Circuits amplificadors operatius de comentaris

Amplificador repetidor i inversor

Al final de l'article “L’amplificador operatiu ideal” Es va demostrar que quan s'utilitza un amplificador operatiu en diversos circuits de commutació, l'amplificació de la cascada en un únic amplificador operatiu (OA) depèn només de la profunditat de retroalimentació. Per tant, en les fórmules per determinar el guany d’un determinat circuit, no s’utilitza el guany de l’opp amper “buit”. Aquest és el gran coeficient que s'especifica als directoris.

Aleshores és molt adequat fer la pregunta: “Si el resultat final (guany) no depèn d’aquest enorme coeficient de“ referència ”, quina és la diferència entre l’opamp amb amplificació diverses milers de vegades i amb el mateix opamp, però amb amplificació diversos centenars de milers. i fins i tot milions? ”

La resposta és bastant senzilla. En ambdós casos, el resultat serà el mateix, el guany en cascada serà determinat pels elements OOS, però en el segon cas (opamp amb gran guany), el circuit funciona de manera més estable, més precisament, la velocitat d’aquests circuits és molt més alta. Per una bona raó, els amplificadors op es divideixen en amplificadors opcionals d'aplicació general i precisió d'alta precisió.

Com ja s'ha dit, els amplificadors "operatius" en qüestió es van rebre en aquell moment, quan es van utilitzar principalment per realitzar operacions matemàtiques en equips analògics (AVMs). Aquestes eren operacions de suma, resta, multiplicació, divisió, quadrat i moltes altres funcions.

Aquests op-amps antediluvians es van realitzar en tubs d’electrons, més tard en transistors discrets i altres components de ràdio. Naturalment, les dimensions dels ampli op opcionals de transistor eren prou grans com per ser utilitzades en construccions amateurs.

I només després que, gràcies als èxits de l’electrònica integrada, els amplificadors op se convertissin en la mida d’un transistor ordinari de baixa potència, es va justificar l’ús d’aquestes peces en equips domèstics i circuits d’aficionats.

Per cert, op-amplificadors moderns, fins i tot de qualitat força alta, a un preu lleugerament superior a dos o tres transistors. Aquesta declaració s'aplica a amplificadors opcionals d'ús general. Els amplificadors de precisió poden costar una mica més.

Pel que fa als circuits de l’amperi op, cal destacar immediatament que tots alimenten una font d’alimentació bipolar. Aquest mode és el més “habitual” per a un amplificador op, que permet amplificar no només els senyals de tensió CA, per exemple, un sinusoide, sinó també senyals de corrent continu o simplement tensió.

I, tanmateix, amb força freqüència, l'alimentació dels circuits de l'amplificador es fa a partir d'una font unipolar. És cert que, en aquest cas, no és possible augmentar la tensió constant. Però sovint passa que això simplement no és necessari. Els circuits amb font d'alimentació unipolar es descriuen més endavant, però de moment seguirem sobre els esquemes de connexió de l'amplificador amb alimentació bipolar.

La tensió d’alimentació de la majoria d’amplificadors op es troba sovint dins de ± 15V. Però això no significa en absolut que aquesta tensió no es pugui reduir (no es recomana major). Molts op-amperis funcionen de manera molt estable a partir de ± 3V, i alguns models fins i tot a ± 1.5V. Aquesta possibilitat està indicada a la documentació tècnica (DataSheet).

Seguidor de tensió

És el dispositiu més senzill quant a circuits en un amplificador op; el seu circuit es mostra a la figura 1.

Figura 1. Circuit de seguiment de tensió en un amplificador operatiu

És fàcil veure que per crear un esquema no calia un sol detall, tret del sistema operatiu en si. És cert que la figura no mostra la connexió de corrent, però un esquema dels esquemes es troba molt sovint. L’únic que vull destacar és que entre els terminals de la font d’alimentació op-amper (per exemple, per a l’amplificador d’operació KR140UD708, aquestes són les conclusions 7 i 4) i s’ha de connectar el cable comú bloqueig de condensadors amb una capacitat de 0,01 ... 0,5 μF.

El seu propòsit és fer més estable el funcionament de l’amplificador op, per alliberar-se de l’autoexcitació del circuit al llarg dels circuits d’alimentació. Els condensadors s’han de connectar el més a prop possible als terminals d’energia del xip. De vegades es connecta un condensador basat en diversos grups de microcircuits. Els mateixos condensadors es poden veure en taulers amb microcircuits digitals, la seva finalitat és la mateixa.

El guany del repetidor és igual a la unitat o, dit d'una altra manera, tampoc hi ha cap guany. Aleshores, per què aquest esquema? Aquí és força oportú recordar que hi ha un circuit de transistors - un seguidor d'emissor, el propòsit principal del qual és fer coincidir cascades amb diferents resistències d'entrada. Cascades similars (repetidors) també s’anomenen buffer.

La resistència d’entrada del repetidor a l’amplificador op es calcula com el producte de la impedància d’entrada de l’opp per la seva guany. Per exemple, per l’esmentat UD708, la impedància d’entrada és d’aproximadament 0,5 MΩ, el guany és d’almenys 30.000, i potser més. Si multipliqueu aquests números, aleshores la impedància d’entrada és de 15 GΩ, la qual cosa és comparable amb la resistència d’un aïllament de no gaire qualitat, com el paper. Un resultat tan elevat és poc probable que s’aconsegueixi amb un seguidor emissor convencional.

Perquè les descripcions no siguin dubtes, a continuació es mostren les figures que mostren el funcionament de tots els circuits descrits al programa-simulador Multisim. Per descomptat, tots aquests esquemes es poden muntar a la placa de pa, però no es poden obtenir els pitjors resultats a la pantalla del monitor.

De fet, és fins i tot una mica millor: no heu d’anar a cap lloc de la prestatgeria per canviar la resistència o el microcircuit. Aquí tot, inclús els instruments de mesura, es troba al programa i “obté” amb el ratolí o el teclat.

La figura 2 mostra els circuits de repetició realitzats al programa Multisim.

Figura 2

L’estudi del circuit és força senzill. A l’entrada del repetidor del generador funcional s’aplica un senyal sinusoïdal amb una freqüència d’1 KHz i una amplitud de 2 V, tal com es mostra a la figura 3.

Figura 3

L’oscil·loscopi l’observa el senyal a l’entrada i sortida del repetidor: el senyal d’entrada es mostra per un feix blau, el feix de sortida és vermell.

Figura 4

I per què, preguntarà el lector atent, el senyal de sortida (vermell) és el doble de gran que el blau d’entrada? Tot és molt senzill: amb la mateixa sensibilitat dels canals de l’oscil·loscopi, tots dos sinusoides amb la mateixa amplitud i fase es fusionen en un, amaguen-se darrere l’altre.

Per tal de fer-ne els dos alhora, vam haver de reduir la sensibilitat d’un dels canals, en aquest cas l’entrada. Com a resultat, l’ona sinusoïdal blava va esdevenir exactament la meitat de la pantalla a la pantalla i va deixar d’amagar-se darrere de la vermella. Tot i que per obtenir aquest resultat, simplement podeu canviar els rajos amb els controls d’oscil·loscopi, deixant la sensibilitat dels canals igual.

Els dos sinusoides es troben simètricament en relació amb l’eix del temps, cosa que indica que el component constant del senyal és igual a zero. I què passarà si s’hi afegeix un component DC petit al senyal d’entrada? El generador virtual permet desplaçar l’ona sinusoïdal per l’eix Y Intentem desplaçar-la cap amunt en 500mV.

Figura 5

El que va sortir d’això es mostra a la figura 6.

Figura 6

Es nota que els sinusoides d’entrada i sortida van augmentar una mitja volta, mentre no es van canviar gens. Això suggereix que el repetidor va transmetre amb precisió el component constant del senyal. Però sovint intenten desfer-se d’aquest component constant, fer-lo igual a zero, cosa que evita l’ús d’aquests elements del circuit com a condensadors d’aïllament d’intercanvi.

El repetidor és, per descomptat, bo i fins i tot bonic: no es van necessitar detalls addicionals (tot i que hi ha circuits repetidors amb "addicions" menors), però no van obtenir cap guany.Quin tipus d’amplificador és aquest? Per obtenir un amplificador, només cal afegir uns quants detalls, com es farà més endavant.

Inversor amplificador

Per fer un amplificador inversor a partir de l’amplificador op, n’hi ha prou d’afegir només dues resistències. El que es desprèn d’això es mostra a la figura 7.

Figura 7. Circuit amplificador inversor

El guany d’aquest amplificador es calcula mitjançant la fórmula K = - (R2 / R1). El signe menys no significa que l'amplificador hagi resultat malament, sinó només que el senyal de sortida estarà oposat en fase a l'entrada. No és d'estranyar que l'amplificador es diu inversió. Aquí seria convenient recordar el transistor inclòs en el sistema amb OE. També el senyal de sortida del col·lector del transistor es troba en fase antifase amb el senyal d’entrada subministrat a la base.

És aquí on val la pena recordar la quantitat d’esforç que heu de realitzar per aconseguir un sinusoide pur no distorsionat al col·lector del transistor. En conseqüència, cal seleccionar el biaix en funció del transistor. Això, per regla general, és força complicat, depenent de molts paràmetres.

Quan s’utilitza un amplificador op, n’hi ha prou amb calcular simplement la resistència de les resistències segons la fórmula i obtenir un guany determinat. Resulta que configurar un circuit en un amplificador op és molt més senzill que configurar diverses cascades de transistors. Per tant, no s’ha de tenir por que l’esquema no funcioni, no funcionarà.

Figura 8

Aquí tot és el mateix que a les figures anteriors: el senyal d’entrada es mostra en blau, és vermell després de l’amplificador. Tot correspon a la fórmula K = - (R2 / R1). El senyal de sortida està en antifase amb l’entrada (que correspon al signe menys en la fórmula) i l’amplitud del senyal de sortida és exactament dues vegades l’entrada. Això també és cert amb la relació (R2 / R1) = (20/10) = 2. Per obtenir el guany, per exemple, 10, n’hi ha prou d’augmentar la resistència de la resistència R2 a 100KΩ.

De fet, el circuit d’un amplificador inversor pot ser una mica més complicat, tal com es mostra a la figura 9.

Figura 9Invertir el circuit amplificador

Aquí apareixia una nova part: la resistència R3 (més aviat acabava de desaparèixer del circuit anterior). El seu propòsit és compensar els corrents d’entrada d’un opamp real per tal de reduir la inestabilitat de temperatura del component de corrent continu a la sortida. El valor d'aquesta resistència es selecciona mitjançant la fórmula R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).

Els moderns opamps altament estables permeten connectar l’entrada no inversora a un cable comú directament sense resistència R3. Tot i que la presència d’aquest element no farà res dolent, però a l’actual escala de producció, quan s’estalvien en tot, prefereixen no instal·lar aquesta resistència.

La fórmula per calcular l'amplificador d'inversió es mostra a la figura 10. Per què a la figura? Sí, només per claredat, en una línia de text no es veurien tan familiars i comprensibles, no es notarien tan.

Figura 10

Quant al guany esmentat anteriorment. Aquí cal destacar les resistències d’entrada i sortida d’un amplificador que no inverteix. Tot sembla ser clar amb la resistència d’entrada: resulta igual a la resistència de la resistència R1, però caldrà calcular la resistència de sortida segons la fórmula mostrada a la figura 11.

La lletra K ”indica el coeficient de referència de l’amperi op. Aquí, si us plau, calculeu amb què serà igual la impedància de sortida. Resultarà a ser una xifra força petita, fins i tot per a un op-ampli mitjà de tipus UD7 amb la seva K ”igual a no més de 30.000. En aquest cas, això és bo: al cap i a la fi, més baixa sigui la resistència de sortida de la cascada (això no només s'aplica a les cascades de l'amplificador op), més gran serà la càrrega, en raonable. Per descomptat, dins dels límits, es pot connectar aquesta cascada.

S'ha de fer una observació separada sobre la unitat en el denominador de la fórmula per calcular la resistència de sortida. Suposem que la relació R2 / R1 és, per exemple, 100. Aquesta és la relació obtinguda en el cas del guany de l'amplificador d'inversió 100.Resulta que si es descarta aquesta unitat, res no canviarà gaire. De fet, això no és del tot cert.

Assumeix que la resistència de la resistència R2 és zero, com en el cas d’un repetidor. Aleshores, sense unitat, tot el denominador es converteix en zero i la resistència de sortida també és zero. I si aquest zero apareix en algun lloc del denominador de la fórmula, com s’ordena dividir-lo? Per tant, és senzillament impossible desfer-se d’aquesta unitat aparentment insignificant.

En un article, fins i tot prou gran, simplement no escriviu. Per tant, tindreu tot el que no us convingués a explicar en el proper article. Hi haurà una descripció d’un amplificador que no inverteix, un amplificador diferencial, un amplificador de potència unipolar. També es farà una descripció de circuits simples per comprovar l’opamp.

Boris Aladyshkin