Circuits amplificadors operatius de retroalimentació

Comparadors

Si utilitzeu un amplificador operatiu sense retroalimentació negativa (OOS), definitivament podem dir què passa comparador. Per entendre el seu funcionament, podeu fer alguns experiments senzills però visuals. Necessitareu una mica per això: l'amplificador operatiu en si, una font d'alimentació amb un voltatge de 9 ... 25V, diverses resistències, un parell de LEDs i un voltímetre (multímetre digital).

La sonda lògica més senzilla s’assembla a partir de leds i resistències, tal com es mostra a la figura 1.

Quan s’aplica un voltatge positiu a l’entrada de la sonda (fins i tot podeu subministrar + U), el LED vermell s’il·lumina i, si l’entrada està connectada a un cable comú, el verd s’il·lumina. Amb l'ajuda d'aquesta sonda, l'estat de sortida de l'amplificador operatiu provat es fa clar i comprensible.

Com a "conill" experimental, és adequat qualsevol que no sigui de gran qualitat i car amplificador operatiu, per exemple, KR140UD608 (708) en estoigs de plàstic o K140UD6 (7) en metall rodó.

Figura 1. Esquema d’una sonda lògica simple

Cal assenyalar que, malgrat els diferents casos, la detecció d'aquests microcircuits és la mateixa i correspon a la que es mostra als gràfics següents. Sovint passa que la pinya de caixes de plàstic i metall no coincideix, tot i que de fet són els mateixos microcircuits. Ara la majoria dels amplificadors operatius, especialment els d’importació, estan disponibles en estoigs de plàstic i tot funciona bé i perfectament, i no hi ha confusions amb els pinzells. I abans, aquests microcircuits "plàstics" eren anomenats despectivament "béns de consum" per especialistes.

Figura 2. Esquema d’un amplificador operatiu

Per als primers experiments, muntem el circuit que es mostra a la figura 2. No s’ha fet gaire cosa aquí: l’amplificador operatiu en si i la sonda lògica que es mostra a la figura 1 estan connectats a una font d’energia unipolar. Tensió d’alimentació + U unipolar 9 ... 30V. La magnitud de l’estrès en els nostres experiments no té una importància particular.

Aquí pot sorgir una pregunta completament legítima: "Per què és lògica la sonda, perquè l'amplificador operatiu és un element analògic?" Sí, però en aquest cas, l'amplificador operatiu no funciona en mode guany, sinó en mode comparador, i només té dos nivells de sortida. Un voltatge proper a 0V s’anomena zero lògic i un voltatge proper a + U és una unitat lògica. En el cas de la potència bipolar, una tensió propera a -U correspon a un zero lògic.

Quan s’aplica una tensió d’alimentació, s’ha d’encendre un dels LED. És impossible respondre a la pregunta de quin, vermell o verd, ja que tot depèn dels paràmetres d’un amplificador operatiu determinat i de les condicions externes, per exemple, de la interferència de xarxa. Si es prenen diversos del mateix tipus d’op-amp, els resultats seran molt diferents.

La tensió a la sortida de l'amplificador operatiu és controlada per un voltímetre: si el LED vermell està encès, el voltímetre mostrarà una tensió propera a + U, i si el LED verd està encès, el voltatge serà gairebé zero.

Ara podeu intentar aplicar certa tensió a les entrades i mirar els indicadors i el voltímetre com comportarà l’amplificador operatiu. La manera més senzilla és aplicar tensió tocant un dit al seu torn de cada entrada de l’amplificador operatiu, i l’altre d’un dels pins d’alimentació. En aquest cas, hauria de canviar la brillantor de la sonda i la lectura del voltímetre. Però és possible que aquests canvis no es produeixin.

La cosa és que alguns amplificadors operatius estan dissenyats perquè la tensió d’entrada estigui dins d’uns límits determinats: lleugerament superior a la tensió al terminal 4 i lleugerament inferior a la tensió d’alimentació al terminal 7. Això és “una mica més baix, més alt” és 1. ... 2B. Per continuar els experiments, havent complert la condició indicada, caldrà muntar un esquema una mica més complex, mostrat a la figura 3.

Figura 3 Circuits operatius amplificadors de retroalimentació

Ara, el voltatge es subministra a les entrades mitjançant resistències variables R1, R2, els motors dels quals haurien d’instal·lar prop de la posició mitjana abans d’iniciar les mesures. El voltímetre s'ha traslladat a un altre lloc: mostrarà la diferència de tensió entre les entrades directes i inverses.

És millor si aquest voltímetre és digital: la polaritat de la tensió pot canviar, apareixerà un signe menys a l'indicador del dispositiu digital i el dispositiu punter simplement es "farà volar" en sentit contrari. (Podeu utilitzar un voltímetre de punter amb un punt mig a l'escala.) A més, la resistència d'entrada d'un voltímetre digital és molt superior a la d'un punter, de manera que els resultats de la mesura seran més precisos. L’estat de sortida serà determinat per l’indicador LED.

És convenient donar aquests consells: és millor fer aquests experiments senzills amb les teves pròpies mans, i no només llegir i decidir que tot és senzill i clar. Això és com llegir el tutorial de guitarra, sense agafar mai la guitarra. Per tant, comencem

El primer que cal fer és establir els motors de resistència variable aproximadament a la posició mitjana, mentre que la tensió a les entrades de l'amplificador operatiu és a prop de la meitat de la tensió d'alimentació. La sensibilitat del voltímetre s’hauria de maximitzar, però potser no de forma immediata, sinó de forma gradual, per no gravar el dispositiu.

Suposem que la sortida de l'amplificador operatiu és baixa, el LED verd està encès. Si no és així, es pot aconseguir aquest estat girant la resistència variable R1 de tal manera que el motor es desplaci cap al circuit - pràcticament pot ser de 0V.

Ara, utilitzant la resistència variable R1, comencem a afegir tensió a l’entrada directa de l’amplificador operatiu (pin 3), observant les lectures del voltímetre. Tan aviat com el voltímetre mostri una tensió positiva (la tensió a l'entrada directa (terminal 3) és superior a la inversa (terminal 2)), el LED vermell s'encendrà. Per tant, la tensió a la sortida de l'amplificador operatiu és alta o, com s'ha acordat anteriorment, una unitat lògica.

Una mica d’ajuda

Més precisament, ni tan sols una unitat lògica, sinó un nivell alt: una unitat lògica indica la veritat del senyal, segons diuen, s’ha produït un esdeveniment. Però aquesta veritat, aquesta unitat lògica es pot expressar i nivell baix. Com a exemple, podem recordar la interfície RS-232, en la qual una tensió negativa correspon a una unitat lògica, mentre que un zero lògic té un voltatge positiu. Tot i que en altres esquemes, la unitat lògica s’expressa més sovint en un nivell alt.

Continuem la nostra experiència científica. Comencem a girar amb cura i lentament la resistència R1 en sentit contrari, seguint el voltímetre. En un moment determinat, es mostrarà zero, però el LED vermell encara s'il·luminarà. És poc probable que arribi a una posició en què els dos LED estiguin apagats.

Amb una major rotació de la resistència, la polaritat de les lectures del voltímetre també canviarà a negatiu. Això suggereix que la tensió a l’entrada inversa (2) en valor absolut és superior a l’entrada directa (3). El LED verd s'il·lumina, indicant un nivell baix a la sortida de l'amplificador operatiu. Després d’això, podeu continuar girant la resistència R1 en la mateixa direcció, però no es produirà cap canvi: el LED verd no s’apagarà ni canviarà la brillantor.

Aquest fenomen es produeix quan l'amplificador operatiu es troba en mode comparador, és a dir. sense comentaris negatius (de vegades fins i tot amb PIC).Si l’amplificador op funciona en mode lineal, està cobert per una retroalimentació negativa (OOS), aleshores quan el motor R1 de resistència gira, el voltatge de sortida canvia en proporció a l’angle de rotació, llegiu la diferència de voltatge a les entrades i no un pas. En aquest cas, la brillantor del LED es pot canviar sense problemes.

D’aquests aspectes anteriors, podem concloure: la tensió a la sortida de l’amplificador operatiu depèn de la diferència de tensió a les entrades. En el cas que la tensió a l'entrada directa sigui superior a la inversa, la tensió de sortida és alta. En cas contrari (el voltatge a l’invers és superior al de directe), el nivell de sortida és un zero lògic.

Al principi d'aquest experiment, es va recomanar instal·lar els motors de resistència R1, R2 aproximadament a la posició del centre. I què passarà si inicialment els establiu en un terç de la facturació o en dos terços? Sí, en realitat res canviarà, tot funcionarà de la mateixa manera que es va descriure anteriorment. A partir d’això, podem concloure que el senyal a la sortida de l’amplificador operatiu no depèn del valor absolut de les tensions a les entrades directes i inverses. I només depèn de la diferència de tensió.

De tot el que s’ha dit, es pot treure una conclusió més important: un comparador –un comparador– és un amplificador operatiu sense feedback. En aquest cas, la tensió de referència o de referència s'aplica a una entrada i el voltatge, el valor del qual s'ha de controlar, a l'altra entrada. Quina entrada per subministrar la tensió de referència es decideix durant el desenvolupament del circuit.

Com a exemple, la figura 4 mostra un diagrama. temporitzador integrat NE555a l'entrada dels quals hi ha immediatament 2 comparadors interns DA1 i DA2.

Figura 4Circuit integrat del temporitzador NE555

El seu propòsit és gestionar l’interior Trigger de RS. La lògica de control és força senzilla: la unitat lògica de la sortida del comparador DA2 estableix el disparador i la unitat lògica de la sortida del comparador DA1 restableix el disparador.

Es divideix un divisor en les resistències R1 ... R3, que subministra tensions de referència a les entrades dels comparadors. Les tres resistències tenen la mateixa resistència (5K), formant 2/3 i 1/3 de la tensió de subministrament, que es subministren, respectivament, a l’entrada invertida DA1 i a l’entrada no invertida DA2.

En termes del que s’ha escrit anteriorment, resulta que la unitat lògica a la sortida del comparador DA1 s’obté si la tensió d’entrada a l’entrada directa supera la tensió de referència a l’invers (2 / 3Upit), el disparador es torna a zero.

Per configurar el disparador a 1, haureu d’obtenir un nivell alt en la sortida del comparador DA2 intern. Aquesta condició s’aconseguirà quan el nivell de tensió a l’entrada invertida DA2 sigui inferior a 1 / 3Upit. Es tracta d’una tensió de referència aplicada a l’entrada directa del comparador DA2.

Aquí l'objectiu de la descripció del temporitzador integrat NE555 no es defineix, tan sols com un exemple d'ús de l'op-amp, es mostren amagats els comparadors d'entrada amagats dins del microcircuit. Per a aquells que estiguin interessats en utilitzar el temporitzador 555, podeu recomanar la lectura de l'article "Temporitzador integrat NE555".

Vegeu també Circuits amplificadors operatius de comentaris

Boris Aladyshkin