Povratne veze Operativni krugovi pojačala

Ponavljač i obrnuto pojačalo

Na kraju članka "Idealno operativno pojačalo" Pokazano je da kod korištenja operativnog pojačala u različitim sklopnim krugovima, pojačanje kaskade na jednom operativnom pojačalu (OA) ovisi samo o dubini povratne informacije. Stoga se u formulama za određivanje dobitka određenog kruga ne koristi, tako rečeno, optički pojačalo. To je upravo taj ogromni koeficijent koji je naveden u imenicima.

Tada je sasvim prikladno postaviti pitanje: „Ako konačni rezultat (dobitak) ne ovisi o tom ogromnom„ referentnom “koeficijentu, koja je onda razlika između opampa s pojačanjem nekoliko tisuća puta, i istim opampom, ali s pojačanjem nekoliko stotina tisuća pa čak i milijuni? "

Odgovor je prilično jednostavan. U oba slučaja rezultat će biti isti, kaskadni dobitak određivat će se elementi OOS-a, ali u drugom slučaju (opamp s velikim pojačanjem) krug djeluje stabilnije, točnije, brzina takvih krugova je mnogo veća. Zbog dobrog razloga op pojačala su podijeljena na op ampere opće primjene i visoke preciznosti, preciznosti.

Kao što je već spomenuto, dotični "operativni" pojačala su primljena u to doba, kada su se uglavnom koristila za obavljanje matematičkih operacija na analognim računalima (AVM). To su bile operacije sabiranja, oduzimanja, množenja, dijeljenja, presijecanja i mnoge druge funkcije.

Ovi antediluvijski op-amperi pojačani su na elektronskim cijevima, kasnije na diskretnim tranzistorima i ostalim radio komponentama. Naravno, dimenzije čak i tranzistorskih naponskih pojačala bile su dovoljno velike da se mogu koristiti u amaterskim konstrukcijama.

I tek nakon što su zahvaljujući postignućima integrirane elektronike, pojačala postala veličina običnog tranzistora male snage, upotreba tih dijelova u kućanskoj opremi i amaterskim krugovima postala je opravdana.

Usput, moderni optički pojačala, čak i prilično visoke kvalitete, po cijeni malo višoj od dva ili tri tranzistora. Ova se izjava odnosi na opće namjene pojačala. Precizna pojačala mogu koštati malo više.

Što se tiče sklopova na pojačalu, vrijedno je odmah napomenuti da se svi napajaju iz bipolarnog izvora napajanja. Takav je način najobičnije za op-pojačalo, koji omogućava pojačavanje ne samo izmjeničnih napona, na primjer, sinusoida, nego i istosmjernih signala ili jednostavno napona.

Ipak, vrlo često se napajanje strujnih krugova na optičkom naponu vrši iz unipolarnog izvora. Istina, u ovom slučaju nije moguće povećati konstantni napon. Ali često se dogodi da to jednostavno nije potrebno. Strujni krugovi s unipolarnim napajanjem bit će opisani kasnije, ali zasad nastavljamo sa shemama uključivanja op-pojačala s bipolarnim napajanjem.

Napon napajanja većine op-ampera najčešće je unutar ± 15V. No, to uopće ne znači da se ovaj napon ne može učiniti nešto nižim (viši se ne preporučuje). Mnogi op-amperi rade vrlo stabilno počevši od ± 3V, a neki modeli čak i ± 1,5V. Takva je mogućnost navedena u tehničkoj dokumentaciji (DataSheet).

Sljedbenik napona

To je najjednostavniji uređaj u smislu sklopa strujnih napona; njegov je krug prikazan na slici 1.

Slika 1. Krug sljednika napona na operativnom pojačalu

Lako je vidjeti da za stvaranje takve sheme nije bio potreban niti jedan detalj, osim samog OS-a. Istina, na slici se ne vidi priključak struje, ali takav se nacrt shema nalazi vrlo često. Jedino što želim napomenuti je da između terminala op-amp napajanja (na primjer, za KR140UD708 op-amp, to su zaključci 7 i 4) i zajedničku žicu treba spojiti blokiranje kondenzatora kapaciteta 0,01 ... 0,5 μF.

Njihova je svrha učiniti rad općinskog napona stabilnijim, osloboditi se samo-pobuđivanja kruga duž strujnih krugova. Kondenzatori trebaju biti povezani što je moguće bliže utičnicama čipa. Ponekad je jedan kondenzator spojen na temelju skupine od nekoliko mikrocelja. Na pločama s digitalnim mikrovezama mogu se vidjeti isti kondenzatori, njihova namjena je ista.

Dobitak ponavljača jednak je jedinstvu, ili, drugačije rečeno, ni dobitka. Zašto onda takva shema? Ovdje je sasvim prikladno podsjetiti da postoji tranzistorski krug - sljedbenik odašiljača, čija je glavna svrha podudaranje kaskada s različitim ulaznim otporima. Slične kaskade (repetitori) također se nazivaju tampon.

Ulazni otpor repetitora na optičkoj pojačnici izračunava se kao produkt ulazne impedance napajanja njenim pojačanjem. Na primjer, za spomenuti UD708, ulazna impedansa je približno 0,5 MΩ, pojačanje je najmanje 30 000, a možda i više. Ako pomnožite ove brojeve, tada je ulazna impedancija 15 GΩ, što je usporedivo s otporom ne vrlo kvalitetne izolacije, kao što je papir. Ovako visok rezultat neće se postići s uobičajenim sljedbenikom emitiranja.

Kako opisi nisu sumnjivi, u nastavku su slike koje prikazuju rad svih krugova opisanih u simulatoru programa Multisim. Naravno, sve ove sheme mogu se sastaviti na ploči, ali ne i najgori rezultati mogu se dobiti na ekranu monitora.

Zapravo, ovdje je čak i malo bolje: ne morate ići negdje na policu da biste promijenili otpornik ili mikrovezu. Ovdje je sve, pa čak i mjerni instrumenti, u programu i "dobiva se" pomoću miša ili tipkovnice.

Slika 2 prikazuje krug repetitora izrađen u programu Multisim.

Slika 2

Proučavanje kruga prilično je jednostavno. Sinusoidni signal s frekvencijom od 1 KHz i amplitudom od 2 V primjenjuje se na ulaz repetitora iz funkcionalnog generatora, kao što je prikazano na slici 3.

Slika 3

Signal na ulazu i izlazu repetitora promatra se osciloskopom: ulazni signal prikazuje se plavom snopom, a izlazni snop je crvene boje.

Slika 4

I zašto će, pažljivi čitatelj, pitati je li izlazni (crveni) signal dvostruko veći od ulaznog plavog? Sve je vrlo jednostavno: s istom osjetljivošću kanala osciloskopa, oba sinusoida s istom amplitudom i fazom se stapaju u jedan, skrivaju se jedan za drugim.

Da bismo istodobno raspisali oba, morali smo smanjiti osjetljivost jednog od kanala, u ovom slučaju ulaza. Kao rezultat toga, plavi sinusni val postao je točno upola manji na zaslonu i prestao se skrivati ​​iza crvenog. Iako za postizanje takvog rezultata, zrake možete jednostavno pomaknuti kontrolama osciloskopa, a osjetljivost kanala ostaje ista.

Oba sinusoida smještena su simetrično u odnosu na vremensku os, što ukazuje da je konstantna komponenta signala jednaka nuli. A što će se dogoditi ako maloj DC komponenti dodamo ulazni signal? Virtualni generator omogućuje vam pomicanje sinusnog vala duž osi Y. Pokušajmo ga pomaknuti prema gore za 500mV.

Slika 5

Što je iz toga proizašlo, prikazano je na slici 6.

Slika 6

Primjetno je da su ulazni i izlazni sinusoidi porasli za pola volta, a da se uopće nisu promijenili. Ovo sugeriše da je repetitor precizno prenosio konstantnu komponentu signala. Ali najčešće se pokušavaju riješiti ove konstantne komponente, čine je jednakom nuli, što izbjegava uporabu takvih elemenata kruga kao međuprostornih kondenzatora za izolaciju.

Ponavljač je, naravno, dobar i čak lijep: nisu bili potrebni dodatni detalji (premda postoje sklopovi repetitora s manjim „dodacima“), ali nisu dobili nikakvu korist.Kakvo je to pojačalo? Da biste dobili pojačalo, samo dodajte nekoliko pojedinosti, kako to učiniti bit će opisano kasnije.

Invertirajuće pojačalo

Da biste iz optičkog pojačala napravili inverzno pojačalo, dovoljno je dodati samo dva otpornika. Što je došlo od toga prikazano je na slici 7.

Slika 7. Krug inverterskog pojačala

Dobitak takvog pojačala izračunava se formulom K = - (R2 / R1). Znak minus ne znači da je pojačalo loše, već samo da će izlazni signal biti fazno suprotan ulazu. Nije čudo što se pojačalo naziva inverting. Ovdje bi bilo prikladno podsjetiti se na tranzistor uključen u shemu s OE-om. I tamo je izlazni signal na sakupljaču tranzistora u antifazi s ulaznim signalom koji se dovodi u bazu.

Ovdje vrijedi upamtiti koliko napora morate uložiti da biste na čistu tranzistorsku kolekciju dobili čisti neiskrivljeni sinusoid. Potrebno je na odgovarajući način odabrati pristranost na temelju tranzistora. To je, u pravilu, prilično komplicirano, ovisno o mnogim parametrima.

Kada koristite op-amp, dovoljno je jednostavno izračunati otpor otpornika prema formuli i dobiti zadani dobitak. Ispada da je postavljanje kruga na op-ampu mnogo jednostavnije od postavljanja nekoliko tranzistorskih kaskada. Stoga se ne treba bojati da shema neće raditi, neće raditi.

Slika 8

Ovdje je sve isto kao na prethodnim slikama: ulazni signal prikazan je plavom bojom, a pojačalo je crveno. Sve odgovara formuli K = - (R2 / R1). Izlazni signal je u antifazi s ulazom (što odgovara znaku minus u formuli), a amplituda izlaznog signala je točno dva puta veća od ulaza. Što vrijedi i za omjer (R2 / R1) = (20/10) = 2. Da bi dobitak bio, na primjer, 10, dovoljno je povećati otpor otpornika R2 na 100KΩ.

Zapravo, krug invertiranog pojačala može biti nešto složeniji, takva je opcija prikazana na slici 9.

Slika 9Invertiranje kruga pojačala

Ovdje se pojavio novi dio - otpornik R3 (radije, upravo je nestao iz prethodnog kruga). Njegova je svrha nadoknaditi ulazne struje stvarnog opamp-a kako bi se smanjila temperaturna nestabilnost istosmjerne komponente na izlazu. Vrijednost ovog otpornika odabrana je formulom R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).

Moderne vrlo stabilne opampe omogućuju izravno invertiranje ulaza na zajedničku žicu bez otpornika R3. Iako prisutnost ovog elementa neće učiniti ništa loše, ali na trenutnoj ljestvici proizvodnje, kada uštede na svemu, radije ne instaliraju ovaj otpornik.

Formule za izračun invertirajućeg pojačala prikazane su na slici 10. Zašto na slici? Da, samo zbog jasnoće, u retku teksta oni ne bi izgledali tako poznato i razumljivo, ne bi bili tako uočljivi.

Slika 10

O dobitku je već spomenuto. Ovdje su uočljivi ulazni i izlazni otpori neinvertirajućeg pojačala. Čini se da je sve jasno s ulaznim otporom: ispada da je jednak otporu otpornika R1, ali izlazni otpor mora se izračunati u skladu s formulom prikazanom na slici 11.

Slovo K ”označava referentni koeficijent op-ampera. Ovdje, molim vas, izračunajte koja će izlazna impedancija biti jednaka. Pokazat će se prilično mala brojka, čak i za prosječno pojačalo tipa UD7 čija vrijednost K "iznosi ne više od 30 000. U ovom slučaju je to dobro: na kraju krajeva, niži je izlazni otpor kaskade (to se ne odnosi samo na kaskade na optičkom pojačalu), što je jače opterećenje, razumno Naravno, u granicama se ova kaskada može povezati.

Za jedinicu u nazivniku formule za izračunavanje izlaznog otpora treba napraviti zasebnu napomenu. Pretpostavimo da je omjer R2 / R1 na primjer 100. To je omjer dobiven u slučaju pojačanja invertiranog pojačala 100.Ispada da ako se ta jedinica odbaci, tada se ništa neće puno promijeniti. Zapravo, to nije sasvim istina.

Pretpostavimo da je otpor otpornika R2 jednak nuli, kao u slučaju ponavljača. Tada, bez jedinstva, čitav nazivnik postaje nula, a izlazni otpor je također nula. A ako je onda ta nula negdje u nazivniku formule, kako ćete naručiti da je podijelite? Stoga je jednostavno nemoguće riješiti se ove naizgled beznačajne cjeline.

U jednom članku, čak i dovoljno velikom, samo nemojte pisati. Stoga ćete imati sve što vam nije odgovaralo reći u sljedećem članku. Tu će biti opisa ne invertirajuće pojačalo, diferencijalno pojačalo, jednopolarno pojačalo snage. Dat će se i opis jednostavnih sklopova za provjeru opamp-a.

Boris Aladyskin