ნაჩვენებია, რომ ოპერაციული გამაძლიერებლის გამოყენებისას სხვადასხვა გადართვის სქემებში, საფეხურის მომატება ერთ საოპერაციო გამაძლიერებელზე (op-amp) დამოკიდებულია მხოლოდ უკუკავშირის სიღრმეზე. მაშასადამე, კონკრეტული მიკროსქემის მომატების განსაზღვრის ფორმულებში არ გამოიყენება თავად, ასე ვთქვათ, „შიშველი“ ოპ-გამაძლიერებლის მომატება. ანუ ზუსტად ის უზარმაზარი კოეფიციენტი, რაც მითითებულია საცნობარო წიგნებში.

მაშინ სავსებით მიზანშეწონილია დავსვათ კითხვა: „თუ საბოლოო შედეგი (მომატება) არ არის დამოკიდებული ამ უზარმაზარ „რეფერენციულ“ კოეფიციენტზე, მაშინ რა განსხვავებაა ოპ-ამპერს შორის რამდენიმე ათასჯერ მომატებით და იგივე op-amp, მაგრამ რამდენიმე ასეული ათასი და თუნდაც მილიონის მოგებით?

პასუხი საკმაოდ მარტივია. ორივე შემთხვევაში შედეგი იგივე იქნება, კასკადის მომატება განისაზღვრება OOS ელემენტებით, მაგრამ მეორე შემთხვევაში (op-amp მაღალი მომატებით) წრე მუშაობს უფრო სტაბილურად, უფრო ზუსტად, ასეთის შესრულება. სქემები გაცილებით მაღალია. უსაფუძვლო არ არის, რომ op-amps იყოფა ზოგადი დანიშნულების op-amps და მაღალი სიზუსტით, ზუსტი.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მოცემულმა გამაძლიერებლებმა მიიღეს სახელი "ოპერაციული" იმ შორეულ დროში, როდესაც მათ ძირითადად იყენებდნენ მათემატიკური ოპერაციების შესასრულებლად ანალოგურ კომპიუტერებში (AVMs). ეს იყო შეკრების, გამოკლების, გამრავლების, გაყოფის, კვადრატის და მრავალი სხვა ფუნქციის მოქმედებები.

ეს ანტიდილუვიური ოპ-ამპერატორები დამზადდა ვაკუუმური მილების გამოყენებით, შემდეგ კი დისკრეტულ ტრანზისტორებზე და სხვა რადიო კომპონენტებზე. ბუნებრივია, თუნდაც ტრანზისტორის ოპ-ამპერატორების ზომები საკმარისად დიდი იყო სამოყვარულო დიზაინში გამოსაყენებლად.

და მხოლოდ მას შემდეგ, რაც, ინტეგრირებული ელექტრონიკის მიღწევების წყალობით, ოპ-ამპერები გახდა ჩვეულებრივი დაბალი სიმძლავრის ტრანზისტორის ზომა, გამართლდა ამ ნაწილების გამოყენება საყოფაცხოვრებო ტექნიკასა და სამოყვარულო სქემებში.

სხვათა შორის, თანამედროვე op-amps, თუნდაც საკმაოდ მაღალი ხარისხის, ფასი არ არის ბევრად უფრო მაღალი ვიდრე ორი ან სამი ტრანზისტორი. ეს განცხადება ეხება ზოგადი დანიშნულების ოპერაციულ გამაძლიერებლებს. ზუსტი გამაძლიერებლები შეიძლება ოდნავ მეტი ღირდეს.

რაც შეეხება op-amp სქემებს, დაუყოვნებლივ უნდა გააკეთოთ შენიშვნა, რომ ისინი ყველა შექმნილია ბიპოლარული დენის წყაროდან კვებისათვის. ეს რეჟიმი არის ყველაზე "ნაცნობი" ოპ-გამაძლიერებლისთვის, რაც საშუალებას აძლევს მას გააძლიეროს არა მხოლოდ ალტერნატიული ძაბვის სიგნალები, მაგალითად სინუსური ტალღა, არამედ პირდაპირი დენის სიგნალები ან უბრალოდ ძაბვა.

და მაინც, საკმაოდ ხშირად, op-amp სქემები იკვებება უნიპოლარული წყაროდან. მართალია, ამ შემთხვევაში შეუძლებელია მუდმივი ძაბვის გაზრდა. მაგრამ ხშირად ხდება, რომ ეს უბრალოდ არ არის საჭირო. ერთპოლარული ელექტრომომარაგების სქემებს მოგვიანებით განვიხილავთ, მაგრამ ახლა მოდით გავაგრძელოთ ოპ-ამპერების ჩართვის სქემები ბიპოლარული ელექტრომომარაგებით.

ოპტიმალური ამპერატორების უმეტესობის მიწოდების ძაბვა ყველაზე ხშირად ± 15 ვ-ის ფარგლებშია. მაგრამ ეს საერთოდ არ ნიშნავს იმას, რომ ეს ძაბვა არ შეიძლება ოდნავ დაბალი იყოს (უმაღლესი არ არის რეკომენდებული). ბევრი op-amps მუშაობს ძალიან სტაბილურად ±3V-დან დაწყებული, ზოგი მოდელი კი ±1.5V-დან. ეს შესაძლებლობა მითითებულია ტექნიკურ დოკუმენტაციაში (DataSheet).

ძაბვის გამეორება

ეს არის უმარტივესი op-amp მოწყობილობა მიკროსქემის დიზაინის თვალსაზრისით; მისი წრე ნაჩვენებია სურათზე 1.

სურათი 1. ოპერაციული გამაძლიერებლის ძაბვის მიმდევარი წრე

ადვილი მისახვედრია, რომ ასეთი მიკროსქემის შესაქმნელად, არც ერთი ნაწილი არ იყო საჭირო, გარდა თავად op-amp. მართალია, ფიგურა არ აჩვენებს ელექტროენერგიის კავშირს, მაგრამ ასეთი დიაგრამები ყოველთვის გვხვდება. ერთადერთი, რაც მინდა აღვნიშნო არის ის, რომ op-amp დენის პინებს შორის (მაგალითად, KR140UD708 op-amp ეს არის 7 და 4 ქინძისთავები) და საერთო სადენს შორის უნდა იყოს დაკავშირებული 0.01...0.5 სიმძლავრით. μF.

მათი მიზანია გახადონ ოპ-ამპერატორის მუშაობა უფრო სტაბილური, თავი დააღწიონ მიკროსქემის თვითაგზნებას დენის სქემების გასწვრივ. კონდენსატორები უნდა იყოს დაკავშირებული მიკროსქემის დენის ქინძისთავებთან რაც შეიძლება ახლოს. ზოგჯერ ერთი კონდენსატორი დაკავშირებულია რამდენიმე მიკროსქემის ჯგუფში. იგივე კონდენსატორები შეიძლება ნახოთ ციფრული მიკროსქემების მქონე დაფებზე, მათი დანიშნულება იგივეა.

განმეორებითი მოგება უდრის ერთიანობას, ან, სხვაგვარად რომ ვთქვათ, საერთოდ არ არის მოგება. მაშინ რატომ გვჭირდება ასეთი სქემა? აქ სავსებით მიზანშეწონილია გვახსოვდეს, რომ არსებობს ტრანზისტორის წრე - ემიტერი მიმდევარი, რომლის მთავარი მიზანია კასკადების შეხამება სხვადასხვა შეყვანის წინააღმდეგობით. ასეთ კასკადებს (გამეორებებს) ბუფერულ კასკადებსაც უწოდებენ.

გამეორების შეყვანის წინაღობა op-amp-ზე გამოითვლება როგორც op-amp-ის შეყვანის წინაღობის და მისი მომატების ნამრავლი. მაგალითად, აღნიშნული UD708-ისთვის შეყვანის წინაღობა არის დაახლოებით 0,5 MOhm, მომატება მინიმუმ 30000 და შესაძლოა მეტიც. თუ ეს რიცხვები გამრავლებულია, შეყვანის წინააღმდეგობა არის 15 GOhm, რაც შედარებულია არც თუ ისე მაღალი ხარისხის იზოლაციის წინააღმდეგობასთან, როგორიცაა ქაღალდი. ასეთი მაღალი შედეგი ნაკლებად სავარაუდოა მიღწეული ჩვეულებრივი ემიტერის მიმდევართან.

იმის უზრუნველსაყოფად, რომ აღწერილობებმა არ გააჩინოს ეჭვი, ქვემოთ მოცემულია ფიგურები, რომლებიც აჩვენებს Multisim სიმულატორის პროგრამის ყველა აღწერილი სქემის მუშაობას. რა თქმა უნდა, ყველა ამ სქემის აწყობა შესაძლებელია პურის დაფებზე, მაგრამ უარესი შედეგის მიღება არ შეიძლება მონიტორის ეკრანზე.

სინამდვილეში, აქ კიდევ ცოტა უკეთესია: თქვენ არ გჭირდებათ სადმე თაროზე ასვლა, რომ შეცვალოთ რეზისტორი ან მიკროსქემა. აქ ყველაფერი, თუნდაც საზომი ინსტრუმენტები, არის პროგრამაში და შეიძლება "მიაღწიოს" მაუსის ან კლავიატურის გამოყენებით.

სურათი 2 გვიჩვენებს გამეორების წრეს, რომელიც დამზადებულია Multisim პროგრამაში.

სურათი 2.

მიკროსქემის კვლევა საკმაოდ მარტივია. სინუსოიდური სიგნალი 1 კჰც სიხშირით და 2 ვ ამპლიტუდით მიეწოდება გამეორების შეყვანას ფუნქციური გენერატორიდან, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 3.

სურათი 3.

რეპეტიტორის შემავალ და გამომავალ სიგნალს აკვირდება ოსცილოსკოპი: შეყვანის სიგნალი ნაჩვენებია ლურჯი სხივის სახით, გამომავალი სხივი წითელი.

სურათი 4.

რატომ შეიძლება იკითხოს ყურადღებიანმა მკითხველმა, არის თუ არა გამომავალი (წითელი) სიგნალი ორჯერ დიდი ვიდრე შემავალი ლურჯი? ყველაფერი ძალიან მარტივია: ოსილოსკოპის არხების იგივე მგრძნობელობით, ორივე სინუსოიდი ერთი და იგივე ამპლიტუდითა და ფაზაში ერწყმის ერთს, იმალება ერთმანეთის უკან.

იმისთვის, რომ ორივე ერთდროულად გვენახა, უნდა შეგვემცირებინა ერთ-ერთი არხის, ამ შემთხვევაში შეყვანის მგრძნობელობა. შედეგად, ლურჯი სინუსოიდი ეკრანზე ზუსტად ნახევარი გახდა და წითელის უკან დამალვა შეწყვიტა. თუმცა, მსგავსი შედეგის მისაღწევად, თქვენ შეგიძლიათ უბრალოდ გადაიტანოთ სხივები ოსილოსკოპის კონტროლის გამოყენებით, დატოვოთ არხების მგრძნობელობა იგივე.

ორივე სინუსოიდი განლაგებულია სიმეტრიულად დროის ღერძთან შედარებით, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ სიგნალის მუდმივი კომპონენტი ნულის ტოლია. რა მოხდება, თუ შეყვანის სიგნალს დაამატებთ პატარა DC კომპონენტს? ვირტუალური გენერატორი საშუალებას გაძლევთ გადაიტანოთ სინუსური ტალღა Y ღერძის გასწვრივ. მოდით ვცადოთ მისი გადატანა 500 მვ-ით ზემოთ.

სურათი 5.

რა გამოვიდა აქედან, ნაჩვენებია სურათზე 6.

სურათი 6.

შესამჩნევია, რომ შემავალი და გამომავალი სინუსოიდები გაიზარდა ნახევარი ვოლტით, საერთოდ არ იცვლება. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ გამეორებამ ზუსტად გადასცა სიგნალის DC კომპონენტი. მაგრამ ყველაზე ხშირად ისინი ცდილობენ თავი დააღწიონ ამ მუდმივ კომპონენტს და გახადონ ის ნულის ტოლი, რაც თავიდან აიცილებს მიკროსქემის ელემენტების გამოყენებას, როგორიცაა ეტაპობრივი გამყოფი კონდენსატორები.

გამეორება, რა თქმა უნდა, კარგია და თუნდაც ლამაზი: არც ერთი დამატებითი ნაწილი არ იყო საჭირო (თუმცა არის განმეორებითი სქემები მცირე "დანამატებით"), მაგრამ მათ არ მიიღეს რაიმე მოგება. მაშინ ეს როგორი გამაძლიერებელია? გამაძლიერებლის შესაქმნელად საჭიროა მხოლოდ რამდენიმე დეტალის დამატება; როგორ გააკეთოთ ეს მოგვიანებით განიხილება.

ინვერსიული გამაძლიერებელი

op-amp-დან ინვერსიული გამაძლიერებლის შესაქმნელად საკმარისია მხოლოდ ორი რეზისტორების დამატება. რა გამოვიდა აქედან, ნაჩვენებია სურათზე 7.

სურათი 7. ინვერსიული გამაძლიერებლის წრე

ასეთი გამაძლიერებლის მომატება გამოითვლება K=-(R2/R1) ფორმულით. მინუს ნიშანი არ ნიშნავს, რომ გამაძლიერებელი ცუდი აღმოჩნდა, მაგრამ მხოლოდ ის, რომ გამომავალი სიგნალი ფაზაში იქნება შეყვანის საპირისპირო. ტყუილად არ არის, რომ გამაძლიერებელს ინვერსიული გამაძლიერებელი ეწოდება. აქ მიზანშეწონილი იქნება გავიხსენოთ ტრანზისტორი, რომელიც დაკავშირებულია OE-სთან მიკროსქემის მიხედვით. იქაც, ტრანზისტორის კოლექტორზე გამომავალი სიგნალი არ არის ფაზაში შეყვანის სიგნალით, რომელიც გამოიყენება ბაზაზე.

სწორედ აქ ღირს გახსოვდეთ, რამდენი ძალისხმევა მოგიწევთ ტრანზისტორის კოლექტორზე სუფთა, დაუოკებელი სინუსური ტალღის მისაღებად. აუცილებელია ტრანზისტორის ფუძის მიკერძოების არჩევა შესაბამისად. ეს ჩვეულებრივ საკმაოდ რთულია და ბევრ პარამეტრზეა დამოკიდებული.

op-amp-ის გამოყენებისას საკმარისია უბრალოდ გამოვთვალოთ რეზისტორების წინააღმდეგობა ფორმულის მიხედვით და მივიღოთ მითითებული მომატება. გამოდის, რომ მიკროსქემის დაყენება op-amp-ის გამოყენებით ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე რამდენიმე ტრანზისტორი ეტაპის დაყენება. ამიტომ, არ არის საჭირო იმის შიში, რომ სქემა არ იმუშავებს, ის არ იმუშავებს.

Ფიგურა 8.

აქ ყველაფერი იგივეა, რაც წინა ფიგურებში: შეყვანის სიგნალი ნაჩვენებია ლურჯად, ხოლო სიგნალი გამაძლიერებლის შემდეგ ნაჩვენებია წითლად. ყველაფერი შეესაბამება K=-(R2/R1) ფორმულას. გამომავალი სიგნალი შეყვანის ფაზაში არ არის (რომელიც შეესაბამება მინუს ნიშანს ფორმულაში), ხოლო გამომავალი სიგნალის ამპლიტუდა ზუსტად ორჯერ აღემატება შეყვანას. რაც ასევე მართალია (R2/R1)=(20/10)=2 თანაფარდობისთვის. მოგების გასაკეთებლად, მაგალითად, 10, საკმარისია R2 რეზისტორის წინააღმდეგობის გაზრდა 100 KOhm-მდე.

სინამდვილეში, ინვერსიული გამაძლიერებლის წრე შეიძლება იყოს უფრო რთული; ეს ვარიანტი ნაჩვენებია სურათზე 9.

სურათი 9.

აქ გამოჩნდა ახალი ნაწილი - რეზისტორი R3 (უფრო სწორად, ის უბრალოდ გაქრა წინა წრედან). მისი მიზანია კომპენსირება მოახდინოს რეალური op-amp-ის შეყვანის დენებისაგან, რათა შემცირდეს DC კომპონენტის ტემპერატურის არასტაბილურობა გამოსავალზე. ამ რეზისტორის მნიშვნელობა არჩეულია ფორმულის მიხედვით R3=R1*R2/(R1+R2).

თანამედროვე უაღრესად სტაბილური ოპ-ამპერატორები საშუალებას იძლევა შეუქცევადი შეყვანა დაუკავშირდეს საერთო მავთულს პირდაპირ რეზისტორი R3-ის გარეშე. მიუხედავად იმისა, რომ ამ ელემენტის არსებობა ცუდს არაფერს მოუტანს, წარმოების ამჟამინდელი მასშტაბით, როდესაც ისინი ზოგავენ ყველაფერზე, ურჩევნიათ არ დააინსტალირონ ეს რეზისტორი.

ინვერსიული გამაძლიერებლის გამოთვლის ფორმულები ნაჩვენებია სურათზე 10. რატომ ფიგურაში? დიახ, მხოლოდ სიცხადისთვის, ტექსტის სტრიქონში ისინი არც ისე ნაცნობი და გასაგები იქნებოდნენ, არც ისე შესამჩნევი იქნებოდნენ.

სურათი 10.

მოგების ფაქტორი ადრე იყო ნახსენები. ერთადერთი, რაც აქ ყურადღების ღირსია, არის არაინვერსიული გამაძლიერებლის შემავალი და გამომავალი წინაღობები. როგორც ჩანს, ყველაფერი ნათელია შეყვანის წინააღმდეგობასთან დაკავშირებით: ის უდრის რეზისტორი R1-ის წინააღმდეგობას, მაგრამ გამომავალი წინააღმდეგობა უნდა გამოითვალოს 11-ზე ნაჩვენები ფორმულის გამოყენებით.

ასო "K" აღნიშნავს op-amp-ის მითითების კოეფიციენტს. აქ, გთხოვთ, გამოთვალოთ რისი ტოლი იქნება გამომავალი წინააღმდეგობა. შედეგი იქნება საკმაოდ მცირე მაჩვენებელი, თუნდაც საშუალო UD7 ტიპის ოპ-გამაძლიერებლისთვის, თავისი K” უდრის არაუმეტეს 30000. ამ შემთხვევაში, ეს კარგია: ბოლოს და ბოლოს, რაც უფრო დაბალია კასკადის გამომავალი წინაღობა (ეს ეხება არა მხოლოდ op-amp კასკადებს), რაც უფრო ძლიერია დატვირთვა, გონივრულ პირობებში, რა თქმა უნდა, ლიმიტების ფარგლებში შეგიძლიათ დაუკავშირდეთ ამ კასკადს.

განსაკუთრებული შენიშვნა უნდა გაკეთდეს ერთეულთან დაკავშირებით გამომავალი წინააღმდეგობის გამოთვლის ფორმულის მნიშვნელში. დავუშვათ, რომ კოეფიციენტი R2/R1 არის, მაგალითად, 100. ეს არის ზუსტად ის თანაფარდობა, რომელიც მიიღება ინვერსიული გამაძლიერებლის მომატების შემთხვევაში 100. გამოდის, რომ თუ ეს ერთეული გაუქმდება, მაშინ ბევრი არაფერი შეიცვლება. . სინამდვილეში ეს სიმართლეს არ შეესაბამება.

დავუშვათ, რომ რეზისტორი R2-ის წინააღმდეგობა ნულია, როგორც გამეორების შემთხვევაში. შემდეგ, ერთის გარეშე, მთელი მნიშვნელი იქცევა ნულზე და გამომავალი წინააღმდეგობა იქნება თანაბრად ნული. და თუ მოგვიანებით ეს ნული მთავრდება სადღაც ფორმულის მნიშვნელში, როგორ უბრძანებთ მასზე გაყოფას? ამიტომ, ამ ერთი შეხედვით უმნიშვნელო ერთეულისგან თავის დაღწევა უბრალოდ შეუძლებელია.

თქვენ არ შეგიძლიათ დაწეროთ ყველაფერი ერთ სტატიაში, თუნდაც საკმაოდ დიდი. ამიტომ, ყველაფერი, რაც არ ჯდება შემდეგ სტატიაში, უნდა იყოს გაშუქებული. იქნება არაინვერსიული გამაძლიერებლის, დიფერენციალური გამაძლიერებლის და ერთჯერადი მიწოდების გამაძლიერებლის აღწერა. ასევე მოცემულია ოპ-ამპერების შესამოწმებლად მარტივი სქემების აღწერა.

აქამდე ჩვენ განვიხილავდით გამაძლიერებლებს, რომლებიც აწყობილი იყო ინდივიდუალური დისკრეტული კომპონენტებისგან - ტრანზისტორები, დიოდები, რეზისტორები. ინტეგრირებული მიკროსქემის ტექნოლოგიის გამოყენებით, ყველა ეს აუცილებელი დისკრეტული კომპონენტი შეიძლება ჩამოყალიბდეს ერთ მონოლითურ IC-ში. სწორედ ეს ტექნოლოგია გამოიყენება ამჟამად ოპერაციული გამაძლიერებლების (op-amps) წარმოებისთვის. ისინი თავდაპირველად შექმნილი იყო გარკვეული მათემატიკური ოპერაციების შესასრულებლად (აქედან გამომდინარე, სახელწოდება), მაგრამ სწრაფად გამოიყენეს ელექტრონული სქემების მრავალფეროვნებაში.

იდეალური op-amp არის იდეალური გამაძლიერებელი უსასრულოდ მაღალი მომატებით, უსასრულოდ ფართო გამტარობით და სრულიად ბრტყელი სიხშირის პასუხით, უსასრულო შეყვანის წინაღობა, ნულოვანი გამომავალი წინაღობა და ნულოვანი დრიფტის გარეშე. პრაქტიკაში, ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს შემდეგი თვისებები:

1) ძალიან მაღალი მოგება (50000-ზე მეტი);

2) ძალიან ფართო გამტარუნარიანობა და ბრტყელი სიხშირის პასუხი;

3) ძალიან მაღალი შეყვანის წინაღობა;

4) ძალიან დაბალი გამომავალი წინაღობა;

5) ძალიან სუსტი ნულოვანი დრიფტი.

ბრინჯი. 31.1.

ნახ. ნახაზი 31.1 გვიჩვენებს ოპერაციული გამაძლიერებლის სიმბოლოს. op-amp-ს აქვს ორი შეყვანა: ინვერსიული შეყვანა (-), სიგნალი, რომლის დროსაც გამომავალი სიგნალი ფაზაში არ არის და არაინვერსიული შეყვანა (+), რომლის სიგნალი ფაზაშია გამომავალ სიგნალთან.

აპლიკაციები

ოპ გამაძლიერებლების აპლიკაციების სპექტრი ძალიან ფართოა. ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ინვერსიული, არაინვერსიული, შემაჯამებელი და დიფერენციალური გამაძლიერებლები, როგორიცაა ძაბვის მიმდევარი, ინტეგრატორი და შედარებითი. ოპ გამაძლიერებელთან დაკავშირებული გარე კომპონენტები განსაზღვრავენ მის სპეციფიკურ გამოყენებას. ამ აპლიკაციებიდან ზოგიერთი განიხილება ქვემოთ.

ნახ. ნახაზი 31.2 გვიჩვენებს op-amp-ის გამოყენებას, როგორც ინვერსიულ გამაძლიერებელს. ვინაიდან op-amp-ს აქვს ძალიან დიდი (თითქმის უსასრულო) მომატება, მის გამოსავალზე სიგნალი წარმოიქმნება ძალიან მცირე შეყვანის სიგნალით. ეს ნიშნავს, რომ op-amp-ის (წერტილი P) ინვერსიული შეყვანა შეიძლება ჩაითვალოს ვირტუალურ (წარმოსახვით) მიწად, ანუ წერტილი თითქმის ნულოვანი პოტენციალით. საჭირო დონის op-amp მომატების მისაღებად, ძალიან ღრმა ნეგატიური შეერთება შემოდის უკუკავშირის რეზისტორის საშუალებით. რ oc. ინვერსიული გამაძლიერებლის მომატება (ნახ. 31.2) შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით

უარყოფითი ნიშანი მიუთითებს, რომ შეყვანის სიგნალი ინვერსიულია გაძლიერებისას.

ბრინჯი. 31.2.

მაგალითი

სჯეროდა რ 1 = 1 kOhm და რ oc = 2,2 kOhm, გამოთვალეთ ინვერსიული გამაძლიერებლის მომატება და გამომავალი ძაბვა, თუ მის შესასვლელზე 50 მვ ძაბვაა გამოყენებული.

გამოსავალი

მოგება

გამომავალი ძაბვა = -2.2 50 მვ = -110 მვ.

შემაჯამებელი გამაძლიერებელი (ნახ. 31.3) წარმოქმნის გამომავალ ძაბვას, რომლის მნიშვნელობა შემავალი ძაბვების ჯამის პროპორციულია. ვ 1 და ვ 2 . შეყვანის ძაბვისთვის ვ 1 მოგება გ V= - რ oc / რ 1 და შეყვანის ძაბვისთვის ვ 2 გ V= - რ oc / რ 1 .

მაგალითად, თუ რ oc = რ 1 = რ 2, მაშინ მომატება ორივე შეყვანისთვის არის -5 kOhm / 5 k0m = -1. დაე ვ 1 = 1 ვ და ვ 2 = 2 V, შემდეგ წვლილი გამომავალი ძაბვასთან დაკავშირებული ვ 1 არის 1 (-1) = -1 V და წვლილი ასოცირდება ვ 2 არის 2 (-1) = -2 V. აქედან გამომდინარე, საერთო გამომავალი ძაბვა არის ვგარეთ = -1 - 2 = -3 ვ.

მაგალითი 1

ნახ. 31.4, დაყენებულია ძაბვავ 1 = 20 მვ და ვ 2 = -10 მვ. გამოთვალეთ გამომავალი ძაბვავგარეთ .

ბრინჯი. 31.3.

ბრინჯი. 31.4.

გამოსავალი

გამომავალი ძაბვა ამისთვის ვ 1 = -5/1 · 20 = -100 მვ.

გამომავალი ძაბვა ამისთვისვ 2 = -5/5 · (-10) = +10მვ.

აქედან გამომდინარე, მთლიანი გამომავალი ძაბვა ვ out = -100 + 10 = -90 mV.

ამ შემთხვევაში, op-amp ამოძრავებს 100% უარყოფითი გამოხმაურებით (სურათი 31.5) და აქვს წმინდა მომატება 1. გაითვალისწინეთ, რომ ძაბვის მიმდევრის გამომავალი და შემავალი სიგნალები ფაზაშია.

ოფსეტური ძაბვა

ნულოვანი შეყვანის სიგნალით, იდეალური op-amp-ის გამომავალი სიგნალი არის ნული. პრაქტიკაში, ეს ასე არ არის: არა-ნულოვანი სიგნალი (დენი ან ძაბვა) იმყოფება op-amp-ის გამოსავალზე, თუნდაც ნულოვანი შეყვანის სიგნალით. ნულოვანი გამომავალი სიგნალის მისაღწევად ნულოვანი შეყვანის სიგნალით, შეყვანის მიკერძოების დენი ან ასეთი სიდიდისა და პოლარობის ძაბვა გამოიყენება ოპტიმალური გამაძლიერებლის შესასვლელზე ისე, რომ გამომავალი სიგნალი, რომელიც შეესაბამება შეყვანის მიკერძოებულ სიგნალს, გააუქმებს თავდაპირველ ჩარევას გამომავალ სიგნალს. .

შეყვანის მიკერძოების დენი ჩვეულებრივ დაყენებულია დამატებითი რეზისტორის გამოყენებით რ 2, დაკავშირებულია op-amp-ის არაინვერსიულ შეყვანასთან, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 31.6.

ბრინჯი. 31.5.ძაბვის გამეორება. ბრინჯი. 31.6

ამ რეზისტორის ოპტიმალური წინააღმდეგობა განისაზღვრება ფორმულით

როგორც წესი, თუ მოგება ოთხზე მეტია, რეზისტორების მნიშვნელობებია რ 2 და რ 1 არჩეულია იგივე. რეზისტორის შესავალი რ 2 არ ცვლის ინვერსიული გამაძლიერებლის მომატებას, ის მაინც თანაბარი რჩება - რ oc / რ 1 . როგორც მოგვიანებით დავინახავთ, ზოგიერთი IC უზრუნველყოფს ქინძისთავებს ოპ გამაძლიერებლის გამომავალი ნულოვანი ძაბვის დასაყენებლად.

არაინვერსიული გამაძლიერებელი

ამ შემთხვევაში, შეყვანის სიგნალი გამოიყენება op-amp-ის არაინვერსიულ შეყვანაზე, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 31.7.

ხშირად მახსოვს ჩემი პირველი გაცნობა ოპერაციულ გამაძლიერებელთან (op-amp). ყოველთვის ვიცოდი, რომ დიაგრამებზე ეს იდუმალი სამკუთხედები მთელი ცხოვრების მანძილზე გამომადგება. თუმცა, მათი მუშაობის პრინციპის შესწავლაზე გატარებულმა უძილო ღამეებმა ვერაფერი გამოიწვია. ამ თემაზე ბევრი სტატიაა, მაგრამ მეჩვენება, რომ საფუძვლები აშკარა არ არის. მე შევეცდები მივუდგე მას ოდნავ განსხვავებული მიმართულებით და გავფანტო OU-ს საშინელი საიდუმლოებები.

შევეცადოთ გაერკვნენ, თუ რა "ოპერაციებს" აძლიერებს ჩვენი ოპერაციული გამაძლიერებელი.

პრობლემა: არის სიგნალის წყარო, მაგალითად, სიგნალი მიკროფონიდან ან გიტარის პიკაპიდან. თუ მიკროფონი პირდაპირ ყურსასმენებთან არის დაკავშირებული, მაშინ დიდი ალბათობით ვერაფერს გაიგებთ, საუკეთესო შემთხვევაში ეს იქნება ძლივს შესამჩნევი ხმა.

წარმოვიდგინოთ, მიკროფონის ნაცვლად, ადამიანი, რომელიც ცდილობს მძიმე ფილის აწევას, ბუნებრივია, ამას ვერ ახერხებს და მიკროფონს ასევე არ შეუძლია დინამიკის რხევა. მაგრამ თუ ეს ადამიანი გამოიყენებს მცირე ძალას ამწის მუშაობისთვის, მაშინ მას შეეძლება აწიოს ნებისმიერი დატვირთვა ამწის ამწე შესაძლებლობის ფარგლებში. იმათ. ონკანი ამ შემთხვევაში არის გამაძლიერებელი. ამწის ამწე სიმძლავრის ანალოგი არის გამაძლიერებლის სიმძლავრე. მოგების მნიშვნელობა სურათიდან ნათელი უნდა იყოს. სიგნალის სიხშირე და ფორმა იგივე რჩება, იცვლება მხოლოდ ამპლიტუდა.

ახლა ჩვენ ვიცით, რომ დინამიკებიდან ხმის მოსასმენად საჭიროა გამაძლიერებელი. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ არ ვიცით, როგორ მუშაობს და რა არის მის შიგნით, ჩვენ უკვე ვიცით, რომ უნდა იყოს ფეხები, რომლებზეც მიეწოდება სიგნალი, რომ ჩვენ გვინდა გავაძლიეროთ Uin, ასევე ფეხები, რომლებიდანაც ამოღებულია გაძლიერებული სიგნალი Uout.

საკითხავია, რა ძაბვამდე შეიძლება სიგნალის გაძლიერება? თქვენ ამბობთ: "მინდა გავაძლიერო 220 ვ-მდე 1,000,000 ვ-მდე", მაგრამ ეს შეუძლებელია, რატომ? რადგან ორიგინალური სიგნალი გაძლიერებულია გარე წყაროს მიერ. გარე წყარო იქნება op-amp მიწოდების ძაბვა. ანალოგიურად, ამწე ვერ აწევს ტვირთს თავის სიმაღლეზე (მოდით შევთანხმდეთ, რომ არ შეუძლია :)). აქედან გამომდინარე, ძაბვა op-amp გამომავალზე არ შეიძლება აღემატებოდეს მიწოდების ძაბვას. სინამდვილეში, ის ოდნავ ნაკლებია მიწოდების ძაბვაზე. მაგალითად, LM324-ისთვის მიწოდების ძაბვა მერყეობს 3-დან 32 ვ-მდე.

ახლა ჩვენ ვიცით, რომ ოპ გამაძლიერებელი მოითხოვს გარე ძალას, მოდით დავხატოთ ეს ფეხები

სხვათა შორის, ჩვენ მიჩვეულები ვართ, რომ ჩვენი ელექტრომომარაგება არის ერთპოლარული +5V და დამიწება. აქ არის დახვეწილი წერტილი, თუ გჭირდებათ სიგნალის გაძლიერება, რომელსაც აქვს უარყოფითი მნიშვნელობები,

მაშინ აუცილებელია -Upit უარყოფითი ძაბვის წყაროს დაკავშირება და არა მიწაზე. თუ მიწას დააკავშირებთ, გამოდის, რომ არ არის ძაბვის წყარო და სიგნალის „ქვედა“ (უარყოფითი) ნაწილი არ გაძლიერდება, ე.ი. სიგნალის ნაწილი "შეწყდება", ამის შესახებ მეტი მაგალითში.

ანალოგიურად, თუ თქვენ აძლიერებთ სიგნალს მიწოდების ძაბვაზე მეტად, მაშინ იმ ადგილებში, სადაც სიგნალი აღემატება მიწოდების ძაბვას, სიგნალი "გაითიშება", ე.ი. სინუსური ტალღის ნაცვლად ჩვენ ვნახავთ მსგავს რაღაცას

მთავარი კითხვა რჩება: როგორ დავაყენოთ მოგება? ძალიან მარტივად - ძაბვის გამყოფი. მაგრამ პირველ რიგში, მოდით გადავიდეთ უფრო რეალურ აღნიშვნებზე. ნებისმიერ op-amp-ს აქვს მინიმუმ 5 ფეხი - 2 კვების წყარო, რომელიც ზემოთ იყო ნახსენები, ინვერსიული შეყვანა (-), არაინვერსიული შეყვანა (+) და გამომავალი.

აქედან გამომდინარე, იმისდა მიხედვით, თუ რომელ შეყვანას მიეწოდება წყაროს სიგნალი, განასხვავებენ კავშირის ორ ტიპს: არაინვერსიული გამაძლიერებელი

მოგება, რომელიც უდრის K=(R4/R3)+1. ამ შემთხვევაში K=4. ამ შემთხვევაში, გამომავალი სიგნალის ფორმა არ იცვლება.

და ინვერსიული, მომატებით K=-(R2/R1). ამ სქემისთვის K=3. გამომავალი სიგნალი შეყვანის ფაზაში იქნება.

მოდით გადავიდეთ სიტყვებიდან მოქმედებაზე. წყაროს სიგნალად მიიღეს კვადრატული ტალღა 1 kHz სიხშირით. სიგნალს აქვს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი მნიშვნელობები (ეკრანის შუა 0). სიგნალის ამპლიტუდა 50 მვ.

მე ვაკავშირებ op-amp (L324) გამაძლიერებლის არაინვერსიული მიკროსქემის გამოყენებით. ელექტრომომარაგება არის ცალპოლარული. op-amp-ის გამომავალი არის იგივე ფორმის სიგნალი, მაგრამ უფრო დიდი ამპლიტუდით. ალბათ ბოლომდე გასაგები არ არის, რატომ არის სიგნალი ასეთი ამპლიტუდისა და რატომ გადაინაცვლა ზევით.

შევეცადოთ გავერკვეთ. თავდაპირველი სიგნალის ამპლიტუდა არის 50 მვ, R4=30k, R3=10k, მოდით ჩავანაცვლოთ 50*(30/10+1)=200მვ ფორმულაში, ძალიან ჰგავს იმას, რაც ჩანს ოსილოსკოპზე. რატომ გადავიდა სიგნალი ზემოთ? გავიხსენოთ უნიპოლარული ელექტრომომარაგების მინუსი: ყველაფერი 0-ზე დაბალი არ შეიძლება გაძლიერდეს, ამიტომ სიგნალი წყდება 0-ზე.

ახლა წარმოიდგინეთ, რომ ნეგატიური ძაბვის წყარო დაერთოს დენის პინზე, ვთქვათ -5V, მაშინ სიგნალის ამპლიტუდა გაორმაგდება!!! შესაბამისად, მოცულობაც საგრძნობლად გაიზრდებოდა.

სინამდვილეში, ეს არის პატარა წინასიტყვაობა, სანამ ოპ გამაძლიერებლის შესწავლას დავიწყებდეთ, ყველაფერი ზემოთ ნათქვამი მხოლოდ წვეთია ზღვაში, თუ მოგეწონათ დაწერეთ, ეტაპობრივად დავეუფლებით ოპ გამაძლიერებლის სხვა აპლიკაციებს, მათ შორის. და პრაქტიკული სქემები.

ამ სტატიაში ვისაუბრებთ ოპერაციულ გამაძლიერებელზე. ოპერაციისა და გამოყენების მაგალითი.

ოპერაციული გამაძლიერებელი– ნახევარგამტარებზე დაფუძნებული ელექტრონული გამაძლიერებლის წრე, ინტეგრირებულ დიზაინში, რომელსაც აქვს ორი დაბალანსებული შეყვანა - პირდაპირი და ინვერსიული, მაღალი მომატებით. ინტეგრირებული დიზაინი გულისხმობს გამაძლიერებლის სრულ დიზაინს, რომელიც მოთავსებულია ერთიანი ინტეგრირებული მიკროსქემის (IC) პაკეტში. ოპერაციული გამაძლიერებლების (OA) გამოყენება ძალიან მრავალფეროვანია - სხვადასხვა სიგნალის გამაძლიერებლებში, სიგნალის გენერატორებში, აუდიო დიაპაზონში სიხშირის ფილტრებში, ფიზიკური რაოდენობების მონიტორინგის სქემებში (ტემპერატურა, განათება, ტენიანობა, ქარი) და ა.შ.

op-amp-ის წინა შეყვანა მითითებულია "+" ნიშნით, ხოლო საპირისპირო შეყვანა აღინიშნება "-" ნიშნით. თქვენ უნდა იცოდეთ, რომ სხვადასხვა ლიტერატურაში არის კიდევ ერთი აღნიშვნა: შებრუნებული შეყვანა მითითებულია წრით. ეს არის ინვერსიის ნიშნის ტიპიური აღნიშვნა, რომელიც ასევე გვხვდება ციფრულ ელექტრონიკაში - ლოგიკურ ელემენტებში. პირდაპირ შეყვანას არ აქვს წრე მის აღნიშვნაში.

სააფთიაქო სასწორს არ შეუძლია აჩვენოს, რამდენად განსხვავდება ერთი თასის ტვირთის წონა მეორე თასის ტვირთის წონისგან. დატვირთვების სხვაობის უხეშად დასაკვირვებლად, ზოგჯერ ტექნიკურ-ქიმიურ მასშტაბებში გამოიყენება ისრებით შერწყმული სპეციალური სანთლების ხაზები, რომლებიც ამავდროულად ამცირებს სასწორის „მგრძნობელობას“ მცირე დატვირთვების მიმართ. ანალოგიურად, უარყოფითი გამოხმაურება შედის op-amp-ში, რათა შემცირდეს მისი მგრძნობელობა შეყვანის სიგნალის მიმართ - უკუკავშირის რეზისტორი, რომელიც აკავშირებს გამომავალს op-amp-ის შებრუნებულ შეყვანასთან, როგორც ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ ფიგურაში.

ოპერაციული გამაძლიერებლის გამოყენებისა და მუშაობის მაგალითი

მოდით განვიხილოთ ოპერაციული გამაძლიერებლის მოქმედება მიკროსქემის მაგალითის გამოყენებით, რომელიც აკონტროლებს ჰაერის ტემპერატურას, ან სხვა ობიექტის, რომელზედაც დამაგრებულია თერმისტორი - ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე რადიო ელემენტი, რომელიც ამცირებს მის წინააღმდეგობას ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ოპერაციული გამაძლიერებლის წრე, რომელიც ზომავს ტემპერატურას და სიგნალებს, როდესაც მითითებული ტემპერატურის ბარიერი გადალახულია, ნაჩვენებია სურათზე.

ოპერაციული გამაძლიერებლის შეყვანები დაკავშირებულია ორ რეზისტენტულ მიწოდების ძაბვის გამყოფთან, მხოლოდ ერთი მათგანი დამზადებულია ხაზოვანი ელემენტებით - რეზისტორებით, ხოლო მეორე შეიცავს არაწრფივ ელემენტს, რომელიც ცვლის მის წინააღმდეგობას ტემპერატურის მიხედვით. რა არის ძაბვის გამყოფი შეგიძლიათ გაიგოთ სტატიაში ძაბვის გამყოფი. დიზაინის მიხედვით, ეს ოთხი რეზისტორი ასრულებს საზომი ხიდის ფუნქციას.

როდესაც ტემპერატურა "ნორმალურია", R1 და R2 გამყოფის შუა წერტილში "A" (შებრუნებული op-amp შეყვანა) ძაბვა უფრო მეტია ვიდრე R3 და R4 გამყოფის შუა წერტილში "B" (პირდაპირი op-amp შეყვანა). ), შესაბამისად, საოპერაციო გამაძლიერებლის გამომავალი არის დაბალი დონის სიგნალი - ძაბვა მინიმალურია, ტრანზისტორი დახურულია და VL1 შუქი არ ანათებს.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად, რეზისტორის R2 წინააღმდეგობა მცირდება, შესაბამისად, R1 და R2 გამყოფის შუა წერტილში "A" ძაბვაც მცირდება. როდესაც ტემპერატურის მატებასთან ერთად თერმისტორის წინააღმდეგობა ეცემა იმ მნიშვნელობამდე, რომლის დროსაც ძაბვა R1 და R2 გამყოფის შუა წერტილში "A" (ოპ-გამაძლიერებლის შებრუნებული შეყვანა) უფრო დაბალი ხდება ვიდრე "B" შუა წერტილში. გამყოფი R3 და R4 (op-amp-ის პირდაპირი შეყვანა), შემდეგ ოპერაციული გამაძლიერებლის გამოსავალზე გამოჩნდება მაღალი დონის სიგნალი - ძაბვა მიაღწევს მაქსიმუმს, ტრანზისტორი გაიხსნება და შუქი ანათებს.

ფიგურაში ნაჩვენები ტემპერატურის კონტროლის წრე არის ნამდვილი სამუშაო წრე და სწორად აწყობის შემთხვევაში, ის მაშინვე მუშაობს. რეაგირების ტემპერატურის ბარიერი დაყენებულია რეზისტორი R4-ის გამოყენებით. ის შეიძლება იკვებებოდეს როგორც ბატარეებიდან, ასევე დენის გამსწორებლებიდან. მიწოდების ძაბვის დიაპაზონი შეიძლება იყოს 6-დან 30 ვოლტამდე.

თუ თერმისტორი R2 დამონტაჟებულია ნებისმიერ ზედაპირზე, მაგალითად, რადიატორი მძლავრი ტრანზისტორის გასაგრილებლად და ნათურის ნაცვლად გამოიყენება ჩვეულებრივი კომპიუტერის ვენტილატორი (გამაგრილებელი), რომლის ძაბვაა 12 ვოლტი, მაშინ წრე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ავტომატური გაგრილების მოწყობილობა რაღაცისთვის, მაგალითად, ძლიერი ტრანზისტორი. ვენტილატორი ჩაირთვება, როდესაც გარკვეულ ტემპერატურას მიაღწევს და ჩერდება „საკონტროლო ობიექტის“ გაციების შემდეგ.

ოპერაციული გამაძლიერებლის მგრძნობელობის შესამცირებლად, ისევე როგორც ფარმაცევტულ მასშტაბებში სპეციალური ქლიავის ხაზები, გამოიყენება უარყოფითი გამოხმაურება (NFB), რომელიც შესრულებულია რეზისტორზე (დიაგრამაში ეს არის R5). რეზისტორი აკავშირებს გამაძლიერებლის გამომავალს შებრუნებულ შეყვანასთან. გამაძლიერებლის გამომავალი ძაბვის მატებასთან ერთად, გამომავალი ძაბვა გადადის რეზისტორის მეშვეობით გამაძლიერებლის უარყოფით შეყვანაზე, რის შედეგადაც იგი მცირდება გამომავალი ძაბვა. რაც უფრო დაბალია უარყოფითი უკუკავშირის რეზისტორის წინააღმდეგობა, მით უფრო მაღალია უკუკავშირი და, შესაბამისად, მით უფრო უარესია ოპ-გამაძლიერებლის მომატება. უკუკავშირის რეზისტორი R5-ის მნიშვნელობა დიაგრამაში შემოთავაზებული მიკროსქემის ტიპისთვის შეიძლება მერყეობდეს 10 კილო ომიდან 1,5 მეგა ომამდე. უარყოფითი გამოხმაურება ხდის გამომავალი ძაბვის გრაფიკს შეყვანის ძაბვის მიმართ უფრო ბრტყელი. ეს დამოკიდებულება ნაჩვენებია მარცხენა გრაფიკზე.

თუ ოპერაციული გამაძლიერებელი გამოიყენება ავტომატიზაციის სისტემის ან სხვა აღჭურვილობის რელეების გასაკონტროლებლად, რომლებიც „არ მოითმენს“ ძაბვის ხშირ რყევებს, მაშინ კონტაქტების ხშირი გადართვის თავიდან ასაცილებლად, არა უარყოფითი, არამედ დადებითი გამოხმაურება (POS) შეიძლება. იყო გამოყენებული. ამ შემთხვევაში, უკუკავშირის რეზისტორი აკავშირებს გამაძლიერებლის გამომავალს არა შებრუნებულ შეყვანასთან, არამედ პირდაპირთან. შემდეგ, გამაძლიერებლის გამოსავალზე ძაბვის მატებასთან ერთად, გამომავალი ძაბვა რეზისტორის მეშვეობით გადადის გამაძლიერებლის პოზიტიურ შესასვლელში, რაც იწვევს გამომავალი ძაბვის კიდევ უფრო სწრაფად გაზრდას. ამასთან დაკავშირებით, ოპერაციული გამაძლიერებლის როგორც „ჩართვა“ და „გამორთვა“ მოქმედება ხდება ძაბვის უფრო დიდი სხვაობით შეყვანის ძაბვის გამყოფებზე - საზომი ხიდის გაუწონასწორებლობა - ვიდრე უარყოფითი გამოხმაურებით. გამაძლიერებლის გადართვის ნიმუში ხდება უფრო "მკვეთრი" - მას აქვს უფრო ციცაბო წინა ნაწილი "ჩართვისას" და მკვეთრი ვარდნა "გამორთვისას". რაც უფრო დაბალია დადებითი გამოხმაურების რეზისტორის წინააღმდეგობა, მით უფრო მაღალია უკუკავშირი და, შესაბამისად, უფრო დიდია op-amp-ის მომატება. მაგრამ გახსოვდეთ, რომ გადაჭარბებული დადებითი გამოხმაურება იწვევს გამომავალი სიგნალის დამახინჯებას და op-amp-ის თვითაგზნებას.

დადებითი გამოხმაურებით (POF) ჩნდება გვერდითი ეფექტი - „ჰისტერეზის მარყუჟი“, რომლის დროსაც გამაძლიერებელი ჩართულია შეყვანის ძაბვების უფრო დიდი სხვაობით და გამორთულია მნიშვნელოვნად მცირე სხვაობით, ვიდრე გამაძლიერებელი უარყოფითი გამოხმაურებით. რაც უფრო ძლიერია POS, მით უფრო მართკუთხაა ჰისტერეზის მარყუჟი (სურათზე მარჯვენა გრაფიკი). ძლიერი დადებითი გამოხმაურების არსებობა წრეს შმიტის ტრიგერად აქცევს. ამიტომ, ამ ტიპის უკუკავშირი იძლევა ტემპერატურის მნიშვნელოვანი გავრცელების საშუალებას ტემპერატურის ავტომატური კონტროლის სისტემაში და არ არის შესაფერისი, მაგალითად, ინკუბატორისთვის, სადაც დიდი ტემპერატურის გავრცელება დაუშვებელია.

ოპ ამპერატორები შეიძლება ამოძრავებდეს ერთი კვების წყაროდან, როგორც ეს ადრე იყო ილუსტრირებული, მაგრამ ზოგადად ისინი შექმნილია ორმაგი კვების წყაროზე მუშაობისთვის. ბიპოლარული ელექტრომომარაგება საჭიროა იმ სქემებში, რომლებშიც ოპერაციული გამაძლიერებელი ზომავს როგორც დადებით, ასევე უარყოფით ძაბვებს, ან გაზომილი ძაბვები შედარებულია "ნულთან", მაგალითად, ჰარმონიული სიგნალის გამაძლიერებლის სქემებში. ბიპოლარული ელექტრომომარაგების შემთხვევაში, ოპერაციული გამაძლიერებლის გამომავალი ძაბვა, შეყვანის სიგნალის მიხედვით, შეიძლება განსხვავდებოდეს "-" კვების წყაროდან "+" კვების წყარომდე.

ბიპოლარული ელექტრომომარაგების მქონე საოპერაციო გამაძლიერებლების გარკვეულ ტიპებში შესაძლებელია "ნულოვანი ბალანსის" რეგულირება - მდგომარეობა, როდესაც ორივე შესასვლელში შემავალი სიგნალის არარსებობის შემთხვევაში, გამომავალი ძაბვა არ არის არც დადებითი და არც უარყოფითი, მაგრამ ნულის ტოლია. . ამ მიზნით არის op-amp მიკროსქემების სპეციალური ქინძისთავები, სადაც ჩართულია ტრიმირების რეზისტორი ნულოვანი ბალანსის დასარეგულირებლად.

ყველა ოპერაციული გამაძლიერებელი, რომელიც მუშაობს ჰარმონიული სიგნალების გამაძლიერებლის რეჟიმში, არაწრფივი დამახინჯებების აღმოსაფხვრელად, შეიძლება დაუკავშირდეს დამატებით ელემენტებს - ფილტრებს, რომლებიც ჩვეულებრივ შედგება კონდენსატორებისა და რეზისტორებისგან. თითოეულ ტიპის ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს საკუთარი ფილტრის წრე. როგორც წესი, იგი მოცემულია საცნობარო წიგნებში.

ჩვენ ახლა ვვითარდებით სპეციალურად თქვენთვის ოპერაციული გამაძლიერებლების სახელოსნორათა ყველამ შეძლოს ამ სასარგებლო ტიპის მიკროსქემით მუშაობა.

ოპერაციულ გამაძლიერებელს (op-amp) ჩვეულებრივ უწოდებენ ინტეგრირებულ DC გამაძლიერებელს დიფერენციალური შეყვანით და ბიძგ-გაყვანის გამომავალით, შექმნილია უკუკავშირის სქემებთან მუშაობისთვის. გამაძლიერებლის სახელწოდება განპირობებულია მისი ორიგინალური აპლიკაციის არედან - ანალოგურ სიგნალებზე სხვადასხვა ოპერაციების შესრულება (დამატება, გამოკლება, ინტეგრაცია და ა.შ.). ამჟამად, op-amps ემსახურება როგორც მრავალფუნქციური ერთეული სხვადასხვა მიზნებისათვის ელექტრონული მოწყობილობების დანერგვაში. ისინი გამოიყენება გაძლიერების, შეზღუდვის, გამრავლებისთვის, სიხშირის გაფილტვრისთვის, გენერირებისთვის, სტაბილიზაციისთვის და ა.შ. სიგნალები უწყვეტ და პულსირებულ მოწყობილობებში.

უნდა აღინიშნოს, რომ თანამედროვე მონოლითური ოპ-ამპერები ოდნავ განსხვავდება ზომითა და ფასით ცალკეული დისკრეტული ელემენტებისგან, მაგალითად, ტრანზისტორებისგან. ამიტომ, op-amp-ზე სხვადასხვა მოწყობილობების დანერგვა ხშირად ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე დისკრეტულ ელემენტებზე ან გამაძლიერებელ IC-ებზე.

იდეალურ op-amp-ს აქვს უსასრულოდ დიდი ძაბვის მომატება ( K და op-amp=∞), უსასრულოდ დიდი შეყვანის წინაღობა, უსასრულოდ მცირე გამომავალი წინაღობა, უსასრულოდ დიდი CMRR და უსასრულოდ ფართო ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონი. ბუნებრივია, პრაქტიკაში, არც ერთი ამ თვისების სრულად რეალიზება შეუძლებელია, მაგრამ მათი მიახლოება შესაძლებელია მრავალი სფეროსთვის საკმარისი ხარისხით.

სურათი 6.1 გვიჩვენებს op-amp სიმბოლოების ორ ვერსიას - გამარტივებული (a) და დამატებითი ტერმინალებით დენის სქემების და სიხშირის კორექტირების სქემების დასაკავშირებლად (b).

სურათი 6.1. OS სიმბოლოები

იდეალური ოპ-გამაძლიერებლის მახასიათებლების მოთხოვნებიდან გამომდინარე, შესაძლებელია მისი შიდა სტრუქტურის სინთეზირება, რომელიც წარმოდგენილია სურათზე 6.2.

სურათი 6.2. op-amp-ის ბლოკ-სქემა

მარტივი op-amp-ის გამარტივებული ელექტრული წრე, რომელიც ახორციელებს ნახაზი 6.2-ის ბლოკ-სქემას, ნაჩვენებია სურათზე 6.3.

სურათი 6.3. მარტივი op-amp წრე

ეს წრე შეიცავს შეყვანის დისტანციურ მართვის პულტს (VT 1 და VT 2) დენის სარკეთი (VT 3 და VT 4), შუალედური საფეხურები OK (VT 5) და OE (VT 6) და გამომავალი დენის გამაძლიერებელი ტრანზისტორებზე VT. 7 და VT 8 . op-amp შეიძლება შეიცავდეს სიხშირის კორექტირების სქემებს (Ccor), ელექტრომომარაგების და თერმული სტაბილიზაციის სქემებს (VD 1, VD 2 და ა.შ.), IST და ა.შ. ბიპოლარული ელექტრომომარაგება იძლევა გალვანური კომუნიკაციის საშუალებას op-amp-ის ეტაპებს და ნულოვანი პოტენციალის მის შეყვანასა და გამომავალს შორის სიგნალის არარსებობის შემთხვევაში. მაღალი შეყვანის წინაღობის მისაღებად, შეყვანის დისტანციური მართვა შეიძლება შესრულდეს DC-ზე. უნდა აღინიშნოს, რომ არსებობს op-amp მიკროსქემის გადაწყვეტილებების ფართო არჩევანი, მაგრამ მათი აგების ძირითადი პრინციპები საკმაოდ სრულად არის ილუსტრირებული სურათზე 6.3.

6.2. op-amp-ის ძირითადი პარამეტრები და მახასიათებლები

op-amp-ის მთავარი პარამეტრი არის ძაბვის მომატება უკუკავშირის გარეშე K u op-amp, ასევე მოუწოდა მთლიანი ძაბვის მომატებას. ბასის და საშუალო დონის რეგიონებში ის ზოგჯერ აღინიშნება კ საქართველოს u Op-amp 0 და შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე ათეულ და ასეულ ათასს.

op-amp-ის მნიშვნელოვანი პარამეტრებია მისი სიზუსტის პარამეტრები, რომლებიც განისაზღვრება შეყვანის დიფერენციალური ეტაპით. ვინაიდან დისტანციური მართვის სიზუსტის პარამეტრები განხილული იყო 5.5 ქვეთავში, აქ შემოვიფარგლებით მათი ჩამოთვლებით:

◆ ნულოვანი ოფსეტური ძაბვა U სმ;

◆ ნულოვანი ოფსეტური ძაბვის ტემპერატურის მგრძნობელობა dU სმ/dT;

◆ მიკერძოებული დენი Δ მე შევიყვანე;

◆ საშუალო შეყვანის დენი მე შევიყვანე ქ.

op-amp-ის შემავალი და გამომავალი სქემები წარმოდგენილია შეყვანით R შეყვანადა შაბათ-კვირას R გამოვიდა ოპერაციული გამაძლიერებლიდანწინააღმდეგობები მოცემულია ოპ-ამპერებისთვის OOS სქემების გარეშე. გამომავალი სქემისთვის ასევე მოცემულია ისეთი პარამეტრები, როგორიცაა მაქსიმალური გამომავალი დენი მე გამომაქვს OUდა მინიმალური დატვირთვის წინააღმდეგობა რ ნ min და ზოგჯერ მაქსიმალური დატვირთვის მოცულობა. ოპ გამაძლიერებლის შეყვანის წრე შეიძლება შეიცავდეს ტევადობას შეყვანებსა და საერთო ავტობუსს შორის. op-amp-ის შემავალი და გამომავალი სქემების გამარტივებული ეკვივალენტური სქემები წარმოდგენილია ნახაზზე 6.4.

სურათი 6.4. op-amp-ის მარტივი ხაზოვანი მაკრომოდელი

op-amp-ის პარამეტრებს შორის აღსანიშნავია CMRR და დენის წყაროს არასტაბილურობის გავლენის შესუსტების კოეფიციენტი KOVNP=20lg·(Δ. ე/Δ U in). ორივე ამ პარამეტრს თანამედროვე op-amps-ში აქვს თავისი მნიშვნელობები (60...120) dB-ში.

ოპ-გამაძლიერებლის ენერგეტიკული პარამეტრები მოიცავს კვების წყაროების ძაბვას ±E, დენის მოხმარებას (ჩუმად) მე პდა ენერგიის მოხმარება. ჩვეულებრივ, მე პშეადგენს მეათედს - ათეულ მილიამპერს და ენერგიის მოხმარება ცალსახად არის განსაზღვრული მე პ, ერთეული - ათობით მილივატი.

op-amp-ის მაქსიმალური დასაშვები პარამეტრები მოიცავს:

◆ მაქსიმალური შესაძლო (დაუმახინჯებელი) გამომავალი სიგნალის ძაბვა თქვენ გარეთ max (ჩვეულებრივ E-ზე ოდნავ ნაკლები);

◆ მაქსიმალური დასაშვები დენის გაფრქვევა;

◆ სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონი;

◆ მიწოდების მაქსიმალური ძაბვა;

◆ მაქსიმალური შეყვანის დიფერენციალური ძაბვა და ა.შ.

სიხშირის პარამეტრებში შედის აბსოლუტური შეწყვეტის სიხშირე ან ერთიანობის მომატების სიხშირე ვ თ (ფ 1), ე.ი. სიხშირე, რომლის დროსაც K u op-amp=1. ხანდახან გამოიყენება გამომავალი ძაბვის დაძაბვის სიჩქარის და დარეგულირების დროის კონცეფცია, რომელიც განისაზღვრება op-amp-ის პასუხით მის შეყვანაზე ძაბვის აწევის ზემოქმედებაზე. ზოგიერთი ოპტიმალური გამაძლიერებლისთვის, ასევე მოცემულია დამატებითი პარამეტრები, რომლებიც ასახავს მათი გამოყენების სპეციფიკურ სფეროს.

op-amp-ის ამპლიტუდის (გადაცემის) მახასიათებლები წარმოდგენილია ნახაზზე 6.5 ორი დამოკიდებულების სახით. თქვენ გარეთ=ვ(U in) ინვერსიული და არაინვერსიული შეყვანებისთვის.

როდესაც op-amp-ის ორივე შეყვანისას U in=0, მაშინ გამომავალზე იქნება შეცდომის ძაბვა უ ოშ, განისაზღვრება op-amp-ის ზუსტი პარამეტრებით (სურათზე 6.5 უ ოშარ არის ნაჩვენები მისი მცირე ზომის გამო).

სურათი 6.5. აჰ OU

op-amp-ის სიხშირის თვისებები წარმოდგენილია მისი სიხშირის პასუხით, შესრულებული ლოგარითმული მასშტაბით, K u op-amp=φ(ლოგი ვ). ამ სიხშირის პასუხს ეწოდება ლოგარითმული (LAFC), მისი ტიპიური ფორმა ნაჩვენებია სურათზე 6.6 ​​(K140UD10 ოპ გამაძლიერებლისთვის).

სურათი 6.6. LFC და LFCH OU K140UD10

სიხშირეზე დამოკიდებულება K u op-ampშეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც:

აქ თ ვ op-amp-ის დროის მუდმივი, რომელიც ზე მ ინ=3 dB განსაზღვრავს op-amp-ის შეერთების (გათიშვის) სიხშირეს (იხ. სურათი 6.6);

ω ვ= 1/τ ვ= 2π ვ in.

გამონათქვამში ჩანაცვლება for K u op-amp τ ვ 1/ω-ით ვ, ვიღებთ ჩანაწერს LACHH:

ბასზე და საშუალო რეჟიმზე კ საქართველოს u Op-amp= 20ლგ კ საქართველოს u Op-amp 0, ე.ი. LFC არის სწორი ხაზი სიხშირის ღერძის პარალელურად. გარკვეული მიახლოებით შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ HF რეგიონში კლებაა კ საქართველოს u Op-ampხდება 20 დბ სიჩქარით ათწლეულში (6 დბ ოქტავაზე). შემდეგ ω>>ω-სთვის ვთქვენ შეგიძლიათ გაამარტივოთ გამოხატვა LAC-ისთვის:

K u op-amp= 20ლგ კ საქართველოს u Op-amp 0 - 20 log (ω/ω ვ).

ამრიგად, LFC HF რეგიონში წარმოდგენილია სწორი ხაზით, რომლის დახრილობაა სიხშირის ღერძზე 20 dB/dec. განხილული სწორი ხაზების გადაკვეთის წერტილი, რომელიც წარმოადგენს LFC-ს, შეესაბამება ω კონიუგაციის სიხშირეს ვ (ვ in). განსხვავება რეალურ და იდეალურ LFC-ს შორის სიხშირეზე ვ inარის დაახლოებით 3 dB (იხ. სურათი 6.6), თუმცა, ანალიზის მოხერხებულობისთვის ეს მოითმენს და ასეთ გრაფიკებს ჩვეულებრივ უწოდებენ ბოდეს დიაგრამები .

უნდა აღინიშნოს, რომ LFC დაშლის სიჩქარე 20 dB/dec ტიპიურია კორექტირებული ოპ-ამპერებისთვის გარე ან შიდა კორექტირებით, რომლის ძირითადი პრინციპები ქვემოთ იქნება განხილული.

სურათი 6.6 ასევე გვიჩვენებს ლოგარითმული ფაზის პასუხის (LPFC), რომელიც არის გამომავალი სიგნალის ფაზური ცვლის j დამოკიდებულება შეყვანის სიგნალთან სიხშირეზე. რეალური LFFC განსხვავდება წარმოდგენილისგან არაუმეტეს 6°-ით. გაითვალისწინეთ, რომ რეალური op-amp-ისთვის j=45° სიხშირეზე ვ inდა სიხშირით ვ თ- 90°. ამრიგად, სამუშაო სიგნალის შიდა ფაზური ცვლა კორექტირებულ op-amp-ში HF რეგიონში შეიძლება მიაღწიოს 90°-ს.

ზემოთ განხილული op-amp-ის პარამეტრები და მახასიათებლები აღწერს მას OOS სქემების არარსებობის შემთხვევაში. თუმცა, როგორც აღინიშნა, op-amps თითქმის ყოველთვის გამოიყენება OOS სქემებით, რაც მნიშვნელოვნად მოქმედებს მის ყველა ინდიკატორზე.

6.3. ინვერსიული გამაძლიერებელი

Op-amps ყველაზე ხშირად გამოიყენება ინვერსიულ და არაინვერსიულ გამაძლიერებლებში. op-amp ინვერსიული გამაძლიერებლის გამარტივებული მიკროსქემის დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 6.7.

სურათი 6.7. ოპ გამაძლიერებელი ინვერსიული გამაძლიერებელი

რეზისტორი R 1 წარმოადგენს სიგნალის წყაროს შიდა წინააღმდეგობას Მაგალითად, R os-ის საშუალებით OU დაფარულია ∥OOSN-ით.

იდეალური op-amp-ით, ძაბვის სხვაობა შეყვანის ტერმინალებში ნულისკენ მიისწრაფვის და რადგან არაინვერსიული შეყვანა დაკავშირებულია საერთო ავტობუსთან R2 რეზისტორის საშუალებით, პოტენციალი წერტილში აასევე უნდა იყოს ნული („ვირტუალური ნული“, „აშკარა საფუძველი“). შედეგად, ჩვენ შეგვიძლია დავწეროთ: მე გ=მე ოს, ე.ი. Მაგალითად/რ 1 =–თქვენ გარეთ/რ ოს. აქედან ვიღებთ:

K U ინვ = თქვენ გარეთ/Მაგალითად = –რ ოს/რ 1 ,

იმათ. იდეალური ოპ გამაძლიერებლით K U ინვგანისაზღვრება გარე რეზისტორების მნიშვნელობების თანაფარდობით და არ არის დამოკიდებული თავად op-amp-ზე.

რეალური op-amp-ისთვის აუცილებელია მისი შეყვანის დენის გათვალისწინება მე შევიყვანე, ე.ი. მე გ=მე ოს+მე შევიყვანეან ( Მაგალითად–U in)/რ 1 =(U in–თქვენ გარეთ)/რ ოს+U in/U შეყვანა, სად U in- სიგნალის ძაბვა op-amp-ის ინვერსიულ შეყვანაზე, ე.ი. წერტილში ა. მაშინ რეალური op-amp-ისთვის ვიღებთ:

ადვილია იმის ჩვენება, რომ როდესაც OOS სიღრმე 10-ზე მეტია, ე.ი. K u op-amp/K U ინვ=ფ>10, გაანგარიშების შეცდომა K U ინვიდეალური op-amp-ის შემთხვევაში, ის არ აღემატება 10%-ს, რაც სავსებით საკმარისია პრაქტიკული შემთხვევების უმეტესობისთვის.

რეზისტორების მნიშვნელობები op-amp მოწყობილობებში არ უნდა აღემატებოდეს რამდენიმე მეგოჰმს, წინააღმდეგ შემთხვევაში გამაძლიერებლის არასტაბილური მოქმედება შეიძლება მოხდეს გაჟონვის დენების გამო, op-amp შეყვანის დენებისაგან და ა.შ. თუ გაანგარიშების შედეგად მნიშვნელობა რ ოსაღემატება მაქსიმალურ რეკომენდებულ მნიშვნელობას, მაშინ მიზანშეწონილია გამოიყენოთ T- ფორმის OOS ჯაჭვი, რომელიც, ზომიერი რეზისტორის მნიშვნელობებით, საშუალებას აძლევს მას შეასრულოს ექვივალენტური მაღალი წინააღმდეგობის ფუნქცია. რ ოს(სურათი 6.7b) . ამ შემთხვევაში შეგიძლიათ დაწეროთ:

პრაქტიკაში ხშირად მიაჩნიათ, რომ რ OS 1 =რ OS 2 >>რ OS 3 და ღირებულება რ 1 ჩვეულებრივ მოცემულია, ასე რომ რ OS 3 საკმაოდ მარტივად არის განსაზღვრული.

Op-amp ინვერსიული გამაძლიერებლის შეყვანის წინაღობა R შეყვანა ინვაქვს შედარებით მცირე მნიშვნელობა, რომელიც განისაზღვრება პარალელური OOS-ით:

R შეყვანა ინვ = რ 1 +(რ ოს/K u op-amp + 1)∥R შეყვანა≈ რ 1 ,

იმათ. დიდად K u op-ampშეყვანის წინააღმდეგობა განისაზღვრება მნიშვნელობით რ 1 .

გამაძლიერებლის გამომავალი წინაღობის ინვერსია R out invრეალურ op-amp-ში ის განსხვავდება ნულისაგან და განისაზღვრება როგორც გამორთეთ ოპერაციული გამაძლიერებელიდა გარემოს დაცვის სიღრმე F. F>10-ისთვის შეგვიძლია დავწეროთ:

R out inv = გამორთეთ ოპერაციული გამაძლიერებელი/ფ = გამორთეთ ოპერაციული გამაძლიერებელი/K U ინვ/K u op-amp.

op-amp-ის LFC-ის გამოყენებით, შეგიძლიათ წარმოადგინოთ ინვერსიული გამაძლიერებლის სიხშირის დიაპაზონი (იხ. სურათი 6.6) და

f OC = ვ თ/K U ინვ.

ლიმიტში შეგიძლიათ მიიღოთ K U ინვ=1, ე.ი. მიიღეთ ინვერსიული მიმდევარი. ამ შემთხვევაში ვიღებთ op-amp გამაძლიერებლის მინიმალურ გამომავალ წინაღობას:

R გარეთ = გამორთეთ ოპერაციული გამაძლიერებელი/K u op-amp.

გამაძლიერებელში, რომელიც იყენებს რეალურ ოპ-გამაძლიერებელს გამაძლიერებლის გამომავალზე at U in=0 შეცდომის ძაბვა ყოველთვის იქნება უ ოშ, გენერირებული U სმდა Δ მე შევიყვანე. შემცირების მიზნით უ ოშვცდილობთ გავათანაბროთ ეკვივალენტური რეზისტორები, რომლებიც დაკავშირებულია op-amp-ის შეყვანასთან, ე.ი. მიიღოს რ 2 =რ 1 ∥რ ოს(იხ. სურათი 6.7a). თუ ეს პირობა დაკმაყოფილებულია K U ინვ>10 შეიძლება დაიწეროს:

უ ოშ ≈ U სმ K U ინვ + Δ მე რ ოსში.

შემცირება უ ოშშესაძლებელია დამატებითი მიკერძოების გამოყენებით არაინვერსიულ შეყვანაზე (დამატებითი გამყოფის გამოყენებით) და გამოყენებული რეზისტორების მნიშვნელობების შემცირებით.

განხილული ინვერსიული UPT-ზე დაყრდნობით, შესაძლებელია AC გამაძლიერებლის შექმნა გამყოფი კონდენსატორების შესასვლელთან და გამომავალთან შეერთებით, რომელთა რეიტინგები განისაზღვრება მოცემული სიხშირის დამახინჯების ფაქტორზე დაყრდნობით. მ ნ(იხ. ქვეპუნქტი 2.5).

6.4. არაინვერსიული გამაძლიერებელი

არაინვერსიული op-amp გამაძლიერებლის გამარტივებული მიკროსქემის დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 6.8.

სურათი 6.8. არაინვერსიული op-amp გამაძლიერებელი

ადვილია იმის ჩვენება, რომ არაინვერსიულ გამაძლიერებელში op-amp დაფარულია POSN-ით. Იმიტომ რომ U inდა U osმიეწოდება სხვადასხვა შეყვანას, მაშინ იდეალური op-amp-ისთვის შეგვიძლია დავწეროთ:

U in = U გარეთ რ 1 /(რ 1 + რ ოს),

საიდანაც არაინვერსიული გამაძლიერებლის ძაბვის მომატება:

K U noninv = 1 + რ ოს/რ 1 ,

K U noninv = 1 + |K U ინვ|.

რეალურ op-amp-ზე დაფუძნებული არაინვერსიული გამაძლიერებლისთვის, მიღებული გამონათქვამები მოქმედებს უკუკავშირის სიღრმეზე F>10.

არაინვერსიული გამაძლიერებლის შეყვანის წინაღობა R შეყვანა noninvარის დიდი და განისაზღვრება ღრმა თანმიმდევრული OOS და მაღალი მნიშვნელობით R შეყვანა:

R შეყვანა noninv = R შეყვანა· ფ = R შეყვანა· K U OU/K U noninv.

არაინვერსიული op-amp გამაძლიერებლის გამომავალი წინაღობა განისაზღვრება როგორც ინვერსიული გამაძლიერებლისთვის, რადგან ორივე შემთხვევაში, ძაბვის დაცვის სისტემა მოქმედებს:

R out არაინვ = R გამოვიდა ოპერაციული გამაძლიერებლიდან/ფ = R გამოვიდა ოპერაციული გამაძლიერებლიდან/K U noninv/K U OU.

ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონის გაფართოება არაინვერსიულ გამაძლიერებელში მიიღწევა ისევე, როგორც ინვერსიულ გამაძლიერებელში, ე.ი.

f OC = ვ თ/K U noninv.

დენის შეცდომის შესამცირებლად არაინვერსიულ გამაძლიერებელში, ინვერსიული გამაძლიერებლის მსგავსი, შემდეგი პირობა უნდა დაკმაყოფილდეს:

რ გ = რ 1 ∥რ ოს.

არაინვერსიული გამაძლიერებელი ხშირად გამოიყენება დიდი რ გ(რაც შესაძლებელია დიდის გამო R შეყვანა noninv), შესაბამისად, ამ პირობის შესრულება ყოველთვის არ არის შესაძლებელი რეზისტორების მნიშვნელობების შეზღუდვის გამო.

საერთო რეჟიმის სიგნალის არსებობა ინვერსიულ შეყვანაზე (გადამდები მიკროსქემის მეშვეობით: არაინვერსიული op-amp შეყვანა ⇒ op-amp გამომავალი ⇒ რ ოს⇒ op-amp-ის შეყვანის ინვერსია) იწვევს ზრდას უ ოშ, რაც განსახილველი გამაძლიერებლის მინუსია.

გარემოს დაცვის სიღრმის გაზრდით შესაძლებელია მიღწეული K U noninv=1, ე.ი. არაინვერსიული გამეორების მიღება, რომლის წრე ნაჩვენებია სურათზე 6.9.

სურათი 6.9. არაინვერსიული op-amp მიმდევარი

აქ მიიღწევა 100% POSN, ამიტომ ამ გამეორებას აქვს უმაღლესი შეყვანის და მინიმალური გამომავალი წინაღობა და გამოიყენება, როგორც ნებისმიერი რეპეტიტორი, როგორც შესატყვისი ეტაპი. არაინვერსიული მიმდევრისთვის შეგიძლიათ დაწეროთ:

უ ოშ ≈ U სმ + მე სრ რ გ ≈ მე სრ რ გ,

იმათ. შეცდომის ძაბვამ შეიძლება მიაღწიოს საკმაოდ დიდ მნიშვნელობებს.

განხილული არაინვერსიული UPT-ზე დაყრდნობით, ასევე შესაძლებელია AC გამაძლიერებლის შექმნა გამყოფი კონდენსატორების შესასვლელთან და გამომავალთან შეერთებით, რომელთა რეიტინგები განისაზღვრება მოცემული სიხშირის დამახინჯების ფაქტორის საფუძველზე. მ ნ(იხ. ქვეპუნქტი 2.5).

ოპ-ამპერებზე დაფუძნებული ინვერსიული და არაინვერსიული გამაძლიერებლების გარდა, ხელმისაწვდომია ოპ-ამპერატორების სხვადასხვა ვარიანტები, რომელთაგან ზოგიერთი ქვემოთ იქნება განხილული.

6.5. საკონტროლო ერთეულების ტიპები ოპ გამაძლიერებელზე

განსხვავება (დიფერენციალური) გამაძლიერებელი , რომლის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზზე 6.10.

სურათი 6.10. Op-amp სხვაობის გამაძლიერებელი

op-amp სხვაობის გამაძლიერებელი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ინვერსიული და არაინვერსიული გამაძლიერებლის ვარიანტების კომბინაცია. ამისთვის თქვენ გარეთგანსხვავება გამაძლიერებელი შეიძლება დაიწეროს:

თქვენ გარეთ = K U inv U in 1 +K U noninv U in 2 რ 3 /(რ 2 + რ 3).

ჩვეულებრივ, რ 1 =რ 2 და რ 3 =რ ოს, შესაბამისად, რ 3 /რ 2 =რ ოს/რ 1 =მ. გაზრდის ფაქტორების მნიშვნელობების გაფართოებით, ვიღებთ:

თქვენ გარეთ = მ(U in 2 – U in 1),

განსაკუთრებული შემთხვევისთვის, როცა რ 2 =რ 3 ვიღებთ:

თქვენ გარეთ = U in 2 – U in 1 .

ბოლო გამოთქმა ნათლად ხსნის მოცემული გამაძლიერებლის სახელისა და დანიშნულების წარმოშობას.

განსხვავებულ გამაძლიერებელში, რომელიც დაფუძნებულია op-amp-ზე, შეყვანის ძაბვის იგივე პოლარობით, ხდება საერთო რეჟიმის სიგნალი, რაც ზრდის გამაძლიერებლის შეცდომას. ამიტომ, განსხვავებულ გამაძლიერებელში სასურველია გამოიყენოთ op-amp დიდი CMRR-ით. განხილული განსხვავებების გამაძლიერებლის ნაკლოვანებები მოიცავს შეყვანის წინააღმდეგობის სხვადასხვა მნიშვნელობებს და გაზრდის რეგულირების სირთულეს. ეს სირთულეები აღმოიფხვრება მოწყობილობებში, რომლებიც იყენებენ რამდენიმე ოპ-ამპერს, მაგალითად, განსხვავებულ გამაძლიერებელში ორი გამეორებით (სურათი 6.11).

სურათი 6.11. განმეორებითი განსხვავების გამაძლიერებელი

ეს წრე არის სიმეტრიული და ხასიათდება იგივე შეყვანის წინააღმდეგობებით და დაბალი ცდომილების ძაბვით, მაგრამ მუშაობს მხოლოდ სიმეტრიულ დატვირთვაზე.

op-amp-ზე დაყრდნობით შეიძლება შესრულდეს ლოგარითმული გამაძლიერებელი , რომლის სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზზე 6.12.

სურათი 6.12 ლოგარითმული op-amp გამაძლიერებელი

VD დიოდის P-n შეერთება წინ მიკერძოებულია. თუ ვივარაუდოთ, რომ op-amp იდეალურია, ჩვენ შეგვიძლია გავაიგივოთ დენები მე 1 და მე 2. გამოსახულების გამოყენება p-n შეერთების დენის ძაბვის მახასიათებლისთვის ( მე=მე 0 ), ადვილია დაწერა:

U in/რ= მე 0 ·,

საიდანაც გარდაქმნების შემდეგ ვიღებთ:

თქვენ გარეთ = φ ტ ln( U in/მე 0 რ) = φ ტ(ლნ U in-ლნ მე 0 რ),

საიდანაც გამომდინარეობს, რომ გამომავალი ძაბვა პროპორციულია შეყვანის ლოგარითმისა და ტერმინი ln მე 0 რწარმოადგენს ლოგარითმის შეცდომას. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს გამოხატულება იყენებს ერთ ვოლტზე ნორმალიზებულ ძაბვებს.

დიოდის VD და რეზისტორი R-ის შეცვლისას ვიღებთ ანტილოგის გამაძლიერებელი .

ინვერსიული და არაინვერსიული დამამატებლები op-amps-ზე, რომელსაც ასევე უწოდებენ შემაჯამებელ გამაძლიერებლებს ან ანალოგურ შემკრებებს. ნახაზი 6.13 გვიჩვენებს ინვერსიული შემკრების სქემატურ დიაგრამას სამი შეყვანით. ეს მოწყობილობა არის ინვერსიული გამაძლიერებლის სახეობა, რომლის მრავალი თვისება ასევე გამოიხატება ინვერსიულ დამამატებელში.

სურათი 6.13. Op-amp ინვერსიული დამმატებელი

U in 1 /რ 1 + U in 2 /რ 2 + U in 3 /რ 3 = –თქვენ გარეთ/რ ოს,

მიღებული გამონათქვამიდან გამომდინარეობს, რომ მოწყობილობის გამომავალი ძაბვა არის შეყვანის ძაბვების ჯამი გამრავლებული მომატებაზე K U ინვ. ზე რ ოს=რ 1 =რ 2 =რ 3 K U ინვ=1 და თქვენ გარეთ=U in 1 +U in 2 +U in 3 .

როცა პირობა დაკმაყოფილებულია რ 4 =რ ოს∥რ 1 ∥რ 2 ∥რ 3, მიმდინარე შეცდომა მცირეა და შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით უ ოშ=U სმ(კ უ ოშ+1), სადაც კ უ ოშ=რ ოს/(რ 1 ∥რ 2 ∥რ 3) - შეცდომის სიგნალის გამაძლიერებელი ფაქტორი, რომელსაც აქვს უფრო დიდი მნიშვნელობა, ვიდრე K U ინვ.

არაინვერსიული დამმატებელი განხორციელებულია ისევე, როგორც ინვერსიული დამამატებელი, მაგრამ მან უნდა გამოიყენოს op-amp-ის არაინვერსიული შეყვანა არაინვერსიული გამაძლიერებლის ანალოგიით.

რეზისტორი Roc-ის C კონდენსატორით ჩანაცვლებისას (სურათი 6.14), ვიღებთ მოწყობილობას ე.წ. ანალოგური ინტეგრატორი ან უბრალოდ ინტეგრატორი.

სურათი 6.14. ანალოგური ინტეგრატორი op-amp-ზე

იდეალური op-amp-ით, დენები შეიძლება გაიგივდეს მე 1 და მე 2, საიდანაც გამომდინარეობს:

რაც უფრო მაღალია ინტეგრაციის სიზუსტე, მით მეტია K u op-amp.

განხილული საკონტროლო ერთეულების გარდა, ოპ ამპერატორები გამოიყენება მთელ რიგ უწყვეტ მოწყობილობებში, რომლებიც ქვემოთ იქნება განხილული.

6.6. სიხშირის პასუხის კორექტირება

სიხშირის მახასიათებლების კორექციაში ვგულისხმობთ LFC და LPFC შეცვლას op-amp მოწყობილობებისგან საჭირო თვისებების მისაღებად და, უპირველეს ყოვლისა, სტაბილური მუშაობის უზრუნველსაყოფად. Op-amp ჩვეულებრივ გამოიყენება OOS სქემებთან ერთად, თუმცა, გარკვეულ პირობებში, სიგნალის სიხშირის კომპონენტებში დამატებითი ფაზის გადანაცვლების გამო, OOS შეიძლება გადაიქცეს POS-ად და გამაძლიერებელი დაკარგავს სტაბილურობას. ვინაიდან OOS ძალიან ღრმაა ( βK U>>1), განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ფაზის ცვლა შემავალ და გამომავალ სიგნალებს შორის, რათა დარწმუნდეთ, რომ არ არის აგზნება.

ადრე, ნახაზზე 6.6, ნაჩვენები იყო LFC და LPFC პასუხი შესწორებული ოპ-გამაძლიერებლისთვის, ფორმაში, რომელიც ექვივალენტურია ერთი გამაძლიერებლის საფეხურის LFC და LPFC პასუხის, საიდანაც ჩანს, რომ მაქსიმალური ფაზის ცვლა φ.<90° при K u op-amp>1, და გაზრდის დაშლის სიჩქარე HF რეგიონში არის 20 dB/dec. ასეთი გამაძლიერებელი სტაბილურია უკუკავშირის ნებისმიერ სიღრმეზე.

თუ op-amp შედგება რამდენიმე კასკადისგან (მაგალითად, სამი), რომელთაგან თითოეულს აქვს დაშლის სიჩქარე 20 dB/dec და არ შეიცავს კორექტირების სქემებს, მაშინ მის LFC და LPFC უფრო რთული ფორმაა (სურათი 6.15) და შეიცავს არასტაბილური რხევების ზონას.

სურათი 6.15. შეუსწორებელი op-amp-ის LFC და LPFC

op-amp მოწყობილობების სტაბილური მუშაობის უზრუნველსაყოფად, გამოიყენება შიდა და გარე კორექტირების სქემები, რომელთა დახმარებით ისინი აღწევენ მთლიან ფაზურ ცვლას ღია უკუკავშირის მარყუჟით 135°-ზე ნაკლები მაქსიმალური სამუშაო სიხშირით. ამ შემთხვევაში ავტომატურად გამოდის, რომ კლება K u op-ampარის დაახლოებით 20 დბ/დეკ.

მოსახერხებელია ოპ-ამპერ მოწყობილობების სტაბილურობის კრიტერიუმად გამოყენება ბოდეს კრიტერიუმი , ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: "გამაძლიერებელი უკუკავშირის სქემით სტაბილურია, თუ მისი გაზრდის სწორი ხაზი დეციბელებში კვეთს LFC-ს მონაკვეთზე 20 დბ/დეკ. ამრიგად, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სიხშირის კორექტირების სქემები op-amp-ში უნდა უზრუნველყოფდეს დაშლის სიჩქარეს K U ინვ(K U noninv) HF-ზე დაახლოებით 20 დბ/დეკ.

სიხშირის კორექტირების სქემები შეიძლება იყოს ჩაშენებული ნახევარგამტარულ კრისტალში ან შეიქმნას გარე ელემენტებით. სიხშირის კორექტირების უმარტივესი წრე ხორციელდება საკმარისად დიდი მნიშვნელობის კონდენსატორის C cor-ის მიერ op-amp-ის გამოსავალთან შეერთებით. აუცილებელია დროის მუდმივი τ ბირთვი=R out C კორიყო 1/2π-ზე მეტი ვ in. ამ შემთხვევაში, მაღალი სიხშირის სიგნალები op-amp-ის გამოსავალზე იქნება შუნტირებული C ბირთვი და ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონი ვიწროვდება, მათი უმეტესობა საკმაოდ მნიშვნელოვნად, რაც ამ ტიპის კორექტირების მნიშვნელოვანი ნაკლია. ამ შემთხვევაში მიღებული LFC ნაჩვენებია სურათზე 6.16.

სურათი 6.16. სიხშირის კორექტირება გარე კონდენსატორით

რეცესია K u op-ampაქ ის არ აღემატება 20 dB/dec-ს და თავად op-amp იქნება სტაბილური OOS-ის დანერგვით, ვინაიდან φ არასოდეს გადააჭარბებს 135°-ს.

უფრო მოწინავეა ინტეგრაციული (დაგვიანების კორექტირება) და დიფერენციალური (მოწინავე კორექტირება) ტიპის მაკორექტირებელი სქემები. ზოგადად, ინტეგრირებული ტიპის კორექტირება ვლინდება მაკორექტირებელი (დატვირთვის) ტევადობის მოქმედების მსგავსად. მაკორექტირებელი RC წრე უკავშირდება op-amp ეტაპებს შორის (სურათი 6.17).

სურათი 6.17. ტიპის სიხშირის კორექტირების ინტეგრირება

რეზისტორი R 1 არის op-amp ეტაპის შეყვანის წინააღმდეგობა, ხოლო კორექტირების წრე თავისთავად შეიცავს R ბირთვს და C ბირთვს. ამ მიკროსქემის დროის მუდმივა უნდა იყოს უფრო დიდი ვიდრე op-amp საფეხურის დროის მუდმივი. ვინაიდან კორექტირების წრე არის უმარტივესი ერთმაგი რგოლის RC წრე, მისი LFC დახრილობა არის 20 dB/dec, რაც უზრუნველყოფს გამაძლიერებლის სტაბილურ მუშაობას. და ამ შემთხვევაში, კორექტირების წრე ავიწროებს გამაძლიერებლის მუშაობის სიხშირის დიაპაზონს, მაგრამ ფართო დიაპაზონი მაინც არაფერს იძლევა, თუ გამაძლიერებელი არასტაბილურია.

ოპ-ამპერატორის სტაბილური მუშაობა შედარებით ფართო ზოლით უზრუნველყოფილია დიფერენციალური ტიპის კორექტირებით. LFC და LPFC კორექტირების ამ მეთოდის არსი არის ის, რომ RF სიგნალები გადის op-amp-ის შიგნით, გვერდის ავლით კასკადების (ან ელემენტების) ნაწილს, რომლებიც უზრუნველყოფენ მაქსიმუმს. კ საქართველოს u Op-amp 0, ისინი არ არის გაძლიერებული ან დაყოვნებული ფაზაში. შედეგად, RF სიგნალები ნაკლებად გაძლიერდება, მაგრამ მათი მცირე ფაზის ცვლა არ გამოიწვევს გამაძლიერებლის სტაბილურობის დაკარგვას. დიფერენციალური ტიპის კორექტირების განსახორციელებლად, კორექტირების კონდენსატორი უკავშირდება op-amp-ის სპეციალურ ტერმინალებს (სურათი 6.18).

სურათი 6.18. დიფერენციალური ტიპის სიხშირის კორექტირება

განხილული მაკორექტირებელი სქემების გარდა, ცნობილია სხვებიც (იხ. მაგალითად). კორექტირების სქემების და მათი ელემენტების მნიშვნელობების არჩევისას, უნდა მიმართოთ საცნობარო ლიტერატურას (მაგალითად,).