7. Egyéb op-amp alkalmazások

JELENTKEZÉS

Az alábbi linket a TINACloud áramkör szimulátor segítségével online elemezheti.

1- Negatív impedancia áramkör szimuláció

7.2 függő áram generátor

18 ábra - Függő áramgenerátor

Tegyük fel, hogy hagyjuk R_F = R_A. Az (47) egyenlet azt jelzi, hogy az op-amp áramkör ellenállása (a szaggatott dobozban van) -R. A bemeneti áramkör ezután egyszerűsíthető az 18 (b) ábrán látható módon. Számítani akarunk i_{kiszámításának}, az aktuális R_{kiszámításának}. Noha az ellenállás negatív, a szokásos Kirchhoff-törvények továbbra is érvényesek, mivel levezetéseikben semmi sem feltételez pozitív ellenállást. A bemeneti áram, i_in, azután úgy találtuk, hogy az ellenállásokat egyetlen ellenállással kombináljuk, R_in.

(48)

Ezután az aktuális osztott arányt alkalmazzuk az aktuális osztásra R_{kiszámításának} és -R szerez

(49)

Így az op-amp áramkör hozzáadásának hatása az, hogy az áramot a bemeneti feszültséggel arányos terhelésben hozza létre. Ez nem függ a terhelési ellenállás értékétől, R_{kiszámításának}. Az áram tehát független a terhelési ellenállás változásától. Az op-amp áramkör hatékonyan törli a terhelési ellenállást. Mivel az áram független a terheléstől, de csak a bemeneti feszültségtől függ, ezt hívjuk a áramgenerátor (vagy feszültség-áram átalakító).

Ennek az áramkörnek számos alkalmazása az a dc szabályozott feszültségforrás. Ha hagyjuk v_in = E (állandó), az áram az R_{kiszámításának} állandó, függetlenül a variációktól R_{kiszámításának}.

JELENTKEZÉS

Az alábbi linket a TINACloud áramkör szimulátor segítségével online elemezheti.

2- függő áramgenerátor áramkör szimulációja

7.3 Áramfeszültség-átalakító

19. ábra - Áram-feszültség átalakító

A (19) ábra áramköre kimeneti feszültséget állít elő, amely arányos a bemeneti árammal (ez a-nak is tekinthető) egység-erősítés inverz erősítő). Ezt az áramkört az ideális op-erősítők tulajdonságainak felhasználásával elemezzük. Megoldjuk, hogy a bemeneti kapcsok feszültségei megtalálják-e

(50)

Ezért a kimeneti feszültség, v_ki = -i_inR, arányos a bemeneti árammal, i_in.

JELENTKEZÉS

Az alábbi linket a TINACloud áramkör szimulátor segítségével online elemezheti.

3- Áram a feszültség átalakító áramkör szimulációjához

7.4 feszültség-áram átalakító

20 ábra - Áramátalakító feszültsége

Az 20 ábrán látható áramkör feszültség-áram átalakító. Ezt az áramkört az alábbiak szerint elemezzük:

(51)

Az egyenletből (51) találunk,

(52)

Ezért a terhelési áram független a terhelési ellenállástól, R_{kiszámításának}, és arányos az alkalmazott feszültséggel, v_in. Ez az áramkör feszültségvezérelt áramforrást fejleszt. Ennek az áramkörnek azonban egy gyakorlati hiányossága, hogy a terhelési ellenállás egyik vége sem földelhető.

21 ábra - Feszültség-áram átalakító

Ezt az áramkört az alábbi csomópont egyenletek írásával elemezzük:

(53)

Az utolsó egyenlőség azt a tényt használja, hogy v₊ = v_-. Ezen egyenletekben öt ismeretlen van (v₊, v_in, v_ki, vés i_{kiszámításának}). Eltávolítjuk v₊ és a v_ki megszerezni,

(54)

A terhelési áram, i_{kiszámításának}, független a terheléstől, R_{kiszámításának}, és csak a feszültségkülönbség függvénye, (v_in - v).

JELENTKEZÉS

Az alábbi linket a TINACloud áramkör szimulátor segítségével online elemezheti.

4-feszültség az áramváltó áramkör szimulációjához

7.5 az inverz erősítő általánosított impedanciákkal

22. Ábra - Az ellenállás helyett általános impedancia használata

Az (17) egyenlet viszonya könnyen kiterjeszthető a nem rezisztens alkatrészekre, ha R_j helyett egy impedancia, Z_jés R_F helyébe a következő szöveg lép:. \ t Z_F. Egyetlen bemenet esetén, amint azt az 22 (a) ábra mutatja, a kimenet a következőre csökken

(55)

Mivel a frekvenciatartományban foglalkozunk, a feszültségekhez és áramokhoz nagybetűket használunk, ezáltal a komplex amplitúdók.

Az (55) egyenleten alapuló hasznos áramkör az Miller integrátor, az 22 (b) ábrán látható. Ebben az alkalmazásban a visszacsatoló komponens egy kondenzátor, C, és a bemeneti komponens ellenállás, R, Így

(56)

Az (56) egyenletben s  a Laplace-átalakító operátor. Szinuszos jelek esetén  . Amikor ezeket az impedanciákat az (55) egyenletbe helyettesítjük, megkapjuk

(57)

A komplex frekvencia tartományban: 1 / s megfelel az időtartomány integrációjának. Ez egy inverz integrátor mert a kifejezés negatív jelet tartalmaz. Ezért a kimeneti feszültség

(58)

ahol v_ki(0) a kezdeti feltétel. Az értéke v_ki a kondenzátor feszültsége, C, időben t = 0. A kapcsoló zárva van a kondenzátor töltéséhez v_ki(0) és aztán t = 0 a kapcsoló nyitva van. Elektronikus kapcsolókat használunk, amelyeket részletesebben a 16 fejezetben tárgyalunk. Abban az esetben, ha a kezdeti feltétel nulla, a kapcsolót még mindig az nullázó kimeneti feszültségre való visszaállításhoz használják t = 0.

23. ábra - Példa invertáló differenciátorra

Ha a visszacsatoló elem ellenállás, és a bemeneti elem egy kondenzátor, amint az az 23 ábrán látható, a bemeneti-kimeneti kapcsolat lesz

(59)

Az idő tartományban ez lesz

(60)
JELENTKEZÉS

Az alábbi linket a TINACloud áramkör szimulátor segítségével online elemezheti.

5- Példa egy inverz differenciáló áramkör szimulációra

Az áramkör egy inverz differenciátor. Ne feledje, hogy a bemeneti kondenzátor, Z_a = 1 / sC, nem ad útvonalat dc. Ez nem érinti az eredményt, mivel egy konstans deriváltja nulla. Az egyszerűség kedvéért szinuszos bemeneti jelet használjunk. Az egyenlet (59) átrendezése és az ezen áramkör számértékeinek helyettesítése kapunk

(61)

A bemeneti feszültséget ezzel az áramkörrel megfordítjuk (180 ° eltolás), majd újra átméretezzük (90 ° a j-operátor) a RC ahol .

A szimuláció eredményeit az 24 ábrán mutatjuk be.

24. Ábra - A differenciátor megfordításának szimulációs eredményei

A bemeneti hullámformák csúcsai az 0.5 voltosnál. A kimeneti feszültség nettó eltolódása (késleltetése) az 90 fokokban és a kimeneti feszültség csúcsai körülbelül 0.314 volt. Ez jó egyezést mutat az (61) egyenlet eredményével.

Azt is használhatjuk a hullámformákat, hogy megmutassuk, hogy ez az áramkör egy inverz differenciátor feladata. Megerősítjük, hogy a kimeneti hullámforma a bemeneti jel meredekségét állandó konstansban mutatja. A konstans az áramkör feszültségnövekedése. A bemeneti feszültség hullámformájának legnagyobb változása a nulla kereszteződésénél történik. Ez megegyezik azzal az idővel, amikor a kimeneti hullámforma eléri a maximális (vagy minimális) értékét. Egy reprezentatív pont kiválasztása, mondjuk time0.5 ms-on, és grafikus technikák használata, kiszámítjuk a bemeneti feszültség hullámformájának meredekségét

(62)

A változás mértékének skálázása (azaz ) az egyenlet (60) szerinti áramkör feszültségnövekedés alapján a csúcs kimeneti feszültséget várjuk

(63)

7.6 analóg számítógépes alkalmazások

Ebben a fejezetben bemutatjuk az összekapcsolt op-amp-áramkörök, például a nyári és az integrátorok használatát egy analóg számítógép létrehozásához, amelyet differenciálegyenletek megoldására használnak. Számos fizikai rendszert lineáris differenciálegyenletek írnak le, ezért a rendszert analóg számítógép segítségével lehet elemezni.

25. ábra - Analóg számítógépes alkalmazás

Megoldjuk az i (t) áramot az 25 ábra áramkörében. A bemeneti feszültség a vezetési funkció, és a kezdeti feltételek nulla. Az áramkör differenciálegyenletét a következőképpen írjuk:

(64)

Most megoldjuk a di / dt-t

(65)

Tudjuk, hogy t> 0 esetén

(66)

Az (65) egyenletből kiderül, hogy a -di / dt-t három kifejezés összegzésével alakítjuk ki, amelyek az 26 ábrán találhatók az első integráló erősítő bemeneténél.

26. ábra - Analóg számítógépes megoldás a 25. ábrához

A három kifejezést a következőképpen találjuk:

1. A -v (t) / L vezetési függvényt v (t) áthaladásával alakítjuk ki egy fordított nyáron (nyáron), 1 / L erősítéssel.
2. A Ri / L az első integráló erősítő (Integrator 1) kimenetének kialakításával és az erősítő bemeneténél az összegző erősítő (Nyár) kimenetén való hozzáadásával jön létre.
3. A kifejezés

(67)
a második integrátor kimenete (Integrator 2). Mivel a jelet meg kell változtatni, az összevetjük a nyár (nyár) invertáló nyereségét.
Az első integrátor kimenete + i, ahogyan azt az (66) egyenlet mutatja. A differenciálegyenlet állandóit az analóg számítógép ellenállásának és kondenzátorainak megfelelő kiválasztásával állapítják meg. A nulla kezdeti feltételeket a kondenzátorokon keresztüli kapcsolókkal hajtjuk végre, amint azt az 22 (b) ábra mutatja.

7.7 nem inverz Miller integrátor

27 ábra - Nem invertáló integrátor

Az előző rész függő áramgenerátorának módosítását egy nem invertáló integrátor kifejlesztésére használjuk. Az áramkör az 27 ábrán látható módon van konfigurálva.
Ez hasonló az 21 ábrán látható áramkörhöz, de a terhelési ellenállást egy kapacitás váltotta fel. Most megtaláljuk az aktuális terhelést. Az inverz feszültség, V-, a Vo és V-feszültség közötti feszültségmegosztásból származik:

(68)

Mivel V + = V-, megoldjuk és megtaláljuk
IL = Vin / R. Vegye figyelembe, hogy

(69)

ahol s a Laplace-átalakító operátor. Ekkor a Vout / Vin funkció

(70)

Így, az idő tartományban van

(71)

Az áramkör tehát nem invertáló integrátor.

JELENTKEZÉS

Az alábbi linket a TINACloud áramkör szimulátor segítségével online elemezheti.

6-Nem invertáló integrátor áramkör szimuláció

ÖSSZEFOGLALÓ

Az operációs erősítő nagyon hasznos építőelem az elektronikus rendszerek számára. Az igazi erősítő szinte ugyanolyan ideális erősítő, amely nagyon nagy nyereséggel és majdnem végtelen bemeneti impedanciával rendelkezik. Emiatt ugyanúgy kezelhetjük az áramköri alkatrészeket. Ez azt jelenti, hogy képesek vagyunk beépíteni az erősítőt hasznos konfigurációkba a belső működés és az elektronikus jellemzők tanulmányozása előtt. A terminál jellemzőinek felismerésével képesek vagyunk erősítők és más hasznos áramkörök konfigurálására.
Ez a fejezet az ideális operációs erősítő elemzésével kezdődött, és az egyenértékű áramkör modellek kifejlesztésével, függő forrásokat használva. Az e fejezet korai szakaszában vizsgált függő források az egyenértékű áramkörök építőköveit alkotják számos, a szövegben tanulmányozott elektronikus eszköz számára.
Ezután feltártuk a külső kapcsolatokat, amelyek az op-amp invertáló erősítő, nem invertáló erősítő és több bemeneti erősítő. Kidolgoztunk egy kényelmes tervezési technikát, amellyel kiküszöböljük az egyidejű egyenletek nagy rendszerének megoldását.
Végül láttuk, hogy az op-amp-ot hogyan lehetne használni számos összetettebb áramkör kialakítására, beleértve az olyan negatív impedanciákkal egyenértékű áramköröket (amelyek felhasználhatók a pozitív impedanciák hatásainak törlésére), integrátorok és differenciátorok.

ELŐZŐ - 6. OP-AMP CIRCUITS TERVEZÉSE

NEXT- 1. Ideális op-erősítők