Atsauksmes par darbības pastiprinātāja shēmām

Atkārtotāju un apgriezto pastiprinātāju

Raksta beigās “Ideāls darbības pastiprinātājs” Tika parādīts, ka, lietojot operatīvo pastiprinātāju dažādās komutācijas ķēdēs, kaskādes pastiprināšana uz vienu operācijas pastiprinātāju (OA) ir atkarīga tikai no atgriezeniskās saites dziļuma. Tāpēc formulās, lai noteiktu konkrētas shēmas ieguvumu, “tukša” op-amp pastiprinājums, tā sakot, netiek izmantots. Tas ir tikai tas milzīgais koeficients, kas norādīts katalogos.

Tad ir diezgan pareizi uzdot jautājumu: “Ja galīgais rezultāts (pieaugums) nav atkarīgs no šī milzīgā“ atsauces ”koeficienta, tad kāda ir atšķirība starp opamp ar pastiprinājumu vairākus tūkstošus reižu un ar to pašu opamp, bet ar amplifikāciju vairākiem simtiem tūkstošu un pat miljoni? ”

Atbilde ir pavisam vienkārša. Abos gadījumos rezultāts būs vienāds, kaskādes pastiprinājumu noteiks OOS elementi, bet otrajā gadījumā (opamp ar lielu pastiprinājumu) ķēde darbojas stabilāk, precīzāk, šādu shēmu ātrums ir daudz lielāks. Pamatota iemesla dēļ op ampēri ir sadalīti op ampēros ar vispārēju pielietojumu un augstas precizitātes precizitāti.

Kā jau minēts, attiecīgie “operatīvie” pastiprinātāji tika saņemti tālajā laikā, kad tos galvenokārt izmantoja matemātisko operāciju veikšanai analogos datoros (AVM). Tās bija saskaitīšanas, atņemšanas, reizināšanas, dalīšanas, dalīšanas un daudzu citu funkciju operācijas.

Šie antililuvijas op-ampēri tika veikti uz elektronu lampām, vēlāk - ar diskrētiem tranzistoriem un citiem radio komponentiem. Protams, pat tranzistora op ampēru izmēri bija pietiekami lieli, lai tos varētu izmantot amatieru konstrukcijās.

Un tikai pēc tam, pateicoties integrētās elektronikas sasniegumiem, op-ampēri kļuva par parastu mazjaudas tranzistoru, šo daļu izmantošana sadzīves tehnikas un amatieru ķēdēs kļuva pamatota.

Starp citu, mūsdienu op-ampēri, pat diezgan augstas kvalitātes, par cenu, kas nav daudz augstāka par diviem vai trim tranzistoriem. Šis paziņojums attiecas uz vispārējas nozīmes op ampēriem. Precīzijas pastiprinātāji var maksāt nedaudz vairāk.

Attiecībā uz op-amp ķēdēm ir vērts nekavējoties izteikt piezīmi, ka tās visas baro no bipolāra enerģijas avota. Šāds režīms ir visparastākais op-amp, kas ļauj pastiprināt ne tikai maiņstrāvas sprieguma signālus, piemēram, sinusoīdu, bet arī līdzstrāvas signālus vai vienkārši spriegumu.

Un tomēr diezgan bieži ķēžu barošanas avoti op-amp tiek izgatavoti no unipolāra avota. Tiesa, šajā gadījumā pastāvīgu spriegumu palielināt nav iespējams. Bet bieži gadās, ka tas vienkārši nav nepieciešams. Ķēdes ar vienpolāru barošanas avotu tiks aprakstītas vēlāk, bet pagaidām mēs turpinām par op-amp ieslēgšanas shēmām ar bipolāru barošanas avotu.

Vairumam op-ampēru barošanas spriegums visbiežāk ir ± 15 V robežās. Bet tas vispār nenozīmē, ka šo spriegumu nevar padarīt nedaudz zemāku (nav ieteicams lielāks). Daudzi op-ampēri darbojas ļoti stabili, sākot no ± 3 V, un daži modeļi pat ar ± 1,5 V. Šāda iespēja ir norādīta tehniskajā dokumentācijā (datu lapa).

Sprieguma sekotājs

Tā ir visvienkāršākā ierīce op-amp shēmas ziņā, tās shēma ir parādīta 1. attēlā.

1. attēls. Darbības pastiprinātāja sprieguma sekotāja shēma

Ir viegli redzēt, ka, lai izveidotu šādu shēmu, nebija nepieciešama viena detaļa, izņemot pašu OS. Tiesa, attēlā nav parādīts strāvas savienojums, taču šāds shēmu izklāsts ir sastopams ļoti bieži. Vienīgais, ko es gribētu atzīmēt, ir tas, ka starp op-amp strāvas padeves spailēm (piemēram, op-amp amp. KR140UD708, šie ir 7. un 4. secinājums) un kopējais vads ir jāpievieno bloķējoši kondensatori ar ietilpību 0,01 ... 0,5 μF.

Viņu mērķis ir padarīt op amp darbību stabilāku, atbrīvoties no ķēdes pašiz ierosināšanas gar strāvas ķēdēm. Kondensatori jāpievieno pēc iespējas tuvāk mikroshēmas barošanas spailēm. Dažreiz viens kondensators tiek savienots, pamatojoties uz vairāku mikroshēmu grupu. Tos pašus kondensatorus var redzēt uz dēļiem ar digitālām mikroshēmām, to mērķis ir vienāds.

Atkārtotāja ieguvums ir vienāds ar vienotību, vai, sakot citādāk, arī ieguvuma nav. Tad kāpēc šāda shēma? Šeit ir diezgan pareizi atgādināt, ka pastāv tranzistora ķēde - emitētāja sekotājs, kura galvenais mērķis ir kaskādi saskaņošana ar dažādām ieejas pretestībām. Līdzīgas kaskādes (atkārtotāji) sauc arī par buferi.

Atkārtotāja ieejas pretestība uz op-amp tiek aprēķināta kā op-amp ieejas pretestības reizinājums ar tās palielinājumu. Piemēram, pieminētajam UD708 ieejas pretestība ir aptuveni 0,5 MΩ, pastiprinājums ir vismaz 30 000 un varbūt vairāk. Ja jūs reizināt šos skaitļus, tad ieejas pretestība ir 15 GΩ, kas ir salīdzināma ar ne pārāk augstas kvalitātes izolācijas, piemēram, papīra, pretestību. Tik parasts emitētāja sekotājs diez vai var sasniegt tik augstu rezultātu.

Lai aprakstos nebūtu šaubu, zemāk ir skaitļi, kas parāda visu shēmu darbību, kas aprakstīta programmas simulatorā Multisim. Protams, visas šīs shēmas var salikt uz maizes dēļa, taču ne sliktākos rezultātus var iegūt monitora ekrānā.

Patiesībā šeit ir pat nedaudz labāk: jums nav jāiet kaut kur plauktā, lai mainītu rezistoru vai mikroshēmu. Šeit viss, pat mērinstrumenti, atrodas programmā un “nokļūst”, izmantojot peli vai tastatūru.

2. attēlā parādīta atkārtotāja shēma, kas izgatavota programmā Multisim.

2. attēls

Ķēdes izpēte ir diezgan vienkārša. Atkārtotāja ieejai no funkcionālā ģeneratora tiek ievadīts sinusoidāls signāls ar frekvenci 1 KHz un 2 V amplitūdu, kā parādīts 3. attēlā.

3. attēls

Signālu atkārtotāja ieejā un izejā novēro osciloskops: ieejas signālu parāda zils stars, izejas stars ir sarkans.

4. attēls

Un kāpēc, uzmanīgs lasītājs jautās, vai izejas (sarkanais) signāls ir divreiz lielāks nekā ieejas zils? Viss ir ļoti vienkārši: ar vienādu osciloskopa kanālu jutīgumu abi sinusoīdi ar vienādu amplitūdu un fāzi saplūst vienā, slēpjas viens aiz otra.

Lai abus veidotu uzreiz, mums bija jāsamazina viena kanāla, šajā gadījumā ieejas, jutība. Tā rezultātā zilais sinusa vilnis ekrānā kļuva precīzi uz pusi mazāks un pārstāja slēpties aiz sarkanā. Lai gan, lai sasniegtu šādu rezultātu, jūs varat vienkārši nobīdīt starus ar osciloskopa vadības ierīcēm, atstājot kanālu jutīgumu vienādu.

Abi sinusoīdi ir izvietoti simetriski attiecībā pret laika asi, kas norāda, ka signāla nemainīgā sastāvdaļa ir vienāda ar nulli. Un kas notiks, ja ieejas signālam tiks pievienots mazs līdzstrāvas komponents? Virtuālais ģenerators ļauj novirzīt sinusoidālo viļņu pa Y asi.Mēģināsim to novirzīt uz augšu par 500mV.

5. attēls

Kas no tā iznāca, ir parādīts 6. attēlā.

6. attēls

Ir pamanāms, ka ieejas un izejas sinusoidi pieauga par pusi voltiem, vienlaikus nemaz nemainoties. Tas liek domāt, ka atkārtotājs precīzi pārraida signāla nemainīgo komponentu. Bet visbiežāk viņi mēģina atbrīvoties no šīs nemainīgās sastāvdaļas, padarīt to vienādu ar nulli, kas ļauj izvairīties no tādu shēmas elementu izmantošanas kā starpstāvu izolācijas kondensatori.

Retranslators, protams, ir labs un pat skaists: papildu detaļas nebija vajadzīgas (lai arī ir atkārtotāju shēmas ar nelieliem “papildinājumiem”), taču tās neguva nekādu labumu.Kāds tas ir pastiprinātājs? Lai iegūtu pastiprinātāju, vienkārši pievienojiet dažas detaļas, kā to izdarīt, tiks aprakstīts vēlāk.

Apgrieztais pastiprinātājs

Lai izgatavotu apgrieztu pastiprinātāju no op-amp, pietiek pievienot tikai divus rezistorus. Kas no tā nāca, ir parādīts 7. attēlā.

7. attēls. Invertora pastiprinātāja shēma

Šāda pastiprinātāja ieguvumu aprēķina pēc formulas K = - (R2 / R1). Mīnusa zīme nenozīmē, ka pastiprinātājs izrādījās slikts, bet tikai tas, ka izejas signāls fāzē būs pretējs ieejai. Nav brīnums, ka pastiprinātāju sauc par apgrieztu. Šeit būtu pareizi atsaukt tranzistoru, kas iekļauts shēmā ar OE. Arī tur izejas signāls uz tranzistora kolektora atrodas fāzē ar ieejas signālu, kas tiek piegādāts pamatnei.

Šeit ir vērts atcerēties, cik daudz pūļu jums jāpieliek, lai uz tranzistora kolektora iegūtu tīru neizkropļotu sinusoīdu. Nepieciešams attiecīgi izvēlēties novirzes, pamatojoties uz tranzistoru. Tas, kā likums, ir diezgan sarežģīts, atkarībā no daudziem parametriem.

Lietojot op-amp, pietiek vienkārši aprēķināt rezistoru pretestību pēc formulas un iegūt doto ieguvumu. Izrādās, ka shēmas iestatīšana uz op-amp ir daudz vienkāršāka nekā vairāku tranzistora kaskāžu iestatīšana. Tāpēc nevajadzētu baidīties, ka shēma nedarbosies, tā nedarbosies.

8. attēls

Šeit viss ir tāds pats kā iepriekšējos attēlos: ieejas signāls tiek parādīts zilā krāsā, pēc pastiprinātāja tas ir sarkans. Viss atbilst formulai K = - (R2 / R1). Izejas signāls ir pretfāzes ar ieeju (kas atbilst mīnus zīmei formulā), un izejas signāla amplitūda ir precīzi divreiz lielāka par ieeju. Kas attiecas arī uz attiecību (R2 / R1) = (20/10) = 2. Lai iegūtu pastiprinājumu, piemēram, 10, pietiek ar rezistora R2 pretestības palielināšanu līdz 100KΩ.

Faktiski apgrieztā pastiprinātāja shēma var būt nedaudz sarežģītāka, šāda opcija ir parādīta 9. attēlā.

9. attēlsApgrieztā pastiprinātāja ķēde

Šeit parādījās jauna daļa - rezistors R3 (drīzāk tas vienkārši pazuda no iepriekšējās shēmas). Tās mērķis ir kompensēt reāla opamp ieejas strāvas, lai samazinātu līdzstrāvas komponenta temperatūras nestabilitāti izejā. Šī rezistora vērtību izvēlas pēc formulas: R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).

Mūsdienu ļoti stabilie opampi ļauj neinvertējošo ieeju tieši savienot ar kopēju vadu bez rezistora R3. Lai gan šī elementa klātbūtne neko sliktu nedos, taču pašreizējā ražošanas mērogā, ietaupot uz visu, viņi dod priekšroku neuzstādīt šo rezistoru.

Apgrieztā pastiprinātāja aprēķināšanas formulas parādītas 10. attēlā. Kāpēc attēlā? Jā, tikai skaidrības labad teksta rindā tie neizskatās tik pazīstami un saprotami, nebūtu tik pamanāmi.

10. attēls

Par ieguvumu tika minēts iepriekš. Šeit jāņem vērā neinvertējošā pastiprinātāja ieejas un izejas pretestība. Liekas, ka ar ieejas pretestību viss ir skaidrs: izrādās, ka tā ir vienāda ar rezistora R1 pretestību, bet izejas pretestība būs jāaprēķina pēc formulas, kas parādīta 11. attēlā.

Burts K ”apzīmē op ampēra atsauces koeficientu. Lūdzu, aprēķiniet, ar kuru izejas pretestība būs vienāda. Tas izrādīsies diezgan mazs skaitlis, pat vidējam UD7 tipa op-amp ar tā K ”, kas vienāds ar ne vairāk kā 30 000. Šajā gadījumā tas ir labi: galu galā jo zemāka ir kaskādes izejas pretestība (tas attiecas ne tikai uz op-amp pastiprinātājām), jo jaudīgāka ir slodze, saprātīgā protams, ierobežotā skaitā šo kaskādi var savienot.

Atsevišķa piezīme par mērvienību, kas izteikta formulas izejas pretestības aprēķināšanai, ir jāizdara. Pieņemsim, ka attiecība R2 / R1 ir, piemēram, 100. Šī ir attiecība, kas iegūta apgrieztā pastiprinātāja 100 guvuma gadījumā.Izrādās: ja šī vienība tiks izmesta, nekas daudz nemainīsies. Faktiski tā nav pilnīgi taisnība.

Pieņemsim, ka rezistora R2 pretestība ir nulle, tāpat kā atkārtotāja gadījumā. Tad bez vienotības viss saucējs kļūst nulle, un izejas pretestība ir arī nulle. Un ja tad šī nulle atrodas kaut kur formulas saucējā, kā jūs to pasūtāt sadalīt? Tāpēc ir vienkārši neiespējami atbrīvoties no šīs šķietami nenozīmīgās vienības.

Vienā rakstā, pat pietiekami apjomīgā, vienkārši neraksti. Tādēļ jums būs viss, kas nederēja pateikt nākamajā rakstā. Būs neinvertējošā pastiprinātāja, diferenciālā pastiprinātāja, vienpolu jaudas pastiprinātāja apraksts. Tiks sniegts arī vienkāršu shēmu apraksts opamp pārbaudei.

Boriss Aladyshkin