Pratik Op-amps- TINA və TINACloud Resources

Praktiki Op-amps

Praktik Op-amps onların təxminlərinə yaxınlaşır ideal həmkarları, lakin bəzi mühüm cəhətlərdən fərqlənirlər. Dəyişikliklər faktiki op-amps və ideal op-amps arasındakı fərqləri anlamaq üçün vacibdir, çünki bu fərqlər dövrə performansını mənfi təsir edə bilər.

Məqsədimiz praktik op-ampun ətraflı bir modelini hazırlamaqdır - ideal olmayan cihazın ən əhəmiyyətli xüsusiyyətlərini nəzərə alan bir model. Praktik op-amperləri təsvir etmək üçün istifadə olunan parametrləri təyin etməyə başlayırıq. Bu parametrlər op-amp istehsalçısı tərəfindən verilən məlumat vərəqələrindəki siyahılarda göstərilmişdir.

Cədvəl 1 üç xüsusi op-amp üçün parametr dəyərlərini sıraladı, üçü isə μA741 idi. Aşağıdakı səbəblərə görə bir çox nümunə və sonuncu bölmə problemlərindən μA741 əməliyyat küyləndiricilərindən istifadə edirik: (1) onlar bir çox IC istehsalçıları tərəfindən hazırlanmışdır (2) onlar elektronika sənayesi boyunca böyük miqdarda aşkar və 3) ümumi məqsədli məcburi kompensasiya edilmiş op-amplərdir və onların xüsusiyyətləri digər op-amp növləri ilə məşğul olduqda müqayisə məqsədləri üçün istinad kimi istifadə edilə bilər. Aşağıdakı bölmələrdə müxtəlif parametrlər müəyyən edildikdə tipik dəyərləri tapmaq üçün Cədvəl 9.1-a istinad edilməlidir.

Cədvəl 1 - Op-amperlər üçün parametr dəyərləri

Ideal və faktiki op-amps arasındakı ən əhəmiyyətli fərq, gərginlik mənfəətindədir. Ideal op-amp, sonsuzluğa yaxınlaşan bir gərginlik qazanmasına malikdir. Həqiqi op-amp, tezlik artdıqca azalır ki, son həddə bir gerilim mənbəyinə malikdir (biz bunu növbəti fəsildə ətraflı araşdırdıq).

5.1 Open-Loop Gerilim Qazancı (G)

Op-ampin açıq-loop gerilim qazancı çıxış voltajının dəyişməylə geri alınmadan giriş voltajının dəyişməsinə nisbətdir. Gərginlik artımı ölçüsüz bir miqdardır. G simvolu açıq loop voltajını göstərmək üçün istifadə olunur. Op-amps aşağı tezlikli girişlər üçün yüksək gərginlik qazanmasına malikdir. Op-amp xüsusiyyətləri milivolt və ya desibellərdə (dB) voltsdə olan voltaj artımını [20log₁₀(v_həyata/v_in)].

5.2 Modifikasiya edilmiş Op-amp Model

Şəkil 14 ideallaşmış op-amp modelinin dəyişdirilmiş bir versiyasını göstərir. Giriş müqavimətini əlavə edərək, ideallaşdırılmış modeli dəyişdikR_i), çıxış müqaviməti (R_o) və ümumi rejimi müqavimət (R_cm).

Şəkil 14 - Modifikasiya edilmiş op-amp modeli

Bu parametrlərin tipik dəyərləri (741 op-amp üçün) vardır

Op-amp performansını araşdırmaq üçün indi Şəkil 15 dövrəsini nəzərdən keçiririk. Op-ampin inverting və qeyri-inverting girişlər serial müqavimət olan mənbələr tərəfindən idarə olunur. Op-amp çıxışı bir rezistor vasitəsilə girişə qidalanır, R_F.

İki giriş sürüşən mənbələr göstərilmişdir v_A və v₁və əlaqədar sıra müqavimətləri var R_A və R₁. Giriş dövriyyəsi daha mürəkkəb olarsa, bu müqavimətlər həmin dövrənin Thevenin ekvivalentləri hesab edilə bilər.

Şəkil 15 - Op-amp devresi

5.3 Input Offset Voltajı (V_io)

Ideal op-ampə giriş gərginliyi sıfır olduqda, çıxış voltajı da sıfırdır. Bu faktiki op-amp üçün doğrudur. Məqalələr giriş ofset gərginliyi, V_io, çıxış voltajının sıfıra bərabər olması üçün tələb olunan diferensial giriş gərginliyi kimi müəyyən edilir. V_io ideal op-amp üçün sıfırdır. Tipik bir dəyər V_io 741 op-amp üçün 2 mV-dir. Sıfır olmayan bir dəyər V_io op-amp, hər hansı bir giriş ofsetini gücləndirir, beləliklə daha böyük bir çıxışa səbəb olur dc səhv.

Aşağıdakı texnika giriş tokalığının gərginliyini ölçmək üçün istifadə edilə bilər. Çıxışın sıfıra sıxılmasını təmin etmək üçün daxil gərginliyini dəyişmək əvəzinə, Şəkil 16-də göstərildiyi kimi giriş sıfıra bərabərdir və çıxış voltajı ölçülür.

Şəkil 16 - Vio ölçülməsi üçün texnika

Bir sıfır giriş gərginliyindən yaranan çıxış gərginliyi kimi tanınır çıxış dc ofset gərginliyi. Daxil olan ofset gərginliyi bu miqdarı op-ampin açıq loop qazancına bölünərək əldə edilir.

Daxili ofset gərginliyinin təsiri Şəkil 17-də göstərildiyi kimi op-amp modelinə daxil edilə bilər.

Daxil olan ofset gərginliyi daxil olmaqla, ideal op-amp modeli də dörd müqavimətin əlavə edilməsi ilə daha da dəyişildi. R_o dır,-dir,-dur,-dür çıxış müqaviməti. Bu giriş müqaviməti op-amp, R_i, inverting və qeyri-inverting terminallı arasında ölçülür. Model həmçinin iki girişin hər birini zəminə bağlayan bir müqavimət ehtiva edir.

Bu var ümumi rejimli müqavimət, və hər birinə 2 bərabərdirR_cm. Girişlər Şəkil 16-da olduğu kimi bir-birinə bağlı olduqda, bu iki müqavimət paraleldir və torbaya birləşmiş Thevenin qarışığıdır R_cm. Op-amp idealdırsa, R_i və R_cm yanaşma sonsuzluq (yəni, açıq dövrə) və R_o sıfır (yəni qısa dövrə).

Şəkil 17 - Daxili ofset gərginliyi

Şəkil 18 (a) -da göstərilən xarici konfiqurasiya ofset geriliminin təsirlərini inkar etmək üçün istifadə edilə bilər. Inverting giriş terminalına dəyişən bir gərginlik tətbiq olunur. Bu gərginliyin düzgün seçilməsi giriş ofsetini ləğv edir. Eynilə, Şəkil 18 (b) qeyri-inverting girişinə tətbiq edilən bu balanslaşdırma dövrünü göstərir.

Şəkil 18 - Ofset gərginlik balansı

ƏRİZƏ

Aşağıdakı linki tıklayarak TINACloud Circuit Simulator ilə online simulyasiya ilə 18 (a) dövrünün Input Offset Voltajı Balansını test edə bilərsiniz.

TINACloud ilə Giriş Offset Voltajı Balanslaşdırma Circuit Simulation (a)

TINACloud ilə Giriş Offset Voltajı Balanslaşdırma Circuit Simulation (a)

ƏRİZƏ

Aşağıdakı linki tıklayarak TINACloud Circuit Simulator ilə simulyasiya vasitəsilə 18 (b) dövrünün Input Offset Balansını test edə bilərsiniz:

Input Offset Voltajı Balanslaşdırma Circuit Simulation (b) TINACloud ilə

TINACloud ilə Giriş Offset Balancing Circuit Simulation (b)

5.4 Giriş Bias Cari (I_Təəssüb)

Ideal op-amp girişləri heç bir cari görünməməsinə baxmayaraq, faktiki op-amplər hər bir giriş terminalına bəzi bias axınına imkan verir. I_Təəssüb dır,-dir,-dur,-dür dc giriş tranzistoruna daxil olan və tipik bir dəyər 2 μA'dır. Kaynak empedansı düşük olduğunda, I_Təəssüb Giriş gərginliyində nisbətən kiçik bir dəyişməyə səbəb olduğu üçün az təsir göstərir. Lakin, yüksək impedanslı sürmə sxemləri ilə kiçik bir cərəyan böyük bir gərginliyə səbəb ola bilər.

Dəyişkən cərəyan, Şəkil 19-də göstərildiyi kimi, iki cərgə səthi kimi modelləşdirilə bilər.

Şəkil 19 - Ofset gərginlik balansı

Bu evlərin qiymətləri qaynaq impedansından asılıdır. Məqalələr bias cari iki cüzdanın orta qiyməti kimi müəyyən edilir. Beləliklə

(40)

İki lavabo dəyərləri arasındakı fərq bu kimi tanınır giriş toqquşması, I_iovə verilir

(41)

Həm giriş-bias cari, həm də daxil olan ofset cərəyanı istilikdən asılıdır. Məqalələr giriş bias cari temperatur əmsalı temperaturun dəyişməsi üçün bias cari dəyişiklik nisbəti kimi müəyyən edilir. Tipik bir dəyər 10 nA /^oC. giriş toksikası mövcud temperatur əmsalı ofset cərəyanının dəyişməsinin temperaturun dəyişməsinə nisbəti kimi müəyyən edilir. Tipik bir dəyər -2nA /^oC.

Şəkil 20 - Giriş yanaşma modeli

Giriş bias cərəyanlar Şəkil 20-in op-amp modelinə daxil edilir, burada giriş toqşındakı toqquş kiçik ola bilməz.

Yəni,

Şəkil 21 (a) - Dövrə

Giriş bias akımlarının səbəb olduğu çıxış gərginliyini tapmaq üçün bu modeli təhlil edirik.

Şəkil 21 (a) inverting və qeyri-inverting girişlər müqavimət vasitəsilə yer bağlı bir op-amp dövr göstərir.

Devre, 21 (b) 'deki eşdeğeri ile değiştirilir, burada ihmal edildi V_io. Şəkil 21 (c) 'dəki nöqteyi nəzərə almadan da sadələşdiririk R_o və R_yükləmək. Yəni, hesab edirik R_F >> R_o və R_yükləmək >> R_o. Çıxış yükləmə tələbləri adətən bu bərabərsizliklərin təmin olunmasını təmin edir.

Döngü, 21 (d) -də sadələşdirilmişdir, burada qarışıq enerji mənbəyi və rezistorun seriya kombinasiyası əvəzedici bir qaynaq mənbəyinin və müqavimətinin paralel birləşməsi ilə əvəzlənir.

Nəhayət, biz xeyirxahlıqları birləşdiririk və hər iki cari qaynağın xətt 21 (e) sadələşdirilmiş ekvivalentini əldə etmək üçün geriləmə mənbələrinə qaytarırıq.

Şəkil 21 (b) və (c) - Giriş yan təsirləri

Çıxış gərginliyini tapmaq üçün bir loop tənliyi istifadə edirik.

(43)

hara

(44)

Ümumi rejimi müqavimət, R_cm, ən op-amps üçün bir neçə yüz megohm üçündür. Buna görə

(45)

Əgər daha çox düşünsək G_o böyük, tənlik (43) tənlik olur.

(46)

Şəkil 21 (d) və (e) - Giriş yan təsirləri

Qeyd edək ki, əgər dəyəri R₁ bərabər olduğu seçilib, sonra çıxış gərginliyi sıfırdır. Bu analizdən nəticə çıxarırıq dc müqavimət V₊ yerə bərabər olmalıdır dc müqavimət V_- yerə. Biz bunu istifadə edirik bias balansı dizaynlarımızda bir çox dəfə məhdudlaşdırma. Hər iki torna və ters çevrilməyən terminalın da bir olması vacibdir dc giriş bias cari təsirlərini azaltmaq üçün zəmin yolu.

Input Bias Mövcud, praktik op-amp, əməliyyat könüllüləri

Şəkil 22 - Nümunə 1 üçün konfiqurasiyalar

Məsələn 1

Şəkil 22 konfiqurasiyaları üçün çıxış gərginliyini tapın I_B = 80 nA = 8 10^-8 A.
Həll: Şəkil 46 (a) dövründəki çıxış gerilimlərini tapmaq üçün sadələşdirilmiş Denklem Formasını (22) istifadə edirik.

Şəkil 22 (b) dövrü üçün biz əldə edirik

ƏRİZƏ

Ayrıca, bu hesablamaları TINACloud dövrə simulatoru ilə aşağıdakı bağlantıyı tıklayarak Interpreter aracını istifadə edə bilərsiniz.

Input Bias Cari Modelləşdirmə Circuit Simulation

TINACloud ilə giriş bias cari modelləşdirmə dövr simulyasiyası

TINACloud ilə giriş bias cari modelləşdirmə dövr simulyasiyası

5.5 Ümumi rejimi Reddetmə

Op-amp normal olaraq iki giriş voltajı arasındakı fərqi artırmaq üçün istifadə olunur. Bu səbəbdən də fəaliyyət göstərir fərqli rejim. Bu iki girişin hər birinə əlavə edilmiş sabit bir gərginlik fərqi təsir etməməli və bu səbəbdən də çıxışa köçürülməməlidir. Praktik halda, girişlərin bu sabit və ya orta dəyəri yoxdur çıxış gərginliyini təsir. İki girişin yalnız bərabər hissələrini nəzərə alsaq, biz bilirik ki, bu nədir ümumi rejimi.

Şəkil 23 - Ümumi rejimi

Bir faktiki op-ampin iki giriş terminalının birlikdə və sonra ümumi bir qaynaq gərginliyinə birləşdiyini fərz etməliyik. Bu, Şəkil 23-da göstərilir. İdeal vəziyyətdə çıxış gərginliyi sıfır olardı. Praktiki vəziyyətdə bu çıxış qeyri-sıfırdır. Qeyri-sıfır çıxış geriliminin tətbiqi giriş geriliminə nisbəti ümumi rejimli gerilim qazanımı, G_cm. Bu ümumi rejim imtina nisbəti (CMRR) nisbəti kimi müəyyən edilir dc açıq loop gəlir, G_oümumi rejimi qazanmaq üçün. Beləliklə,

(47)

80-dan 100 dB-ə qədər CMRR tipik dəyərləri. CMRR-nin mümkün qədər yüksək olması arzu olunur.

5.6 Enerji tədarükü imtina nisbəti

Enerji təhvil rədd nisbəti op-ampin enerji təchizatı gərginliyindəki dəyişiklikləri görməməsi qabiliyyətinin bir ölçüsüdür. Bir sistemin çıxış mərhələsi dəyişkən bir məbləğ çəkirsə, təchizatı gərginliyi dəyişə bilər. Təchizatın gərginliyə gətirib çıxardığı bu dəyişiklik, eyni tədarükü bölüşən digər gücləndiricilərin işində dəyişikliklərə səbəb ola bilər. Bu kimi tanınır qarşılıqlı danışmavə bu qeyri-sabitliyə gətirib çıxara bilər.

The enerji təchizatı imtina nisbəti (PSRR), dəyişmənin nisbəti v_həyata enerji təchizatı gərginliyindəki ümumi dəyişikliyə. Məsələn, müsbət və mənfi tədarüklər ± 5 V ilə ± 5.5 V arasında dəyişirsə, ümumi dəyişiklik 11 - 10 = 1 V-dir. PSRR ümumiyyətlə volt başına mikrovolt və ya bəzən desibel ilə göstərilir. Tipik op-amperlər təxminən 30 μV / V PSRR-yə malikdir.

Təchizat gərginliyindəki dəyişiklikləri azaltmaq üçün hər bir op-amp qrupu üçün enerji təchizatı olmalıdır ayrılmadı (yəni, təcrid olunmuş) digər qruplardan olanlar. Bu, qarşılıqlı əlaqəni bir qrup op-amps qrupuna ayırır. Praktikada hər bir çap dövrə kartı bir 0.1-μF seramik və ya 1-μF tantal kondansatör vasitəsilə yerə atılan yanacaq xətlərinə malik olmalıdır. Bu yük çeşitlərinin digər kartlara təchizatla əhəmiyyətli dərəcədə bəslənməyəcəyini təmin edir.

5.7 Çıxışa davamlılıq

Çıxış müqavimətinin təyin olunmasında ilk addım olaraq, R_həyata, Şəkil 24-də kəsilmiş xətlər içərisində olan qutuda göstərilən op-amp dövrünün hissəsi üçün Thevenin ekvivalentini tapırıq. Qeyd edək ki, bu təhlildə ofset cərəyanını və gərginliyi nəzərə almırıq.

(24)

Devrede müstəqil bir qaynaq olmadığı üçün Thevenin ekvivalent gərginliyi sıfırdır, beləliklə dövr tək bir müqavimətə bərabərdir. Müqavimət birləşmələri istifadə edərək rezistorun dəyəri tapıla bilməz. Ekvivalent müqaviməti tapmaq üçün, çıxış voltlarına v gərginlik mənbəyi tətbiq olunduğunu düşünək. Sonra yaranan cərəyanı hesablayırıq, ivə nisbəti almaq v/i. Bu Thevenin müqavimətini verir.

Şəkil 25 (hissə a) - Thevenin ekvivalent dövrələri

Şəkil 25 (b bənd)

Şəkil 25 (a) tətbiq olunan gərginlik qaynağını göstərir. Dövrə Şəkil 25 (b) -də göstərilənə sadələşdirilir.

Döngə daha aşağıda göstərilən iki yeni müqaviməti müəyyən etdikdə Şəkil 25 (c) -də göstərilənə qədər aşağı salınmalıdır:

(48)

Biz bunu fərz etməliyik R '_A << (R '₁ + R_i) Və R_i >> R '₁. Şəkil 25 (d) nəticələrinin sadələşdirilmiş dövriyyəsi.

Giriş diferensial gərginliyi, v_d, bu sadələşdirilmiş dövrdən bir gerilim ayırıcı nisbəti ilə istifadə edilir.

(49)

Çıxış müqavimətini tapmaq üçün çıxış loop tənliyi yazaraq başlayırıq.

(50)

Şəkil 25 (hissələr c və d) - Azaldılmış Thevenin ekvivalent dövrələri

Çıxış müqaviməti daha sonra Equation (51) tərəfindən verilir.

(51)

Əksər hallarda, R_cm bu qədər böyükdür R '_A»R_A və R₁"»R₁. Equation (51) sıfır tezlikli gerilim mənfəətindən istifadə edərək sadələşdirilə bilər, G_o. Nəticə Equation (52) təşkil edir.

(52)

ƏRİZƏ

Aşağıdakı linki tıklayaraq TINACloud Circuit Simulator-dan istifadə edərək dövrə simulyasiyası ilə dövrə 25 (a) -ın Çıxış Empedansını hesablaya bilərsiniz.

TINACloud ilə bir püskürmə sxemi simulyasiyasının çıxış empedansı

TINACloud ilə bir püskürmə sxemi simulyasiyasının çıxış empedansı

Məsələn 2

Şəkil 26-da göstərildiyi kimi birləşmə qazanma tamponunun çıxış empedansını tapın.

Şəkil 26 - Birlik qazanc tamponu

Həll: Şəkil 26-ın dövrəsi Şəkil 24-in geribildirim dövrü ilə müqayisə olunduqda, biz bunu tapırıq

Buna görə də,

51 (c) sadələşdirilməsinə gətirib çıxaran bərabərsizliklər bu vəziyyətdə tətbiq ediləcəyinə əmin deyiləm, çünki bərabərlik (25) istifadə edilə bilməz. Yəni sadələşdirmə bunu tələb edir