Обратна връзка оперативна схема на усилвателя

сравняваните

Ако използвате операционен усилвател без отрицателна обратна връзка (OOS), тогава определено можем да кажем какво се случва сравнителен, За да разберете как работи, можете да направите няколко прости, но визуални експерименти. За да направите това, трябва малко: самия операционен усилвател, захранване с напрежение 9 ... 25V, няколко резистора, чифт светодиоди и волтметър (цифров мултицет).

Най-простата логическа сонда се сглобява от светодиоди и резистори, както е показано на фигура 1.

Когато към входа на сондата се положи положително напрежение (можете дори да подадете + U), червеният светодиод светва, а ако входът е свързан към общ проводник, зеленият светва. С помощта на такава сонда състоянието на изхода на тествания операционен усилвател става ясно и разбираемо.

Като експериментален „заек“ е подходящ всеки, който не е много качествен и скъп операционен усилвателнапример KR140UD608 (708) в пластмасови кутии или K140UD6 (7) в кръгъл метал.

Фигура 1. Схема на проста логическа сонда

Трябва да се отбележи, че въпреки различните случаи, фиксирането на тези микросхеми е същото и съответства на показаното на диаграмите по-долу. Често се случва, че щифтът на пластмасовите и металните кутии не съвпада, въпреки че всъщност те са едни и същи микросхеми. Сега повечето операционни усилватели, особено внесените, се предлагат в пластмасови кутии и всичко работи добре и перфектно и няма объркване с изводите. И преди такива „пластмасови“ микросхеми презрително се наричаха „потребителски стоки“ от специалисти.

Фигура 2. Схема на операционен усилвател

За първите експерименти ние сглобяваме схемата, показана на фигура 2. Тук не е направено много: самият операционен усилвател и логическата сонда, показани на фигура 1, са свързани към еднополюсен източник на енергия. Захранващо напрежение + U еднополюсно 9 ... 30V. Големината на стреса в нашите експерименти не е особено значима.

Тук може да възникне напълно легитимен въпрос: „Защо сондата е логична, тъй като операционният усилвател е аналогов елемент?“ Да, но в този случай операционният усилвател не работи в режим усилване, а в сравнителен режим и има само две нива на изход. Напрежение, близко до 0V, се нарича логическа нула, а напрежение, близко до + U, е логическа единица. В случай на биполярна мощност, напрежение, близко до –U, съответства на логическа нула.

Когато прилагате захранващо напрежение, един от светодиодите трябва да свети. Невъзможно е да се отговори на въпроса кои, червени или зелени, тъй като всичко зависи от параметрите на определен операционен усилвател и от външни условия, например мрежова намеса. Ако вземете няколко от един и същи тип оп-усилвател, тогава резултатите ще бъдат много различни.

Напрежението на изхода на операционния усилвател се управлява от волтметър: ако червеният светодиод е включен, волтметърът ще покаже напрежение, близко до + U, а ако зеленият светодиод свети, напрежението ще бъде почти нула.

Сега можете да опитате да приложите малко напрежение към входовете и да разгледате индикаторите и волтметъра как ще се държи операционният усилвател. Най-лесният начин е да приложите напрежение, като докоснете с един пръст на свой ред всеки вход на операционния усилвател, а другия - на един от щифтовете за захранване. В този случай сиянието на сондата и показанието на волтметъра трябва да се променят. Но тези промени може да не настъпят.

Работата е там, че някои операционни усилватели са проектирани така, че напрежението на входовете да е в определени граници: малко по-високо от напрежението на клема 4 и малко по-ниско от захранващото напрежение на клема 7. Това "малко по-ниско, по-високо" е 1 ... 2B. За да продължите експериментите, след като сте изпълнили посоченото условие, ще е необходимо да се състави малко по-сложна схема, показана на фигура 3.

Фигура 3 Оперативна схема на усилвателя за обратна връзка

Сега напрежението се подава към входовете с помощта на променливи резистори R1, R2, двигателите на които трябва да бъдат инсталирани близо до средната позиция, преди да започнат измерванията. Сега волтметърът се е преместил на друго място: ще покаже разликата в напрежението между директния и обратния вход.

По-добре е, ако този волтметър е цифров: полярността на напрежението може да се промени, на индикатора на цифровото устройство ще се появи знак минус, а указателното устройство просто ще се „преобърне“ в обратна посока. (Можете да използвате указател волтметър със средна точка на скалата.) В допълнение, входното съпротивление на цифров волтметър е много по-високо от това на показалеца, така че резултатите от измерванията ще бъдат по-точни. Изходното състояние се определя от LED индикатора.

Подходящо е да дадете такъв съвет: по-добре е да направите тези прости експерименти със собствените си ръце, а не просто да четете и решавате, че всичко е просто и ясно. Ето как да четете ръководството за китара, като никога не взимате китара. Така че нека започнем.

Първото нещо, което трябва да направите, е да настроите променливите резисторни двигатели на около средното положение, докато напрежението на входовете на операционния усилвател е близо до половината на захранващото напрежение. Чувствителността на волтметъра трябва да бъде максимална, но може би не веднага, но постепенно, за да не изгори устройството.

Да предположим, че изходът на операционния усилвател е нисък, зеленият светодиод е включен. Ако това не е така, тогава това състояние може да се постигне чрез завъртане на променливия резистор R1 по такъв начин, че двигателят да се движи надолу по веригата - може да бъде практически до 0V.

Сега, използвайки променливия резистор R1, започваме да добавяме напрежение към директния вход на операционния усилвател (щифт 3), наблюдавайки показанията на волтметъра. Щом волтметърът покаже положително напрежение (напрежението на директния вход (клема 3) е по-голямо от това на обратния (клема 2)), червеният светодиод ще светне. Следователно напрежението на изхода на операционния усилвател е високо или, както беше договорено по-рано, логическа единица.

Малко помощ

По-точно, дори не е логична единица, а високо ниво: логическа единица показва истинността на сигнала, те казват, че е настъпило събитие. Но тази истина, тази логическа единица може да бъде изразена и ниско ниво. Като пример можем да припомним интерфейса RS-232, в който отрицателно напрежение съответства на логическа единица, докато логическата нула има положително напрежение. Макар и в други схеми, логическата единица най-често се изразява на високо ниво.

Продължаваме научния си опит. Започваме внимателно и бавно да въртим резистора R1 в обратна посока, следвайки волтметъра. В определен момент той ще покаже нула, но червеният светодиод все още ще свети. Малко вероятно е да хванете позиция, в която и двата светодиода са изключени.

С по-нататъшното въртене на резистора полярността на показанията на волтметъра също ще се промени в отрицателна. Това предполага, че напрежението на обратния вход (2) в абсолютна стойност е по-високо, отколкото на директния вход (3). Зеленият светодиод светва, което показва ниско ниво на изхода на операционния усилвател. След това можете да продължите да въртите резистора R1 в същата посока, но никакви промени няма да се случат: зеленият светодиод не изгасва и изобщо не променя яркостта.

Това явление възниква, когато операционният усилвател е в режим на сравняване, т.е. без отрицателна обратна връзка (понякога дори с PIC).Ако усилвателят работи в линеен режим, е обхванат от отрицателна обратна връзка (OOS), тогава когато двигателят на резистора R1 се върти, изходното напрежение се променя пропорционално на ъгъла на въртене, отчита се разликата в напрежението на входовете и изобщо не е стъпка. В този случай яркостта на светодиода може да се променя плавно.

От всичко по-горе можем да заключим: напрежението на изхода на операционния усилвател зависи от разликата в напрежението на входовете. В случай, че напрежението на директния вход е по-високо, отколкото на обратния, изходното напрежение е високо. В противен случай (напрежението на обратното е по-високо, отколкото на директното), изходното ниво е логическа нула.

В самото начало на този експеримент се препоръчва да се монтират резисторните двигатели R1, R2 приблизително в средна позиция. И какво ще се случи, ако първоначално ги зададете на една трета от оборота или на две трети? Да, всъщност нищо няма да се промени, всичко ще работи по същия начин, както е описано по-горе. От това можем да заключим, че сигналът на изхода на операционния усилвател не зависи от абсолютната стойност на напреженията на директния и обратния вход. И зависи само от разликата в напрежението.

От всичко казано може да се направи още един важен извод: оперативен усилвател без обратна връзка е сравнител - сравнител. В този случай референтното или референтното напрежение се прилага към единия вход, а напрежението, чиято стойност трябва да се контролира, към другия вход. Кой вход за захранване на референтното напрежение се решава по време на развитието на веригата.

Като пример, фигура 4 показва диаграма. интегриран таймер NE555на входа на който има веднага 2 вътрешни компаратора DA1 и DA2.

Фигура 4Вградена таймерна верига NE555

Целта им е да управляват вътрешното RS спусък, Логиката на управление е доста проста: логическата единица от изхода на сравнителя DA2 задава спусъка на един, а логическата единица от изхода на сравнителя DA1 нулира спусъка.

На резистори R1 ... R3 е монтиран разделител, който подава референтни напрежения към входовете на сравнителите. И трите резистора имат еднакво съпротивление (5К), образувайки 2/3 и 1/3 от захранващото напрежение, които се подават съответно към инвертиращия вход DA1 и към неинвертиращия вход DA2.

По отношение на написаното по-горе се оказва, че логическата единица на изхода на сравнителя DA1 ще бъде получена, ако входното напрежение на директния вход надвишава референтното напрежение при обратното (2 / 3Upit), спусъкът ще се нулира на нула.

За да настроите спусъка на 1, трябва да получите високо ниво на изхода на вътрешния компаратор DA2. Това условие ще бъде постигнато, когато нивото на напрежение на обърнат вход DA2 е по-малко от 1 / 3Upit. Това е такова референтно напрежение, приложено към директния вход на компаратора DA2.

Тук целта на описанието на интегрирания таймер NE555 не е зададена, просто като пример за използване на оп усилвателя, входните сравнители са показани скрити вътре в микросхемата. За тези, които се интересуват от използването на таймера 555, можете да препоръчате да прочетат статията „Интегриран таймер NE555“.

Вижте също: Обратна връзка Операционни схеми на усилвателя

Борис Аладишкин