Գործառնական ուժեղացուցիչ. Միացման սխեմաներ, գործառնական սկզբունք: Ամրապնդող միացում, ոչ-inverting ուժեղացուցիչի օպերացիոն ուժեղացուցիչի վրա: Օպերացիոն ուժեղացուցիչի ուղղակի հոսանքի լարման ուժեղացուցիչի միացում

Հոդվածում կքննարկվեն օպերացիոն ուժեղացուցիչի ստանդարտ ուժեղացուցիչի միացում , ինչպես նաեւ այս սարքի տարբեր ռեժիմների օրինակներ: Մինչ օրս ոչ մի հսկիչ սարքը չի կարող անել առանց գործառնական ուժեղացուցիչների օգտագործման: Սրանք իսկապես ունիվերսալ սարքեր են, որոնք թույլ են տալիս իրականացնել տարբեր գործառույթներ ազդանշանով: Այն մասին, թե ինչպես է այն աշխատում եւ ինչն է ձեզ թույլ տալիս այս սարքը դարձնել, դուք կկարողանաք ավելի ուշ գտնել:

Վերարտադրող ուժեղացուցիչներ

Օպերացիոն ուժեղացուցիչի անջատիչի միացումը բավականին պարզ է, այն պատկերում կարող եք տեսնել: Այն հիմնված է գործառնական ուժեղացուցիչի վրա (դրա ներգրավման սխեմաները քննարկվում են այս հոդվածում): Բացի այդ, այստեղ:

1. Ռեզորատորի R1- ի լարման անկումը ներկայումս առկա է, դրա արժեքը նույնն է, ինչ մուտքագրված է:
2. Ռեզիստոր Ռ2-ն ունի նաեւ լարման անկում , նույնն է ելքային լարումը :

Այս դեպքում ելքային լարման հարաբերակցությունը R2 դիմադրությանը հավասար է մուտքային լարման հարաբերակցությանը մինչեւ R1, իսկ ետեւից դեպի նշանը: Իմանալով դիմադրության եւ լարման մասին, դուք կարող եք հաշվարկել այդ շահույթը: Դա անելու համար անհրաժեշտ է բաժանել ելքային լարումը մուտքային լարման մեջ: Միեւնույն ժամանակ, գործառնական ուժեղացուցիչը (դրա միացման սխեմաները կարող են լինել ցանկացած) կարող է ունենալ նույնը, անկախ տեսակից:

Հետադարձ կապի աշխատանքը

Այժմ մենք պետք է մանրամասնորեն վերլուծենք մեկ կարեւոր կետ `հետադարձ կապի աշխատանքը: Ենթադրենք, մուտքագրում է որոշ լարման: Հաշվարկների պարզության համար մենք արժեք ենք համարում 1 V- ը: Եկեք նաեւ ենթադրենք, որ R1 = 10 կՎտ, R2 = 100 կՕմ:

Եվ հիմա ենթադրենք, որ որոշ անհարմար իրավիճակ է առաջացել, որի պատճառով լարումը սահմանվել է 0 վ-ով `կասկադի արդյունքում: Այնուհետեւ մենք տեսնում ենք մի հետաքրքիր պատկեր. Երկու դիմադրությունները սկսում են աշխատել զույգերով, միասին ստեղծում են լարման բաժանիչ: Անջատման կասկադի արդյունքում այն պահպանվում է 0.91 Վ մակարդակի վրա: Այս պարագայում op-amp- ն հնարավորություն է տալիս ամրագրել սխալները մուտքագրման մեջ, իսկ արդյունքում լարման նվազում կա: Հետեւաբար, շատ պարզ է նախագծել մի օպերացիոն ուժեղացուցիչների միացում, որն իրականացնում է սենսորից ազդանշանային ուժեղացուցիչի գործառույթը, օրինակ:

Եվ այս փոփոխությունը կշարունակվի մինչեւ միեւնույն ժամանակ, մինչեւ արտադրության 10 Վ կայուն արժեքը: Այս պահին այն է, որ օպերացիոն ուժեղացուցիչի ներդրումների ներուժը հավասար կլինի: Եվ նրանք նույնն են լինելու, ինչպես երկրի ներուժը: Մյուս կողմից, եթե լարումը շարունակում է նվազել սարքի արտադրության վրա, եւ այն կլինի ոչ պակաս, քան -10 Վ, պոտենցիալը կլինի ավելի ցածր, քան գետնին: Դրա հետեւանքն այն է, որ լարումը սկսում է աճել արտադրության մեջ:

Նման միացումն ունի մեծ թերություն - մուտքագրման արգելակումը շատ փոքր է, հատկապես լարման շահույթի մեծ արժեք ունեցող ուժեղացուցիչների դեպքում, երբ հետադարձ հանգույցը փակ է: Իսկ հետագայում կառուցված կառուցվածքը զերծ է այդ բոլոր թերություններից:

Անջատիչ ուժեղացուցիչ

Նկարը ցույց է տալիս օպերատիվ ուժեղացուցիչի վրա չկտրվող ուժեղացուցիչի միացումը: Վերլուծելով այն, մենք կարող ենք մի քանի եզրակացություններ անել.

1. Լարման արժեքը UA- ն հավասար է մուտքային լարման:
2. ՀՎ-ի լարումը, որը հավասար է ելքային լարման եւ R1- ի արտադրանքի հարաբերությանը R1 եւ R2 դիմադրությունների գումարին, բաժանվում է:
3. Այն դեպքում, երբ UA- ն հավասար է մուտքային լարման արժեքին, շահույթը հավասար է ելքային լարման հարաբերակցության մուտքային լարման հարաբերությանը (կամ հնարավոր է ավելացնել միասնությունը R2- ի եւ R1- ի դիմադրության հարաբերակցությանը):

Այս դիզայնը կոչվում է ոչ- inverting ուժեղացուցիչ, այն ունի գրեթե անսահման մուտքի անթույլատրելիություն: Օրինակ, օպերացիոն ուժեղացուցիչների 411 շարքի համար դրա արժեքը 1012 Օմ է, նվազագույնը: Իսկ երկբեւեռ կիսահաղորդչային տրանզիստորներում գործող օպերատորների համար, որպես կանոն, ավելի քան 108 Ohm. Սակայն կասկադի ելքային թողունակությունը, ինչպես նաեւ նախկինում համարված սխեմայում, շատ փոքր է `ohm- ի մասնաբաժինը: Եվ սա պետք է հաշվի առնել գործառնական ուժեղացուցիչների սխեմաների հաշվարկման ժամանակ:

AC ուժեղացուցիչի սխեման

Հոդվածում թվարկված երկու սխեմաներն ավելի վաղ աշխատել են ուղղակի ընթացքի մեջ: Բայց եթե փոխարինող ընթացքը գործում է որպես կապի ազդանշանային աղբյուրի եւ ուժեղացուցիչի միջեւ կապ , ապա անհրաժեշտ է ապահովել սարքավորման ներածի մեջ առկա հոսքը: Եվ դուք պետք է ուշադրություն դարձնեք այն փաստի վրա, որ ներկայիս արժեքը չափազանց փոքր է:

Այն դեպքում, երբ AC ազդանշանների ուժեղացումը տեղի է ունենում, անհրաժեշտ է նվազեցնել ազդանշանի կայունության միասնությունը: Սա հատկապես ճիշտ է այն դեպքերի համար, երբ լարման գինը շատ բարձր է: Դրա շնորհիվ հնարավոր է զգալիորեն կրճատել խաչմերուկի սթրեսի ազդեցությունը, որը կիրառվում է սարքի ներդրման համար:

Երկրորդ օրինակ `միկրոալիքային լարման հետ աշխատելու համար

Այս շրջագծում, -3 dB մակարդակում, կարող եք տեսնել 17 Հց հաճախականության համապատասխան հաճախականությունը: Այն ունի 2 կիլոգրամ կոնդենսատոր: Հետեւաբար, կոնդենսատորը պետք է լինի բավականաչափ մեծ:

Սնուցող ուժեղացուցիչ կառուցելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել չաշխատող օպերատիվ տիպի միացում, գործառնական ուժեղացուցիչների վրա: Եվ դա պետք է ունենա բավականին մեծ լարվածություն: Սակայն կոնդենսատորը կարող է չափազանց մեծ լինել, ուստի լավագույնն այն է, դադարեցնել օգտագործումը: Ճիշտ է, անհրաժեշտ է ճիշտ ընտրել կտրող սթրեսը, այն հավասարեցնելով արժեքին զրոյի: Եվ դուք կարող եք կիրառել T- ձեւավորված բաժանարար եւ բարձրացնել դիմացկունության երկկողմանի դիմադրությունները:

Որ սխեման նախընտրելի է օգտագործել

Շատ մշակողները իրենց նախապատվությունը տալիս են չեզոք ուժեղացուցիչներին, քանի որ նրանք ունեն շատ բարձր թողունակություն ներդրման մեջ: Անտեսանելի տիպի անտեսելով սխրանքները անտեսվում են: Բայց վերջինս ունի հսկայական առավելություն, դա չի պահանջում օպերացիոն ուժեղորդին, որն իր «սիրտը» է:

Բացի այդ, բնութագրերը, ըստ էության, շատ ավելի լավն են: Եվ երեւակայական հիմքերի օգնությամբ դուք կարող եք համատեղել բոլոր ազդանշանները առանց դժվարության, եւ նրանք որեւէ ազդեցություն չեն ունենա իրար վրա: Այն կարող է օգտագործվել գործառնական ուժեղացուցիչի վրա ուղղակի ընթացիկ ուժեղացուցիչի նախագծում եւ միացում: Ամեն ինչ կախված է կարիքներից:

Եվ ամենակարեւորն այն դեպքն է, եթե ամբողջ շրջագիծը, որը համարվում է այստեղ, կապված է մեկ այլ օպերացիոն ուժեղացուցիչի կայուն արդյունքի հետ: Այս դեպքում ներդրման մեջ թույլատրելիության արժեքը կարեւոր դեր չի խաղում, առնվազն 10 կՎտ, առնվազն 10, թեեւ անսահմանություն: Այս դեպքում առաջին փուլը միշտ կատարում է իր գործառույթը հաջորդի նկատմամբ:

Repeater circuit

Հրատապ գործիչը գործում է օպերացիոն ուժեղացուցիչի վրա, որը նման է երկկողմանի տրանզիստորի վրա կառուցված հաղորդիչին: Եվ իրականացնում է նմանատիպ գործառույթներ: Փաստորեն, դա ոչ- inverting ուժեղացուցիչ է, որտեղ առաջին դիմադրության դիմադրությունը անսահմանորեն մեծ է, իսկ երկրորդ ռեզիստորը զրոյական է: Գաղափարը միասնություն է:

Կան հատուկ տեսակի օպերացիոն ուժեղացուցիչներ, որոնք օգտագործվում են միայն տեխնոլոգիայի համար `միայն ռեակտորային սխեմաների համար: Նրանք շատ ավելի լավ հատկություններ ունեն, որպես կանոն, դա բարձր արագություն է: Որպես օրինակ, կարելի է նշել նման օպերացիոն ուժեղացուցիչներ `OPA633, LM310, TL068: Վերջինս ունի մարմնի, ինչպես տրանզիստոր, ինչպես նաեւ երեք տերմինալ: Շատ հաճախ նման ուժեղացուցիչները կոչվում են պարզապես բուֆեր: Փաստն այն է, որ նրանք ունեն մեկուսիչի հատկություններ (շատ բարձր թողունակության զգայունություն եւ չափազանց ցածր արտադրանք): Մոտավորապես այս սկզբունքով կառուցվում է նաեւ ընթացիկ ուժեղացուցիչի ընթացիկ ուժեղացուցիչի միացումը:

Ակտիվ գործող ռեժիմ

Փաստորեն, սա գործառնական ռեժիմ է, որտեղ գործառնական ուժեղացուցիչի արդյունքներն ու ելքերը չեն ծանրաբեռնված: Եթե մի շատ մեծ ազդանշան է կիրառվում միացման եղանակի մուտքագրումից հետո, ապա արդյունքում այն կսկսի կտրել կոլեկտորի կամ էլեկտրական լարման լարման մակարդակի համաձայն: Սակայն, երբ ելքային լարումը ամրագրված է կտրվածքի մակարդակով, op-amp- ի մուտքերում լարումը չի փոխվում: Այս դեպքում խողովակը չի կարող մեծ լինել, քան ուժեղացուցիչի փուլի մատակարարման լարումը:

Օպերացիոն ուժեղացուցիչների վրա սխեմաների մեծ մասը հաշվարկվում են այնպես, որ այդ միջակայքը պակաս է 2 Վ.-ի կողմից մատակարարման լարվածությունից: Բայց ամեն ինչ կախված է այնպիսի ուժեղացուցիչի օպերատորից, որն օգտագործվում է օպերացիոն ուժեղացուցիչի վրա: Կա նաեւ սահմանափակում է ընթացիկ աղբյուրի կայունության վրա ` հիմնված օպերացիոն ուժեղացուցիչի վրա:

Ենթադրենք լողացող ծանրաբեռնված աղբյուրի լարման անկումը: Եթե ընթացիկ շարժումը նորմալ ուղղություն ունի, ապա առաջին հայացքից կարող եք հանդիպել տարօրինակ բեռ: Օրինակ, մի քանի պոլարովացված մարտկոցներ: Այսպիսի դիզայնը կարող է օգտագործվել ուղղակի լիցքավորման հոսք ստանալու համար:

Որոշ նախազգուշական միջոցներ

Պարզ լարման ուժեղացուցիչ օպերացիոն ուժեղացուցիչի վրա (շրջանառությունը կարելի է ընտրել ցանկացած) կարող է բառացիորեն «ծնկի վրա»: Բայց դուք պետք է հաշվի առնեք որոշ առանձնահատկություններ: Անհրաժեշտ է համոզվել, որ սխեմայում արձագանքները բացասական են: Սա նաեւ նշանակում է, որ անընդունելի է շփոթել ուժեղացուցիչի ոչ անկանոն եւ անջատվող միջոցները: Բացի այդ, պետք է լինի հետադարձ հանգույց, ուղղակի ընթացքի համար: Հակառակ դեպքում գործառնական ուժեղացուցիչն արագ անցնում է հագեցվածության ռեժիմին:

Շատ գործառնական ուժեղացուցիչների մեջ մուտքային դիֆերենցիալ լարումը շատ փոքր է: Այս պարագայում, ոչ անկանոն եւ անջատվող մուտքագրումների առավելագույն տարբերությունը կարող է սահմանափակվել 5 Վ արժեքով ցանկացած աղբյուրի համար: Եթե այս պայմանը անտեսվում է, հոսանքի մեծ քանակի հոսանքները հայտնվում են, ինչը հանգեցնում է այն հանգամանքի, որ շրջանի բոլոր բնութագրերը կվատթարանան:

Այս ամենի սարսափելի բանը գործառնական ուժեղացուցիչի ֆիզիկական ոչնչացումն է: Արդյունքում, օպերացիոն ուժեղացուցիչի ուժեղացուցիչի սխեմանը դադարում է աշխատել ամբողջությամբ:

Մտածեք

Եվ, իհարկե, պետք է խոսեք այն կանոնների մասին, որոնք արժանի են դիտարկմանը, որպեսզի գործառնական ուժեղացուցիչի կայուն եւ կայուն գործողությունը ապահովվի:

Ամենակարեւորը, op amp- ն ունի շատ բարձր լարման շահ: Եվ եթե մուտքերի միջեւ լարումը փոխվում է միլիարդատրոյի մի մասի, արդյունքը կարող է զգալիորեն փոխվել արտադրության մեջ: Հետեւաբար կարեւոր է իմանալ. Գործառնական ուժեղացուցիչում արտադրանքը ձգտում է ձգտել ապահովել, որ մուտքերի միջեւ լարման տարբերությունը մոտ է (իդեալականորեն հավասար) զրոյին:

Երկրորդ կանոնն այն է, որ ընթացիկ սպառումը գործառնական ուժեղացուցիչի կողմից չափազանց փոքր է, բառացիորեն nanoamperes: Եթե ներդրումները դաշտային տրանզիստորներ են, ապա այն հաշվարկվում է picoamperes- ի կողմից: Այսպիսով, կարելի է եզրակացնել, որ ներդրումները չեն սպառում ընթացիկ, անկախ այն բանից, թե ինչ օպերացիոն ուժեղացուցիչ օգտագործվում է, միացումը, գործողության սկզբունքը մնում է նույնը:

Բայց չեմ կարծում, որ Op-Amps- ն իսկապես մշտապես փոփոխում է ներդրումների ներածումը: Ֆիզիկապես դա գրեթե անհնար է, քանի որ երկրորդ իշխանության հետ կապ չի լինի: Գործառնական ուժեղացուցիչի շնորհիվ գնահատվում է բոլոր միջոցների վիճակը: Արտաքին արտաքին կապի միացման միջոցով լարումը փոխանցվում է արտադրանքի մուտքագրմանը: Արդյունքն այն է, որ օպերացիոն ուժեղացուցիչի միջոցների միջեւ լարման տարբերությունը գտնվում է զրոյական մակարդակում:

Հետադարձ կապի հայեցակարգը

Սա ընդհանուր հասկացություն է եւ այն արդեն կիրառվում է լայն իմաստով տեխնոլոգիայի բոլոր բնագավառներում: Ցանկացած հսկողության համակարգում կա կարծիք, որը համեմատում է ելքային ազդանշանը եւ նշված արժեքը (տեղեկանք): Կախված այն արժեքից, որն առկա է, ճիշտ ուղղությամբ կա ճշգրտում: Եվ հսկողության համակարգը կարող է լինել ոչինչ, նույնիսկ այն մեքենան, որը ճանապարհի երկայնքով գնում է:

Վարորդը սեղմում է արգելակները, իսկ արձագանքն այստեղ դանդաղեցման սկիզբն է: Նմանօրինակ պարզ օրինակով, կարելի է ավելի լավ հասկանալ էլեկտրոնային սխեմաների արձագանքները: Իսկ բացասական արձագանքն այն է, որ մեքենան արագացել է, երբ արգելակման ոտնակը ճնշված էր:

Էլեկտրոնիկայի մեջ արձագանքն այն գործընթացն է, որի ընթացքում ազդանշանը փոխանցվում է ներդրումից մինչեւ մուտքագրումը: Այս դեպքում էլ մուտքագրում է ազդանշան նաեւ չեղյալ: Մի կողմից, սա շատ խելամիտ գաղափար չէ, քանի որ այն կարող է թվալ, որ շահույթի գործոնը զգալիորեն կնվազի: Նման կարծիքը, ի դեպ, ընդունվել է էլեկտրոնիկայի հետադարձման զարգացման հիմնադիրների կողմից: Բայց դա արժե ավելի մանրամասն ուսումնասիրել գործառնական ուժեղացուցիչների վրա դրա ազդեցությունը `հաշվի առնել գործնական սխեմաները: Եվ պարզ է դառնում, որ դա իրականում փոքր-ինչ նվազեցնում է շահույթը, բայց դա թույլ է տալիս մեզ մի փոքր բարելավել մյուս պարամետրերը.

1. Հարթեցրեք հաճախականությունների բնութագրերը (բերում են դրանք):
2. Թույլ է տալիս կանխատեսել ուժեղացուցիչի վարքագիծը:
3. Այն կարող է վերացնել գծի ոչ գծային եւ աղավաղվածությունը:

Որքան խորը հետադարձ կապ (այն բացասական է), այնքան քիչ ազդեցություն է գործադրվում բաց OS- ի բնութագրիչի ուժեղացուցիչի վրա: Արդյունքը `նրա բոլոր պարամետրերը կախված են միայն այն առանձնահատկություններից, որոնք ունեն միացում:

Պետք է նշել, որ բոլոր օպերացիոն ուժեղացուցիչները գործում են շատ խորը հետադարձ ռեժիմով: Լարման շահույթի գործոնը (իր բաց հանգույցով) կարող է հասնել նույնիսկ մի քանի միլիոնի: Հետեւաբար, օպերացիոն ուժեղացուցիչի ուժեղացուցիչի սղոցը չափազանց պահանջում է ուժի բոլոր պարամետրերի եւ մուտքային ազդանշանի մակարդակի դիտարկմանը: