Circuit amplificateur opérationnel à rétroaction

Comparateurs

Si vous utilisez un amplificateur opérationnel sans rétroaction négative (OOS), alors nous pouvons certainement dire ce qui se passe comparateur. Afin de comprendre comment cela fonctionne, vous pouvez faire des expériences simples mais visuelles. Vous en aurez besoin un peu: l'amplificateur opérationnel lui-même, une alimentation avec une tension de 9 ... 25V, plusieurs résistances, une paire de LED et un voltmètre (multimètre numérique).

La sonde logique la plus simple est assemblée à partir de LED et de résistances, comme le montre la figure 1.

Lorsqu'une tension positive est appliquée à l'entrée de la sonde (vous pouvez même fournir + U), la LED rouge s'allume et si l'entrée est connectée à un fil commun, la verte s'allume. Avec l'aide d'une telle sonde, l'état de sortie de l'amplificateur opérationnel testé devient clair et compréhensible.

En tant que «lapin» expérimental, toute personne qui n'est pas de très haute qualité et chère convient amplificateur opérationnel, par exemple, KR140UD608 (708) dans des boîtiers en plastique ou K140UD6 (7) dans du métal rond.

Figure 1. Schéma d'une sonde logique simple

Il est à noter que malgré les différents cas, le brochage de ces microcircuits est le même et correspond à celui montré dans les schémas ci-dessous. Il arrive souvent que le brochage des boîtiers en plastique et en métal ne corresponde pas, bien qu'il s'agisse en fait des mêmes microcircuits. Maintenant, la plupart des amplificateurs opérationnels, en particulier ceux importés, sont disponibles dans des boîtiers en plastique, et tout fonctionne bien et parfaitement, et il n'y a pas de confusion avec les brochages. Et auparavant, ces microcircuits «plastiques» étaient appelés avec mépris «biens de consommation» par les spécialistes.

Figure 2. Schéma sur un amplificateur opérationnel

Pour les premières expériences, nous assemblons le circuit représenté sur la figure 2. Peu de choses ont été faites ici: l'amplificateur opérationnel lui-même et la sonde logique représentée sur la figure 1 sont connectés à une source d'alimentation unipolaire. Tension d'alimentation + U unipolaire 9 ... 30V. L'ampleur de la contrainte dans nos expériences n'a pas une importance particulière.

Ici, une question tout à fait légitime peut se poser: "Pourquoi la sonde est-elle logique, car l'amplificateur opérationnel est un élément analogique?" Oui, mais dans ce cas, l'amplificateur opérationnel ne fonctionne pas en mode gain, mais en mode comparateur, et il n'a que deux niveaux de sortie. Une tension proche de 0V est appelée zéro logique, et une tension proche de + U est une unité logique. Dans le cas d'une alimentation bipolaire, une tension proche de –U correspond à un zéro logique.

Lors de l'application d'une tension d'alimentation, l'une des LED doit être allumée. Il est impossible de répondre à la question de savoir qui, rouge ou vert, car tout dépend des paramètres d'un amplificateur opérationnel particulier et des conditions externes, par exemple, les interférences du réseau. Si vous prenez plusieurs du même type d'amplificateur opérationnel, les résultats seront très différents.

La tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel est contrôlée par un voltmètre: si la LED rouge est allumée, le voltmètre affichera une tension proche de + U, et dans le cas d'une LED verte, la tension sera presque nulle.

Maintenant, vous pouvez essayer d'appliquer une tension aux entrées et regarder les indicateurs et le voltmètre comment se comportera l'amplificateur opérationnel. La manière la plus simple consiste à appliquer une tension en touchant un doigt à tour de rôle sur chaque entrée de l'amplificateur opérationnel, et l'autre sur l'une des broches d'alimentation. Dans ce cas, la lueur de la sonde et la lecture du voltmètre doivent changer. Mais ces changements peuvent ne pas se produire.

Le fait est que certains amplificateurs opérationnels sont conçus pour garantir que la tension aux entrées est dans certaines limites: légèrement supérieure à la tension à la borne 4 et légèrement inférieure à la tension d'alimentation à la borne 7. Cette "légèrement inférieure, supérieure" est 1 ... 2B. Pour poursuivre les expériences, ayant rempli la condition indiquée, il sera nécessaire d'assembler un schéma légèrement plus complexe, illustré à la figure 3.

Figure 3 Circuit opérationnel de l'amplificateur de rétroaction

La tension est maintenant fournie aux entrées à l'aide de résistances variables R1, R2, dont les moteurs doivent être installés près de la position médiane avant de commencer les mesures. Le voltmètre a maintenant déménagé à un autre endroit: il montrera la différence de tension entre les entrées directes et inverses.

Il est préférable que ce voltmètre soit numérique: la polarité de la tension peut changer, un signe moins apparaîtra sur l'indicateur de l'appareil numérique, et le dispositif pointeur «roulera» simplement dans le sens opposé. (Vous pouvez utiliser un voltmètre à pointeur avec un point médian sur l'échelle.) De plus, la résistance d'entrée d'un voltmètre numérique est beaucoup plus élevée que celle d'un pointeur, de sorte que les résultats de mesure seront plus précis. L'état de sortie sera déterminé par l'indicateur LED.

Il convient de donner de tels conseils: il est préférable de faire ces expériences simples de vos propres mains, et pas seulement de lire et de décider que tout est simple et clair. Voici comment lire le tutoriel sur la guitare, sans jamais prendre la guitare. Commençons donc.

La première chose à faire est de régler les moteurs à résistance variable sur la position médiane, tandis que la tension aux entrées de l'amplificateur opérationnel est proche de la moitié de la tension d'alimentation. La sensibilité du voltmètre doit être maximisée, mais peut-être pas immédiatement, mais progressivement, afin de ne pas brûler l'appareil.

Supposons que la sortie de l'amplificateur opérationnel soit faible, la LED verte est allumée. Si ce n'est pas le cas, cet état peut être atteint en faisant tourner la résistance variable R1 de telle sorte que le moteur descend dans le circuit - il peut être pratiquement jusqu'à 0V.

Maintenant, en utilisant la résistance variable R1, nous commençons à ajouter de la tension à l'entrée directe de l'amplificateur opérationnel (broche 3), en observant les lectures du voltmètre. Dès que le voltmètre indique une tension positive (la tension à l'entrée directe (borne 3) est supérieure à celle à l'inverse (borne 2)), la LED rouge s'allume. Par conséquent, la tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel est élevée ou, comme convenu précédemment, une unité logique.

Un peu d'aide

Plus précisément, pas même une unité logique, mais un niveau élevé: une unité logique indique la vérité du signal, disent-ils, un événement s'est produit. Mais cette vérité, cette unité logique peut s'exprimer et de bas niveau. A titre d'exemple, on peut rappeler l'interface RS-232, dans laquelle une tension négative correspond à une unité logique, tandis qu'un zéro logique a une tension positive. Bien que dans d'autres schémas, l'unité logique s'exprime le plus souvent à un niveau élevé.

Nous continuons notre expérience scientifique. On commence à faire tourner doucement et lentement la résistance R1 dans le sens inverse, en suivant le voltmètre. À un certain moment, il affichera zéro, mais la LED rouge restera allumée. Il est peu probable de prendre une position dans laquelle les deux LED sont éteintes.

Avec une rotation supplémentaire de la résistance, la polarité des lectures du voltmètre deviendra également négative. Cela suggère que la tension à l'entrée inverse (2) en valeur absolue est plus élevée qu'à l'entrée directe (3). La LED verte s'allume, indiquant un niveau bas à la sortie de l'amplificateur opérationnel. Après cela, vous pouvez continuer à faire tourner la résistance R1 dans le même sens, mais aucun changement ne se produira: la LED verte ne s'éteint pas et ne change même pas du tout la luminosité.

Ce phénomène se produit lorsque l'amplificateur opérationnel est en mode comparateur, c'est-à-dire sans rétroaction négative (parfois même avec PIC).Si l'ampli op fonctionne en mode linéaire, est couvert par une rétroaction négative (OOS), puis lorsque le moteur de la résistance R1 tourne, la tension de sortie change proportionnellement à l'angle de rotation, lit la différence de tension aux entrées et pas du tout une étape. Dans ce cas, la luminosité de la LED peut être modifiée en douceur.

De tout ce qui précède, nous pouvons conclure: la tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel dépend de la différence de tension aux entrées. Dans le cas où la tension à l'entrée directe est plus élevée qu'à l'inverse, la tension de sortie est élevée. Sinon (la tension sur l'inverse est plus élevée que sur la tension directe), le niveau de sortie est un zéro logique.

Au tout début de cette expérience, il a été recommandé d'installer les moteurs de résistance R1, R2 approximativement en position médiane. Et que se passera-t-il si vous les fixez initialement au tiers du chiffre d'affaires ou aux deux tiers? Oui, en fait rien ne changera, tout fonctionnera de la même manière que décrit ci-dessus. On peut en conclure que le signal à la sortie de l'amplificateur opérationnel ne dépend pas de la valeur absolue des tensions aux entrées directes et inverses. Et cela ne dépend que de la différence de tension.

De tout ce qui a été dit, une conclusion plus importante peut être tirée: un amplificateur opérationnel sans rétroaction est un comparateur - un comparateur. Dans ce cas, la tension de référence ou de référence est appliquée à une entrée, et la tension, dont la valeur doit être contrôlée, à l'autre entrée. Quelle entrée pour fournir la tension de référence est décidée lors du développement du circuit.

À titre d'exemple, la figure 4 montre un diagramme. minuterie intégrée NE555à l'entrée duquel se trouvent immédiatement 2 comparateurs internes DA1 et DA2.

Figure 4Circuit de minuterie intégré NE555

Leur objectif est de gérer les Déclencheur RS. La logique de commande est assez simple: l'unité logique de la sortie du comparateur DA2 définit le déclencheur à un et l'unité logique de la sortie du comparateur DA1 réinitialise le déclencheur.

Un diviseur est monté sur les résistances R1 ... R3, qui fournit des tensions de référence aux entrées des comparateurs. Les trois résistances ont la même résistance (5K), formant 2/3 et 1/3 de la tension d'alimentation, qui sont respectivement fournies à l'entrée inverseuse DA1 et à l'entrée non inverseuse DA2.

En termes de ce qui a été écrit ci-dessus, il s'avère que l'unité logique à la sortie du comparateur DA1 sera obtenue si la tension d'entrée à l'entrée directe dépasse la tension de référence à l'inverse (2/3 Upit), le déclencheur sera remis à zéro.

Afin de régler le déclencheur sur 1, vous devez obtenir un niveau élevé à la sortie du comparateur interne DA2. Cette condition sera atteinte lorsque le niveau de tension à l'entrée inversée DA2 est inférieur à 1 / 3Upit. Il s'agit d'une telle tension de référence appliquée à l'entrée directe du comparateur DA2.

Ici, l'objectif de la description de la minuterie intégrée NE555 n'est pas défini, tout comme un exemple d'utilisation de l'ampli-op, les comparateurs d'entrée sont montrés cachés à l'intérieur du microcircuit. Pour ceux qui souhaitent utiliser la minuterie 555, vous pouvez recommander la lecture de l'article "Minuterie intégrée NE555".

Voir aussi: Circuits d'amplification opérationnelle à rétroaction

Boris Aladyshkin