"Darbības" pastiprinātājs

Anonim

"Darbības" pastiprinātājs

8. nodaļa - Operatīvie pastiprinātāji


Ilgi pirms digitālo elektronisko tehnoloģiju parādīšanās tika izveidoti datori, lai elektroniski veiktu aprēķinus, izmantojot spriegumus un strāvas, kas pārstāv skaitliskos daudzumus. Tas bija īpaši noderīgi fizisko procesu simulēšanai. Piemēram, mainīgs spriegums fiziskajā sistēmā var attēlot ātrumu vai spēku. Izmantojot pretestības sprieguma dalītājus un sprieguma pastiprinātājus, sadalīšanas un reizināšanas matemātiskās darbības var viegli veikt ar šiem signāliem.

Kondensatoru un induktoru reaktīvās īpašības labi atvieglo skaitļošanas funkciju mainīgo mainīgo simulēšanu. Atcerieties, ka strāvas caur kondensators funkcija bija sprieguma izmaiņu ātrums un kā šis izmaiņu līmenis tika apzīmēts kā aprēķins kā atvasinājums "//www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/ 13003.png ">

Šis analogās elektroniskās skaitļošanas aprēķina atvasinājuma funkcija ir tehniski pazīstama kā diferencēšana, un tā ir dabiska kondensatora strāvas funkcija attiecībā pret spriegumu, kas tiek pielietots pāri tam. Ievērojiet, ka šai shēmai nav nepieciešams "programmēšanas", lai veiktu šo relatīvi progresīvo matemātisko funkciju, jo tas būtu ciparu dators.

Salīdzinot ar sarežģītām fiziskajām sistēmām, elektroniskās shēmas ir ļoti vienkāršas un lētas, tādēļ šāda veida analogās elektroniskās simulācijas tika plaši izmantotas mehānisko sistēmu izpētē un attīstībā. Tomēr reālai simulācijai šajos agrīnajos datoros vajadzēja pastiprinātāju shēmas ar augstu precizitāti un vienkāršu konfigurēšanu.

Analogo datorsistēmas gaitā tika konstatēts, ka diferenciālie pastiprinātāji ar augstu sprieguma pieaugumu atbilst šīm precizitātes un konfigurācijas prasībām, kas ir labākas nekā viengabala pastiprinātāji ar pielāgotiem ieguvumiem. Izmantojot vienkāršas sastāvdaļas, kas savienotas ar lieljaudas diferenciālā pastiprinātāja ieejām un izeju, no ķēdes var iegūt gandrīz jebkuru peļņu un jebkuru funkciju, vispār nekoncentrējoties vai nemainot paša pastiprinātāja iekšējo shēmu. Šie lieljaudas diferenciālie pastiprinātāji bija pazīstami kā operatīvie pastiprinātāji vai op-ampēri, jo tie tika izmantoti analogo datoru matemātiskajās operācijās .

Modernie op-ampēri, tāpat kā populārais 741 modelis, ir augstas veiktspējas, lētas integrētās shēmas. Viņu ieejas pretestība ir diezgan augsta, ievades zīmēšanas strāvas robežās puse microamp (maksimums) par 741, un daudz mazāk op-ampēriem, izmantojot lauka efektu ieejas tranzistori. Izejas impedance parasti ir diezgan zema, aptuveni 75 Ω modelim 741, un daudziem modeļiem ir iebūvēta izejas īsslēguma aizsardzība, kas nozīmē, ka to izejas var tieši pieslēgt pie zemes, neradot kaitējumu iekšējai shēmai. Ar tiešo savienojumu starp op-ampēri iekšējiem tranzistoru posmiem tie var pastiprināt līdzstrāvas signālus tāpat kā AC (līdz noteiktiem maksimālajiem sprieguma pieauguma laika ierobežojumiem). Tas izmaksātu daudz naudas un laika, lai izstrādātu salīdzināmu diskrētu tranzistoru pastiprinātāju ķēdi, kas atbilstu šāda veida veiktspējai, ja vien nav nepieciešama liela jaudas jauda. Šo iemeslu dēļ op-ampiem daudzās lietojumprogrammās ir tikai atsevišķi tranzistoru signālu pastiprinātāji.

Sekojošā shēma parāda pieslēgšanas savienojumus vienam opampam (ieskaitot 741), ja tas atrodas 8-pin DIP ( D ual I nline P ackage) integrētajā shēmā:

Daži op-amp modeļi ir pieejami divās versijās, ieskaitot tautas modeļus TL082 un 1458. Tos sauc par divkāršām vienībām, un parasti tie tiek izvietoti arī 8-pin DIP iepakojumā ar šādiem piespraudes savienojumiem:

Darbības pastiprinātāji ir pieejami arī četriem iepakojumiem, parasti 14-pin DIP režīmos. Diemžēl pin uzdevumi nav tik standarti šiem "quad" op-ampiem, jo ​​tie ir paredzēti "divkāršai" vai vienai vienībai. Sīkāku informāciju skatiet ražotāja datu lapā (-os).

Praktiski darbības pastiprinātāja sprieguma pieaugums ir diapazonā no 200 000 vai vairāk, kas padara tos gandrīz bezjēdzīgi kā analogo diferenciālo pastiprinātāju paši. Opampam ar sprieguma pieaugumu (A V ) 200 000 un maksimālo izejas sprieguma svārstību no + 15V / -15V, viss, kas vajadzīgs, ir diferenciālais ieejas spriegums 75 μV (mikrovolti), lai vadītu to pie piesātinājuma vai nogriešanas ! Pirms mēs apskatīsim, kā tiek izmantoti ārējie komponenti, lai panāktu guvumu līdz saprātīgam līmenim, izpētīsim "patstāvīgā" op-amp pieteikumus.

Vienu pieteikumu sauc par salīdzinājumu . Visiem praktiskajiem mērķiem mēs varam teikt, ka op-amp produkcija būs piesātināta pilnīgi pozitīva, ja (+) ievade ir daudz pozitīvāka nekā (-) ievade, un piesātināta pilnīgi negatīva, ja (+) ievade ir mazāk pozitīva nekā (-) ievade. Citiem vārdiem sakot, op-amp ārkārtīgi augsts sprieguma pieaugums padara to noderīgu kā ierīce, kas salīdzina divus spriegumus un maina izejas sprieguma stāvokļus, ja viena ievade pārsniedz otru lielumu.

Iepriekš minētajā shēmā mums ir op-amp savienota kā salīdzinājuma ierīce, salīdzinot ieejas spriegumu ar atsauces spriegumu, ko nosaka potenciometrs (R 1 ). Ja V piliens zem sprieguma, ko nosaka R 1, op-amp izeja piesātinās līdz + V, tādējādi iedegsies LED. Pretējā gadījumā, ja V in ir virs atsauces sprieguma, gaismas diode paliks izslēgta. Ja V in ir sprieguma signāls, kuru ražo mērinstruments, šī salīdzinājuma ķēde varētu darboties kā "zems" trauksme, kad R 1 iestatītais pārsniegšanas punkts. LED displeja vietā op-amp izeja varētu vadīt releju, tranzistoru, SCR vai jebkuru citu ierīci, kas spēj pārslēgt strāvu tādai slodzei kā solenoīda vārsts, lai veiktu darbības zemas trauksmes gadījumā.

Cits pielietojums salīdzinājuma ķēdē ir kvadrātveida viļņu pārveidotājs. Pieņemsim, ka ieejas spriegums, kas tiek piemērots apgriežot (-) ievade, ir AC sinusa vilnis, nevis stabilais spriegums. Tādā gadījumā izejas spriegums būtu pāreja starp pretstatu piesātinājuma stāvokļiem ikreiz, kad ievades spriegums bija vienāds ar potenciometra radīto atsauces spriegumu. Rezultāts būtu kvadrātveida vilnis:

Potenciometra iestatījumu pielāgošana mainītu atsauces spriegumu, kas tiek pielietots neinvertingam (+) ievadei, kas mainītu punktus, kuros sinusa vilnis šķērso, mainot ieslēgšanās / izslēgšanās laiku vai kvadrātveida vilnīņu darba ciklu :

Būtu jāpaskaidro, ka maiņstrāvas spriegumam nav jābūt sinusoidālam vilnim, jo ​​īpaši šajā ķēdē, lai veiktu tādu pašu funkciju. Ievades spriegums varētu būt trīsstūra vilnis, zāģa viļņojums vai jebkura cita veida viļņš, kas no jauna ramped no pozitīvas uz negatīvu pret pozitīvu. Šāda salīdzinājuma ķēde ir ļoti noderīga, lai izveidotu kvadrātveida viļņus ar atšķirīgu darba ciklu. Šo metodi dažreiz sauc par impulsa platuma modulāciju vai PWM (mainot vai modulējot viļņu formu saskaņā ar vadības signālu, šajā gadījumā potenciometra radīto signālu).

Cits salīdzinājuma pielietojums ir bargraph draivera pielietojums. Ja mums bija vairāki op-ampēri, kas savienoti kā salīdzinātāji, katrs ar savu atskaites spriegumu, kas savienots ar apgrūtinošo ieeju, bet katrs no tiem novēro to pašu sprieguma signālu to neinvertijām ieejām, mēs varētu izveidot bargrafu stila mērītāju, piemēram, to, kas parasti ir redzams uz stereo uztvērēju un grafisko ekvalaizatoru priekšā. Tā kā signāla spriegums (kas raksturo radio signāla stiprumu vai audio skaņas līmeni) palielinās, katrs kompaktors "ieslēgsies" secīgi un nosūta elektroenerģiju uz attiecīgo LED. Kad katrs kompaktors pārslēdzas uz citu audio skaņas līmeni, gaismas diodes skaits norāda, cik stiprs signāls bija.

Iepriekš redzamajā ķēdē LED 1 ir pirmais, kas iedegas, kad ieejas spriegums palielinās pozitīvā virzienā. Tā kā ieejas spriegums turpināja palielināties, pārējie gaismas diodes iedegās pēc kārtas, līdz visi bija ieslēgti.

Šī pati tehnoloģija tiek izmantota dažos analogo-ciparu signālu pārveidotājos, proti, zibspuldzes pārveidotājā, lai analogā signāla daudzumu pārvērstu ciparu numuru ieslēgšanas / izslēgšanas sprieguma sērijā.

  • PĀRSKATS:
  • Trīsstūra forma ir vispārējs simbols pastiprinātāja ķēdei, platleņķa iezīme norāda uz šauru galu, kas apzīmē izeju.
  • Ja vien nav noteikts citādi, visi pastiprinātāju ķēdes spriegumi ir piesaistīti kopējam grunts punktam, ko parasti savieno ar vienu barošanas avota spaili. Tādā veidā mēs runājam par noteiktu strāvas padeves daudzumu vienai vadībai, vienlaikus apzinoties, ka spriegums vienmēr tiek mērīts starp diviem punktiem.
  • Diferenciālais pastiprinātājs ir viens, kas pastiprina sprieguma starpību starp diviem signāla ievadiem. Šādā kontūrā viena ieeja parasti pievada izejas spriegumu tādai pašai ievades signāla polaritātei, bet otra ievade ir tieši pretēja. Līdz ar to pirmā ievade tiek saukta par neinvertu (+) ievadi, otro tiek saukta par apgriežot (-) ievadi.
  • Darbības pastiprinātājs (vai op-amp īss) ir diferenciālais pastiprinātājs ar augstu sprieguma pieaugumu (A V = 200 000 vai vairāk). Tās nosaukums cēlies no sākotnējās izmantošanas analogo datoru shēmās (veicot matemātiskas operācijas ).
  • Op-ampiem parasti ir ļoti lielas ieejas pretestības un diezgan zemas izejas pretestības.
  • Dažreiz op-ampēri tiek izmantoti kā signālu salīdzināšanas ierīces, kas darbojas pilnā nogriešanas vai piesātinājuma režīmā, atkarībā no tā, kuru ieeju (apgriežot vai nepārvēršot) ir vislielākais spriegums. Komponents ir noderīgs, lai noteiktu "lielāku par" signāla apstākļus (salīdzinot tos ar otru).
  • Vienu salīdzinājuma pielietojumu sauc par impulsa platuma modulatoru, un tas tiek veikts, salīdzinot sine-wave AC signālu pret DC atsauces spriegumu. Kad regulē līdzstrāvas references spriegumu, salīdzinājuma kvadrātveida viļņu jauda maina savu darba ciklu (pozitīvs pret negatīviem). Tādējādi DC standarta sprieguma vadība vai modulē izejas sprieguma impulsa platumu.