Geribesleme işlemsel kuvvetlendirici devresi

karşılaştırıcılar

Negatif geri besleme (OOS) olmadan işlemsel bir amplifikatör kullanırsanız, ne olacağını kesinlikle söyleyebiliriz karşılaştırıcı. Nasıl çalıştığını anlamak için basit ama görsel deneyler yapabilirsiniz. Bunun için biraz ihtiyacınız olacak: operasyonel amplifikatörün kendisi, 9 ... 25V voltajlı bir güç kaynağı, birkaç direnç, bir çift LED ve bir voltmetre (dijital multimetre).

En basit mantık probu, Şekil 1'de gösterildiği gibi LED'lerden ve dirençlerden monte edilir.

Prob girişine pozitif bir voltaj uygulandığında (+ U bile uygulayabilirsiniz), kırmızı LED yanar ve giriş ortak bir kabloya bağlanırsa yeşil olan yanar. Böyle bir prob yardımıyla, test edilen işlemsel amplifikatörün çıkış durumu net ve anlaşılır hale gelir.

Deneysel bir “tavşan” olarak, çok kaliteli ve pahalı olmayan herhangi biri uygundur işlemsel kuvvetlendiriciörneğin plastik kutularda KR140UD608 (708) veya yuvarlak metalde K140UD6 (7).

Şekil 1. Basit bir mantıksal prob şeması

Farklı vakalara rağmen, bu mikro devrelerin pinoutunun aynı olduğu ve aşağıdaki şemalarda gösterilene karşılık geldiğine dikkat edilmelidir. Genellikle aynı mikro devreler olmasına rağmen, plastik ve metal kasaların pinoutunun uyuşmadığı görülür. Artık operasyonel amplifikatörlerin, özellikle de ithal edilenlerin çoğu plastik kutularda mevcut ve her şey iyi ve mükemmel çalışıyor ve pinouts ile karışıklık yok. Ve daha önce, bu tür “plastik” mikro devreler uzmanlar tarafından saygısız bir şekilde “tüketim malları” olarak adlandırılıyordu.

Şekil 2. İşlemsel bir yükselteç üzerindeki şema

İlk deneyler için, Şekil 2'de gösterilen devreyi monte ediyoruz. Burada pek bir şey yapılmadı: operasyonel amplifikatörün kendisi ve Şekil 1'de gösterilen mantıksal prob tek kutuplu bir güç kaynağına bağlandı. Besleme gerilimi + U tek kutuplu 9 ... 30V. Deneylerimizdeki stresin büyüklüğü özel bir önem taşımamaktadır.

Burada tamamen meşru bir soru ortaya çıkabilir: “Prob neden mantıklı, çünkü işlemsel amplifikatör analog bir element?” Evet, ancak bu durumda, işlemsel amplifikatör kazanç modunda değil, karşılaştırıcı modunda çalışır ve yalnızca iki çıkış seviyesine sahiptir. 0V'a yakın bir voltaja mantıksal sıfır denir ve + U'ya yakın bir voltaja mantıksal birim denir. Bipolar güç durumunda –U'ya yakın bir voltaj mantıksal sıfıra karşılık gelir.

Bir besleme gerilimi uygulanırken, LED'lerden biri yanmalıdır. Hangisinin kırmızı veya yeşil olduğu sorusunu cevaplamak imkansızdır, çünkü her şey belirli bir işlemsel amplifikatörün parametrelerine ve örneğin ağ müdahalesi gibi dış koşullara bağlıdır. Aynı op-amp türünden birkaçını alırsanız, sonuçlar çok farklı olacaktır.

İşlemsel amplifikatörün çıkışındaki voltaj bir voltmetre tarafından kontrol edilir: kırmızı LED yanıyorsa, voltmetre + U'ya yakın bir voltaj gösterecektir ve yeşil LED yanıyorsa voltaj neredeyse sıfır olacaktır.

Şimdi girişlere bir miktar voltaj uygulamayı deneyebilir ve göstergelere ve voltmetreye işlemsel yükselticinin nasıl davranacağına bakabilirsiniz. En kolay yol, işlemsel amplifikatörün her girişine ve güç pimlerinden birine diğerine dokunarak voltaj uygulamaktır. Bu durumda, probun parlaklığı ve voltmetre okuması değişmelidir. Ancak bu değişiklikler meydana gelmeyebilir.

Mesele şu ki, bazı operasyonel amplifikatörler, girişlerdeki voltajın belirli sınırlar içinde olmasını sağlamak için tasarlanmıştır: terminal 4'teki voltajdan biraz daha yüksek ve terminal 7'deki besleme voltajından biraz daha düşük. Bu "biraz daha düşük, daha yüksek" 1'dir ... 2B. Belirtilen koşulu yerine getirerek deneylere devam etmek için, Şekil 3'te gösterilen biraz daha karmaşık bir şemanın birleştirilmesi gerekecektir.

Şekil 3. Geribesleme yükselticisi işletim devresi

Şimdi voltaj, ölçümlere başlamadan önce motorları orta konuma yakın monte edilmesi gereken R1, R2 değişken dirençleri kullanılarak girişlere verilir. Voltmetre şimdi başka bir yere taşındı: doğrudan ve ters girişler arasındaki voltaj farkını gösterecektir.

Bu voltmetrenin dijital olması daha iyidir: voltajın polaritesi değişebilir, dijital cihazın göstergesinde bir eksi işareti belirir ve işaretçi cihazı ters yönde "yuvarlanır". (Ölçeğinde orta noktalı bir işaretçi voltmetre kullanabilirsiniz.) Ayrıca, bir dijital voltmetrenin giriş direnci bir işaretçiden çok daha yüksektir, bu nedenle ölçüm sonuçları daha doğru olacaktır. Çıkış durumu LED göstergesi ile belirlenecektir.

Böyle bir tavsiye vermek uygundur: bu basit deneyleri kendi ellerinizle yapmak daha iyidir, sadece her şeyin basit ve net olduğuna okumak ve karar vermekle kalmaz. Gitarı asla seçerken gitar öğreticisini bu şekilde okuyabilirsiniz. Öyleyse başlayalım.

Yapılacak ilk şey, değişken direnç motorlarını orta konuma ayarlamaktır, operasyonel amplifikatörün girişlerindeki voltaj, besleme voltajının yarısına yakındır. Voltmetrenin hassasiyeti maksimize edilmeli, ancak belki de hemen değil, kademeli olarak, cihazı yakmamak için.

İşlemsel amplifikatörün çıkışının düşük olduğunu, yeşil LED'in yandığını varsayalım. Eğer böyle değilse, bu durum değişken direnç R1'i motor devrede aşağıya doğru hareket ettirerek döndürülebilir - pratik olarak 0V'a kadar olabilir.

Şimdi, değişken direnç R1'i kullanarak, voltmetre okumalarını gözlemleyerek operasyonel amplifikatörün (pim 3) doğrudan girişine voltaj eklemeye başlarız. Voltmetre pozitif bir voltaj gösterdiğinde (doğrudan girişteki (terminal 3) voltaj, ters olandan (terminal 2) daha büyüktür), kırmızı LED yanacaktır. Bu nedenle, işlemsel yükselticinin çıkışındaki voltaj yüksektir veya daha önce kabul edildiği gibi mantıksal bir birimdir.

Biraz yardım

Daha doğrusu, mantıksal bir birim bile değil, yüksek bir seviye: mantıksal bir birim, sinyalin gerçekliğini gösterir, diyorlar ki, bir olay meydana geldi. Ancak bu gerçek, bu mantıksal birim ifade edilebilir ve düşük seviyelidir. Örnek olarak, negatif voltajın mantıksal birime karşılık geldiği RS-232 arayüzünü hatırlayabiliriz, mantıksal sıfırın pozitif voltajı vardır. Diğer şemalarda olmasına rağmen, mantıksal birim çoğunlukla yüksek düzeyde ifade edilir.

Bilimsel deneyimlerimize devam ediyoruz. Voltmetreyi takip ederek R1 direncini dikkatlice ve yavaşça ters yönde döndürmeye başlarız. Belirli bir noktada sıfır gösterecektir, ancak kırmızı LED hala yanacaktır. Her iki LED'in de kapalı olduğu bir konumu yakalamak olası değildir.

Direncin daha fazla döndürülmesi ile voltmetre okumalarının polaritesi de negatif olarak değişecektir. Bu, mutlak değerdeki ters girişte (2) voltajın doğrudan girişte (3) olduğundan daha yüksek olduğunu gösterir. Yeşil LED yanar ve çalışma amplifikatörünün çıkışında düşük bir seviye gösterir. Bundan sonra, direnç R1'i aynı yönde döndürmeye devam edebilirsiniz, ancak değişiklik olmayacaktır: yeşil LED sönmez ve parlaklığı hiç değiştirmez.

Bu olay, işlemsel amplifikatör karşılaştırıcı modunda olduğunda, yani. olumsuz geribildirim olmadan (bazen PIC ile bile).Op-amp doğrusal modda çalışıyorsa, negatif geri besleme (OOS) ile kaplanmışsa, direnç R1 motoru döndüğünde, çıkış voltajı dönüş açısıyla orantılı olarak değişir, girişlerdeki voltaj farkını okuyun, bir adımda değil. Bu durumda, LED'in parlaklığı sorunsuz bir şekilde değiştirilebilir.

Yukarıdakilerin hepsinden, şu sonuca varabiliriz: operasyonel amplifikatörün çıkışındaki voltaj, girişlerdeki voltaj farkına bağlıdır. Doğrudan girişteki voltajın ters olandan daha yüksek olduğu durumlarda, çıkış voltajı yüksektir. Aksi takdirde (ters voltaj, doğrudan voltajdan daha yüksektir), çıkış seviyesi mantıksal sıfırdır.

Bu deneyin başlangıcında, R1, R2 direnç motorlarının yaklaşık orta konuma kurulması tavsiye edildi. Ve onları başlangıçta cironun üçte birine veya üçte ikisine ayarlarsanız ne olur? Evet, aslında hiçbir şey değişmeyecek, her şey yukarıda anlatıldığı gibi çalışacaktır. Bundan, işlemsel yükselticinin çıkışındaki sinyalin, doğrudan ve ters girişlerdeki voltajların mutlak değerine bağlı olmadığı sonucuna varabiliriz. Ve sadece voltaj farkına bağlıdır.

Söylenenlerin hepsinden daha önemli bir sonuç çıkarılabilir: geri beslemesiz operasyonel bir amplifikatör bir karşılaştırıcıdır - bir karşılaştırıcı. Bu durumda referans veya referans voltajı bir girişe, değeri kontrol edilmesi gereken voltaj diğer girişe uygulanır. Devrenin geliştirilmesi sırasında referans voltajı beslemek için hangi girişe karar verilir.

Örnek olarak, Şekil 4 bir diyagramı göstermektedir. entegre zamanlayıcı NE555girişinde hemen 2 dahili karşılaştırıcı DA1 ve DA2 vardır.

Resim 4Entegre Zamanlayıcı Devresi NE555

Amaçları iç RS tetikleyici. Kontrol mantığı oldukça basittir: DA2 karşılaştırıcısının çıkışındaki mantıksal birim, tetikleyiciyi bire ayarlar ve DA1 karşılaştırıcısının çıkışındaki mantıksal birim tetikleyiciyi sıfırlar.

Karşılaştırıcıların girişlerine referans gerilimleri sağlayan R1 ... R3 dirençleri üzerine bir ayırıcı monte edilmiştir. Üç direncin hepsi aynı direnç (5K) değerine sahiptir ve sırasıyla DA1 evirici girişine ve evirmeyen DA2 girişine beslenen besleme geriliminin 2/3 ve 1 / 3'ünü oluşturur.

Yukarıda yazılanlar açısından, doğrudan girişteki giriş voltajı ters (2 / 3Upit) referans voltajını aşarsa, DA1 karşılaştırıcısının çıkışındaki mantıksal ünitenin elde edileceği ortaya çıkar, tetik sıfırlanır.

Tetiği 1'e ayarlamak için, iç karşılaştırıcı DA2'nin çıkışında yüksek bir seviye almanız gerekir. Bu koşul, ters DA2 girişindeki voltaj seviyesi 1/3 Upit'ten düşük olduğunda elde edilir. Karşılaştırıcı DA2'nin doğrudan girişine uygulanan böyle bir referans voltajıdır.

Burada NE555 entegre zamanlayıcının açıklamasının amacı ayarlanmamıştır, sadece op-amp kullanımına bir örnek olarak, giriş karşılaştırıcılar mikro devrenin içinde gizli olarak gösterilir. 555 zamanlayıcıyı kullanmak isteyenler için makaleyi okumanızı tavsiye edebilirsiniz. "Entegre zamanlayıcı NE555".

Ayrıca bakınız: Geribesleme İşlemsel Yükselteç Devreleri

Boris Aladyshkin