Geribesleme İşlemsel Yükselteç Devreleri

Tekrarlayıcı ve ters yükselteç

Makalenin sonunda “İdeal işlemsel kuvvetlendirici” Çeşitli anahtarlama devrelerinde bir operasyonel amplifikatör kullanıldığında, kaskatın bir operasyonel amplifikatör (op amper) üzerindeki amplifikasyonunun sadece geri besleme derinliğine bağlı olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, belirli bir devrenin kazancını belirlemek için formüllerde, “çıplak” op-amp'in kazancı, tabiri caizse, kullanılmaz. Dizinlerde belirtilen büyük katsayı budur.

O zaman şu soruyu sormak oldukça uygundur: “Nihai sonuç (kazanç) bu devasa“ referans ”katsayısına bağlı değilse, o zaman opamp ile birkaç bin kez ve aynı opamp ile, ancak birkaç yüz bin amplifikasyon ile arasındaki fark nedir? ve hatta milyonlarca? ”

Cevap oldukça basit. Her iki durumda da sonuç aynı olacaktır, kaskad kazancı OOS elemanları tarafından belirlenecektir, ancak ikinci durumda (yüksek kazançlı opamp), devre daha kararlı çalışır, daha kesin olarak, bu tür devrelerin hızı çok daha yüksektir. İyi sebeplerden ötürü, op amper genel uygulama op amperlerine ve yüksek hassasiyetli, hassasiyete ayrılır.

Daha önce de belirtildiği gibi, söz konusu “operasyonel” amplifikatörler, esas olarak analog bilgisayarlarda (AVM'ler) matematiksel işlemleri gerçekleştirmek için kullanıldıkları zamana kadar alındı. Bunlar toplama, çıkarma, çarpma, bölme, kareleme ve daha birçok fonksiyondu.

Bu antediluvian op-amp'ler elektron tüpleri üzerinde, daha sonra ayrık transistörler ve diğer radyo bileşenleri üzerinde gerçekleştirildi. Doğal olarak, transistör op amperlerinin boyutları bile amatör yapılarda kullanılacak kadar büyüktü.

Ve ancak sonra, entegre elektroniklerin başarıları sayesinde, op-amp'ler sıradan bir düşük güç transistörünün boyutu haline geldi, bu parçaların ev eşyalarında ve amatör devrelerde kullanımı haklı hale geldi.

Bu arada, iki veya üç transistörden çok daha yüksek olmayan bir fiyata oldukça yüksek kalitede bile modern op-amp'ler. Bu ifade genel amaçlı operasyonlar için geçerlidir. Hassas amplifikatörler biraz daha pahalıya mal olabilir.

Op-amp üzerindeki devrelerle ilgili olarak, hepsinin iki kutuplu bir güç kaynağı ile güçlendirildiğini hemen belirtmek gerekir. Böyle bir mod, bir op-amp için en "olağan" dır; bu, yalnızca AC voltaj sinyallerinin, örneğin bir sinüzoidin değil, aynı zamanda DC sinyallerinin veya basitçe voltajın yükseltilmesine izin verir.

Ve yine de, çoğu zaman, op-amp üzerindeki devrelerin güç kaynağı tek kutuplu bir kaynaktan yapılır. Doğru, bu durumda, sabit voltajı arttırmak mümkün değildir. Ancak çoğu zaman bunun gerekli olmadığı görülür. Tek kutuplu güç kaynağı olan devreler daha sonra açıklanacaktır, ancak şimdilik bipolar güç kaynağı ile op-amp'i açma şemaları hakkında devam edeceğiz.

Çoğu op-amp'in besleme voltajı çoğunlukla ± 15V dahilindedir. Ancak bu, bu voltajın biraz daha düşük hale getirilemeyeceği anlamına gelmez (daha yüksek önerilmez). Birçok op-amp, ± 3V'den başlayarak çok kararlı çalışır ve bazı modeller ± 1.5V bile. Böyle bir olasılık teknik dokümanlarda (DataSheet) belirtilmiştir.

Gerilim takipçisi

Bir op-amp üzerindeki devre cihazı açısından en basit olanıdır; devresi Şekil 1'de gösterilmiştir.

Şekil 1. İşlemsel bir amplifikatördeki gerilim takip devresi

Böyle bir şema oluşturmak için, op-amp'in kendisi hariç, tek bir ayrıntıya gerek olmadığını görmek kolaydır. Doğru, güç bağlantısı şekilde gösterilmemiştir, ancak şemaların böyle bir taslağı çok sık bulunur. Not etmek istediğim tek şey, op-amp güç kaynağının terminalleri arasında (örneğin, KR140UD708 op-amp için, bunlar sonuçlar 7 ve 4) ve ortak telin bağlanması gerektiğidir engelleme kapasitörleri 0.01 ... 0.5 μF kapasiteli.

Amaçları, işletim sisteminin çalışmasını daha kararlı hale getirmek, güç devreleri boyunca devrenin kendi kendine uyarılmasından kurtulmaktır. Kondansatörler, çipin güç terminallerine mümkün olduğunca yakın bağlanmalıdır. Bazen bir kapasitör birkaç mikro devreden oluşan bir gruba dayanarak bağlanır. Aynı kapasitörler dijital mikro devreleri olan kartlarda görülebilir, amaçları aynıdır.

Tekrarlayıcının kazancı birliğe eşittir, ya da başka bir deyişle, kazanç da yoktur. Öyleyse neden böyle bir plan? Burada, bir transistör devresi olduğunu hatırlamak oldukça uygundur - ana amacı farklı giriş dirençleriyle kaskadları eşleştirmek olan bir yayıcı takipçisi. Benzer kaskadlara (tekrarlayıcılar) tampon da denir.

Tekrarlayıcının op-amp üzerindeki giriş direnci, op-amp'in giriş empedansının kazanımı sonucu olarak hesaplanır. Örneğin, bahsedilen UD708 için, giriş empedansı yaklaşık 0.5 MΩ, kazanç en az 30.000 ve belki daha fazladır. Bu sayıları çarparsanız, giriş empedansı 15 GΩ'dir, bu da kağıt gibi çok kaliteli olmayan yalıtımın direnci ile karşılaştırılabilir. Bu kadar yüksek bir sonucun geleneksel bir yayıcı takipçisi ile elde edilmesi olası değildir.

Açıklamaların şüphe duymaması için, aşağıda program simülatörü Multisim'de açıklanan tüm devrelerin çalışmasını gösteren rakamlar verilmiştir. Tabii ki, tüm bu şemalar breadboard üzerinde monte edilebilir, ancak monitör ekranında en kötü sonuçlar elde edilemez.

Aslında, burada biraz daha iyi: Direnci veya mikro devreyi değiştirmek için rafta bir yere gitmenize gerek yok. Burada her şey, hatta ölçü aletleri bile programdadır ve fare veya klavyeyi kullanarak “alır”.

Şekil 2, Multisim programında yapılan tekrarlayıcı devresini göstermektedir.

Resim 2

Devrenin incelenmesi oldukça basittir. Şekil 3'te gösterildiği gibi fonksiyonel jeneratörden tekrarlayıcının girişine 1 KHz frekans ve 2 V genliğe sahip sinüzoidal sinyal uygulanır.

Şekil 3.

Tekrarlayıcının giriş ve çıkışındaki sinyal osiloskop tarafından gözlemlenir: giriş sinyali mavi bir ışın ile gösterilir, çıkış ışını kırmızıdır.

Resim 4

Ve neden, dikkatli okuyucu soracaktır, çıkış (kırmızı) sinyali giriş mavisinin iki katı büyük mü? Her şey çok basit: osiloskop kanallarının aynı duyarlılığı ile, hem aynı genliğe sahip hem de faza sahip sinüzoidler bir araya gelir, birbirinin arkasına saklanır.

Her ikisini birden yapmak için, kanallardan birinin, bu durumda girişin hassasiyetini azaltmak zorunda kaldık. Sonuç olarak, mavi sinüs dalgası ekrandaki boyutun tam yarısı oldu ve kırmızı olanın arkasına saklanmayı bıraktı. Böyle bir sonuç elde etmekle birlikte, ışınları osiloskop kontrolleriyle değiştirebilir ve kanalların hassasiyetini aynı bırakabilirsiniz.

Her iki sinüzoid de zaman eksenine göre simetrik olarak bulunur, bu da sinyalin sabit bileşeninin sıfıra eşit olduğunu gösterir. Ve giriş sinyaline küçük bir DC bileşeni eklenirse ne olur? Sanal jeneratör sinüs dalgasını Y ekseni boyunca kaydırmanıza izin verir, 500mV kadar yukarı kaydırmaya çalışalım.

Resim 5

Bundan çıkan, Şekil 6'da gösterilmiştir.

Resim 6

Giriş ve çıkış sinüzoidlerinin yarım volt arttığı, hiç değişmediği dikkat çekicidir. Bu, tekrarlayıcının sinyalin sabit bileşenini doğru bir şekilde ilettiğini gösterir. Ancak çoğu zaman bu sabit bileşenden kurtulmaya, sıfıra eşit hale getirmeye çalışırlar, bu da devre arası izolasyon kapasitörleri gibi devre elemanlarının kullanılmasını önler.

Tekrarlayıcı elbette iyi ve hatta güzel: tek bir ek ayrıntıya gerek yoktu (küçük “ilaveler” ile tekrarlayıcı devreleri olmasına rağmen), ancak herhangi bir kazanç elde etmediler.Bu ne tür bir amplifikatör? Bir amplifikatör elde etmek için birkaç ayrıntı ekleyin, bunun nasıl yapılacağı daha sonra açıklanacaktır.

Ters yükselteç

Op-amp'den ters çevirici bir amplifikatör yapmak için sadece iki direnç eklemek yeterlidir. Bundan gelenler Şekil 7'de gösterilmiştir.

Şekil 7. İnvertör amplifikatör devresi

Böyle bir amplifikatörün kazancı, K = - (R2 / R1) formülü ile hesaplanır. Eksi işareti, amplifikatörün kötü çıktığı anlamına gelmez, sadece çıkış sinyalinin girişe fazda zıt olacağı anlamına gelir. Amplifikatöre ters çevirme denir. Burada, şemaya dahil edilen transistörün OE ile hatırlanması uygun olacaktır. Orada da, transistörün toplayıcısındaki çıkış sinyali tabana verilen giriş sinyali ile antifazdadır.

Transistörün toplayıcısında temiz, bozulmamış bir sinüzoid elde etmek için ne kadar çaba harcamanız gerektiğini hatırlamakta fayda var. Transistöre dayanarak sapmanın seçilmesi gerekmektedir. Bu, kural olarak, birçok parametreye bağlı olarak oldukça karmaşıktır.

Bir op-amp kullanırken, basitçe formüle göre dirençlerin direncini hesaplamak ve belirli bir kazanç elde etmek yeterlidir. Bir op-amp üzerinde bir devre kurmanın birkaç transistör kaskadını kurmaktan çok daha kolay olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, planın işe yaramayacağından, işe yaramayacağından korkmamalıdır.

Resim 8

Burada her şey önceki şekillerde olduğu gibidir: giriş sinyali mavi renkte gösterilir, amplifikatörden sonra kırmızıdır. Her şey K = - (R2 / R1) formülüne karşılık gelir. Çıkış sinyali giriş ile antipazdadır (formüldeki eksi işaretine karşılık gelir) ve çıkış sinyalinin genliği girişin tam iki katıdır. Bu da (R2 / R1) = (20/10) = 2 oranında doğrudur. Kazanımı, örneğin 10 yapmak için, direnç R2'nin direncini 100KΩ'ya çıkarmak yeterlidir.

Aslında, bir ters çeviricinin devresi biraz daha karmaşık olabilir, böyle bir seçenek Şekil 9'da gösterilmiştir.

Resim 9Ters yükselteç devresi

Burada yeni bir parça ortaya çıktı - direnç R3 (daha ziyade, önceki devreden kayboldu). Amacı, DC bileşeninin çıkıştaki sıcaklık kararsızlığını azaltmak için gerçek bir opampın giriş akımlarını telafi etmektir. Bu direncin değeri R3 = R1 * R2 / (R1 + R2) formülü ile seçilir.

Modern yüksek kararlılığa sahip opamp'ler, evirmeyen girişin direnç R3 olmadan doğrudan ortak bir kabloya bağlanmasını sağlar. Bu öğenin varlığı kötü bir şey yapmayacak, ancak mevcut üretim ölçeğinde, her şeyden tasarruf ettiklerinde, bu direnci kurmamayı tercih ediyorlar.

Ters çevirici amplifikatörü hesaplamak için formüller Şekil 10'da gösterilmektedir. Neden şekilde? Evet, sadece netlik için, bir metin satırında çok tanıdık ve anlaşılır görünmeyeceklerdi, çok fark edilmeyeceklerdi.

Şekil 10

Kazanç hakkında daha önce bahsedilmişti. Burada, evirmeyen bir amplifikatörün giriş ve çıkış dirençleri dikkat çekicidir. Giriş direnci ile her şey net görünüyor: R1 direncinin direncine eşit olduğu ortaya çıkıyor, ancak çıkış direncinin Şekil 11'de gösterilen formüle göre hesaplanması gerekecek.

K ”harfi op-amp'in referans katsayısını gösterir. Burada, lütfen çıkış empedansının neye eşit olacağını hesaplayın. K ”değeri 30.000'den fazla olmayan ortalama UD7 tipinde ortalama bir op-amp için bile oldukça küçük bir rakam olacaktır. , elbette, sınırlar içinde, bu kaskat bağlanabilir.

Çıkış direncini hesaplamak için formül paydasında ünite hakkında ayrı bir açıklama yapılmalıdır. R2 / R1 oranının örneğin 100 olduğunu varsayalım. Bu, ters çevirici amplifikatörünün 100 kazanımı durumunda elde edilen orandır.Bu ünite atılırsa, hiçbir şeyin çok fazla değişmeyeceği ortaya çıkıyor. Aslında, bu tamamen doğru değil.

Tekrarlayıcıda olduğu gibi, R2 direncinin direncinin sıfır olduğunu varsayın. Daha sonra, birlik olmadan, tüm payda sıfır olur ve çıkış direnci de sıfır olur. Ve eğer o zaman bu sıfır formülün paydasında bir yerdeyse, onu nasıl bölmek istersiniz? Bu nedenle, bu önemsiz görünen üniteden kurtulmak imkansızdır.

Bir makalede, yeterince büyük olsa bile, sadece yazmayın. Bu nedenle, bir sonraki makalede anlatmaya uygun olmayan her şeye sahip olacaksınız. Evirmeyen bir amplifikatör, bir diferansiyel amplifikatör, tek kutuplu bir güç amplifikatörünün bir açıklaması olacaktır. Opampı kontrol etmek için basit devrelerin bir açıklaması da verilecektir.

Boris Aladyshkin