7. تطبيقات المرجع الآخر

تطبيقات المرجع الآخر

لقد رأينا أنه يمكن استخدام المرجع أمبير كمكبر للصوت ، أو كوسيلة للجمع بين عدد من المدخلات بطريقة خطية. نحن الآن التحقيق في العديد من التطبيقات الهامة الإضافية لهذا IC الخطي تنوعا.

7.1 دائرة المعاوقة السلبية
غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 17 دائرة المعاوقة السلبية

تنتج الدائرة الموضحة في الشكل (17) مقاومة سلبية للإدخال (مقاومة في الحالة العامة).

يمكن استخدام هذه الدائرة لإلغاء المقاومة الإيجابية غير المرغوب فيها. تعتمد العديد من تطبيقات المذبذب على دائرة مقاومة الأمبير السلبية. مقاومة المدخلات ، Rin، هي نسبة الجهد المدخلات إلى الحالية.


43

يتم استخدام علاقة مقسم الجهد لاشتقاق التعبير لـ v- لأن التيار في المرجع أمبير هو صفر.


44

لقد تركنا الآن v+ = الخامس- وحل ل vخارج من حيث vin، الذي يحصد،


45

منذ إدخال مقاومة ل v+ محطة لانهائية ، الحالي في R مساوي ل iin ويمكن العثور عليها على النحو التالي:


46

مقاومة المدخلات ، Rin، ثم يعطى من قبل


47

تظهر المعادلة (47) أن دائرة الشكل (17) تطور مقاومة سلبية. إذا R يتم استبداله بمقاومة ، Z، الدائرة تطور مقاومة سلبية.

تطبيق

حلل الدائرة التالية عبر الإنترنت باستخدام محاكي دائرة TINACloud بالنقر على الرابط أدناه.

1- محاكاة الدوائر السلبية المعاوقة

مولد 7.2 التابع الحالي
مولد التيار يعتمد تنتج الحمل الحالي الذي يتناسب مع الجهد المطبق ، vin، ومستقلة عن مقاومة الحمل. يمكن تصميمه باستخدام تعديل طفيف لدائرة المعاوقة السلبية. تظهر الدائرة في الشكل 18 (a).

الشكل 18 - مولد التيار المعتمد

لنفترض أننا سمحنا بذلك RF = صA. تشير المعادلة (47) إلى أن مقاومة الدخل لدائرة المرجع أمبير (المرفقة في المربع المتقطع) هي -R. يمكن بعد ذلك تبسيط دائرة الإدخال كما هو موضح في الشكل 18 (b). نود أن حساب iتحميل، الحالي في Rتحميل. على الرغم من أن المقاومة سلبية ، إلا أن قوانين كيرشوف العادية لا تزال سارية حيث لا يوجد في اشتقاقاتها ما يفترض وجود مقاومات إيجابية. تيار الإدخال ، iin، ثم يتم العثور عليها من خلال الجمع بين المقاومة في المقاوم واحد ، Rin.


48

ثم نقوم بتطبيق نسبة الفاصل الحالي على الفاصل الحالي بين Rتحميل و- ل تحصل


49

وبالتالي فإن تأثير إضافة دائرة المرجع أمبير هو جعل التيار في الحمل يتناسب مع جهد الدخل. لا يعتمد على قيمة مقاومة الحمل ، Rتحميل. وبالتالي فإن التيار مستقل عن التغييرات في مقاومة الحمل. تقوم الدائرة المرجع أمبير بإلغاء مقاومة الحمل بشكل فعال. نظرًا لأن التيار مستقل عن الحمل ولكنه يعتمد فقط على جهد الدخل ، فإننا نسمي هذا أ مولد الحالي (أو محول الجهد إلى التيار).

من بين العديد من التطبيقات لهذه الدائرة هو dc مصدر الجهد المنظم. إذا سمحنا vin = هـ (ثابت) ، الحالي من خلال Rتحميل هو ثابت مستقل عن الاختلافات في Rتحميل.

تطبيق

حلل الدائرة التالية عبر الإنترنت باستخدام محاكي دائرة TINACloud بالنقر على الرابط أدناه.

2- تعتمد محاكاة دائرة مولد التيار

7.3 محول التيار إلى الجهد
غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 19 - محول التيار إلى الجهد

تنتج دائرة الشكل (19) جهد خرج يتناسب مع تيار الإدخال (يمكن أيضًا اعتبار ذلك وحدة مكسب قلب العكسي). نقوم بتحليل هذه الدائرة باستخدام خصائص op-amps المثالية. نحدد الفولتية عند أطراف الإدخال لإيجادها


50

وبالتالي ، خرج الجهد ، vخارج = أناinR، يتناسب مع المدخلات الحالية ، iin.

تطبيق

حلل الدائرة التالية عبر الإنترنت باستخدام محاكي دائرة TINACloud بالنقر على الرابط أدناه.

3- الحالية لمحاكاة دائرة محول الجهد

7.4 محول الجهد إلى التيار
غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 20 - الجهد إلى محول الحالي

دارة الشكل (20) ، عبارة عن محول جهد إلى تيار. نحن نحلل هذه الدائرة على النحو التالي:


51

من المعادلة (51) نجد ،


52

لذلك ، الحمل الحالي مستقل عن مقاوم الحمل ، Rتحميل، ويتناسب مع الجهد المطبق ، vin. هذه الدائرة تطور مصدر التيار الذي تسيطر عليه الجهد. ومع ذلك ، فإن أحد أوجه القصور العملية في هذه الدائرة هو أنه لا يمكن إرساء طرفي مقاوم الحمل.

كبديل ، توفر الدائرة الموضحة في الشكل (21) محولًا للجهد الكهربي مع نهاية واحدة لمقاومة الحمل.
غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 21 - محول الجهد إلى التيار

نقوم بتحليل هذه الدائرة عن طريق كتابة معادلات العقدة كما يلي:


53

المساواة الأخيرة تستخدم حقيقة ذلك v+ = الخامس-. هناك خمسة مجهولين في هذه المعادلات (v+, vin, vخارج, vو iتحميل). نحن القضاء v+ و vخارج ليحصل،


54

الحمل الحالي ، iتحميل، مستقلة عن الحمل ، Rتحميل، وليس سوى دالة لفرق الجهد ، (vin - الخامس).

تطبيق

حلل الدائرة التالية عبر الإنترنت باستخدام محاكي دائرة TINACloud بالنقر على الرابط أدناه.

4- الجهد لمحاكاة الدوائر محول الحالي

7.5 عكس مكبر للصوت مع المعاوقات المعممة
غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 22 - استخدام المعاوقة المعممة بدلاً من المقاومة

يتم توسيع علاقة المعادلة (17) بسهولة لتشمل مكونات غير مقاومة إذا Rj يتم استبداله بمقاومة ، Zjو RF لقد بدل بواسطة ZF. بالنسبة إلى إدخال واحد ، كما هو موضح في الشكل 22 (a) ، يتقلص الناتج إلى


55

نظرًا لأننا نتعامل في مجال التردد ، فإننا نستخدم الحروف الكبيرة للجهد الكهربائي والتيارات ، وبالتالي نمثل السعات المعقدة.

دائرة واحدة مفيدة على أساس المعادلة (55) هي ميلر التكامل، كما هو مبين في الشكل 22 (ب). في هذا التطبيق ، مكون الملاحظات هو مكثف ، C، ومكون الإدخال هو المقاوم ، R، وبالتالي


56

في المعادلة (56) ، s  هو مشغل تحويل لابلاس. لإشارات الجيوب الأنفية ،  . عندما نستبدل هذه المعاوقات في المعادلة (55) ، نحصل عليها


57

في مجال التردد المعقد ، 1 / ثانية يتوافق مع التكامل في المجال الزمني. هذا قلب التكامل لأن التعبير يحتوي على علامة سلبية. وبالتالي فإن الجهد الناتج هو


58

أين vخارج(0) هو الشرط الأولي. قيمة ال vخارج تم تطويره باعتباره الجهد عبر المكثف ، C، في الوقت ر = 0. تم إغلاق المفتاح لشحن المكثف إلى الجهد vخارج(0) ثم في ر = 0 التبديل مفتوح. نستخدم المحولات الإلكترونية ، والتي نناقشها بشكل كامل في الفصل 16. في حالة كون الشرط الأولي صفراً ، لا يزال المفتاح يستخدم لإعادة ضبط الموحد إلى جهد خرج صفر في الوقت المناسب ر = 0.

غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 23 - مثال لعكس التفاضل

إذا كان عنصر التغذية المرتدة عبارة عن مقاوم ، وكان عنصر الإدخال مكثفًا ، كما هو موضح في الشكل (23) ، تصبح علاقة المدخلات والمخرجات


59

في المجال الزمني ، يصبح هذا


60
تطبيق

حلل الدائرة التالية عبر الإنترنت باستخدام محاكي دائرة TINACloud بالنقر على الرابط أدناه.

5- مثال لمحاكاة دوائر التفاضلية المقلوبة

الدائرة تعمل ك قلب التفاضل. لاحظ أن مكثف الإدخال ، Za = 1 / sC، لا يوفر الطريق ل dc. هذا لا يؤثر على النتيجة لأن مشتق الثابت هو صفر. من أجل البساطة ، دعنا نستخدم إشارة الإدخال الجيبية. إعادة ترتيب المعادلة (59) واستبدال القيم الرقمية لهذه الدائرة ، نحصل عليها


61

يتم قلب الجهد الكهربي للإدخال (180 ° shift) بواسطة هذه الدائرة ثم تحجيمها وتحولها مرة أخرى (90 ° بواسطة jالمشغل) من قيمة المنسقين المقيمين أين .

تظهر نتائج المحاكاة في الشكل (24).

الشكل 24 - نتائج المحاكاة لعكس الفروق

يبلغ ذروة موجي الإدخال عند فولت 0.5. الجهد الناتج لديه تحول صافي (تأخير) من درجات 90 وقمة الجهد الناتج في حوالي 0.314 فولت. هذا في اتفاق جيد مع نتيجة المعادلة (61).

قد نستخدم أيضًا أشكال الموجة لإظهار أن هذه الدائرة تؤدي مهمة أداة التفريق المقلوبة. سوف نؤكد أن الشكل الموجي الناتج يمثل ميل إشارة الدخل مرات ثابت. الثابت هو كسب الجهد من الدائرة. يحدث أكبر معدل للتغيير في شكل موجة الجهد عند عبورها صفر. وهذا يتوافق مع الوقت الذي يصل فيه شكل الموجة الناتج إلى الحد الأقصى (أو الحد الأدنى). عند اختيار نقطة تمثيلية ، على سبيل المثال 0.5 ms ، وباستخدام التقنيات الرسومية ، نحسب ميل شكل موجة الجهد الكهربي كما يلي


62

زيادة معدل التغيير (أي ، ) من خلال كسب جهد الدائرة وفقًا للمعادلة (60) ، نتوقع أن يكون جهد خرج الذروة


63

7.6 تطبيقات الحاسوب التناظرية

في هذا القسم ، نقدم استخدام دوائر op-amp المترابطة ، مثل الصيف والمتكاملين ، لتشكيل كمبيوتر تمثيلي يستخدم لحل المعادلات التفاضلية. يتم وصف العديد من الأنظمة المادية بواسطة معادلات تفاضلية خطية ، وبالتالي يمكن تحليل النظام بمساعدة كمبيوتر تمثيلي.

غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 25 - تطبيق كمبيوتر تمثيلي

دعونا حل للتيار ، أنا (ر) ، في دائرة الشكل 25. جهد الدخل هو وظيفة القيادة والظروف الأولية هي صفر. نكتب المعادلة التفاضلية للدائرة على النحو التالي:


64

حل الآن ل di / dt ، نحصل عليها

65

نحن نعلم أنه بالنسبة إلى t> 0 ،

66

من المعادلة (65) نرى أن -di / dt يتم تشكيلها من خلال جمع ثلاثة مصطلحات ، والتي توجد في الشكل 26 عند إدخال أول مضخم صوت متكامل.

غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 26 - حل الكمبيوتر التناظري للشكل 25

تم العثور على المصطلحات الثلاثة على النحو التالي:

1. يتم تشكيل وظيفة القيادة ، -v (t) / L ، بتمرير v (t) خلال فصل الصيف (الصيف) المقلوب مع الكسب ، 1 / L.
2. يتكون Ri / L من خلال أخذ خرج مكبر الصوت المدمج الأول (Integrator 1) وإضافته عند إدخال مكبر للصوت إلى إخراج مكبر للصوت التلخيصي (Summer).
3. المصطلح

67
هو إخراج التكامل الثاني (Integrator 2). بما أنه يجب تغيير العلامة ، فإننا نلخصها مع اكتساب الوحدة المقلوبة في الصيف (الصيف).
إخراج التكامل الأول هو + i ، كما يظهر من المعادلة (66). يتم تأسيس الثوابت في المعادلة التفاضلية عن طريق الاختيار المناسب للمقاومات والمكثفات للكمبيوتر التناظري. يتم تحقيق الشروط الأولية الصفرية بواسطة مفاتيح عبر المكثفات ، كما هو موضح في الشكل 22 (b).

7.7 غير مقلوب ميلر الموحد
غيرها من التطبيقات المرجع أمبير ، محاكاة الدوائر ، محاكاة الدائرة ، تصميم الدوائر

الشكل 27 - تكامل غير مقلوب

نحن نستخدم تعديل المولد الحالي التابع للفرع السابق لتطوير دمج غير مقلوب. تم تكوين الدائرة كما هو موضح في الشكل 27.
هذا مشابه لدائرة الشكل 21 ، لكن تم استبدال مقاومة الحمل بالسعة. نجد الآن الحالي ، Iload. تم العثور على الجهد العكسي ، V- ، من قسم الجهد بين Vo و V- كما يلي:

68

منذ V + = V- ، نحل ونجد
ايل = فين / ر. لاحظ أن

69

حيث s هو مشغل تحويل لابلاس. وظيفة Vout / Vin هي إذن

70

وبالتالي ، في المجال الزمني لدينا

71

وبالتالي فإن الدائرة هي تكامل غير مقلوب.

تطبيق

حلل الدائرة التالية عبر الإنترنت باستخدام محاكي دائرة TINACloud بالنقر على الرابط أدناه.

6-non-قلب مقلد محاكاة الدوائر

 

ملخص

مكبر للصوت التشغيلي هو لبنة بناء مفيدة للغاية للأنظمة الإلكترونية. يعمل المضخم الحقيقي تقريبًا كمكبر للصوت المثالي مع مكسب مرتفع للغاية ومقاومة لا نهائية تقريبًا للدخول. لهذا السبب ، يمكننا التعامل معها بالطريقة نفسها التي نتعامل بها مع مكونات الدائرة. أي أننا قادرون على دمج مكبر الصوت في تكوينات مفيدة قبل دراسة العملية الداخلية والخصائص الإلكترونية. من خلال التعرف على خصائص المحطة الطرفية ، نحن قادرون على تكوين مكبرات الصوت وغيرها من الدوائر المفيدة.
بدأ هذا الفصل بتحليل المضخم التشغيلي المثالي ، وبتطوير نماذج الدوائر المكافئة باستخدام مصادر تابعة. تشكل المصادر التابعة التي درسناها مبكراً في هذا الفصل اللبنات الأساسية للدوائر المكافئة للعديد من الأجهزة الإلكترونية التي ندرسها في هذا النص.
بعد ذلك ، استكشفنا الاتصالات الخارجية اللازمة لتحويل المرجع إلى مضخم عكسي ومضخم غير مقلوب ومضخم دخل متعدد. قمنا بتطوير تقنية تصميم مريحة تلغي الحاجة إلى حل أنظمة كبيرة من المعادلات المتزامنة.
أخيرًا ، رأينا كيف يمكن استخدام op-amp لبناء مجموعة متنوعة من الدوائر الأكثر تعقيدًا ، بما في ذلك الدوائر التي تعادل الممانعات السلبية (والتي يمكن استخدامها لإلغاء آثار المعاوقات الإيجابية) والمتكاملين والمفاضلات.