7. Muud Op-amp rakendused

TAOTLUS

Analüüsige võrku TINACloud-skeemi simulaatoriga, klikkides alloleval lingil.

1 - negatiivne impedantsi ahela simulatsioon

7.2 sõltuv voolu generaator

Joonis 18 - sõltuv voolu generaator

Oletame, et laseme R_F = R_A. Seejärel näitab võrrand (47), et sisendtakistus op-amp-ahelale (mis on katkendkarbi sees) on -R. Seejärel saab sisendahelat lihtsustada, nagu on näidatud joonisel 18 (b). Soovime arvutada i_koormus, praegune R_koormus. Ehkki takistus on negatiivne, kehtivad endiselt Kirchhoffi tavalised seadused, kuna miski nende tuletistes ei eelda positiivseid takistusi. Sisendvool, i_in, siis leitakse, kombineerides takistused üheks takisti, R_in.

(48)

Seejärel rakendame praeguse jagamise vahele praeguse jagaja suhe R_koormus ja -R kuni saama

(49)

Seega on op-amp-ahela lisamise mõju voolu muutmine sisendpingega proportsionaalseks koormuseks. See ei sõltu koormustakistuse väärtusest, R_koormus. Vool on seega sõltumatu koormuskindluse muutustest. Op-amp-ahel tühistab tõhusalt koormustakistuse. Kuna vool on koormusest sõltumatu, vaid sõltub ainult sisendpingest, nimetame seda a voolu generaator (või pinge-voolu muundur).

Selle ahela paljude rakenduste hulgas on a dc reguleeritud pinge allikas. Kui me laseme v_in = E (konstant), vool läbi R_koormus on konstantne, olenemata R_koormus.

TAOTLUS

Analüüsige võrku TINACloud-skeemi simulaatoriga, klikkides alloleval lingil.

2 - sõltuv voolu generaatori ahela simulatsioon

7.3 voolu-pinge muundur

Joonis 19 - voolu-pinge muundur

Joonise (19) ahel tekitab sisendvooluga proportsionaalse väljundpinge (seda võib vaadelda ka kui a ühtsuse suurendamise ümberpööratav võimendi). Analüüsime seda vooluringi ideaalsete op-amprite omaduste kasutamisel. Lahendame sisendklemmide pingete leidmiseks

(50)

Seega väljundpinge, v_välja = -i_inR, on proportsionaalne sisendvooluga, i_in.

TAOTLUS

Analüüsige võrku TINACloud-skeemi simulaatoriga, klikkides alloleval lingil.

3 - vool pinge muunduri ahela simulatsioonile

7.4 pinge-voolu muundur

Joonis 20 - voolu muunduri pinge

Joonise (20) vooluahel on pinge-voolu muundur. Me analüüsime seda ahelat järgmiselt:

(51)

Võrdlusest (51) leiame

(52)

Seetõttu on koormusvool sõltumatu koormustakistist, R_koormusja on proportsionaalne rakendatava pingega, v_in. See ahel arendab pinge reguleeritud vooluallikat. Selle ahela praktiline puudus on aga see, et kumbki koormustakisti ots ei ole maandatud.

Joonis 21 - Pinge ja voolu muundur

Analüüsime seda ahelat, kirjutades sõlme võrrandid järgmiselt:

(53)

Viimane võrdsus kasutab seda v₊ = v_-. Neis võrrandites on viis teadmatav₊, v_in, v_välja, vja i_koormus). Me kaotame v₊ ja v_välja saada,

(54)

Koormusvool, i_koormus, ei sõltu koormusest, R_koormus, ja see on ainult pinge erinevuse funktsioon, (v_in - v).

TAOTLUS

Analüüsige võrku TINACloud-skeemi simulaatoriga, klikkides alloleval lingil.

4-pinge kuni praeguse muunduri ahela simulatsioonini

7.5 võimendaja ümberpööramine üldistatud takistustega

Joonis 22 - üldise impedantsi kasutamine takistuse asemel

Võrrandi (17) suhe on kergesti laiendatav nii, et see hõlmaks ka mittevastavaid komponente R_j asendatakse impedantsiga, Z_jja R_F asendatakse järgmisega: Z_F. Ühekordse sisendi puhul, nagu on näidatud joonisel 22 (a), väheneb väljund kuni

(55)

Kuna tegemist on sageduspiirkonnaga, kasutame pingete ja voolude jaoks suurtähti, mis esindab seega komplekssed amplituudid.

Üks kasulik valem, mis põhineb võrrandil (55), on Milleri integraator, nagu on näidatud joonisel 22 (b). Selles rakenduses on tagasiside komponent kondensaator, Cja sisendkomponent on takisti, Rnii

(56)

Võrrandis (56) s  on Laplace'i teisenduse operaator. Sinusoidsete signaalide puhul,  . Kui me asendame need impedantsid võrrandiks (55), saame

(57)

Keerulises sagedusalas on 1 / s vastab ajapiirkonna integreerimisele. See on integreerija ümberpööramine sest väljend sisaldab negatiivset märki. Seega on väljundpinge

(58)

kus v_välja(0) on algne seisund. Väärtus v_välja on välja töötatud kui kondensaatori pinge, C, ajal t = 0. Lüliti on suletud, et laadida kondensaator pingele v_välja(0) ja seejärel t = 0 lüliti on avatud. Me kasutame elektroonilisi lüliteid, mida arutame põhjalikumalt peatükis 16. Juhul, kui algseisund on null, kasutatakse lülitit endiselt integraatori null-väljundpinge nullimiseks t = 0.

Joonis 23 - näide inverteerivast diferentsiaatorist

Kui tagasisideelement on takisti ja sisendelement on kondensaator, nagu on näidatud joonisel (23), muutub sisend-väljundsuhe

(59)

Ajapiirkonnas muutub see

(60)
TAOTLUS

Analüüsige võrku TINACloud-skeemi simulaatoriga, klikkides alloleval lingil.

5 - näide inverteeriva diferentsiaatori ahela simulatsioonist

Kontuur töötab kui teisendaja ümberpööramine. Pange tähele, et sisend kondensaator, Z_a = 1 / sC, ei anna tee dc. See ei mõjuta tulemust, kuna konstanti derivaat on null. Lihtsuse huvides kasutage sinusoidset sisendsignaali. Võrdluse (59) ümberkorraldamine ja selle ahela numbriliste väärtuste asendamine saadakse

(61)

Selle vooluahela sisendpinge pööratakse ümber (180 ° nihke) ja seejärel laiendatakse ja nihutatakse uuesti (90 ° j-operator) väärtuse järgi RC-d kus .

Simulatsiooni tulemused on toodud joonisel (24).

Joonis 24 - diferentseerija ümberpööramise tulemused

Sisendi lainekuju piigid 0.5 volti juures. Väljundpingel on 90 kraadi netovahetus (viivitus) ja väljundpinge piigid ligikaudu 0.314 volti juures. See on kooskõlas võrrandi (61) tulemusega.

Samuti võime kasutada lainekuju, et näidata, et see ahel täidab inverteeriva diferentseerija ülesande. Kinnitame, et väljundlaine kujutab sisendsignaali kalde konstantsena. Konstant on vooluahela pinge suurenemine. Sisendpinge lainekuju suurim muutuskiirus toimub selle nullpunktis. See vastab ajale, millal väljundlaine saavutab oma maksimaalse (või minimaalse). Esindava punkti valimine, ütleme time0.5 ms-is ja graafiliste tehnikate kasutamine, arvutame sisendpinge lainekuju kalde nagu

(62)

Selle muutusmäära skaleerimine (st ) võrrandi (60) kohase ahela pinge võimenduse järgi eeldame, et väljundpinge on tipp

(63)

7.6 analoogarvutite rakendused

Selles osas tutvustame omavahel ühendatud op-amp-ahelate, nagu suved ja integraatorid, kasutamist analoogarvuti loomiseks, mida kasutatakse diferentsiaalvõrrandite lahendamiseks. Paljusid füüsikalisi süsteeme kirjeldatakse lineaarsete diferentsiaalvõrranditega ja süsteemi saab seega analüüsida analoogarvuti abil.

Joonis 25 - analoogarvutirakendus

Lahendagem praeguse voolu i (t) puhul joonisel 25 toodud ahelas. Sisendpinge on sõidufunktsioon ja algtingimused on null. Kirjutame ahela diferentsiaalvõrrandi järgmiselt:

(64)

Nüüd lahendame di / dt jaoks

(65)

Me teame, et kui t> 0,

(66)

Võrdlusest (65) näeme, et -di / dt moodustatakse kolme termini summeerimisega, mis on toodud joonisel 26 esimese integreeriva võimendi sisendil.

Joonis 26 - analoogarvuti lahendus joonisele 25

Kolm mõistet on leitud järgmiselt:

1. Sõitfunktsioon, -v (t) / L, moodustatakse v (t) läbimise teel ümberpööramisega suvel (suvel) võimendusega, 1 / L.
2. Ri / L moodustatakse esimese integreeriva võimendi (integraator 1) väljundi abil ja lisades selle summeerimisvõimendi (suvi) väljundisse võimendi sisendisse.
3. Termin

(67)
on teise integraatori (integraator 2) väljund. Kuna märki tuleb muuta, siis me kokku võtame selle ühtsuse saamise inverteeriva suvega (suvel).
Esimese integraatori väljund on + i, nagu on näha võrrandist (66). Diferentsiaalvõrrandite konstandid määratakse analoogarvuti takisti ja kondensaatori õige valiku teel. Null-algtingimused saavutatakse kondensaatorite ümberlülitamisega, nagu on näidatud joonisel 22 (b).

7.7 Mitte-inverteeriv Miller Integrator

Joonis 27 - mitte-ümberpööratav integraator

Me kasutame eelmise sektsiooni sõltuva voolu generaatori modifitseerimist mitte-inverteeriva integraatori väljatöötamiseks. Kontuur on konfigureeritud nii, nagu on näidatud joonisel 27.
See on sarnane joonisel 21 toodud ahelaga, kuid koormustakistus on asendatud mahtuvusega. Nüüd leiame praeguse, Iloadi. Pöördpinge V - leitakse pinge jaotusest Vo ja V- vahel järgmiselt:

(68)

Kuna V + = V-, lahendame ja leiame
IL = Vin / R. Pange tähele, et

(69)

kus s on Laplace'i teisendusoperaator. Vout / Vin funktsioon on siis

(70)

Niisiis on meil aega

(71)

Seega on ahelaks mitte-inverteeriv integraator.

TAOTLUS

Analüüsige võrku TINACloud-skeemi simulaatoriga, klikkides alloleval lingil.

6-mitte-inverteeriv integraator Circuit Simulation

KOKKUVÕTE

Operatsioonivõimendi on väga kasulik elektrooniliste süsteemide ehitusplokk. Tegelik võimendi töötab peaaegu ideaalse võimendina, millel on väga suur võimendus ja peaaegu lõpmatu sisendimpedants. Sel põhjusel saame seda käsitleda samamoodi nagu me käsitleme vooluahela komponente. See tähendab, et suudame enne sisemise töö ja elektrooniliste omaduste uurimist lisada võimendi kasulikesse konfiguratsioonidesse. Terminali omaduste äratundmisega suudame konfigureerida võimendeid ja muid kasulikke ahelaid.
See peatükk algas ideaalse operatsioonivõimendi analüüsiga ja samaväärsete ahelamudelite väljatöötamisega, kasutades sõltuvaid allikaid. Selle peatüki varakult uuritud sõltuvad allikad moodustavad paljude selles tekstis uuritud elektrooniliste seadmete samaväärsete ahelate ehituskivid.
Seejärel uurisime väliseid ühendusi, mis on vajalikud op-ammi muutmiseks inverteerivaks võimendiks, mitte-inverteerivaks võimendiks ja mitme sisendvõimendi võimendiks. Töötasime välja mugava disaini tehnika, mis kõrvaldab vajaduse samaaegsete võrrandite suurte süsteemide lahendamiseks.
Lõpuks nägime, kuidas op-amp-i saab kasutada mitmesuguste keerukamate ahelate ehitamiseks, sealhulgas ahelad, mis on samaväärsed negatiivsete impedantidega (mida saab kasutada positiivsete impedantide mõju tühistamiseks), integraatorid ja diferentsiaatorid.

EELMINE - 6. OP-AMP CIRCUITS-i disain

NEXT-1. Ideaalsed optimeerijad