7. Ostale aplikacije za op-amp

PRIJAVA

Analizirajte sljedeći krug online sa simulatorom TINACloud sklopa klikom na vezu u nastavku.

1 - simulacija kruga negativne impedancije

Generator ovisnih o struji 7.2

Slika 18 - ovisni generator struje

Pretpostavimo da pustimo R_F = R_A, Jednadžba (47) zatim pokazuje da je ulazni otpor kruga op-amp (zatvoren u isprekidanoj kutiji) -R, Ulazni krug se tada može pojednostaviti kako je prikazano na slici 18 (b). Želimo izračunati i_teret, struja u R_teret. Iako je otpor negativan, normalni Kirchhoffovi zakoni i dalje vrijede, jer ništa u njihovim izvodima ne pretpostavlja pozitivne otpore. Ulazna struja, i_in, zatim se pronalazi kombiniranjem otpora u jedan otpornik, R_in.

(48)

Zatim ćemo primijeniti omjer trenutnog dijela na trenutnu podjelu između R_teret i -R do dobiti

(49)

Tako je učinak dodavanja op-amp sklopa učiniti struju u opterećenju proporcionalnom ulaznom naponu. Ne ovisi o vrijednosti otpora opterećenja, R_teret, Struja je stoga neovisna o promjenama otpora opterećenja. Krug op-amp učinkovito uklanja otpor opterećenja. Budući da je struja neovisna o opterećenju, ali ovisi samo o ulaznom naponu, mi to nazivamo a strujni generator (ili pretvarač napona do struje).

Među mnogim primjenama ovog kruga je a dc regulirani izvor napona. Ako dopustimo v_in = E (konstanta), struja kroz R_teret je konstantna neovisno o varijacijama R_teret.

PRIJAVA

Analizirajte sljedeći krug online sa simulatorom TINACloud sklopa klikom na vezu u nastavku.

2- simulacija ovisnog strujnog kruga generatora

7.3 pretvarač struje u napon

Slika 19 - Pretvarač struje-napona

Krug sa slike (19) daje izlazni napon proporcionalan ulaznoj struji (to se također može promatrati kao a jedinstveni pojačivač s invercijom). Analiziramo ovaj sklop koristeći svojstva idealnih op-pojačala. Riješimo za pronalaženje napona na ulaznim stezaljkama

(50)

Dakle, izlazni napon, v_van = -i_inR, je proporcionalna ulaznoj struji, i_in.

PRIJAVA

Analizirajte sljedeći krug online sa simulatorom TINACloud sklopa klikom na vezu u nastavku.

3- simulacija strujnog kruga na strujni pretvornik

7.4 pretvarač napona do struje

Slika 20 - Pretvarač napona u struju

Krug slike (20) je pretvarač napona i struje. Ovaj krug analiziramo na sljedeći način:

(51)

Iz jednadžbe (51) nalazimo,

(52)

Stoga je struja opterećenja neovisna o otporniku opterećenja, R_teret, i proporcionalan je primijenjenom naponu, v_in, Ovaj sklop razvija naponski strujni izvor. Međutim, praktična mana ovog kruga je da se niti jedan kraj otpornika opterećenja ne može uzemljiti.

Slika 21 - Pretvarač napona do struje

Ovaj krug analiziramo pisanjem jednadžbi čvora na sljedeći način:

(53)

Posljednja jednakost koristi činjenicu da v₊ = v_-, U tim jednadžbama postoji pet nepoznanica (v₊, v_in, v_van, vi i_teret). Uklanjamo v₊ i v_van dobiti,

(54)

Struja opterećenja, i_teret, je neovisan o opterećenju, R_tereti samo je funkcija razlike napona, (v_in - v).

PRIJAVA

Analizirajte sljedeći krug online sa simulatorom TINACloud sklopa klikom na vezu u nastavku.

Simulacija kruga 4 napona na strujni pretvarač

7.5 Inverting pojačalo s generaliziranim impedancijama

Slika 22 - Upotreba generalizirane impedancije umjesto otpora

Odnos jednadžbe (17) lako se proširuje tako da uključuje ne-otporne komponente ako R_j zamijenjen je impedancijom, Z_ji R_F zamjenjuje se s Z_F, Za jedan ulaz, kao što je prikazano na slici 22 (a), izlaz se smanjuje na

(55)

Budući da se radi o frekvencijskoj domeni, koristimo velika slova za napone i struje, te tako predstavljamo složene amplitude.

Jedan koristan sklop temeljen na jednadžbi (55) je Miller integratorkao što je prikazano na slici 22 (b). U ovoj aplikaciji komponenta povratne veze je kondenzator, C, a ulazna komponenta je otpornik, R, Tako da

(56)

U jednadžbi (56), s  je Laplaceov operater transformacije. Za sinusoidne signale,  , Kada zamijenimo ove impedancije u jednadžbu (55), dobivamo

(57)

U složenoj frekvencijskoj domeni, 1 / s odgovara integraciji u vremenskoj domeni. Ovo je inverting integrator jer izraz sadrži negativni znak. Stoga je izlazni napon

(58)

gdje v_van(0) je početno stanje. Vrijednost v_van razvijen je kao napon na kondenzatoru, C, na vrijeme t = 0. Prekidač je zatvoren za punjenje kondenzatora na napon v_van(0), a zatim u t = 0 prekidač je otvoren. Koristimo elektronske prekidače, o kojima detaljnije raspravljamo u Poglavlju 16. U slučaju da je početni uvjet nula, prekidač se još uvijek koristi za resetiranje integratora na nulti izlazni napon u vremenu t = 0.

Slika 23 - Primjer obrnutog diferencijatora

Ako je element povratne veze otpornik, a ulazni element je kondenzator, kao što je prikazano na slici (23), ulazno-izlazni odnos postaje

(59)

U vremenskoj domeni, to postaje

(60)
PRIJAVA

Analizirajte sljedeći krug online sa simulatorom TINACloud sklopa klikom na vezu u nastavku.

5 - Primjer simulacije kruga obrnutog diferencijatora

Krug radi kao inverting diferencijator, Imajte na umu da je ulazni kondenzator, Z_a = 1 / sC, ne pruža put za dc, To ne utječe na rezultat jer je derivat konstante nula. Radi jednostavnosti, upotrijebimo sinusoidni ulazni signal. Promjenom jednadžbe (59) i zamjenom brojčanih vrijednosti za taj krug, dobivamo

(61)

Ulazni napon se invertira (pomak 180 °) ovim krugom, a zatim se ponovno skalira i pomakne (90 ° prema j- operater) po vrijednosti RCS gdje .

Rezultati simulacije prikazani su na slici (24).

Slika 24 - Simulacijski rezultati za inverting diferencijatora

Ulazni valni oblik je na 0.5 voltima. Izlazni napon ima neto pomak (kašnjenje) stupnjeva 90, a izlazni napon je na približno 0.314 volti. To se dobro slaže s rezultatom jednadžbe (61).

Također možemo koristiti valne oblike kako bismo pokazali da ovaj krug izvodi zadatak inverting diferencijatora. Potvrdit ćemo da izlazni valni oblik predstavlja nagib ulaznog signala puta konstantu. Konstanta je napon napajanja kruga. Najveća brzina promjene valnog oblika ulaznog napona javlja se na njenom križanju nule. To odgovara vremenu kada izlazni valni oblik dosegne svoj maksimum (ili minimum). Birajući reprezentativnu točku, recimo u vremenu0.5 ms, i koristeći grafičke tehnike, izračunavamo nagib valnog oblika ulaznog napona kao

(62)

Skaliranje ove stope promjene (tj. ) pomoću napona u krugu prema jednadžbi (60) očekujemo da će vršni izlazni napon biti

(63)

7.6 analogne računalne aplikacije

U ovom odjeljku predstavit ćemo uporabu međusobno povezanih krugova op-amp, kao što su ljeta i integratori, kako bismo formirali analogno računalo koje se koristi za rješavanje diferencijalnih jednadžbi. Mnogi fizički sustavi opisani su linearnim diferencijalnim jednadžbama, pa se sustav može analizirati pomoću analognog računala.

Slika 25 - Analogna računalna aplikacija

Riješimo za struju, i (t), u krugu slike 25. Ulazni napon je pogonska funkcija, a početni uvjeti su nula. Zapisujemo diferencijalnu jednadžbu za krug kako slijedi:

(64)

Sada rješavamo za di / dt, dobivamo

(65)

Znamo da je za t> 0,

(66)

Iz jednadžbe (65) vidimo da se -di / dt formira zbrajanjem tri termina, koji se nalaze na slici 26 na ulazu prvog integrirajućeg pojačala.

Slika 26 - Analogno računalno rješenje za sliku 25

Tri pojma nalaze se na sljedeći način:

1. Funkcija vožnje, -v (t) / L, formira se prolaskom v (t) kroz invertirajuće ljeto (ljeto) s dobitkom, 1 / L.
2. Ri / L se formira uzimanjem izlaza prvog integrirajućeg pojačala (Integrator 1) i njegovim dodavanjem na ulaz pojačala na izlaz sumerskog pojačala (Summer).
3. Uvjet

(67)
je izlaz drugog integratora (Integrator 2). Budući da se znak mora mijenjati, sumiramo ga s pretvaranjem ljeta u jedinstvo dobitka (Ljeto).
Izlaz prvog integratora je + i, kao što se vidi iz jednadžbe (66). Konstante u diferencijalnoj jednadžbi utvrđuju se pravilnim odabirom otpornika i kondenzatora analognog računala. Nulti početni uvjeti postižu se prekidačima na kondenzatorima, kao što je prikazano na slici 22 (b).

7.7 neinvertirajući Miller integrator

Slika 27 - Neinverting integrator

Koristimo modifikaciju ovisnog generatora struje iz prethodnog odjeljka kako bismo razvili integrator koji ne obrće. Krug je konfiguriran kao što je prikazano na slici 27.
To je slično krugu slike 21, ali je otpor opterećenja zamijenjen kapacitetom. Sada pronalazimo struju. Inverzni napon, V-, nalazi se iz podjele napona između Vo i V- kako slijedi:

(68)

Budući da V + = V-, rješavamo i nalazimo
IL = Vin / R. Zapamtite to

(69)

gdje je s Laplaceov transformator. Vout / Vin funkcija je tada

(70)

Dakle, u vremenskoj domeni imamo

(71)

Krug je dakle neintevertirajući integrator.

PRIJAVA

Analizirajte sljedeći krug online sa simulatorom TINACloud sklopa klikom na vezu u nastavku.

6-Neinverting integrator Krug Simulacija

SAŽETAK

Operativno pojačalo je vrlo koristan građevni blok za elektroničke sustave. Pravo pojačalo radi gotovo kao idealno pojačalo s vrlo visokim pojačanjem i gotovo beskonačnom ulaznom impedancijom. Iz tog razloga možemo ga tretirati na isti način na koji tretiramo komponente sklopa. To znači da smo u mogućnosti uključiti pojačalo u korisne konfiguracije prije proučavanja internog rada i elektroničkih karakteristika. Prepoznavanjem karakteristika terminala, možemo konfigurirati pojačala i druge korisne krugove.
Ovo poglavlje započelo je analizom idealnog operativnog pojačala, te razvojem ekvivalentnih modela sklopova koji koriste zavisne izvore. Zavisni izvori koje smo rano proučavali u ovom poglavlju čine građevne blokove ekvivalentnih krugova za mnoge elektroničke uređaje koje proučavamo u ovom tekstu.
Zatim smo istražili vanjske veze koje su potrebne da bi se op-amp pretvorio u invertirajuće pojačalo, neinvertirajuće pojačalo i višestruko ulazno pojačalo. Razvili smo praktičnu tehniku projektiranja koja eliminira potrebu za rješavanjem velikih sustava istovremenih jednadžbi.
Konačno, vidjeli smo kako se op-amp može koristiti za izgradnju raznih složenijih sklopova, uključujući sklopove koji su ekvivalentni negativnim impedancijama (koje se mogu koristiti za ukidanje učinaka pozitivnih impedancija), integratora i diferencijatora.

PRETHODNA- 6. IZRADA OPREMNIH KRUGOVA

SLJEDEĆA 1. Idealne op-pojačala