično značenje: zašto nam treba jedno, pa čak i neobrnuto "pojačanje" - šta, ne možete jednostavno poslati signal dalje??? Međutim, takve se šeme često koriste i evo zašto. Prema pravilu 1, struja ne teče u ulaze op-amp, tj. ulazna impedansa Neinvertujući sledbenik je veoma velik - te iste desetine, stotine, pa čak i hiljade MOhma (isto važi i za kolo na slici 7)! Ali izlazni otpor je vrlo nizak (djelići oma!). Izlaz op-pojačala "puhne svom snagom", pokušavajući, prema pravilu 2, održati isti potencijal na invertirajućem ulazu kao i na neinvertirajućem ulazu. Jedino ograničenje je dozvoljena izlazna struja op-amp.

Ali od ove tačke ćemo skrenuti malo u stranu i razmotriti pitanje izlaznih struja op-ampa malo detaljnije.

Za najčešće korištena operacijska pojačala, tehnički parametri pokazuju da otpor opterećenja povezan na njihov izlaz ne bi trebao biti manje 2 kOhm. Više - koliko želite. Za mnogo manji broj to je 1 kOhm (K140UD...). To znači da u najgorem slučaju: maksimalni napon napajanja (na primjer, ±16 V ili ukupno 32 V), opterećenje povezano između izlaza i jedne od šina za napajanje, i maksimalni izlazni napon suprotnog polariteta, napon od oko 30 V će biti primijenjen na opterećenje. U ovom slučaju, struja kroz njega će biti: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Ne premalo, ali ni previše. Srećom, većina uobičajenih operativnih pojačala imaju ugrađenu zaštitu izlazne struje - tipična maksimalna izlazna struja od 25 mA. Zaštita sprječava pregrijavanje i kvar op-pojačala.

Ako naponi napajanja nisu maksimalno dozvoljeni, tada se minimalni otpor opterećenja može proporcionalno smanjiti. Recimo, sa napajanjem od 7,5...8 V (ukupno 15...16 V), može biti 1 kOhm.

IN) Diferencijal uključivanja (slika 9).

Rice. 9 Princip rada op-amp u diferencijalnoj vezi

Dakle, pretpostavimo da se sa istim ocjenama Rin i Rooc jednakim 1 kOhm, isti napon jednak +1 V primjenjuje na oba ulaza kola (slika 9, A). Budući da su potencijali na obje strane otpornika Rin jednaki jedan drugom (napon na otporniku je 0), struja ne teče kroz njega. To znači da je struja kroz otpornik Rooc također nula. Odnosno, ova dva otpornika ne obavljaju nikakvu funkciju. U suštini, mi zapravo imamo neinvertujući sledbenik (uporedite sa slikom 8). U skladu s tim, na izlazu ćemo dobiti isti napon kao na neinvertirajućem ulazu, tj. +1 V. Promijenimo polaritet ulaznog signala na invertujućem ulazu kola (okrenimo GB1) i stavimo minus 1 V (Sl. 9, B). Sada se između Rin pinova primjenjuje napon od 2 V i kroz njega teče struja Iunos= 2 mA (nadam se da više nije potrebno detaljno opisivati zašto je to tako?). Da bi se kompenzirala ova struja, struja od 2 mA također mora teći kroz Rooc. A za to, izlaz op-pojačala mora imati napon od +3 V.

Tu se pojavio zlonamjerni “cerinac” dodatne jedinice u formuli za pojačanje neinvertirajućeg pojačala. Ispostavilo se da sa ovim pojednostavljeno Kod diferencijalnog prebacivanja, razlika u pojačanju trajno pomiče izlazni signal za iznos potencijala na neinvertirajućem ulazu. Problem sa! Međutim, “Čak i ako vas pojedu, još uvijek imate najmanje dvije mogućnosti.” To znači da nekako treba da izjednačimo dobitke invertirajuće i neinvertirajuće inkluzije kako bismo "neutralizirali" ovaj dodatni.

Da bismo to uradili, primenićemo ulazni signal na neinvertujući ulaz ne direktno, već preko razdelnika Rin2, R1 (slika 9, B). Prihvatimo i njihove vrijednosti od 1 kOhm. Sada će na neinvertirajućem (a samim tim i na invertirajućem) ulazu op-ampa postojati potencijal od +0,5 V, struja će teći kroz njega (i Rooc) Iunos = Ioos= 0,5 mA, da bi se osiguralo da izlaz op-pojačala mora imati napon jednak 0 V. Fuj! Ostvarili smo šta smo želeli! Ako su signali na oba ulaza kola jednaki po veličini i polaritetu (u ovom slučaju +1 V, ali isto će vrijediti za minus 1 V i za bilo koje druge digitalne vrijednosti), izlaz op-amp će održavati nulu napon jednak razlici ulaznih signala.

Provjerimo ovo razmišljanje primjenom signala negativnog polariteta minus 1 V na invertirajući ulaz (slika 9, D). Gde Iunos = Ioos= 2 mA, za koji izlaz mora biti +2 V. Sve je potvrđeno! Nivo izlaznog signala odgovara razlici između ulaza.

Naravno, ako su Rin1 i Rooc (respektivno, Rin2 i R1) jednaki, nećemo dobiti dobit. Da biste to učinili, morate povećati ocjene Rooc-a i R1, kao što je učinjeno prilikom analize prethodnog uključivanja op-pojačala (neću ponavljati), a trebalo bi strogo primećuje se sledeći odnos:

Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (4)

Koje praktične koristi imamo od takvog uključivanja? I dobijamo izvanredno svojstvo: izlazni napon ne ovisi o apsolutnim vrijednostima ulaznih signala ako su jednaki jedni drugima po veličini i polaritetu. Na izlaz se šalje samo razlika (diferencijalni) signal. Ovo omogućava pojačavanje vrlo malih signala u pozadini smetnji koje podjednako utiču na oba ulaza. Na primjer, signal s dinamičkog mikrofona na pozadini smetnji iz mreže industrijske frekvencije od 50 Hz.

Međutim, u ovom buretu meda, nažalost, ima i mušice. Kao prvo, jednakost (4) mora se poštovati vrlo striktno (do desetinki, a ponekad i do stotih delova procenta!). U suprotnom će nastati neravnoteža struja koje djeluju u kolu, pa će se, osim diferenciranih („antifaznih“) signala, pojačati i kombinirani („infazni“) signali.

Hajde da shvatimo suštinu ovih pojmova (slika 10).

Rice. 10 Fazni pomak signala

Faza signala je vrijednost koja karakterizira pomak referentne točke perioda signala u odnosu na vremensku referentnu tačku. Pošto se i početak vremena i početak perioda biraju proizvoljno, faza jedan periodično Signal nema fizičko značenje. Međutim, fazna razlika između njih periodično signali su veličina koja ima fizičko značenje, ona odražava kašnjenje jednog od signala u odnosu na drugi. Šta se smatra početkom perioda nije bitno. Početna tačka perioda može se uzeti kao nulta vrednost sa pozitivnim nagibom. Moguće je - maksimalno. Sve je u našoj moći.

Na sl. 9 crveno označava originalni signal, zeleno - pomaknuto za ¼ perioda u odnosu na original i plavo - za ½ perioda. Ako uporedimo crvenu i plavu krivulju sa krivuljama na sl. 2, B, onda možete vidjeti da su međusobno inverzno. Dakle, "infazni signali" su signali koji se poklapaju jedan s drugim u svakoj tački, a "antifazni signali" su inverzno jedno u odnosu na drugo.

Istovremeno, koncept inverziješiri od koncepta faze, jer ovo drugo se odnosi samo na redovno ponavljajuće, periodične signale. I koncept inverzije primjenjiv na sve signale, uključujući neperiodične, kao što su zvučni signal, digitalna sekvenca ili konstantni napon. To faza je bila konzistentna veličina, signal mora biti periodičan barem u određenom intervalu. U suprotnom, i faza i period pretvaraju se u matematičke apstrakcije.

Drugo, invertujući i neinvertujući ulazi u diferencijalnoj vezi, sa jednakim ocenama Rooc = R1 i Rin1 = Rin2, imaće različite ulazne otpore. Ako je ulazni otpor invertujućeg ulaza određen samo ocjenom Rin1, tada je neinvertirajući ulaz određen ocjenama sekvencijalno uključio Rin2 i R1 (jeste li zaboravili da ulazi op-pojačala ne troše struju?). U gornjem primjeru, oni će biti 1 i 2 kOhm, respektivno. A ako povećamo Rooc i R1 da bismo dobili potpuni stepen pojačala, tada će se razlika još značajnije povećati: s Ku = 10 - do, respektivno, istih 1 kOhm i čak 11 kOhm!

Nažalost, u praksi obično postavljaju ocjene Rin1 = Rin2 i Rooc = R1. Međutim, ovo je prihvatljivo samo ako su izvori signala za oba ulaza vrlo niski izlazna impedansa. U suprotnom, on formira djelitelj s ulaznim otporom datog stupnja pojačala, a budući da će koeficijent podjele takvih "razdjelnika" biti drugačiji, rezultat je očigledan: diferencijalno pojačalo s takvim vrijednostima otpornika neće obavljati svoju funkciju potiskuju common-mode (kombinovane) signale, ili će loše obavljati ovu funkciju.

Jedan od načina za rješavanje ovog problema može biti nejednakost vrijednosti otpornika povezanih na invertirajući i neinvertirajući ulaz op-amp. Naime, tako da je Rin2 + R1 = Rin1. Druga važna tačka je postizanje tačnog poštivanja jednakosti (4). To se po pravilu postiže podjelom R1 na dva otpornika - konstantni, obično 90% željene vrijednosti, i promjenljivi (R2), čiji je otpor 20% željene vrijednosti (slika 11, A) .

Rice. 11 Opcije balansiranja diferencijalnog pojačala

Put je općenito prihvaćen, ali opet, s ovom metodom balansiranja, iako neznatno, ulazna impedansa neinvertirajućeg ulaza se mijenja. Opcija sa uključivanjem podešavanja otpornika (R5) u seriji sa Rooc-om (slika 11, B) je mnogo stabilnija, jer Rooc ne učestvuje u formiranju ulaznog otpora invertujućeg ulaza. Glavna stvar je zadržati omjer njihovih denominacija, slično opciji "A" (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).

Pošto smo počeli da pričamo o diferencijalnoj komutaciji i pomenutim repetitorima, želeo bih da opišem jedno zanimljivo kolo (slika 12).

Rice. 12 Preklopni invertirajući/neinvertirajući sljedbeni krug

Ulazni signal se primjenjuje istovremeno na oba ulaza kola (invertirajući i neinvertirajući). Vrijednosti svih otpornika (Rin1, Rin2 i Rooc) su međusobno jednake (u ovom slučaju, uzmimo njihove stvarne vrijednosti: 10...100 kOhm). Neinvertujući ulaz op-pojačala može se povezati na zajedničku magistralu pomoću SA prekidača.

U zatvorenom položaju ključa (slika 12, A), otpornik Rin2 ne učestvuje u radu kola (struja samo "beskorisno" teče kroz njega Ivx2 od izvora signala do zajedničke magistrale). Dobijamo invertujući repetitor sa dobitkom od minus 1 (vidi sliku 6). Ali sa otvorenim ključem SA (slika 12, B) dobijamo neinvertujući repetitor sa pojačanjem jednakim +1.

Princip rada ovog kola može se izraziti na malo drugačiji način. Kada je prekidač SA zatvoren, radi kao invertujuće pojačalo sa pojačanjem od minus 1, a kada je otvoreno - istovremeno(!) i kao invertujuće pojačalo sa pojačanjem minus 1, i kao neinvertujuće pojačalo sa pojačanjem od +2, odakle: Ku = +2 + (–1) = +1.

U ovom obliku, ovaj sklop se može koristiti ako je, na primjer, u fazi projektovanja nepoznat polaritet ulaznog signala (recimo, od senzora kojem nema pristupa prije postavljanja uređaja). Ako koristite tranzistor (na primjer, tranzistor s efektom polja) kao ključ, koji se kontrolira iz ulaznog signala pomoću komparator(o tome ćemo raspravljati u nastavku), dobijamo sinhroni detektor(sinhroni ispravljač). Konkretna implementacija takve sheme, naravno, nadilazi okvire početnog upoznavanja s radom op-ampa i ovdje ga opet nećemo detaljno razmatrati.

Sada pogledajmo princip zbrajanja ulaznih signala (slika 13, A), a istovremeno shvatimo kakve bi vrijednosti otpornika Rin i Rooc u stvarnosti trebale biti.

Rice. 13 Princip rada invertnog sabirača

Uzimamo kao osnovu invertujuće pojačalo o kojem smo već govorili (slika 5), samo što povezujemo ne jedan, već dva ulazna otpornika Rin1 i Rin2 na ulaz op-ampa. Za sada, za potrebe „treninga“, prihvatamo otpor svih otpornika, uključujući i Rooc, kao jednak 1 kOhm. Ulazne signale jednake +1 V primjenjujemo na lijevi terminali Rin1 i Rin2. Kroz ove otpornike protiču struje jednake 1 mA (prikazano strelicama usmjerenim slijeva na desno). Da bi se održao isti potencijal na invertujućem ulazu kao i na neinvertujućem ulazu (0 V), kroz otpornik Rooc mora teći struja jednaka zbroju ulaznih struja (1 mA + 1 mA = 2 mA), prikazanih kao strelica koja pokazuje u suprotnom smjeru (s desna na lijevo), za koji izlaz op-pojačala mora imati napon od minus 2 V.

Isti rezultat (izlazni napon minus 2 V) može se dobiti ako se na ulaz invertujućeg pojačala dovede napon od +2 V (slika 5), ili se Rin ocjena prepolovi, tj. do 500 Ohma. Povećajmo napon primijenjen na otporniku Rin2 na +2 V (slika 13, B). Na izlazu dobijamo napon od minus 3 V, što je jednako zbroju ulaznih napona.

Ne mogu biti dva ulaza, već koliko god želite. Princip rada ovog kola se neće promijeniti od ovoga: izlazni napon u svakom slučaju će biti direktno proporcionalan algebarskom zbiru (uzimajući u obzir predznak!) struja koje prolaze kroz otpornike spojene na invertni ulaz op. -amp (obrnuto proporcionalno njihovim ocjenama), bez obzira na njihov broj.

Međutim, ako se na ulaze invertujućeg sabirača primjenjuju signali jednaki +1 V i minus 1 V (slika 13, B), tada će struje koje teku kroz njih biti u različitim smjerovima, međusobno će se kompenzirati i izlaz će biti 0 V. Kroz otpornik Rooc u ovom slučaju neće teći struja. Drugim riječima, struja koja teče kroz Rooc algebarski se sabira sa unos struje.

Iz ovoga proizilazi i važna stvar: dok smo radili s malim ulaznim naponima (1...3 V), izlaz široko korištenog op-pojačala bi mogao osigurati takvu struju (1...3 mA) za Rooc a ostalo je još nešto za opterećenje spojeno na izlaz op-pojačala. Ali ako se naponi ulaznog signala povećaju na maksimalno dozvoljeni (blizu napona napajanja), onda se ispostavlja da će cijela izlazna struja ići u Rooc. Za teret neće ostati ništa. I kome je potreban stepen pojačala koji radi "za sebe"? Osim toga, vrijednosti ulaznih otpornika, jednake samo 1 kOhm (prema tome, određujući ulazni otpor stupnja invertnog pojačala), zahtijevaju prekomjerno velike struje da teče kroz njih, jako opterećujući izvor signala. Stoga, u stvarnim kolima, otpor Rin je odabran da bude ne manji od 10 kOhm, ali poželjno ne veći od 100 kOhm, kako se Rooc ne bi podesio na vrijednost koja je previsoka za dati dobitak. Iako ove vrijednosti nisu apsolutne, već samo približne, kako kažu, "kao prva aproksimacija" - sve ovisi o specifičnoj shemi. U svakom slučaju, nepoželjno je da struja koja prelazi 5...10% maksimalne izlazne struje ovog konkretnog op-pojačala teče kroz Rooc.

Zbirni signali se također mogu dostaviti na neinvertirajući ulaz. Ispostavilo se neinvertujući sabirač. U principu, takav sklop će raditi na potpuno isti način kao invertni sabirač, čiji će izlaz biti signal direktno proporcionalan ulaznim naponima i obrnuto proporcionalan vrijednostima ulaznih otpornika. Međutim, u praksi se koristi mnogo rjeđe, jer sadrži "grablje" koje treba uzeti u obzir.

Pošto se pravilo 2 primjenjuje samo na invertirajući ulaz, koji je podložan “virtuelnom nultom potencijalu”, tada će neinvertirajući ulaz imati potencijal jednak algebarskom zbiru ulaznih napona. Stoga će ulazni napon prisutan na jednom od ulaza utjecati na napon koji se dovodi na druge ulaze. Ne postoji „virtualni potencijal“ na neinvertujućem ulazu! Kao rezultat toga, potrebno je koristiti dodatne trikove za dizajn kola.

Do sada smo razmatrali sklopove zasnovane na op-pojačalima sa OOS-om. Šta se događa ako se povratne informacije u potpunosti uklone? U ovom slučaju dobijamo komparator(Sl. 14), odnosno uređaj koji upoređuje apsolutnu vrijednost dva potencijala na svojim ulazima (od engleske riječi uporedi- uporedi). Njegov izlaz će biti napon koji se približava jednom od napona napajanja, ovisno o tome koji je signal veći od drugog. Tipično, ulazni signal se primjenjuje na jedan od ulaza, a drugi je konstantni napon s kojim se upoređuje (tzv. “referentni napon”). Može biti bilo šta, uključujući potencijal jednak nuli (slika 14, B).

Rice. 14 Šema strujnog kruga za povezivanje op-pojačala kao komparatora

Međutim, nije sve tako dobro "u kraljevini Danskoj"... Šta se dešava ako je napon između ulaza nula? U teoriji, izlaz bi također trebao biti nula, ali u stvarnosti - nikad. Ako potencijal na jednom od ulaza čak i malo nadmašuje potencijal drugog, onda će to već biti dovoljno da se na izlazu pojave haotični udari napona zbog slučajnih smetnji induciranih na ulazima komparatora.

U stvarnosti, svaki signal je „šuman“, jer ne može postojati ideal po definiciji. A u području blizu tačke jednakog potencijala ulaza, na izlazu komparatora će se pojaviti hrpa izlaznih signala umjesto jednog čistog prekidača. Za borbu protiv ovog fenomena često se uvodi komparator histereza stvaranjem slabog pozitivnog PIC-a sa izlaza na neinvertujući ulaz (slika 15).

Rice. 15 Princip rada histereze u komparatoru zbog PIC-a

Hajde da analiziramo rad ove šeme. Njegov napon napajanja je ±10 V (za dobru mjeru). Otpor Rin je 1 kOhm, a Rpos je 10 kOhm. Potencijal srednje tačke se bira kao referentni napon koji se dovodi na invertujući ulaz. Crvena kriva prikazuje ulazni signal koji stiže na lijevi pin Rin (ulaz shema komparator), plava - potencijal na neinvertirajućem ulazu op-amp i zelena - izlazni signal.

Dok ulazni signal ima negativan polaritet, izlazni ima negativan napon, koji se preko Rpos zbraja sa ulaznim naponom u obrnutoj proporciji sa vrijednostima odgovarajućih otpornika. Kao rezultat toga, potencijal neinvertujućeg ulaza u cijelom rasponu negativnih vrijednosti je 1 V (u apsolutnoj vrijednosti) veći od razine ulaznog signala. Čim potencijal neinvertujućeg ulaza bude jednak potencijalu invertujućeg (za ulazni signal to će biti + 1 V), napon na izlazu op-pojačala će se početi mijenjati s negativnog polariteta na pozitivno. Ukupni potencijal na neinvertirajućem ulazu će početi nalik lavini postati još pozitivniji, podržavajući proces takve promjene. Kao rezultat toga, komparator jednostavno "neće primijetiti" manje fluktuacije šuma u ulaznim i referentnim signalima, budući da će oni biti mnogo redova veličine manji po amplitudi od opisanog "koraka" potencijala na neinvertirajućem ulazu tokom prebacivanja.

Kada se ulazni signal smanji, doći će do obrnutog prebacivanja izlaznog signala komparatora pri ulaznom naponu od minus 1 V. Ova razlika između nivoa ulaznog signala koja dovodi do prebacivanja izlaza komparatora, jednaka je u našem slučaju ukupno 2 V, se zove histereza. Što je veći otpor Rpos u odnosu na Rin (što je manja dubina POS-a), to je niža histereza prebacivanja. Dakle, pri Rpos = 100 kOhm to će biti samo 0,2 V, a pri Rpos = 1 Mohm - 0,02 V (20 mV). Histereza (dubina PIC-a) se bira na osnovu stvarnih uslova rada komparatora u određenom kolu. U nekim slučajevima bit će puno od 10 mV, au nekim slučajevima 2 V nije dovoljno.

Nažalost, ne može se svako op-pojačalo i ne u svim slučajevima koristiti kao komparator. Za usklađivanje analognih i digitalnih signala proizvode se specijalizirana komparatorna mikro kola. Neki od njih su specijalizovani za povezivanje na digitalna TTL mikro kola (597CA2), neki - na digitalna ESL mikro kola (597CA1), ali većina je tzv. “komparatori za široku primenu” (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Njihova glavna razlika od op-pojačala je poseban dizajn izlaznog stupnja, koji je napravljen na tranzistoru s otvorenim kolektorom (slika 16).

Rice. 16 Izlazni stepen široko korišćenih komparatora
i njegovu vezu sa otpornikom opterećenja

To zahtijeva obaveznu upotrebu eksterne otpornik opterećenja(R1), bez kojeg izlazni signal jednostavno fizički nije u stanju da formira visok (pozitivan) izlazni nivo. Napon +U2 na koji je spojen otpornik opterećenja može biti drugačiji od napona napajanja +U1 samog komparatornog čipa. Ovo omogućava jednostavnim sredstvima da obezbede izlazni signal na željenom nivou - bilo da je to TTL ili CMOS.

Bilješka

U većini komparatora, čiji primjer može biti dvostruki LM393 (LM193/LM293) ili potpuno isti dizajn kola, ali četverostruki LM339 (LM139/LM239), emiter tranzistora izlaznog stupnja je spojen na negativni terminal napajanja, koji donekle ograničava njihov opseg primjene. S tim u vezi, želio bih skrenuti pažnju na komparator LM31 (LM111/LM211), čiji je analog domaći 521/554CA3, u kojem su i kolektor i emiter izlaznog tranzistora odvojeno povezani, koji se mogu spojiti na napone koji nisu naponi napajanja samog komparatora. Jedini i relativni nedostatak mu je što postoji samo jedan u 8-pinskom (ponekad 14-pinskom) kućištu.

Do sada smo razmatrali kola u kojima se ulazni signal dovodi na ulaz(e) preko Rin, tj. svi su bili pretvarači unos napon u slobodan dan voltaža isto. U ovom slučaju, ulazna struja je tekla kroz Rin. Šta se dešava ako se njegov otpor uzme jednakim nuli? Krug će raditi potpuno isto kao i invertujuće pojačalo o kojem je gore raspravljano, samo će izlazni otpor izvora signala (Rout) služiti kao Rin, a mi ćemo dobiti konverter unos struja V slobodan dan voltaža(Sl. 17).

Rice. 17 Krug pretvarača struje u napon na op-pojačalu

Budući da je potencijal na invertirajućem ulazu isti kao i na neinvertirajućem ulazu (u ovom slučaju jednak „virtuelnoj nuli“), cjelokupna ulazna struja ( Iunos) će teći kroz Rooc između izlaza izvora signala (G) i izlaza op-pojačala. Ulazni otpor takvog kola je blizu nule, što omogućava izradu mikro/miliampermetara na osnovu njega, koji praktično nemaju uticaja na struju koja teče kroz mereno kolo. Možda je jedino ograničenje dozvoljeni raspon ulaznih napona op-amp, koji se ne smije prekoračiti. Uz njegovu pomoć, također možete izgraditi, na primjer, linearni fotodiodni pretvarač struje u napon i mnoga druga kola.

Ispitali smo osnovne principe rada op-pojačala u različitim krugovima za njegovo uključivanje. Ostaje jedno važno pitanje: njihov ishrana.

Kao što je gore spomenuto, op-pojačalo obično ima samo 5 pinova: dva ulaza, izlaz i dva pina za napajanje, pozitivni i negativni. U opštem slučaju koristi se bipolarno napajanje, odnosno izvor napajanja ima tri terminala sa potencijalima: +U; 0; –U.

Još jednom, pažljivo razmotrite sve gore navedene brojke i vidite da postoji odvojeni izlaz srednje tačke u op-amp NO ! Jednostavno nije potreban za rad njihovih unutrašnjih kola. U nekim kolima je neinvertirajući ulaz bio spojen na srednju tačku, međutim, to nije pravilo.

dakle, overwhelming većina moderna op-pojačala su dizajnirana za napajanje UNIPOLAR tenzija! Postavlja se logično pitanje: "Zašto nam je onda potrebna bipolarna prehrana", ako smo je tako tvrdoglavo i sa zavidnom dosljednošću prikazivali na crtežima?

Ispostavilo se da je jednostavno vrlo udobno u praktične svrhe iz sljedećih razloga:

A) Da bi se osigurala dovoljna struja i izlazni napon koji se kreće kroz opterećenje (Sl. 18).

Rice. 18 Protok izlazne struje kroz opterećenje za različite opcije napajanja op-amp

Za sada nećemo razmatrati ulazna (i OOS) kola kola prikazanih na slici („crna kutija“). Uzmimo zdravo za gotovo da se neka vrsta ulaznog sinusoidnog signala dovodi na ulaz (crna sinusoida na grafovima), a izlaz proizvodi isti sinusoidalni signal, pojačan u odnosu na ulaznu sinusoidu u boji na grafovima).

Prilikom spajanja opterećenja Rload. između izlaza op-pojačala i srednje tačke povezivanja izvora napajanja (GB1 i GB2) - sl. 18, A, struja kroz opterećenje teče simetrično u odnosu na srednju tačku (crveni i plavi polutalasi, respektivno), a njena amplituda je maksimalna, a amplituda napona na Ropterećenju. je također maksimalno moguće - može dostići gotovo napone napajanja. Struja iz izvora napajanja odgovarajućeg polariteta je zatvorena kroz op-amp, Rload. i napajanje (crvene i plave linije koje pokazuju protok struje u odgovarajućem smjeru).

Budući da je unutrašnji otpor op-amp napajanja vrlo nizak, struja koja prolazi kroz opterećenje ograničena je samo njegovim otporom i maksimalnom izlaznom strujom op-pojačala, koja je tipično 25 mA.

Prilikom napajanja op-pojačala s unipolarnim naponom kao zajednički autobus Obično se bira negativni (minus) pol izvora napajanja, na koji je priključen drugi terminal opterećenja (Sl. 18, B). Sada struja kroz opterećenje može teći samo u jednom smjeru (prikazano crvenom linijom), drugi smjer jednostavno nema odakle doći. Drugim riječima, struja kroz opterećenje postaje asimetrična (pulsirajuća).

Nemoguće je jednoznačno reći da je ova opcija loša. Ako je opterećenje, recimo, dinamička glava, onda je to definitivno loše za nju. Međutim, postoje mnoge aplikacije u kojima povezivanje opterećenja između izlaza op-amp i jedne od šina za napajanje (obično negativnog polariteta) nije samo prihvatljivo, već i jedino moguće.

Ako još uvijek trebate osigurati simetriju toka struje kroz opterećenje s unipolarnim napajanjem, tada ga morate galvanski izolirati od izlaza op-amp pomoću kondenzatora C1 (slika 18, B).

B) Da obezbedi potrebnu struju za invertujući ulaz, kao i vezivanja ulazne signale nekima proizvoljno odabrano nivo, prihvaćeno za referencu (nula) - podešavanje režima rada op-amp za jednosmernu struju (slika 19).

Rice. 19 Povezivanje izvora ulaznog signala za različite opcije napajanja op-amp

Sada ćemo razmotriti opcije za povezivanje izvora ulaznog signala, isključujući vezu opterećenja iz razmatranja.

Povezivanje invertujućih i neinvertujućih ulaza na srednju tačku povezivanja izvora napajanja (Sl. 19, A) razmatrano je prilikom analize prethodno prikazanih kola. Ako neinvertujući ulaz ne troši struju i jednostavno prihvata srednji potencijal, tada struja teče kroz izvor signala (G) i Rin spojen u seriju, zatvarajući se kroz odgovarajući izvor napajanja! A pošto su njihovi unutrašnji otpori zanemarljivi u poređenju sa ulaznom strujom (mnogo redova veličine manji od Rin), to praktično nema uticaja na napon napajanja.

Dakle, s unipolarnim napajanjem op-pojačala, možete prilično lako formirati potencijal koji se dovodi na njegov neinvertirajući ulaz pomoću razdjelnika R1R2 (Sl. 19, B, C). Tipične vrijednosti otpornika ovog djelitelja su 10...100 kOhm, a preporučljivo je da se donji (povezan na zajedničku negativnu magistralu) šantira sa kondenzatorom od 10...22 µF kako bi se značajno smanjio utjecaj valovitosti napona napajanja na potencijal takvog vještački midpoint.

Ali krajnje je nepoželjno spajati izvor signala (G) na ovu umjetnu središnju tačku zbog iste ulazne struje. Hajde da to shvatimo. Čak i kod razdjelnika R1R2 = 10 kOhm i Rin = 10...100 kOhm, ulazna struja Iunosće u najboljem slučaju biti 1/10, au najgorem - do 100% struje koja prolazi kroz razdjelnik. Posljedično, potencijal na neinvertirajućem ulazu će "lebdjeti" za isti iznos u kombinaciji (u fazi) sa ulaznim signalom.

Da bi se eliminisao međusobni uticaj ulaza jednih na druge kada se DC signali pojačavaju ovom vezom, za izvor signala treba organizovati poseban veštački srednji potencijal koji formiraju otpornici R3R4 (Sl. 19, B), ili, ako je AC Ako se signal pojača, izvor signala treba galvanski izolovati od invertnog ulaza sa kondenzatorom C2 (Sl. 19, B).

Treba napomenuti da smo u gornjim krugovima (sl. 18, 19) napravili podrazumevanu pretpostavku da izlazni signal mora biti simetričan ili oko sredine izvora napajanja ili veštačke sredine. U stvarnosti, to nije uvijek potrebno. Često želite da izlazni signal ima pretežno pozitivan ili negativan polaritet. Stoga uopće nije potrebno da pozitivni i negativni polaritet napajanja budu jednaki u apsolutnoj vrijednosti. Jedan od njih može biti znatno manji u apsolutnoj vrijednosti od drugog - samo tako da osigura normalno funkcioniranje op-pojačala.

Postavlja se prirodno pitanje: "Koji tačno?" Da bismo odgovorili na ovo, ukratko razmotrimo dozvoljene opsege napona ulaznih i izlaznih signala op-pojačala.

Za bilo koje op-pojačalo, izlazni potencijal ne može biti veći od potencijala pozitivne sabirnice napajanja i niži od potencijala negativne sabirnice napajanja. Drugim riječima, izlazni napon ne može ići dalje od napona napajanja. Na primjer, za OPA277 operacijsko pojačalo, izlazni napon pri otporu opterećenja od 10 kOhm je 2 V manji od pozitivnog napona dovodne šine i 0,5 V manji od negativnog napona naponske tračnice izlazni napon, koji izlaz operacionog pojačala ne može dostići, zavisi od faktora serije kao što su dizajn kola izlaznog stepena, otpor opterećenja, itd.). Postoje operacijska pojačala koja imaju minimalne mrtve zone, na primjer, 50 mV prije napona na tračnici napajanja pri opterećenju od 10 kOhm (za OPA340), ova karakteristika operacijskog pojačala se naziva “rail-to-rail” (R2R).

S druge strane, za op-pojačala sa širokom primjenom, ulazni signali također ne bi trebali prelaziti napon napajanja, a za neke, biti 1,5...2 V manji od njih (na primjer, isti LM358/LM324) , koji može raditi ne samo s negativnog nivoa napajanja, već čak i "minus" za 0,3 V, što uvelike olakšava njihovu upotrebu s jednopolarnim napajanjem sa zajedničkom negativnom sabirnicom.

Hajde da konačno pogledamo i dodirnemo ove „paukove bube“. Možete ga čak i njuškati i polizati. Ja to dozvoljavam. Razmotrimo njihove najčešće opcije dostupne početnicima radio-amaterima. Štaviše, ako morate odlemiti op-pojačala od stare opreme.

Starije izvedbe op-pojačala koje su nužno zahtijevale eksterna kola za korekciju frekvencije kako bi se spriječilo samopobuđenje karakteriziralo je prisustvo dodatnih pinova. Zbog toga, neka op-pojačala nisu ni "stala" u kućište sa 8 pinova (Sl. 20, A) i proizvedena su u 12-pinskim okruglim metalno-staklenim, na primjer, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (sl. 20, B) ili 14-pinski DIP paketi, na primjer, K140UD20, K157UD2 (slika 20, B). Skraćenica DIP je skraćenica od engleskog izraza “Dual In line Package” i prevedena je kao “paket sa dvostrukom iglom”.

Okruglo metalno stakleno kućište (Sl. 20, A, B) se koristilo kao glavno za uvozna op-pojačala do sredine 70-ih, a za domaća op-pojačala do sredine 80-ih, a sada se koristi za takozvani. “vojne” prijave (“5. prihvatanje”).

Ponekad su domaća op-pojačala stavljena u pakete koji su trenutno prilično "egzotični": 15-pinski pravougaoni metal-stakleni za hibridni K284UD1 (Sl. 20, D), u kojem je ključ dodatni 15. pin od slučaj i drugi. Istina, ja lično nisam vidio planarne pakete sa 14 pinova (slika 20, D) za postavljanje op-pojačala u njih. Korišćeni su za digitalna mikro kola.

Rice. 20 Kućišta domaćih operacionih pojačala

Moderna op-pojačala uglavnom sadrže korekciona kola direktno na čipu, što omogućava da se zadovolji minimalnim brojem pinova (na primer, 5-pinski SOT23-5 za jedno op-pojačalo - slika 23). Ovo je omogućilo postavljanje dva do četiri potpuno nezavisna (osim uobičajenih pinova za napajanje) op-pojačala proizvedenih na jednom čipu u jednom paketu.

Rice. 21 Dvoredna plastična kućišta modernih op-pojačala za izlaznu montažu (DIP)

Ponekad možete pronaći op-pojačala smještena u jednoredni 8-pinski (Sl. 22) ili 9-pinski (SIP) paket - K1005UD1. Skraćenica SIP je skraćenica od engleskog izraza “Single In line Package” i prevedena je kao “jednostrani paket”.

Rice. 22 Jednoredno plastično kućište sa dva op-pojačala za izlaznu montažu (SIP-8)

Dizajnirani su da minimiziraju prostor koji zauzimaju na ploči, ali su, nažalost, "kasnili": do tog vremena su paketi za površinsku montažu (SMD - Surface Mounting Device) postali široko rasprostranjeni lemljenjem direktno na tragove ploče (Sl. 23). Međutim, za početnike njihova upotreba predstavlja značajne poteškoće.

Rice. 23 kućišta modernih uvezenih operativnih pojačala za površinsku montažu (SMD)

Vrlo često, isto mikrokolo proizvođač može „upakovati“ u različite pakete (slika 24).

Rice. 24 Opcije za postavljanje istog čipa u različita kućišta

Pinovi svih mikro kola su numerisani uzastopno, računajući od tzv. “ključ” koji označava lokaciju pina broj 1. (Sl. 25). IN bilo koji slučaju, ako je kućište pozicionirano sa provodnicima Guranje, njihova numeracija je u rastućem redoslijedu protiv u smjeru kazaljke na satu!

Rice. 25 Pinouts operacijskog pojačala
u raznim kućištima (pinout), pogled odozgo;
smjer numeracije je prikazan strelicama

Kod okruglih metalno-staklenih kućišta ključ ima izgled bočnog izbočina (sl. 25, A, B). Sa lokacijom ovog ključa moguće su ogromne "grablje"! U domaćim paketima sa 8 pinova (302.8), ključ se nalazi nasuprot prvog pina (Sl. 25, A), au uvoznom TO-5 - nasuprot osmom pinu (Sl. 25, B). U 12-pin paketima, domaćim (302.12) i uvoznim, nalazi se ključ između prvi i 12. zaključak.

Tipično, invertujući ulaz, kako u okruglim metal-staklenim, tako i DIP paketima, je povezan na 2. pin, neinvertujući - na 3., izlaz - na 6., minus snaga - na 4. i plus napajanje - na 7. Međutim, postoje izuzeci (još jedan mogući “rake”!) u pinoutu OU K140UD8, K574UD1. Kod njih je numeracija pinova pomaknuta za jedan suprotno od kazaljke na satu u odnosu na ono što je općenito prihvaćeno za većinu drugih tipova, tj. Priključuju se na terminale, kao u uvoznim slučajevima (Sl. 25, B), a numeracija odgovara domaćim (Sl. 25, A).

Poslednjih godina, većina operativnih pojačala za "domaću upotrebu" počela je da se stavlja u plastična kućišta (sl. 21, 25, B-D). U tim slučajevima, ključ je ili udubljenje (točka) nasuprot prve igle, ili izrez na kraju kućišta između prve i 8. (DIP-8) ili 14. (DIP-14) iglica, ili skošena ivica duž prva polovina igle (sl. 21, u sredini). Numeracija pinova u ovim slučajevima je također protiv u smjeru kazaljke na satu kada se gleda odozgo (sa zaključcima iz vas samih).

Kao što je gore spomenuto, interno korigirana op-pojačala imaju samo pet pinova, od kojih samo tri (dva ulaza i izlaz) pripadaju svakom pojedinačnom op-pojačalu. To je omogućilo postavljanje dva potpuno nezavisna op-pojačala na jedan kristal u jednom 8-pinskom paketu (sa izuzetkom plus i minus napajanja, za koje su potrebna još dva pina) (Sl. 25, D), pa čak i četiri u paketu sa 14 pinova (Sl. 25, D). Kao rezultat toga, većina op-pojačala se trenutno proizvodi kao barem dvostruka, na primjer, TL062, TL072, TL082, jeftini i jednostavni LM358, itd. Potpuno isto u unutrašnjoj strukturi, ali četverostruko - respektivno, TL064, TL074, TL084 i LM324.

U odnosu na domaći analog LM324 (K1401UD2), postoji još jedna „grabulja“: ako je u LM324 plus napajanja spojen na 4. pin, a minus - na 11., onda je u K1401UD2 to obrnuto: plus napajanja je spojen na 11. pin, a minus - na 4. Međutim, ova razlika ne uzrokuje nikakve poteškoće s ožičenjem. Pošto je pinout pinova op-pojačala potpuno simetričan (slika 25, D), potrebno je samo da okrenete kućište za 180 stepeni tako da 1. pin zauzme mesto 8. To je sve.

Nekoliko riječi u vezi označavanja uvezenih op-pojačala (i ne samo op-pojačala). Za niz razvoja prvih 300 digitalnih oznaka, bilo je uobičajeno da se grupa kvaliteta označava prvom znamenkom digitalnog koda. Na primjer, op-pojačala LM158/LM258/LM358, komparatori LM193/LM293/LM393, podesivi stabilizatori sa tri terminala TL117/TL217/TL317, itd. su potpuno identični u unutrašnjoj strukturi, ali se razlikuju po temperaturnom radnom opsegu. Za LM158 (TL117) raspon radne temperature je od minus 55 do +125...150 stepeni Celzijusa (takozvani „borbeni“ ili vojni raspon), za LM258 (TL217) - od minus 40 do +85 stepeni (“ industrijski” opseg) i za LM358 (TL317) - od 0 do +70 stepeni (opseg „domaćinstva”). Štoviše, cijena za njih može biti potpuno neusklađena s takvom gradacijom, ili se može vrlo malo razlikovati ( misteriozni načini određivanja cijena!). Dakle, možete ih kupiti s bilo kojom oznakom koja je pristupačna za početnika, a da pritom ne jurite posebno za prvu "trojku".

Nakon što je prvih tri stotine digitalnih oznaka iscrpljeno, grupe pouzdanosti su počele da se označavaju slovima, čije se značenje dešifruje u tablicama podataka (Datasheet doslovno prevodi kao „tabela podataka“) za ove komponente.

Zaključak

Tako smo proučavali “ABC” rada op-amp, pokrivajući male komparatore. Zatim morate naučiti da sastavljate riječi, rečenice i čitave smislene "eseje" (izvodljive sheme) iz ovih "pisma".

Nažalost, "nemoguće je prigrliti neizmjernost." Ako je materijal predstavljen u ovom članku pomogao da se shvati kako funkcionišu ove „crne kutije“, onda je dalje udubljivanje u analizu njihovog „punjenja“, uticaja ulaznih, izlaznih i prolaznih karakteristika, zadatak naprednijeg proučavanja. Informacije o tome su detaljno i detaljno predstavljene u različitoj postojećoj literaturi. Kao što je djed Vilijam od Okama govorio: „Entitete ne treba umnožavati više od onoga što je neophodno.” Nema potrebe ponavljati ono što je već dobro opisano. Samo ne treba biti lijen i pročitati.

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

Stoga, dozvolite mi da se odmorim, s poštovanjem itd., autore Alexey Sokolyuk ()

Operativno pojačalo je elektronsko pojačalo napona visokog pojačanja koje ima diferencijalni ulaz i obično jedan izlaz. Izlazni napon može premašiti razliku napona na ulazima stotinama ili čak hiljadama puta.

Operativna pojačala imaju svoje porijeklo u analognim kompjuterima, gdje su se koristila u mnogim linearnim, nelinearnim i frekvencijski zavisnim kolima. Parametri kola operacionih pojačala određuju samo eksterne komponente, kao i mala temperaturna zavisnost ili varijacije u parametrima tokom njihove proizvodnje, što operacione pojačala čini veoma popularnim elementima u projektovanju elektronskih kola.

Operativna pojačala su najpopularniji uređaji među modernim elektronskim komponentama, koriste se u potrošačkoj elektronici, industriji i naučnim instrumentima. Mnogi standardni op-amp IC koštaju samo nekoliko centi. Ali neka hibridna ili integrisana op-pojačala male zapremine sa posebnim karakteristikama mogu koštati više od stotinu dolara. Operativna pojačala se obično proizvode kao zasebne komponente, ali mogu biti i elementi složenijih elektronskih kola.

Operativno pojačalo je vrsta diferencijalnog pojačala. Druge vrste diferencijalnih pojačala su:

Potpuno diferencijalno pojačalo (ovaj uređaj je u principu sličan operacionom pojačalu, ali ima dva izlaza);
Instrumentacijsko pojačalo (ovo se obično sastoji od tri operaciona pojačala);
Izolirano pojačalo (ovo pojačalo je slično instrumentacijskom pojačalu, ali može izdržati visoke napone koji mogu uništiti obično op-pojačalo);
Pojačalo s negativnom povratnom spregom (obično sadrži jedno ili dva operaciona pojačala i otpornu povratnu mrežu).

Stezaljke napona napajanja (V S+ i V S-) mogu biti drugačije označene. Unatoč različitim oznakama, njihova funkcija ostaje ista - obezbjeđivanje dodatne energije za pojačanje signala. Često ovi zaključci nisu prikazani na dijagramima kako ne bi zatrpali crtež, a njihovo prisustvo je ili naznačeno zasebno ili bi trebalo biti jasno iz dijagrama.

Simboli na dijagramu

Princip rada

Diferencijalni ulazi pojačala se sastoje od dva terminala - V+ i V-, idealno op-pojačalo pojačava samo razliku napona između ova dva ulaza, ova razlika se naziva ulazni diferencijalni napon. Napon na izlazu operacionog pojačala određen je formulom

V izlaz = A OL (V + - V -)

gdje je V + napon na neinvertirajućem (direktnom) ulazu, V - napon na invertirajućem (inverznom) ulazu, a A OL je pojačanje pojačala s otvorenom povratnom spregom (tj. nema povratne informacije od izlaza do ulaza).

Operativno pojačalo bez negativne povratne sprege (komparator)

Vrijednost pojačanja čipova operativnog pojačala je obično velika - 100.000 ili više, stoga će prilično mala razlika napona između V + i V - ulaza rezultirati naponom gotovo jednakim naponu napajanja koji se pojavljuje na izlazu pojačala. To se zove saturation pojačalo Vrijednost pojačanja A OL ima tehnološku varijaciju, tako da ne biste trebali koristiti jedno operacijsko pojačalo kao diferencijalno pojačalo, preporučljivo je koristiti kolo od tri pojačala. Bez negativne povratne informacije, a moguće i sa pozitivnim povratnim informacijama, op-pojačalo će djelovati kao komparator. Ako je invertirajući ulaz spojen na zajedničku žicu (nulti potencijal) direktno ili preko otpornika, a napon V in primijenjen na neinvertirajući ulaz je pozitivan, tada će izlazni napon biti maksimalno pozitivan. Ako na ulaz primijenite negativan napon V, tada će izlazni napon biti što je moguće negativniji. Budući da nema povratne sprege od izlaza do ulaza, takav otvoreni krug povratne sprege će raditi kao komparator, pojačanje kola će biti jednako pojačanju operacionog pojačala A OL.

Op-amp s negativnom povratnom spregom (neinvertirajuće pojačalo)

Kako bi rad operacionog pojačala bio predvidiv, koristi se negativna povratna sprega koja se uspostavlja primjenom dijela napona sa izlaza pojačala na njegov invertirajući ulaz. Ova zatvorena povratna sprega značajno smanjuje pojačanje pojačala. Kada se koristi negativna povratna sprega, ukupni dobitak kola ovisi mnogo više o parametrima mreže povratne sprege nego o parametrima op-pojačala. Ako kolo s povratnom spregom sadrži komponente s relativno stabilnim parametrima, tada promjene u parametrima operativnog pojačala neće značajno utjecati na karakteristike kola. Prijenosna karakteristika kola op-amp je matematički određena prijenosnom funkcijom. Projektovanje kola sa zadatom prenosnom funkcijom sa operacionim pojačalima spada u oblast radio elektronike. Funkcija prijenosa je važan faktor u većini sklopova koji koriste op-pojačala, poput onih u analognim računalima. Visoka ulazna impedansa ulaza i niska izlazna impedansa izlaza je takođe korisna karakteristika operacionih pojačala.

Na primjer, ako se negativna povratna sprega doda neinvertirajućem pojačalu (vidi sliku desno) koristeći djelitelj napona Rf, Rg, to će dovesti do smanjenja pojačanja kola. Ravnoteža će se uspostaviti kada napon na izlazu V out postane dovoljan da promijeni napon na invertnom ulazu u napon V in. Pojačanje cijelog kola je određeno formulom 1 + R f /R g. Na primjer, ako je napon V in = 1 volt, a otpori R f i R g isti (R f = R g), tada će na izlazu V out biti prisutan napon od 2 volta, vrijednost ove napon je taman dovoljan za invertni ulaz V - napajan je napon od 1 volta. Budući da otpornici Rf i Rg formiraju povratno kolo povezano od izlaza do ulaza, dobiva se kolo sa zatvorenom povratnom petljom. Ukupni dobitak kola V out/V in naziva se pojačanje zatvorene petlje A CL. Pošto je povratna sprega negativna, u ovom slučaju A CL< A OL .

Na ovo možemo gledati iz drugog ugla izvodeći dvije pretpostavke:
Prvo, kada operacijsko pojačalo radi u linearnom modu, razlika napona između njegovih neinvertirajućih (+) i invertirajućih (-) priključaka je toliko mala da se može zanemariti.
Drugo, smatraćemo da su ulazne impedanse oba ulaza (+) i (-) veoma visoke (nekoliko megaoma za moderna operaciona pojačala).
Dakle, kada kolo prikazano na slici desno radi kao neinvertujuće linearno pojačalo, napon V koji se pojavljuje na (+) i (-) ulazima rezultirat će pojavom struje i, teče kroz otpornik R g, sa vrijednošću V u /R g. Prema Kirchhoffovom zakonu, koji kaže da je zbir struja koje teku u čvor jednak zbiru struja koje izlaze iz tog čvora, a budući da je ulazni otpor (-) gotovo beskonačan, može se pretpostaviti da su gotovo svi struja i, koji teče kroz otpornik R f, stvara izlazni napon jednak V in + i * R f. Zamjenom pojmova u formulu možete lako odrediti dobit ove vrste kola.

i = V in / R g

V out = V in + i * R f = V in + (V in / R g * R f) = V in + (V in * R f) / R g =V in * (1+ R f / R g )

G = V izlaz / V ulaz

G = 1 + R f / R g

Karakteristike operacijskog pojačala

Idealno op amp

Ekvivalentno kolo operativnog pojačala u kojem su simulirani neki neidealni otporni parametri

Idealno operativno pojačalo može raditi na bilo kojem ulaznom naponu i ima sljedeća svojstva:

Pojačanje sa otvorenom povratnom petljom je jednako beskonačnosti (u teorijskoj analizi, pretpostavlja se da pojačanje sa otvorenom povratnom petljom A OL teži beskonačnosti).
Opseg izlaznih napona V out jednak je beskonačnosti (u praksi je opseg izlaznih napona ograničen vrijednošću napona napajanja V s+ i V s-).
Beskonačno širok propusni opseg (tj. amplitudno-frekvencijski odziv je savršeno ravan sa nultim faznim pomakom).
Beskonačno veliki ulazni otpor (R in = ∞, struja ne teče od V + do V -).
Nulta ulazna struja (tj. pretpostavlja da nema curenja ili struje prednapona).
Nulti offset napon, tj. kada su ulazi međusobno povezani V + = V -, tada postoji virtuelna nula na izlazu (V out = 0).
Beskonačno visoka brzina napona (tj. brzina promjene izlaznog napona nije ograničena) i beskonačno velika propusna moć (napon i struja nisu ograničeni na svim frekvencijama).
Nulti izlazni otpor (R out = 0, tako da se izlazni napon ne mijenja kada se promijeni izlazna struja).
Nema inherentne buke.
Beskonačno visok stepen odbacivanja zajedničkog moda.
Beskonačno visok stepen supresije talasanja napona napajanja.

Ova svojstva se svode na dva "zlatna pravila":

Izlaz operacionog pojačala teži da razlika između ulaznih napona bude jednaka nuli.
Oba ulaza za operacijsko pojačalo ne troše struju.

Prvo pravilo se odnosi na operativno pojačalo povezano na kolo sa zatvorenom petljom negativne povratne sprege. Ova pravila se općenito primjenjuju na analizu i dizajn kola op-amp kao prva aproksimacija.

U praksi se nijedno od idealnih svojstava ne može u potpunosti postići, pa se moraju praviti različiti kompromisi. Ovisno o željenim parametrima, prilikom simulacije stvarnog op-pojačala, neke neidealnosti se uzimaju u obzir korištenjem ekvivalentnih mreža otpornika i kondenzatora u njegovom modelu. Dizajner može ugraditi ove nepoželjne, ali stvarne efekte u ukupne karakteristike dizajniranog kola. Utjecaj nekih parametara može biti zanemariv, dok drugi parametri mogu nametnuti ograničenje na ukupne performanse kola.

Pravo operativno pojačalo

Za razliku od idealnog, pravo operaciono pojačalo ima nesavršenosti u različitim parametrima.

Neidealni DC parametri

Konačna dobit Idealno op-pojačalo sa otvorenom povratnom petljom ima beskonačno pojačanje, za razliku od pravog pojačala, koje ima konačno pojačanje. Tipične vrijednosti jednosmjerne struje otvorene petlje za ovaj parametar kreću se od 100.000 do preko milion. Budući da je ovo pojačanje vrlo veliko, pojačanje kruga će biti određeno isključivo pojačanjem negativne povratne sprege (tj. pojačanje kola neće ovisiti o pojačanju op-pojačala kada je petlja povratne sprege otvorena). Ako se traži da pojačanje sklopa sa zatvorenom povratnom petljom bude vrlo veliko, onda za to pojačanje povratne sprege mora biti vrlo malo, tako da se u ovom slučaju operacijsko pojačalo više neće ponašati idealno. Konačna ulazna impedansa Diferencijalni ulazni otpor op-pojačala definira se kao otpor između njegova dva ulaza; Ulazni otpor zajedničkog moda je otpor između bilo kojeg od ulaza i mase. Operaciona pojačala sa FET ulazima često imaju zaštitna kola na svojim ulazima kako bi sprečila da ulazni napon pređe određeni prag, tako da u nekim testovima ulazna impedancija takvih uređaja može biti veoma niska. Ali budući da se ova op-pojačala obično koriste u krugovima duboke povratne sprege, ovi zaštitni krugovi ostaju neiskorišteni. Bias napon i struja curenja, opisani u nastavku, su mnogo važniji parametri pri dizajniranju krugova op-amp. Izlazna impedansa koja nije nula Niska izlazna impedancija je vrlo važna za niskoimpedansna opterećenja, budući da pad napona na izlaznoj impedansi može biti značajan. Shodno tome, izlazna impedansa pojačala ograničava maksimalnu moguću izlaznu snagu. U krugovima s negativnom povratnom spregom, izlazna impedancija pojačala se smanjuje. Dakle, kada se koriste operacioni pojačavači u linearnim kolima, može se dobiti vrlo niska izlazna impedancija. Međutim, negativna povratna sprega ne može smanjiti ograničenja koja nameću R opterećenje i R out na mogući maksimalni i minimalni izlazni napon – može samo smanjiti greške u tom rasponu napona. Niska izlazna impedansa tipično zahtijeva visoke struje mirovanja za izlazne stupnjeve op-pojačala, što povećava disipaciju snage, tako da se niska izlazna impedancija mora namjerno žrtvovati u dizajnu male snage. Ulazna struja Zbog prisutnosti pristranosti ili struja curenja, mala struja (obično ≈ 10 nanoampera za operacijska pojačala s bipolarnim tranzistorima u ulaznim stupnjevima, desetine picoampa za FET ulazne stupnjeve, i nekoliko picoampa za MOS ulazne stupnjeve) teče u ulaze . Kada kolo koristi otpornike ili izvore signala visoke impedancije, mala količina struje može stvoriti prilično veliki pad napona. Ako su ulazne struje iste, a otpori spojeni na oba ulaza isti, tada će u ovom slučaju naponi na ulazima biti isti. Budući da je razlika napona između ulaza važna za rad op-pojačala, ovi identični naponi na ulazima neće utjecati na rad kola (osim, naravno, op-pojačalo ima dobro odbijanje zajedničkog moda). Ali obično su ove ulazne struje (ili ulazni otpori na ulazima) malo neusklađeni, tako da se generiše mali ofsetni napon (ali ne i ofsetni napon opisan u donjem paragrafu). Ovaj offset napon može stvoriti offset ili drift u operacijskom pojačalu. Često krug koristi kontrolne elemente da bi to kompenzirao. Neka operaciona pojačala imaju pinove za povezivanje eksternog trim-otpornika, koji se može koristiti za balansiranje ulaza i na taj način ukloniti ovaj pomak. Neka operativna pojačala mogu automatski kompenzirati offset napon. Ulazni offset napon Ovaj napon potreban na ulazima operativnog pojačala za postavljanje izlaznog napona na nulu je zbog neusklađenosti ulaznih struja prednapona. Idealno pojačalo nema ulazni offset napon. Ali u stvarnim operativnim pojačavačima ovaj napon je prisutan, budući da većina pojačala ima nesavršen diferencijalni stepen na ulazu. Ulazni offset napon stvara dva problema: prvo, zbog visokog naponskog pojačanja, izlaz pojačala je gotovo zagarantovano zasićen kada radi bez negativne povratne sprege, čak i ako su oba ulaza povezana jedan na drugi. Drugo, sa zatvorenom negativnom povratnom spregom, ulazni offset napon će se povećavati zajedno sa signalom i to može uzrokovati probleme za visoko precizna DC pojačala ili ako je ulazni signal vrlo slab. Common Mode Boost Idealno op-pojačalo pojačava samo razliku napona između ulaza, potpuno potiskujući sve napone zajedničke za oba ulaza. Međutim, diferencijalni ulazni stepen stvarnih operativnih pojačala nikada nije idealan, što rezultira nekim pojačanjem istih napona primijenjenih na oba ulaza. Veličina ovog nedostatka mjeri se omjerom odbijanja uobičajenog moda. Minimiziranje pojačanja u zajedničkom modu je obično važno u dizajnu neinvertirajućih pojačala sa visokim pojačanjem. Izlazna struja ponora Izlazna struja ponora je maksimalna dozvoljena struja ponora za izlazni stepen. Neki proizvođači prikazuju izlazni napon u odnosu na ulaznu struju na grafikonu, što vam omogućava da dobijete ideju o izlaznom naponu kada struja iz vanjskog izvora teče u izlazni stupanj pojačala. Temperaturna zavisnost Svi parametri se mijenjaju s promjenama temperature. Toplotni drift ulaznog ofset napona je posebno važan parametar. Suzbijanje valovitosti napona napajanja Izlaz idealnog op-pojačala će biti potpuno nezavisan od talasanja napona napajanja na njegovim pinovima napajanja. Svaki pravi operacioni pojačavač ima određeni omjer potiskivanja talasa napona napajanja, koji pokazuje koliko su ti talasi potisnuti. Upotreba kondenzatora za blokiranje napajanja može poboljšati ovaj parametar za mnoge uređaje, uključujući operativna pojačala. Drifting Parametri stvarnog operativnog pojačala se sporo mijenjaju tokom vremena, temperature itd. BukeČak i u nedostatku signala na ulazu, pojačala haotično mijenjaju izlazni napon. Ovo može biti uzrokovano termičkom bukom ili zvukom treperenja koji je svojstven uređaju. Kada se koristi u aplikacijama sa velikim pojačanjem ili širokim propusnim opsegom, nivo buke postaje veoma važan faktor koji treba uzeti u obzir.

Neidealni parametri za naizmjeničnu struju

Pojačanje op-pojačala izračunato na DC nije primjenjivo za visoke frekvencije. Prilikom dizajniranja krugova operacijskih pojačala koji su dizajnirani da rade na visokim frekvencijama, moraju se uzeti u obzir složenija razmatranja.

Konačna širina pojasa Sva pojačala imaju ograničen frekvencijski opseg. U prvoj aproksimaciji, operacioni pojačavač ima amplitudno-frekvencijski odziv integratora sa pojačanjem. To jest, pojačanje tipičnog op-pojačala je obrnuto proporcionalno frekvenciji, karakterizirano pojačanjem pomnoženim širinom pojasa fT Na primjer, op-pojačalo sa fT = 1 mHz može imati pet puta pojačanje na 200 kHz. i dobit od jedinice na frekvenciji 1 MHz Frekvencijski odziv operativnog pojačala, zajedno sa vrlo visokim DC pojačanjem, proizvodi frekvencijski odziv sličan onom niskopropusnog filtera prvog reda sa visokim DC pojačanjem i niskom graničnom frekvencijom (f T podijeljeno sa pojačanjem). Konačna propusnost operativnog pojačala može biti izvor nekoliko problema, uključujući:

Stabilnost. Fazna razlika između ulaznog i izlaznog signala povezana je sa ograničenjem propusnog opsega, tako da u nekim povratnim kolima može dovesti do samopobude. Na primjer, ako sinusoidni izlazni signal, koji treba da se sabira van faze sa ulaznim signalom, kasni za 180°, tada će se dodati u fazi sa ulaznim signalom, tj. formira se pozitivna povratna informacija. U tim slučajevima, povratna sprega se može stabilizirati korištenjem kruga za kompenzaciju frekvencije koji povećava pojačanje ili fazni pomak kada je petlja povratne sprege otvorena. Ova kompenzacija se može implementirati korištenjem vanjskih komponenti. Ova kompenzacija se takođe može implementirati unutar operacionog pojačavača dodavanjem dominantnog pola, koji dovoljno prigušuje pojačanje na visokim frekvencijama. Lokacija ovog pola može biti interno postavljena od strane proizvođača čipa, ili se može podesiti korištenjem metoda specifičnih za op-amp. Obično dominantni pol dodatno smanjuje propusni opseg operativnog pojačala. Kada je potrebno veliko pojačanje u zatvorenoj petlji, kompenzacija frekvencije često nije potrebna jer je potrebno pojačanje u otvorenoj petlji prilično malo. Stoga, sklopovi zatvorene petlje sa visokim dobitkom mogu koristiti op-pojačala sa širim propusnim opsegom.
Šum, izobličenje i drugi efekti. Smanjenje propusnog opsega također dovodi do smanjenja koeficijenta prijenosa povratnog kruga na visokim frekvencijama, što dovodi do povećanja izobličenja, šuma, izlazne impedance, a također smanjuje linearnost faze izlaznog signala s povećanjem frekvencije.

Ulazni kapacitet Ulazna kapacitivnost je važan parametar kada se radi na visokim frekvencijama, jer smanjuje pojačanje u otvorenoj petlji. Common Mode Boost Cm. .

Nelinearni parametri

Saturation Izlazni napon operativnog pojačala je ograničen na vrijednosti bliske naponima napajanja. Kada izlazni napon dostigne ove vrijednosti, pojačalo se zasiti, to se događa iz sljedećih razloga:

Ako se koristi bipolarno napajanje, tada se uz veliko pojačanje napona signal mora pojačati toliko da bi njegova amplituda morala premašiti pozitivni napon napajanja ili biti manja od negativnog napona napajanja, što nije izvodljivo, jer je izlazni napon ne može preći ove granice.
Kada se koristi napajanje sa jednim napajanjem, može se desiti isto što i kada se koristi dvonapajanje, ili ulazni signal može imati tako nizak napon u odnosu na masu da pojačanje pojačala nije dovoljno da ga podigne iznad donjeg praga.

Ograničena brzina ubijanja Brzina promjene napona na izlazu pojačala je konačna, obično se mjeri u voltima po mikrosekundi. Kada se dostigne maksimalna moguća brzina napona signala na ulazu, brzina napona na izlazu će prestati da raste. Brzina napona signala je obično ograničena internim kapacitetima u operacijskom pojačalu, a ovi kapaciteti su posebno veliki kada se koristi interno izjednačavanje. Nelinearna zavisnost izlaznog napona od ulaznog napona Izlazni napon možda neće biti baš proporcionalan razlici napona između ulaza. U praktičnim krugovima, ovaj efekat je vrlo slab ako se koristi jaka negativna povratna sprega.

Granice struje i napona

Ograničenje izlazne struje Izlazna struja ne može biti beskonačna. U praksi, većina operativnih pojačala je dizajnirana da ograniči izlaznu struju tako da struja ne pređe određenu vrijednost, što sprječava da operaciono pojačalo i opterećenje ne ispadnu. Moderni modeli operativnih pojačala su tolerantniji na strujna preopterećenja od ranijih, a neki moderni dizajni mogu izdržati kratke spojeve na izlazu bez oštećenja. Ograničenje snage disipacije Izlazni otpor operativnog pojačala, kroz koji struja teče, rasipa toplinu. Ako op-pojačalo rasipa previše topline, njegova temperatura će porasti iznad kritične vrijednosti. U tom slučaju može doći do isključivanja zaštite od pregrijavanja ili kvara operativnog pojačala.

Moderna FET i MOSFET operacijska pojačala su mnogo bliža po performansama idealnim operativnim pojačalima od BJT modela kada su ulazna impedansa i ulazne struje prednapona važne. Bipolarna tranzistorska operacijska pojačala se najbolje koriste kada su potrebni niži naponi pomaka ulaza i često niži inherentni šum. FET i MOSFET operacijska pojačala u krugovima sa ograničenim propusnim opsegom koji rade na sobnoj temperaturi općenito rade bolje.

Iako dizajn različitih modela čipova različitih proizvođača može varirati, sva operativna pojačala imaju u osnovi sličnu unutrašnju strukturu, koja se sastoji od tri stupnja:

Diferencijalno pojačalo - dizajnirano da pojača signal, ima nizak nivo šuma, visoku ulaznu impedanciju i obično diferencijalni izlaz.
Pojačalo napona - daje visokonaponsko pojačanje, ima jednopolni frekvencijski odziv i obično ima jedan izlaz.
Izlazno pojačalo - Pruža visok kapacitet opterećenja, nisku izlaznu impedanciju, ograničavanje struje i zaštitu od kratkog spoja.

Op-amp čipovi su obično umjerene složenosti. Tipičan primjer je široko korišćeni čip operativnog pojačala 741 (sovjetski ekvivalent - K140UD7), koji je razvio Fairchild Semiconductor po prethodnom modelu - LM301. Osnovna arhitektura pojačala 741 je ista kao kod modela 301.

Ulazni stepen

Ulazni stepen je diferencijalno pojačalo sa složenim krugom prednapona, čije je aktivno opterećenje strujno ogledalo.

Diferencijalno pojačalo

Diferencijalno pojačalo je implementirano u dvostepenom stepenu, zadovoljavajući konfliktne zahtjeve. Prva faza se sastoji od n-p-n sljedbenika emitera na tranzistorima Q1 i Q2, što omogućava visoku ulaznu impedanciju. Druga faza je bazirana na pnp tranzistorima Q3 i Q4, povezanim u zajedničko osnovno kolo, što vam omogućava da se riješite štetnih učinaka Millerovog efekta, pomjerite nivo napona naniže i osigurate dovoljno pojačanja napona za rad sljedećeg stepen - pojačalo klase "A". Upotreba pnp tranzistora takođe pomaže da se poveća napon proboja V bem (spojovi baza-emiter npn tranzistora Q1 i Q2 imaju probojni napon od oko 7 volti, a napon proboja pnp tranzistora Q3 i Q4 je oko 50 volti) .

Bias kola

Emiteri klasične diferencijalne kaskade sa emiterskim priključcima napajaju se prednaponom iz stabilnog izvora struje. Kolo negativne povratne sprege tjera tranzistore da djeluju kao stabilizatori napona, uzrokujući da mijenjaju napon Vbe tako da struja može teći kroz spoj kolektor-emiter. Kao rezultat, struja mirovanja postaje nezavisna od DC prijenosnog omjera (β) tranzistora.

Signali sa emitera tranzistora Q1, Q2 se dovode do emitera tranzistora Q3, Q4. Njihovi kolektori su odvojeni i ne mogu se koristiti za napajanje struje mirovanja iz stabilnog izvora struje, jer sami funkcionišu kao izvori struje. Zbog toga se struja mirovanja može napajati bazama samo spajanjem na izvor struje. Da bi se izbjegla ovisnost o DC koeficijentu prijenosa tranzistora, koristi se negativna povratna sprega. Da bi se to postiglo, cijela struja mirovanja se reflektuje od strujnog ogledala napravljenog na tranzistorima Q8, Q9, a negativni povratni signal se uklanja sa kolektora tranzistora Q9. Ovo prisiljava tranzistore Q1-Q4 da mijenjaju svoj napon baza-emiter Vbe tako da kroz njih teče potrebna struja mirovanja. Rezultat je isti efekat kao kod klasičnog para emiterskih tranzistora - veličina struje mirovanja postaje nezavisna od koeficijenta DC prijenosa (β) tranzistora. Ovo kolo generiše baznu struju potrebne veličine, u zavisnosti od β, tako da se može dobiti struja kolektora nezavisna od β. Da bi se dobile osnovne struje prednapona, obično se koristi napajanje negativnog napona. Ove struje teku od zajedničke žice do baza tranzistora, ali da bi se postigla najveća moguća ulazna impedansa, petlje pristranosti baze nisu zatvorene iznutra između baze i zajedničke žice, budući da bi ova kola trebala biti zatvorena kroz izlaz. impedansa izvora signala prema zemlji. Dakle, izvor signala mora biti galvanski spojen na zajedničku žicu kako bi kroz njega mogle teći prednaponske struje, a mora imati i dovoljno nizak otpor (desetine ili stotine kilo-oma) kako ne bi došlo do značajnog pada napona na njemu. Inače, možete spojiti otpornike između baza tranzistora Q1, Q2 i zajedničke žice.

Vrijednost struje mirovanja je postavljena otpornikom od 39 kOhm, koji je zajednički za oba strujna ogledala Q12-Q13 i Q10-Q11. Ova struja se koristi kao referenca za druge struje prednapona u kolu. Tranzistori Q10, Q11 se formiraju u kojima mali dio kolektorske struje I ref tranzistora Q10 teče kroz otpornik od 5 kOhm. Ova mala kolektorska struja koja teče kroz kolektor tranzistora Q10 je bazna referentna struja za tranzistore Q3 i Q4, kao i kolektor tranzistora Q9. Koristeći negativnu povratnu spregu, strujno ogledalo na tranzistorima Q8 i Q9 pokušava da kolektorsku struju tranzistora Q9 učini jednakom kolektorskoj struji tranzistora Q3 i Q4. Napon kolektora tranzistora Q9 će se mijenjati sve dok omjer baznih struja tranzistora Q3 i Q4 i njihovih kolektorskih struja ne postane jednak β. Dakle, ukupna bazna struja tranzistora Q3 i Q4 (ova struja je istog reda kao i struje na ulazima čipa) je mali dio slabe struje tranzistora Q10.

Dakle, struja mirovanja se postavlja strujnim ogledalom na tranzistorima Q10, Q11 bez korištenja negativne strujne povratne sprege. Ova strujna povratna sprega samo stabilizuje napon kolektora tranzistora Q9 (i baze tranzistora Q3, Q4). Osim toga, mreža povratne sprege također izoluje ostatak kola od signala zajedničkog moda postavljanjem baznog napona tranzistora Q3, Q4 tačno 2V BE niže od najvećeg od oba ulazna napona.

Diferencijalno pojačalo formirano tranzistorima Q1–Q4 povezano je sa aktivnim opterećenjem zasnovanim na poboljšanom strujnom ogledalu na tranzistorima Q5...Q7, koji pretvara struje ulaznog diferencijalnog signala u napon, a ovdje se oba ulazna signala koriste za formiranje ovaj napon, što daje značajno povećanje ojačanja. To se postiže dodavanjem ulaznih signala pomoću strujnih ogledala, u ovom slučaju kolektor tranzistora Q5 je povezan sa kolektorom tranzistora Q3 (lijevi izlaz diferencijalnog pojačala), a izlaz strujnog ogledala - kolektorom tranzistora Q6 je spojen na desni izlaz diferencijalnog pojačala - kolektor tranzistora Q4. Tranzistor Q7 povećava tačnost strujnog ogledala smanjujući struju koja se povlači iz tranzistora Q3 za pokretanje baza tranzistora Q5 i Q6.

Operativni pojačivač

Diferencijalni način rada

Naponi izvora signala koji se dovode na ulaze prolaze kroz dva "diodna" lanca formirana od spojeva baza-emiter tranzistora Q1, Q3 i Q2, Q4, do spoja baza tranzistora Q3, Q4. Ako se ulazni naponi neznatno mijenjaju (napon na jednom ulazu raste, a na drugom opada), tada će se napon na bazama tranzistora Q3, Q4 teško promijeniti, a ukupna bazna struja će ostati nepromijenjena. Doći će samo do preraspodjele struja između baza tranzistora Q3, Q4, ukupna struja mirovanja će ostati ista, struje kolektora će se preraspodijeliti u istim proporcijama kao i struje baze.

Trenutno ogledalo će invertirati struju kolektora, signal će se vratiti nazad u bazu tranzistora Q4. Na spoju tranzistora Q4 i Q6 oduzimaju se struje tranzistora Q3 i Q4. Ove struje su u ovom slučaju van faze (u slučaju diferencijalnog signala). Shodno tome, kao rezultat oduzimanja struja, struje će se zbrajati (ΔI - (-ΔI) = 2ΔI), a konverzija iz dvofaznog signala u jednofazni će se dogoditi bez gubitaka. U kolu s otvorenom povratnom spregom, napon dobiven na spojnoj točki tranzistora Q4 i Q6 određen je rezultatom oduzimanja struja i ukupnog otpora kola (paralelno spojeni otpori kolektora tranzistora Q4 i Q6). Budući da su ovi otpori visoki za signalne struje (tranzistori Q4 i Q6 se ponašaju kao strujni generatori), pojačanje ovog stupnja će biti vrlo veliko kada je petlja povratne sprege otvorena.

Drugim riječima, možete zamisliti tranzistor Q6 kao kopiju tranzistora Q3, a kombinacija tranzistora Q4 i Q6 može se smatrati promjenjivim djeliteljem napona koji se sastoji od dva otpornika kontrolirana naponom. Za diferencijalne ulazne signale, otpori ovih otpornika će se značajno razlikovati u suprotnim smjerovima, ali ukupni otpor djelitelja napona će ostati isti (kao pokretni kontaktni potenciometar). Kao rezultat toga, struja se ne mijenja, ali postoji jaka promjena napona u središnjoj tački. Budući da se otpori mijenjaju jednako, ali u suprotnim smjerovima, rezultirajuća promjena napona će biti dvostruko veća od pojedinačnih promjena napona.

Bazne struje na ulazima nisu nule, i stoga je efektivna ulazna impedansa 741 operacionog pojačala približno 2 mΩ. Pinovi "nulte postavke" mogu se koristiti za spajanje vanjskih otpornika paralelno sa unutrašnjim otpornicima od 1 kOhm (ovdje je obično spojen potenciometar) za balansiranje struja tranzistora Q5, Q6, čime se indirektno podešava izlazni signal kada se nulti signali primjenjuju na ulaze.

Common Mode Rejection Mode

Ako se ulazni naponi mijenjaju sinhrono, tada negativna povratna sprega prisiljava napon na bazama tranzistora Q3, Q4 da ponovi (sa pomakom jednakim dvostrukom padu napona na spojevima baza-emiter tranzistora) varijacije ulaznih napona. Izlazni tranzistor Q10 strujnog ogledala Q10, Q11 održava ukupnu struju koja teče kroz tranzistore Q8, Q9 konstantnom i nezavisno od promjena napona. Kolektorske struje tranzistora Q3, Q4 i, shodno tome, izlazni napon na sredini između tranzistora Q4 i Q6 ostaju nepromijenjeni.

Sljedeća negativna povratna sprega efektivno povećava ulaznu impedanciju operacijskog pojačala u režimu odbijanja zajedničkog moda.

Stepen pojačala koji radi u klasi "A"

Kaskada napravljena na tranzistorima Q15, Q19 Q22 radi u klasi "A". Strujno ogledalo, napravljeno na tranzistorima Q12, Q13, opskrbljuje ovu kaskadu stabilnom strujom, nezavisnom u širokom rasponu varijacija izlaznog napona. Kaskada se zasniva na dva npn tranzistora, Q15 i Q19, koji formiraju takozvani kompozitni Darlington tranzistor, u čijem se kolektoru koristi dinamičko opterećenje u obliku izvora struje za postizanje visokog pojačanja. Tranzistor Q22 štiti stepen pojačala od zasićenja ranžiranjem baze tranzistora Q15, odnosno djeluje kao Bakerovo kolo.

Kondenzator od 30 pF u stepenu pojačala je selektivni krug povratne sprege za korekciju frekvencije, koji vam omogućava stabilizaciju operativnog pojačala kada radite u krugovima zatvorene petlje. Ovo rješenje sklopa naziva se "Millerova kompenzacija", čiji princip rada podsjeća na rad integratora na operacionom pojačalu. Ovo rješenje kola je također poznato kao "dominantna polova korekcija", budući da je dominantni pol uveden u frekvencijski odziv, koji potiskuje druge polove u amplitudno-frekvencijskom odzivu sa otvorenom povratnom spregom. Frekvencija ovog pola može biti manja od 10 Hz u pojačalu 741, a na ovoj frekvenciji pol uvodi slabljenje jednako -3 dB u amplitudno-frekvencijskom odzivu kada je petlja povratne sprege otvorena. Upotreba ove interne kompenzacije je neophodna da bi se postigla apsolutna stabilnost pojačala kada radi sa nereaktivnom negativnom povratnom spregom u slučaju kada je pojačanje op-ampa veće ili jednako jedinici. Dakle, nema potrebe za korištenjem eksterne korekcije kako bi se osigurala ista stabilnost u različitim režimima rada, što uvelike pojednostavljuje upotrebu operacionog pojačala. Ona operativna pojačala u kojima nema interne korekcije, na primjer, K140UD1A, mogu zahtijevati korištenje eksterne korekcije ili pojačanja veće od jedinice sa zatvorenom povratnom petljom.

Kolo za pristrasnost izlaznog stupnja

Tranzistor Q16, zajedno sa dva otpornika, formira kolo prednapona nivoa, poznato i kao gumena dioda, tranzistorska zener dioda ili množitelj napona na spoju baza-emiter (V BE). U ovom kolu, tranzistor Q16 djeluje kao regulator napona, budući da osigurava konstantan pad napona na svom spoju kolektor-emiter za bilo koju struju koja teče kroz ovaj stupanj. Ovo se postiže uvođenjem negativne povratne sprege između kolektora i baze u obliku djelitelja napona s dva otpornika sa koeficijentom podjele β = 7,5 kOhm / (4,5 kOhm + 7,5 kOhm) = 0,625. Pod pretpostavkom da je bazna struja tranzistora nula, negativna povratna sprega prisiljava tranzistor da poveća napon kolektor-emiter na oko jedan volt sve dok napon baza-emiter ne dostigne tipični napon bipolarnog tranzistora od 0,6 volti. Ovaj sklop se koristi za pristrasnost izlaznih tranzistora, čime se smanjuje harmonijska distorzija. U krugovima nekih niskofrekventnih pojačala za to se koristi par serijski povezanih dioda.

Ovo kolo bias-a se može zamisliti kao pojačalo s negativnom povratnom spregom sa konstantnim ulaznim naponom od 0,625 volti i faktorom povratne sprege β = 0,625 (respektivno, pojačanje bi bilo 1/β = 1,6). Isti krug, ali sa β = 1, koristi se za postavljanje radne struje u klasičnom strujnom ogledalu pomoću bipolarnih tranzistora.

Izlazni stepen

Izlazni stepen (tranzistori Q14, Q17, Q20) je push-pull emiterski sljedbenik koji radi u klasi "AB", pristrasnost ovog stepena je postavljena pomoću kola za prednapon nivoa napravljenog na tranzistoru Q16 i dva otpornika spojena na bazu ovog stepena. tranzistor. Signal na izlazne tranzistori Q14, Q20 se napaja iz kolektora tranzistora Q13 i Q19. Varijacije u prednaponu zbog promjena temperature ili tranzistorskih varijacija mogu uzrokovati nelinearnu distorziju i promijeniti struju mirovanja op-pojačala. Izlazni napon pojačala kreće se otprilike za jedan volt manji od napona napajanja (tj. V - +1 do V + -1), određen dijelom naponom baza-emiter izlaznih tranzistora Q14 i Q20.

Otpornik od 25 oma u izlaznom stepenu djeluje kao strujni senzor kako bi osigurao maksimalnu granicu struje za taj stepen, au 741 op amp-u ovaj otpornik ograničava izlaznu struju emiterskog sljedbenika Q14 na 25 mA. Ograničenje struje za donji emiterski sljedbenik u kolu je implementirano pomoću otpornika od 50 oma instaliranog u emiterskom kolu tranzistora Q19 pomoću tranzistora Q22, napon na bazi tranzistora Q15 se smanjuje kako se pad napona na otporniku povećava iznad; kritična vrijednost. Kasniji modeli operativnih pojačala 741 mogu koristiti nešto drugačiju metodu ograničavanja izlazne struje.

Za razliku od idealnog op-pojačala, izlazna impedansa modela 741 nije nula, ali s negativnom povratnom spregom primijenjenom na niskim frekvencijama postaje gotovo nula.

Neka razmišljanja o 741 operacijskom pojačalu

Napomena: Istorijski gledano, 741 operaciono pojačalo se koristilo u audio i drugim kolima visoke osetljivosti, ali se danas retko koristi zbog nižeg nivoa buke modernih dizajna operacionih pojačala. Osim što su vrlo bučni, 741 i drugi stariji modeli mogu imati slabo odbijanje zajedničkog moda i često hvataju liniju i druge smetnje.

Operativno pojačalo modela 741 se često odnosi na neku vrstu generičkog operacijskog pojačala (kao što je μA741, LM301, 558, LM324, TBA221 ili noviji modeli kao što je TL071). Opis izlaznog stepena pojačala 741 je gotovo isti za mnoge druge modele (koji mogu imati potpuno različite ulazne stupnjeve), s izuzetkom:

Neki modeli operacionih pojačala, kao što su μA748, LM301, LM308, nemaju internu korekciju i zahtevaju ugradnju eksternog korekcionog kondenzatora kada rade u krugovima zatvorene petlje i niskog pojačanja.
Za neke moderne modele operacionih pojačala, izlazni napon može varirati u rasponu od gotovo negativnog do pozitivnog napona napajanja.

Klasifikacija operacionih pojačala

Operativna pojačala se mogu klasificirati prema vrsti dizajna:

Diskretno - kreirano od pojedinačnih tranzistora ili vakuumskih cijevi;
Mikrokrug - integrisana operaciona pojačala su najčešća;
Hibrid - kreiran na bazi hibridnih mikrokola sa niskim stepenom integracije;

Integrirana operaciona pojačala mogu se klasificirati prema različitim parametrima, uključujući:

Podjela na mikro kola vojnog, industrijskog ili komercijalnog dizajna, koje karakterizira pouzdanost i otpornost na vanjske faktore (temperatura, pritisak, zračenje), a samim tim i cijena. Primjer: LM301 generalno operacijsko pojačalo je komercijalna verzija LM101, a LM201 je industrijska verzija.
Klasifikacija po tipu kućišta - modeli operativnih pojačala u različitim tipovima kućišta (plastični, metalni, keramički) također imaju različitu otpornost na vanjske faktore. Osim toga, paketi dolaze u DIP i površinskoj montaži (SMD).
Klasifikacija prema prisutnosti ili odsustvu internih kola korekcije. Operativna pojačala mogu raditi nestabilno u nekim kolima sa negativnom povratnom spregom, da biste to izbjegli, koristite mali kondenzator za korekciju amplitudno-frekventnog odziva. Operativno pojačalo sa takvim ugrađenim kondenzatorom naziva se interno korigovano operaciono pojačalo.
Jedan paket čipova može sadržati jedno, dva ili četiri operaciona pojačala.
Raspon ulaznih (i/ili izlaznih) napona od negativnog do pozitivnog napona napajanja - operaciono pojačalo može raditi sa signalima čije su vrijednosti bliske vrijednostima napona napajanja.
CMOS FET operacijska pojačala (kao što je AD8603) pružaju vrlo visoku ulaznu impedanciju, višu od konvencionalnih FET operativnih pojačala, koja zauzvrat imaju veću ulaznu impedanciju od BJT op-pojačala.
Postoje takozvana „programabilna“ operaciona pojačala, u kojima se brojni parametri mogu podesiti pomoću eksternog otpornika, kao što su struja mirovanja, pojačanje i propusni opseg.
Proizvođači često kategoriziraju operacijska pojačala prema vrsti primjene, kao što su niska razina buke, pretpojačalo, širok raspon itd.

Primjena operacionih pojačala

Upotreba u dizajnu elektronskih sistema

Dodjela pinova za op-pojačalo modela 741

Korištenje operacionih pojačala kao blokova pojednostavljuje dizajn kola i čini ih lakšim za čitanje nego korištenjem diskretnih komponenti (tranzistori, otpornici, kondenzatori). Prilikom projektovanja kola, kao prva aproksimacija, operacioni pojačavači se smatraju idealnim diferencijalnim komponentama, a tek u narednim koracima uzimaju se u obzir sve nesavršenosti i ograničenja ovih uređaja.

Za sva kola, dizajn kola ostaje isti. Specifikacija ukazuje na svrhu kruga i zahtjeve za njega s odgovarajućim tolerancijama. Na primjer, potrebno je pojačanje od 1000 puta s tolerancijom od 10% i pomakom od 2% u datom temperaturnom rasponu, ulazna impedancija od najmanje 2 mOhm, itd.

Dizajn često uključuje modeliranje kola na računaru, kao što je program za modeliranje kola LTSpice, koji sadrži neke modele komercijalnih op-pojačala i drugih komponenti. Ako se kao rezultat modeliranja ispostavi da se neki parametri projektiranog kruga ne mogu implementirati, tada je u ovom slučaju potrebno prilagoditi specifikaciju.

Nakon kompjuterskog modeliranja, prototip kola se sastavlja i testira, uvodeći izmjene u kolo ako je potrebno da se poboljša ili kako bi se osiguralo da kolo ispunjava specifikacije. Krug je također optimiziran za smanjenje troškova i poboljšanje funkcionalnosti.

Upotreba operacionih pojačala u kolima bez povratne sprege

Komparator napona na 741 operacionom pojačalu u krugu sa jednim napajanjem. V ref = 6,6 V, amplituda ulaznog signala V in = 8 V. Kondenzator C1 služi za suzbijanje buke koja dolazi kroz strujni krug.

U ovom slučaju, operacioni pojačavač se koristi kao komparator napona. Kolo dizajnirano prvenstveno da djeluje kao komparator koristi se kada je potrebna velika brzina ili širok raspon ulaznih napona, budući da se pojačalo može brzo oporaviti od zasićenja.

Ako se referentni napon V ref primijeni na jedan od ulaza operacionog pojačala, tada će se dobiti kolo detektora nivoa signala, odnosno operacioni pojačavač će detektirati pozitivan nivo signala. Ako se detektovani signal primeni na direktni ulaz, dobićete neinvertujući krug detektora nivoa - kada je ulazni napon veći od referentnog napona, na izlazu će se uspostaviti maksimalni pozitivni napon. Ako se detektirani signal i referentni napon zamijene, tada će se na izlazu operativnog pojačala uspostaviti napon blizak negativnom naponu napajanja - dobit će se invertirajuće kolo detektora nivoa.

Ako je standardni nenapon na ulazu pojačala V ref = 0 V, tada dobijate nulti detektor koji može pretvoriti, na primjer, sinusoidni signal u pravokutni.

Upotreba operacionih pojačala u krugovima koji koriste pozitivnu povratnu spregu

Pravougaoni generator signala baziran na operacionom pojačalu sa pozitivnim (R1, R3) i negativnim (R2, C1) povratnim krugovima. Krug pozitivne povratne sprege koji okružuje pojačalo pretvara ga u Schmittov okidač. Radna frekvencija je približno 150 Hz.

Operacijska pojačala se također koriste u krugovima s pozitivnom povratnom spregom, kada se dio izlaznog signala dovodi na neinvertirajući ulaz. Jedno tipično kolo koje koristi ovu konfiguraciju je komparatorsko kolo sa histerezom, to je takozvani Schmittov okidač. Neki sklopovi mogu istovremeno koristiti dvije vrste povratne sprege, pozitivne i negativne, preko istog pojačala, konfiguracija koja se često koristi u krugovima generatora rampe napona i aktivnim filterskim krugovima.

Zbog niske stope napona signala i odsustva pozitivne povratne sprege, amplitudno-frekvencijski odziv nultog detektora otvorene petlje i detektora nivoa signala opisanog iznad bit će relativno niskofrekventni, odnosno, sklopovi će biti relativno niski -frekvencija. Možete pokušati pokriti krug pozitivnom povratnom spregom, ali to će značajno utjecati na točnost operacije prilikom otkrivanja trenutka kada ulazni signal prijeđe nulu. Ako koristite konvencionalno operacijsko pojačalo 741, sinusni u kvadratni val pretvarač će najvjerovatnije imati radnu frekvenciju ne veću od 100 Hz.

Da bi se povećala brzina porasta signala u specijaliziranim komparatorskim krugovima, pozitivna povratna sprega se uvodi u izlazne stupnjeve, stoga se preporučuje da se sklopovi detektora nivoa implementiraju ne na operaciona pojačala, već na mikro krugove komparatora.

Korištenje operativnog pojačala u krugu negativne povratne sprege

U neinvertirajućem krugu pojačala, izlazni napon se mijenja u istom smjeru (smanjuje se ili povećava) kao i ulazni.

Jednačina koja određuje pojačanje operativnog pojačala je zapisana kao

V izlaz = A OL (V + - V -)

U ovom kolu, parametar V - je funkcija V out, budući da otpornici R1 i R2 formiraju kolo negativne povratne sprege. Osim toga, ovi otpornici su djelitelj napona, a kako je spojen na V - ulaz koji je visokog otpora, djelitelj napona je praktično rasterećen. dakle:

V - = β * V izlaz

Gdje β = R1 / (R1 + R2)

Zamjenom ovog izraza u jednačinu pojačanja op-amp, dobijamo:

V izlaz = A OL (V ulaz - β * V izlaz)

Transformacija rezultirajućeg izraza u odnosu na Vout, dobijamo:

V izlaz = V ulaz * (1 / (β + 1/A OL))

Ako A OL je veoma velika, onda se jednačina pojednostavljuje:

V out ≈ V in / β = V in / (R1 / (R1 + R2)) = V in * (1 + R2/R1)

Imajte na umu da se signal na direktni ulaz operacionog pojačala primjenjuje u odnosu na zajedničku žicu. Ako se iz nekog razloga izvor signala ne može spojiti na zajedničku žicu, ili mora biti spojen na opterećenje s određenim otporom, tada će se između direktnog ulaza operativnog pojačala i zajedničke žice morati ugraditi dodatni otpornik. U svakom slučaju, vrijednost otpora povratnih otpornika R1 i R2 treba biti približno jednaka ulaznom otporu, uzimajući u obzir otpornik opterećenja na direktnom ulazu operacionog pojačala, dok otpore R1 i R2 treba smatrati kao povezani paralelno. Odnosno, ako je R1 = R2 = 10 kOhm, izvor signala ima visok otpor, tada bi dodatni otpornik između direktnog ulaza i zajedničke žice trebao imati vrijednost od 5 kOhm, u ovom slučaju će napon prednapona na ulazima biti minimalno.

Kada se operacijsko pojačalo uključi pomoću invertnog kola, napon na njegovom izlazu će se promijeniti u antifazi s ulaznim naponom.

Pronađimo jednačinu koja opisuje pojačanje kada je operativno pojačalo uključeno inverzno:

V izlaz = A OL (V + - V -)

Ova jednadžba je potpuno ista kao i jednačina za neinvertirajuće pojačalo. Ali u ovom slučaju parametar V- ovisit će istovremeno o izlaznom naponu Vout i unos V in, to je uzrokovano činjenicom da je djelitelj napona formiran od serijski spojenih otpornika Rf I R in povezan između ulaznog signala i izlaza pojačala. Invertni ulaz ima visok otpor i ne opterećuje razdjelnik, stoga:

V - = 1/(R f + R ulaz) * (R f V ulaz + R ulaz V izlaz)

Zamjenom rezultirajuće jednakosti u jednadžbu dobitka, nalazimo Vout:

V izlaz = -V ulaz * A OL R f / (R f + R ulaz + A OL R ulaz)

Ako vrijednost A OL je veoma velika, onda se izraz pojednostavljuje:

V izlaz ≈ V ulaz * R f / R in

Često se između neinvertirajućeg ulaza i zajedničke žice postavlja otpornik takve veličine da oba ulaza uklanjaju napon sa istih otpora. Upotreba ovog otpornika smanjuje offset napon, au nekim modelima operacionih pojačala smanjuje količinu nelinearnog izobličenja.

Ako nema potrebe za pojačavanjem istosmjernog napona, onda u seriji s ulaznim otpornikom R in Može se ugraditi kondenzator za razdvajanje koji blokira prolaz jednosmjernog napona od izvora signala do ulaza operacionog pojačala.

Operativno pojačalo audio pojačalo

U zaključku, pogledajmo praktično kolo audio pojačala napravljeno korištenjem neinvertirajućeg kola s jednopolarnim napajanjem. Upotreba neinvertujućeg kola obezbeđuje visoku ulaznu impedanciju pojačala, koja je određena vrednostima otpora R2 i R3, kao i ulazna impedancija direktnog ulaza operacionog pojačala (vrlo je visoka i može se zanemariti u proračunima, otpornici R2, R3 se smatraju paralelno povezanim, stoga će ulazna impedansa pojačala biti jednaka 100 kOhm.

Dobitak napona pojačala određuje se formulom R4/R1+1, u ovom slučaju 49/1+1 = 50 puta. Kapacitet kondenzatora C1 bi trebao biti takav da bi njegova reaktancija na najnižim radnim frekvencijama bila najmanje deset puta manja od ukupnog otpora serijski spojenih otpornika R1, R4. Kondenzatori C2, C3 su istosmjerni izolacijski kondenzatori, njihovi parametri zavise od otpora izvora signala i opterećenja. Kondenzator C4 blokira talase u strujnom kolu.

Opterećenje pojačala mogu biti slušalice visoke impedancije tipa TON-2, sa otporom od najmanje 1,5 kOhm. Da biste spojili slušalice niske impedancije ili dinamičku glavu na krug, morat ćete dodati kaskadu emiterskih sljedbenika na tranzistorima KT502 i KT503.

Da bi se smanjila nelinearna izobličenja, u krug su dodani otpornici R6, R7, koji postavljaju mirnu struju tranzistora VT1, VT2. Možete koristiti drugi sklop za povezivanje tranzistora, na primjer, opisani, koji ima niži nivo nelinearnog izobličenja.

Vrste povratnih informacija. Razlikovati

pozitivne i negativne posebno uveden OS. At pozitivno OS signal sa izlaza na ulaz pojačala dolazi u fazi sa oscilacijama ulaznog signala, uslijed čega se pojačanje pojačala povećava. Ovaj tip OS se uglavnom koristi u autogeneratorima. At negativan Povratne (FFE) oscilacije sa izlaza na ulaz pojačala stižu u antifazi sa ulaznim signalom, usled čega se njegovo pojačanje smanjuje. Pojačala obično koriste OOS, što poboljšava njihove pokazatelje kvaliteta.

Načini pružanja negativnih povratnih informacija. Na osnovu načina primanja povratnog signala na izlazu pojačala razlikuju se krugovi s povratnim petljama:

po naponu u kojoj je napon povratne sprege Ur proporcionalan naponu na izlazu pojačala Uout;
po struji u kojoj je povratni napon Uz proporcionalan struji opterećenja; sa kombinovanim u kojem se provodi kombinacija obje metode. Napon povratne sprege se može primijeniti na ulaz pojačala bilo serijski ili paralelno sa ulaznim signalom.

Shodno tome, razlikuju se dosljedan(sa dodatkom napona) i paralelno povratna kola (sa dodatkom struja. Kolo povratne sprege može pokriti cijeli pojačivač ili njegov dio. Pojačalo može imati nekoliko (zavisnih ili nezavisnih jedno od drugog) povratnih kola.

Uticaj OS na glavne parametre pojačala. Pojačanje pojačala sa povratnom spregom određuje se na primjeru kola pojačala sa serijskom povratnom spregom),

Ako se napon Us primijeni na ulaz pojačala, koeficijent povratne sprege (faktor) pokazuje koji dio izlaznog napona je povratni napon. At pozitivno koeficijent povratne sprege P. može imati vrijednosti od 0 do +1, a kada negativan- od 0 do - 1. Obično je u krugovima pojačala p = 0,05-0,2 napon povratne sprege Ur = ±rUout proporcionalan izlaznom naponu. Rezultirajući napon na ulazu pojačala je U=Uin+Ur=Uin+(±RUout), od čega je UIn=U-(±rUout). Pojačanje pojačala pokriveno povratnom spregom definisano je kao odnos originalnog napona i ulaznog napona eksternog izvora Kp = Uout/Uin=Uout/[±pUBOUTH)]. Očigledno, sa pozitivnom povratnom spregom K$=K/=K/(1 - RK) raste (1 - rK) puta, a sa negativnom povratnom spregom Kr=K/(1 + rK) se smanjuje za (1 + RK) jednom. Sa dubokim OOS lako je dobiti ZK>1. U višestepenom pojačavaču sa velikim pojačanjem K, ovaj odnos se ostvaruje i pri maloj vrednosti p, pa je koeficijent Kp = 1/p. Iz ovoga je jasno da pojačanje pojačala ne zavisi od K, odnosno od parametara kola pojačala i broja njegovih kaskada, već je određeno samo koeficijentom prenosa p OS kola. U prisustvu negativne povratne sprege, koeficijent nestabilnosti pojačanja e=DKr/Kr = AK-1/K(1 + PK) opada za (1+pK) puta, čime se postiže stabilizacija pojačanja bez obzira na razloge koji su izazvali ove promjene. Ulazna impedansa pojačala sa povratnom spregom ovisi o načinu napajanja povratnog napona, vrsti povratne sprege i njenoj dubini. Sekvencijalno OOS u naponu i struji povećava ulazni otpor, a paralelno 1 (u naponu i struji) ga smanjuje.

Izlazna impedansa pojačala sa povratnom spregom zavisi od načina dobijanja povratnog napona, od njegovog tipa i dubine. Serijski i paralelni OOS u naponu se smanjuje, a serijski i paralelni OOS u struji povećava izlaznu impedanciju pojačala. Sa serijskom povratnom spregom, konačni otpor izvora je sig. Nala smanjuje dubinu povratne sprege, pa je preporučljivo koristiti serijsku povratnu spregu u naponskim pojačivačima. Kod paralelne povratne sprege, otpor izvora signala ima suprotan učinak (kako se smanjuje, smanjuje se i dubina povratne veze), stoga se paralelna povratna sprega preporučuje za korištenje u strujnim pojačalima. U pojačalima sa strujnim izlazom povratna sprega napona nije praktična, jer smanjuje izlaznu impedanciju.

Negativno inverzno sprega smanjuje harmonijski signal koji je rezultat nelinearnog izobličenja za (1 + pK) puta. Ima sličan učinak na napon interferencije (pozadina, smetnje). U odsustvu faznih izobličenja i relativno malih nelinearnih izobličenja (Y<10-15 %) коэффициент нелинейных искаже-ний усилителя с ООС уменьшается в (1 + рK) раз. При высоком уровне нелинейных искажений ООС не способствует их уменьшению, а кроме того, может перейти в положительную за счет дополнительных фазовых сдвигов высших гармоник и тогда нелинейные. иска-жения возрастут. Для снижения нелинейных искажений ООС обычно вводят в выходные каскады с наибольшими диапазонами выход-ных напряжений. При малых фазовых сдвигах Ф сигнала и независимой от часто-ты цепи ООС в усилителе коэффициент частотных и фазовых иска-жений Мр=M(1+роKо)/(1 + РоК); ф3~ф(1 + |ЗK).

Iz toga proizilazi da OOS smanjuje izobličenja frekvencije i faze za približno (1 + poKo) puta, pa je frekvencijska karakteristika Kr=f(f) (u odnosu na K) izravnana, što pomaže da se proširi propusni opseg pojačala Af2>Af1. Kod OOS-a u smislu napona, smanjenje izobličenja frekvencije (proširenje propusnog opsega) se postiže smanjenjem Ko na srednjim frekvencijama. Dakle, razmatra se aktivna povratna sprega u kojoj koeficijent P ne zavisi od frekvencije. Ako je krug povratne sprege napravljen sa reaktivnim elementima, moguće je dobiti povratnu spregu zavisnu od frekvencije, u kojoj se frekvencijski odziv pojačala može korigirati.

Blok dijagram pojačala. Prema dizajnu kola, pojačala mogu biti jednostepena ili višestepena. Broj stupnjeva je određen zahtjevima za pojačala. Blok dijagram pojačala sastoji se od ulaznih i izlaznih uređaja, preliminarnih i moćnih pojačala, opterećenja i napajanja. Ulazni uređaj Vkh.U služi za prijenos signala od IC izvora do ulaznog kola prvog pojačala, osiguravajući usklađivanje otpora i nivoa signala, balansiranje kola, razdvajanje kola konstantne komponente izvora signala i ulazno kolo pojačala. Ulazni uređaj u obliku balunskog transformatora pretvara asimetrično ulazno kolo pojačala u simetrično, a u obliku otpornika sa razdjelnim kondenzatorom osigurava odvajanje direktne komponente struje ili napona u izlaznom kolu pojačala. izvor signala iu ulaznom kolu pojačala. Otpornik sa podesivim otporom reguliše nivo ulaznog signala.

PU pretpojačalo, jednostepeno ili višestepeno, obezbeđuje pojačanje napona, struje ili snage signala do vrednosti potrebne za normalan rad pojačala.

Snažno pojačalo MU je dizajnirano da isporuči potrebnu snagu signala na opterećenje I, što se ostvaruje odgovarajućim odabirom elemenata za pojačavanje kola i njegove konstrukcije.

Izlazni uređaj Out. U služi za prijenos pojačanog signala iz izlaznog kola posljednjeg stupnja do opterećenja N. Izlazni uređaj u obliku izlaznog transformatora (omogućava optimalno opterećenje pojačala elementa izlaznog stupnja ili usklađuje izlaznu impedanciju pojačala sa impedansa opterećenja Prilikom rada asimetričnog izlaznog stupnja, kada se nosi simetrično opterećenje (na primjer, simetrična dvožična napojna linija), balun transformator je uključen u izlazno kolo pojačala.

Povratna informacija može biti pozitivna (POS) ili negativna (NOS). Pozitivna povratna informacija se povećava i pretvara je u Schmitta (vidi Tom I). smanjuje pojačanje i prenosi op-amp u linearni mod - u analogni signal.

Rice. 1.27. Pojačala sa OOS: a - neinvertujuća; b - invertovanje; c - sa izolacionim kondenzatorima; d - povezivanje opterećenja niske impedancije na pojačalo sa bipolarnim napajanjem; d - repetitor; e - sa visokim ulaznim otporom; g, h - moćno op-amp sa sekvencijalnim povezivanjem moćnih tranzistora

Rice. 1.27. Pojačala sa OOS:

i - moćno op-pojačalo sa paralelnom vezom moćnih tranzistora; k - moćno op-amp sa visokonaponskim napajanjem; l - ovi otpornici (obično R1 = R2 = 10...1000 kOhm) napon na sredini je jednak polovini napona napajanja. C1 je filter, potreban je za smanjenje izlaznog razdjelnika (tj. za poboljšanje rada pojačala). Njegov kapacitet se određuje iz izraza Cl x R = 0,5...2, gdje je C1 kapacitet kondenzatora C1 u mikrofaradima, a R je jedan od otpornika R1 ili R2 (R1 = R2) u megaomima.

Prednost op-amp repetitora je njegov veliki ulaz, tj. praktično ne troši struju iz izvora signala. Ulazni izlaz op-amp repetitora sa bipolarnim tranzistorima na ulazu dostiže nekoliko do stotina gigaoma, odnosno približno isto kao i kod loše izolacije. Ulaz na ulazu je gotovo nemoguće izmjeriti - postiže dobru izolaciju i hiljadama do milionima puta veći je od onog kod bipolarnog tranzistorskog operacijskog pojačala. Nedostatak repetitora baziranih na rasprostranjenim i jeftinim op-pojačivačima je njihov značajan ulazni kapacitet. Obično ne prelazi 5 pF, ali na frekvenciji od 100 kHz (i, prema tome, ulazni sljedbenik) takvog kondenzatora je 400 kOhm. Kod visokofrekventnih i neke preciznosti, kao i specijalnih bafera i mernih op-pojačala, ulazni kapacitet je hiljadama puta manji.

Otpornik R balansira op-amp - uz njegovu pomoć, pri nultom naponu na ulazu, pokazivač uređaja P1 se postavlja na nultu poziciju. Kada koristite precizna op-pojačala u kolu, ovo je opciono.

Razdjelnik napona napajanja montiran je na elementima Rl, R2, C1 napon na mjestu spajanja ovih elemenata jednak je polovini napona napajanja. C1 je opciono, praktično nema uticaja na rad. Ali nije preporučljivo ukloniti ga - može doći do samopobude na visokim frekvencijama.

Kada se promijeni ulazni napon, mijenja se struja koja teče kroz lanac R fl0I] -P1, zbog čega se mijenja napon na sredini djelitelja napona. Ali budući da se signal (napon) na ulaz dovodi precizno u odnosu na ovu srednju tačku (jedan od ulaza je spojen na nju), to neće utjecati na točnost mjerenja napona: na primjer, sa ulaznim naponom od 1,0 V , napon na kolu R ne-Pl će biti jednak 1,0 V, bez obzira na napon u središnjoj tački. Ali to je samo ako se napon napajanja kontrolira ne iz napona napajanja, tj. mora se napajati iz vlastite baterije (baterije).

Primijenimo sada pozitivan poluval ulaznog signala na ulaz op-amp. Na izlazu op-pojačala pojavit će se pozitivan napon - smanjit će se na nulu samo kada napon na inverznom ulazu op-ampa postane jednak naponu na prednjem (ovo je princip rada op-amp). Da bi se izlazni napon povećao, unutrašnjost op-pojačala (vidi sliku 1.25, a) mora se otvoriti, spojena na “+U” terminal (VT1 na slici 1.25, a). To jest, u ovom slučaju, pinovi 2 i 6 op-pojačala su zatvoreni, a struja teče kroz serijski spojene R4 i R6, a pad napona na otporniku R4 se povećava (i preko otpornika R5 se smanjuje; ali ne više od 2...3 puta). U nekom trenutku, pad napona na otporniku R4 raste do vrijednosti pri kojoj se VT1 počinje otvarati - čini se da "pomaže" op-pojačalu da poveća napon na izlazu pojačala, dok struja od približno b 2|e puta više nego preko op-pojačala - to znači da se izlazna struja op-pojačala relativno male snage pojačava snažnim tranzistorima.

Čim se napon na oba ulaza op-pojačala, zbog OOS-a, izjednači, napon na izlazu pojačala (na opterećenju) će se fiksirati i prestati se mijenjati. U tom slučaju, kroz opterećenje će teći neka struja i, shodno tome, struja će teći i kroz R4 i R6, otprilike h 2 l 3 puta manje od izlaza. VT1 će biti blago otvoren, a uz najmanji porast/smanjenje napona na ulazu, struja koja teče kroz njega će se također povećati/smanjiti. Ako se ulazni napon naglo smanji (što je tipično za audio signal), izlazni napon možda neće pratiti ulaz - u ovom slučaju, pad napona na otporniku R5 će se povećati (pošto se op-pojačalo uvijek trudi da izjednačiti napone na direktnom i inverznom ulazu) i VT2 će „pomoći“ smanjenju izlaznog napona.

Strujni dobitak tranzistora VT1 i VT2 u ovom krugu ne prelazi 5... 10 puta - zbog ranžiranja baznog spoja s otpornicima R4 i R5. Ako je potrebno veće pojačanje, preporučljivo je zamijeniti VT1 i VT2 kompozitnim (kao na slici 1.27, h), ali je u isto vrijeme nemoguće ukloniti ili čak promijeniti vrijednost otpornika R4 i R5 (zašto , vidi gore). U ovom slučaju, čak i kada koristite op-pojačala male snage, možete dobiti značajnu struju na izlazu.

Svojevremeno sam napravio mnogo pojačala prema shemi na sl. 1.27, i stoga želim dati nekoliko korisnih savjeta:

Otpornik R6 može biti kratko spojen - posebno ako se koriste jednostruki (ja preferiram složene). To će poboljšati performanse pojačala, ali će povećati zagrijavanje kućišta - potreban je radijator. Ako nemate poseban radijator, možete jednostavno zalijepiti nekoliko metalnih ploča na vrh mikrokruga - što je njihova površina veća, to bolje.

Pojačalo razvija snagu do 70 W. Možete provjeriti može li vaše op-pojačalo raditi na tako visokom naponu na sljedeći način: baze oba tranzistora, kao i opterećenje, nisu spojeni na kolo, sve ostalo je sastavljeno prema sl. 1.27, i uključuje se napon napajanja (preko R4 i R5!) i mjeri se pad napona na R4, R5. Ako ne prelazi 0,3 V, sve je u redu.

Pri naponu napajanja od ±28 V ili više, sva op-pojačala su izgorjela. Ako vam je potrebno da op-pojačalo radi na tako visokom naponu, napajanje mu se mora napajati preko (slika 1.27, k; kola korekcije i povratne sprege su povezani na isti način kao na slici 1.27, i). Stabilizacijski napon za obje zener diode mora biti isti i takav da napon napajanja op-amp ne prelazi 25 V (na primjer, U ni)T = ±32 V, U CT = 32 – 25 = 7 V) .

Kao što znate, pad napona na zener diodi je vrlo slab zbog struje koja teče kroz nju. Upravo zbog ovog efekta oni su prikladni za upotrebu u takvom pojačalu: zahvaljujući njima, napon napajanja op-ampa je ograničen na nivo koji je siguran za njega, a oni spojeni prema krugu su u potpunosti otvoren čak i kada je pad napona na osnovnom otporniku samo 1...2 V - ovo je op-amp napajanje mnogo manjeg napona.

Nedostaci takvog pojačala:

1. Svi, čak i oni najbolji, su veoma bučni (tj. njihov stabilizacijski napon, uz konstantnu struju, haotično fluktuira oko nekog „prosečnog“ nivoa), pa sklopljeni pravi više buke od istog, ali bez zener dioda (i sa nižim naponom napajanja). Za suzbijanje buke možete uključiti elektrolitičke kapacitete od nekoliko jedinica...desetak paralelno sa zener diodama, ali zbog ovih kondenzatora, odmah nakon uključivanja napona napajanja, napon na priključcima napajanja op-ampa će se povećati na opasne vrijednosti (ispražnjeni kondenzator je blizu nule) i op-pojačalo može pokvariti.

2. Budući da napon na kolektorima tranzistora može biti veći od napona na izlazu op-pojačala, potonji može otkazati (struja teče kroz R6). Od ovog problema možete se osigurati ako je terminal otpornika R6, koji je ispravan prema dijagramu, spojen ne na kolektore tranzistora, već na zajedničku žicu. U ovom slučaju otpor je oko 100 oma.

3. Stabilizacijski napon zener dioda ne bi trebao prelaziti 10 V: što je veći, veće su šanse da će u jednom trenutku vaše pojačalo spontano otkazati.

Amplituda izlaznog napona u ovom slučaju ne zavisi od napona napajanja op-amp i, baš kao na sl. 1,27, a može doseći U nHT – 0,7 V (modulo). Kada koristite kompozitne tranzistore, to je otprilike 0,5 V manje.

U ovim kolima (sl. 1.27, i; 1.27, j) može se koristiti i sa izolovanim gejtom (VT1 - p-kanal, VT2 - η-kanal). Ovakvo pojačalo nema zapažene prednosti u odnosu na pojačalo bazirano na bipolarnim tranzistorima. Teže ga je konfigurirati, pa neću dati njegov dijagram ovdje. Ako nemate dovoljno iskustva s tranzistorima s efektom polja i pojačalima na njima, ne pokušavajte sami nacrtati njegovo kolo.

Kondenzator C2 se puni preko serijski spojenih R3, R4. Čim su naponi na oba ulaza jednaki, napon na izlazu op-amp će se smanjiti na napon na direktnom ulazu (tj. na polovinu napona napajanja) i, u nedostatku ulaznog signala, održat će se na ovom nivou. Kada se visokofrekventni signal primijeni na ulaz pojačala, izlazni napon će se također promijeniti; ali, budući da je kapacitet kondenzatora C2 prilično velik, napon na njegovim pločama neće imati vremena da se značajno promijeni tokom jednog poluciklusa pojačanog signala, pa možemo pretpostaviti da je napon na lijevom terminalu otpornika R3 prema dijagram je konstantan i jednak polovini napona napajanja. U ovom slučaju, pojačanje napona pojačala je jednako omjeru otpornika R4 prema otporu otpornika R3.

Kada koristite kondenzator C2 premalog kapaciteta, pojačanje pojačala na niskim frekvencijama bit će manje nego na visokim frekvencijama, au ekstremnim slučajevima (kapacitivnost kondenzatora C2 je nula, odnosno kondenzatora uopće nema ), dobit je jednaka jedan (ovo se pretvara u, slično onom prikazanom na slici . 1.27, d). To je zbog činjenice da će u ovom slučaju napon na priključcima kondenzatora fluktuirati u značajnim granicama kada se promijeni izlazni signal, zbog čega će se niskofrekventna komponenta signala "izgladiti".

Na primjer na sl. Na slici 1.31 prikazani su grafikoni ulaznog (sl. 1.31, a) i izlaznog (sl. 1.31, 6) signala takvog “pojačala”. Na sl. 1.31, ali je niskofrekventna komponenta ulaznog signala jasno vidljiva, a kada se takav signal pojača "ispravnim" pojačalom, jednako će se jasno čuti. Ali ako pojačalo prema krugu na sl. Kapacitet kondenzatora C2 je takođe 1,27,l

Rice. 1.31. Objašnjenja za sl. 1.27, l. Ulazni signal (a) i izlazni signal (b) sa premalim kapacitetom C2. Ako je kapacitivnost C2, kao i C1 i S3, značajna, oblik izlaznog signala ponavlja oblik ulaznog signala, tada će niskofrekventna komponenta („bas“ tako omiljen od strane današnjih ljubitelja muzike) biti oslabljena. toliko da će postati potpuno neprimjetan, te će ga biti vrlo teško obnoviti. Na sl. 1.31, a isprekidana linija konvencionalno pokazuje promjenu napona na kondenzatoru. Kao što vidite, što je veći njegov kapacitet, to bolje. Ali ne biste trebali težiti idealu, a kapacitet od 47 μF, s otporom OOS otpornika od 100 kOhm, sasvim je dovoljan.

Članci By tema:

Novosti i analitički portal "elektronika vrijeme" Povratna sprega je fenomen prijenosa dijela energije pojačanih oscilacija sa izlaznog kola pojačala na njegovo ulazno kolo. Razlozi koji doprinose prijenosu energije sa izlaza na ulaz pojačala mogu biti: a) fizička svojstva i dizajn	Multisim program za simulaciju elektronskih kola Electronics Workbench Multisim 14 je najpoznatiji program za projektovanje, projektovanje i simulaciju elektronskih kola. Multisim kombinuje profesionalne karakteristike sa programskim interfejsom lakim za korišćenje. Ovo je savršen alat
Glatko pomicanje stranica pomoću kotačića Ekstenzija za brzo pomicanje za hrom Da li ste umorni od trzanja i skakanja po stranicama pretraživača pri skrolovanju nadole? Da li želite glatko pomeranje stranica pomoću točkića? Zatim pročitajte ovaj članak: Kako natjerati da se stranica glatko pomiče. Ovaj članak će govoriti o tome kako napraviti glatku proceduru	Visokofrekventni visokotonski zvučnici: čak se i najviše tonove mogu čuti Zvuk u kinu Proizvođač: Engleska Tehničke karakteristike: 2-sistemski zvučnik sa bas refleksom Frekvencijski opseg: 50 – 20000 Hz Niskofrekventna granična frekvencija sa nivoom od -10 dB: 31 Hz Osetljivost: 91 dB/2,83 V/1 m Nazivna snaga: 110 W zvučnici

Popularno

2024-04-04 05:14:28	Operativni sistem "Elbrus" i domaći procesor
2024-04-04 05:14:28	Recenzija Meizu MX6: eksperimenti se nastavljaju. Komunikacija između uređaja na mobilnim mrežama odvija se pomoću tehnologija koje pružaju različite brzine prijenosa podataka
2024-04-04 05:14:28	Vodič za Android Pay: plaćajte kupovinu pametnim telefonom
2024-04-03 05:21:06	Windows se ne instalira Zašto ne mogu ponovo instalirati Windows?
2024-04-03 05:21:06	Windows se srušio - šta učiniti?
2024-04-03 05:21:06	Pregled svih grešaka i rješenja pri aktivaciji Windowsa Nakon nadogradnje sa prethodne verzije Windowsa
2024-04-02 05:17:26	Anatomija Google pretrage Isporučite tačne i relevantne rezultate
2024-04-02 05:17:26	Registrirajte se na Facebooku i prijavite se na svoju stranicu
2024-04-01 05:13:30	Pregled i tehničke specifikacije pametnog telefona Samsung Galaxy E5 Šta dalje
2024-03-31 05:17:20	Dodatna memorija za tablete i pametne telefone

Novo

2024-03-31 05:17:20	Besplatno preuzmite aplikaciju Odnoklassniki na svoj računar Odnoklassniki društvena mreža Roma Zaitsev Cheremisinovo
2024-03-30 05:43:21	Aplikacije za Smart TV LG
2024-03-29 05:19:06	Mp3DirectCut MP3 editor besplatno preuzimanje ruska verzija
2024-03-28 09:32:33	Prekidači, redovna aplikacija, upravljani oblici Prilagođavanje izgleda upravljanog obrasca od strane programera
2024-03-26 05:14:50	Računar vam je pokvaren: šta učiniti, popraviti ga ili kupiti novi?
2024-03-26 05:14:50	Kako se riješiti banera
2024-04-08 05:08:07	Novosti i analitički portal "elektronika vrijeme"
2024-04-08 05:08:07	Multisim program za simulaciju elektronskih kola
2024-04-07 05:09:38	Glatko pomicanje stranica pomoću kotačića Ekstenzija za brzo pomicanje za hrom
2024-04-04 05:14:28	Visokofrekventni visokotonski zvučnici: čak se i najviše tonove mogu čuti Zvuk u kinu
2024-04-04 05:14:28	Operativni sistem "Elbrus" i domaći procesor
2024-04-04 05:14:28	Recenzija Meizu MX6: eksperimenti se nastavljaju. Komunikacija između uređaja na mobilnim mrežama odvija se pomoću tehnologija koje pružaju različite brzine prijenosa podataka