Povratni krug operativnog pojačala

komparatora

Ako koristite operativno pojačalo bez negativnih povratnih informacija (OOS), tada definitivno možemo reći što se događa komparator, Da biste shvatili kako to radi, možete napraviti neke jednostavne, ali vizualne eksperimente. Za ovo će vam trebati malo: samo operativno pojačalo, napajanje naponom 9 ... 25V, nekoliko otpornika, par LED-ova i voltmetar (digitalni multimetar).

Najjednostavnija logička sonda sastavljena je od LED i otpornika, kao što je prikazano na slici 1.

Kad se na ulaz sonde primijeni pozitivni napon (možete primijeniti i U), svijetli crvena LED lampica, a ako je ulaz spojen na zajedničku žicu, svijetli zelena. Uz pomoć takve sonde, izlazno stanje testiranog operativnog pojačala postaje jasno i razumljivo.

Kao eksperimentalni "zec" prikladan je onaj koji nije jako kvalitetan i skup operativno pojačalona primjer, KR140UD608 (708) u plastičnim kućištima ili K140UD6 (7) u okruglom metalu.

Slika 1. Shema jednostavne logičke sonde

Treba napomenuti da je usprkos različitim slučajevima, vrh tih mikrovezih jednak i odgovara onome prikazanom na donjim dijagramima. Često se dogodi da se slojevi plastičnih i metalnih kućišta ne podudaraju, iako su zapravo isti mikro krugovi. Sada je većina operativnih pojačala, posebno uvoznih, dostupna u plastičnim kućištima, a sve dobro i savršeno funkcionira i nema zabune u međuosovinskim spojnicama. A prije su takve „plastične“ mikroveze stručnjaci prezirno nazivali „robom široke potrošnje“.

Slika 2. Shema na operativnom pojačalu

Za prve eksperimente sastavljamo krug prikazan na slici 2. Ovdje nije puno učinjeno: sam operativni pojačalo i logička sonda prikazana na slici 1 spojeni su na unipolarni izvor napajanja. Napon napajanja + U unipolarna vrijednost od 9 ... 30V. Veličina stresa u našim eksperimentima nije od posebne važnosti.

Ovdje se može pojaviti potpuno legitimno pitanje: "Zašto je sonda logična, jer je operacijsko pojačalo analogni element?" Da, ali u ovom slučaju operativno pojačalo ne radi u pojačanom režimu, već u komparativnom načinu, a ima samo dvije razine izlaza. Napon koji je blizu 0V naziva se logičkom nulom, a napon blizu + U je logička jedinica. U slučaju bipolarne snage, napon blizu –U odgovara logičkoj nuli.

Kada primjenjujete napon napajanja, jedna od LED dioda mora biti upaljena. Nemoguće je odgovoriti na pitanje što, crveno ili zeleno, jer sve ovisi o parametrima određenog operativnog pojačala i o vanjskim uvjetima, na primjer, interferenciji mreže. Ako uzmete nekoliko iste vrste op-ampa, rezultati će biti vrlo različiti.

Napon na izlazu operativnog pojačala kontrolira voltmetar: ako je crvena LED lampica uključena, voltmetar će pokazati napon blizu + U, a ako svijetli zeleni LED, napon će biti gotovo nula.

Sada možete pokušati primijeniti nešto napona na ulaze i pogledati pokazatelje i voltmetar kako će se ponašati operativno pojačalo. Najlakši način je primijeniti napon dodirom jednog prsta zauzvrat svakog ulaza operacijskog pojačala, a drugim jednim od pinova napajanja. U tom bi se slučaju trebali mijenjati sjaj sonde i očitanje voltmetra. Ali ove se promjene možda neće dogoditi.

Stvar je u tome što su neka operativna pojačala dizajnirana tako da osiguraju da je napon na ulazima unutar određenih granica: malo veći od napona na terminalu 4 i malo niži od napona na terminalu 7. Ovo "malo niže, veće" je 1 ... 2B. Za nastavak eksperimenata, ispunjavajući navedeni uvjet, bit će potrebno sastaviti malo složeniju shemu, prikazanu na slici 3.

Slika 3 Operativni krug pojačala za povratne veze

Sada se napon napaja na ulazima pomoću promjenjivih otpornika R1, R2, čiji bi se motori trebali instalirati u blizini srednjeg položaja prije početka mjerenja. Voltmetar je sada premješten na drugo mjesto: pokazat će razliku napona između izravnog i inverznog ulaza.

Bolje je ako je ovaj voltmetar digitalni: polaritet napona se može promijeniti, na indikatoru digitalnog uređaja pojavit će se znak minus, a pokazivač će se jednostavno "prevrnuti" u suprotnom smjeru. (Možete koristiti pokazivački voltmetar sa srednjom točkom na skali.) Uz to, ulazni otpor digitalnog voltmetra mnogo je veći od otpora, tako da će rezultati mjerenja biti precizniji. Izlazni status bit će određen LED indikatorom.

Prikladno je dati takav savjet: bolje je napraviti ove jednostavne eksperimente vlastitim rukama, a ne samo čitati i odlučivati ​​da je sve jednostavno i jasno. Ovako treba čitati udžbenik o gitari, a nikad ne odabrati gitaru. Pa krenimo.

Prvo što trebate učiniti je postaviti promjenjive motore otpornika na srednji položaj, dok je napon na ulazima operativnog pojačala blizu polovine napona napajanja. Osjetljivost voltmetra treba maksimizirati, ali možda ne odmah, ali postupno, kako ne bi izgorjeli uređaj.

Pretpostavimo da je izlaz operativnog pojačala slab, zeleni LED svijetli. Ako to nije tako, onda se to stanje može postići okretanjem promjenjivog otpornika R1 na takav način da motor kreće niz krug - može biti praktično do 0V.

Sada, koristeći varijabilni otpornik R1, počinjemo dodavati napon na izravni ulaz operacijskog pojačala (pin 3), promatrajući očitanja voltmetra. Čim voltmetar pokaže pozitivni napon (napon na izravnom ulazu (terminal 3) je veći od napona na inversu (terminal 2), svijetli crvena LED. Stoga je napon na izlazu operacijskog pojačala visok ili, kako je ranije dogovoreno, logična jedinica.

Mala pomoć

Preciznije, čak ni logična jedinica, već visoka razina: logička jedinica označava istinitost signala, kažu, dogodio se događaj. Ali to je istina, ta logična cjelina može biti izražena i na niskoj razini. Kao primjer možemo podsjetiti sučelje RS-232 u kojem negativni napon odgovara logičkoj jedinici, dok logička nula ima pozitivan napon. Iako je u drugim shemama, logička jedinica najčešće se izražava na visokoj razini.

Nastavljamo znanstveno iskustvo. Počinjemo pažljivo i polako zakretati otpornik R1 u suprotnom smjeru slijedeći voltmetar. U određenom trenutku pokazat će nulu, ali crveni LED će i dalje svijetliti. Malo je vjerojatno da će uhvatiti položaj u kojem su oba LED-a isključena.

Daljnjim okretanjem otpornika polaritet očitanja voltmetra također će se promijeniti u negativan. Ovo sugerira da je napon na inverznom ulazu (2) u apsolutnoj vrijednosti viši nego na direktnom ulazu (3). Zelena LED lampica svijetli, što pokazuje nisku razinu na izlazu operacijskog pojačala. Nakon toga, možete nastaviti rotirati otpornik R1 u istom smjeru, ali neće se dogoditi nikakve promjene: zeleni LED neće se ugasiti i uopće neće promijeniti svjetlinu.

Do ovog fenomena dolazi kada je operacijsko pojačalo u komparacijskom načinu, tj. bez negativnih povratnih informacija (ponekad čak i sa PIC-om).Ako op-amp djeluje u linearnom načinu rada, pokriven je negativnom povratnom informacijom (OOS), kada se motor otpornika R1 rotira, izlazni napon mijenja se proporcionalno kutu rotacije, očitajte razliku napona na ulazima, a ne korak. Svjetlina LED-a se u tom slučaju može glatko mijenjati.

Iz svega navedenog možemo zaključiti: napon na izlazu operativnog pojačala ovisi o razlici napona na ulazima. U slučaju kada je napon na izravnom ulazu veći nego na inverznom, izlazni napon je visok. Inače (napon na inversu je veći nego na izravnom), razina izlaza je logička nula.

Na samom početku ovog eksperimenta preporučeno je ugraditi motore otpornika R1, R2 približno u srednji položaj. A što će se dogoditi ako ih u početku postavite na trećinu prometa ili dvije trećine? Da, zapravo se ništa neće promijeniti, sve će raditi na isti način kao što je gore opisano. Iz ovoga možemo zaključiti da signal na izlazu operacijskog pojačala ne ovisi o apsolutnoj vrijednosti napona na izravnim i inverznim ulazima. A to ovisi samo o razlici napona.

Iz svega što je rečeno može se izraditi još jedan važan zaključak: operativno pojačalo bez povratnih informacija je komparator - komparator. U tom se slučaju referentni ili referentni napon postavlja na jedan ulaz, a napon, čija se vrijednost mora kontrolirati, na drugi ulaz. Koji ulaz za napajanje referentnog napona odlučuje se tijekom razvoja kruga.

Kao primjer, slika 4 prikazuje dijagram. integrirani tajmer NE555na čijem ulazu su odmah 2 unutarnja komparatora DA1 i DA2.

Slika 4Integrirani timerski krug NE555

Njihova je svrha upravljanje unutarnjim RS okidač, Logika upravljanja prilično je jednostavna: logička jedinica s izlaza komparatora DA2 postavlja okidač na jedan, a logička jedinica s izlaza komparatora DA1 resetira okidač.

Na otpornicima R1 ... R3 sastavljen je razdjelnik koji dovodi referentne napone na ulaze komparatora. Sva tri otpornika imaju isti otpor (5K), tvoreći 2/3 i 1/3 napona napajanja, koji se dovode do invertirajućeg ulaza DA1 i do neinvertiranog ulaza DA2.

U odnosu na gore napisano, ispada da će logička jedinica na izlazu komparatora DA1 dobiti ako naponski napon na izravnom ulazu premaši referentni napon na inverzu (2 / 3Upit), okidač će se vratiti na nulu.

Da biste aktivirali okidač na 1, morate dobiti visoku razinu na izlazu unutarnjeg komparatora DA2. Ovaj uvjet će se postići kada je razina napona na pretvorenom ulazu DA2 manja od 1/3Upit. To je takav referentni napon koji se primjenjuje na izravni ulaz komparatora DA2.

Ovdje nije postavljen cilj opisa integriranog vremena NE555, samo kao primjer korištenja op-pojačala, ulazni komparatori prikazani su skriveni unutar mikro-sklopa. Za one koji su zainteresirani za korištenje tajmera 555, možete preporučiti čitanje članka "Integrirani tajmer NE555".

Vidi također: Povratne veze Operativni krugovi pojačala

Boris Aladyskin