1. იდეალური ოპ-amps

იდეალური ოპ-amps

ეს სექცია იყენებს სისტემები მიდგომა იდეალური საოპერაციო გამაძლიერებლების საფუძვლები. როგორც ვთვლით, op-amp როგორც ბლოკი შეყვანისა და გამომავალი ტერმინალების ბლოკად. ამჟამად ჩვენ არ ვართ შეშფოთებული ინდივიდუალური ელექტრონული მოწყობილობებით.

ოპპონენტი არის გამაძლიერებელი, რომელიც ხშირად იკვებება ორივე დადებით და უარყოფით მიწოდებასთან. ეს საშუალებას იძლევა გამომავალი ძაბვის swing როგორც ზემოთ და ქვემოთ ადგილზე პოტენციალი. OP-AMP მრავალფეროვანი ელექტრონული სისტემებში ფართო აპლიკაციას პოულობს.

სახელი ოპერატიული გამაძლიერებელი გამოდის ერთ-ერთი ორიგინალური გამოყენების ოპ-AMP სქემით; შეასრულოს მათემატიკური ოპერაციების ანალოგურ კომპიუტერებში. ამ ტრადიციულ განაცხადზე მოგვიანებით განიხილება ამ თავში. ადრეული op-amps გამოიყენებოდა ერთ ინვერტორულ შეყვანაზე. შეყვანის დროს დადებითი ძაბვის ცვლილება გამოიწვია უარყოფით ცვლილებას გამომავალზე.

აქედან გამომდინარე, უნდა გაიგონ, რომ ოპტიმიზაციის ოპერაციის გაცნობიერება აუცილებელია კონტროლირებადი (დამოკიდებული) წყაროების კონცეფცია, რადგან ისინი ქმნიან OP-AMP- ის მოდელს.

XX დამოკიდებული წყაროები

დამოკიდებული (ან კონტროლირებადი) წყაროები აწარმოებენ ძაბვის ან მიმდინარეობას, რომლის ღირებულება განისაზღვრება ძაბვის ან სხვა ადგილას არსებულ სხვა ადგილას. ამის საპირისპიროდ, პასიური მოწყობილობები აწარმოებენ ძაბვის ან მიმდინარეობას, რომლის ღირებულება განისაზღვრება წრიული ან ძვირადღირებულ ადგილას არსებული ადგილას. ორივე დამოუკიდებელი და დამოკიდებული ძაბვა და მიმდინარე წყაროები აქტიური ელემენტებია. ანუ, მათ შეუძლიათ გარე მოწყობილობისთვის ძალაუფლების გადაცემა. პასიური ელემენტები არ გააჩნიათ ძალაუფლების გამომუშავების უნარი, თუმცა მათ შეუძლიათ ენერგიის შენახვა მოგვიანებით, რადგან ეს არის კაპიტატორები და ინტრაქტორები.

ქვემოთ მოყვანილი ფიგურა ასახავს მიკროსქემის ანალიზში გამოყენებული გამაძლიერებელი მოწყობილობის ეკვივალენტურ წრედ კონფიგურაციას. მარჯვნივრეციდიტორი არის დატვირთვა. ჩვენ ვნახავთ ძაბვის და მიმდინარე მომატება ამ სისტემის. ძაბვის მომატება, Av განისაზღვრება, როგორც შეფარდება გამომავალი ძაბვის შეყვანისას. ანალოგიურად, მიმდინარე მომატება, ა არის შეფარდება მიმდინარე დენის შეფარდებაზე.

იდეალური ოპ-amps

ფიგურა 1- მყარი სახელმწიფო გამაძლიერებელი მოწყობილობის ეკვივალენტური წრე

შეყვანის მიმდინარეობაა:

მიმდინარე მეორე რეესტრში, i1, ნაპოვნია პირდაპირ ომის კანონიდან:

(2)

გამომავალი ძაბვის შემდეგ მოცემულია:

(3)

განტოლებაში (3), " მიუთითებს რეზისტორების პარალელურ კომბინაციაზე. გამომავალი დენი გვხვდება უშუალოდ ომის კანონიდან.

(4)

ძაბვის და მიმდინარე მიღწევების შემდეგ აღმოჩენილია ფორმირების კოეფიციენტები:

(5)

(6)

 1.2 საოპერაციო გამაძლიერებელი ექვივალენტი Circuit
იდეალური ოპ-amps

ფიგურა 2- ოპერატიული გამაძლიერებელი და ექვივალენტირება

Figure 2 (ა) წარადგენს სიმბოლოს საოპერაციო გამაძლიერებელს და სურათი 2 (b) გვიჩვენებს მის ეკვივალენტურ წრედ. შეყვანის ტერმინალები v+ მდე v-. გამომავალი ტერმინალია vგარეთ. ელექტროენერგიის მიწოდება არის +V, -V და მიწის ტერმინალები. ელექტროენერგიის მიწოდება ხშირია გამოტოვებული სქემატური ნახატებიდან. გამომავალი ძაბვის ღირებულება შეზღუდულია +V მდე -V რადგან ეს არის ყველაზე დადებითი და უარყოფითი ძაბვის ჩართვა.

მოდელი შეიცავს დამოკიდებულ ძაბვას, რომლის ძაბვა დამოკიდებულია შეყვანის ძაბვის სხვაობაზე v+ მდე v-. ორი შეყვანის ტერმინალი ცნობილია როგორც არასამთავრობო inverting მდე inverting შეყვანის შესაბამისად. იდეალურია, რომ გამაძლიერებელი არ არის დამოკიდებული ორ შეყვანის ძაბვის მაგნიტუდებზე, მხოლოდ მათ შორის განსხვავებაზე. ჩვენ განვსაზღვრავთ დიფერენციალური შეყვანის ძაბვა, ვd, როგორც განსხვავება,

(7)

გამომავალი ძაბვის არის პროპორციული დიფერენციალური შეყვანის ძაბვის და ჩვენ დანიშნოს თანაფარდობა, როგორც ღია loop მოგება, G. ამდენად, გამომავალი ძაბვის არის

(8)

მაგალითად, შეყვანა  (E ჩვეულებრივ, მცირე მოცულობის ამპლიტუდაა), რომელიც გამოიყენება ინვერსიულ ტერმინალთან ერთად, ინვერსიულ შეყვანაზე  გამომავალი. როდესაც იგივე წყარო სიგნალი გამოიყენება ინვერტორული შეყვანისთვის, რომელიც არ არის ინვერსიული ტერმინალით, გამომავალია .

ოპ-ამპ-ის შეყვანის შეფერხება ნაჩვენებია როგორც წინააღმდეგობად ნახაზი 2 (ბ).
გამომავალი წინაღობა წარმოდგენილია ფიგურაში, როგორც წინააღმდეგობა, რო.

იდეალური საოპერაციო გამაძლიერებელი ხასიათდება შემდეგნაირად:

ეს, როგორც წესი, კარგი დაახლოება რეალურ ოპ-amps- ის პარამეტრებზე. ნამდვილ ოპოფუმპების ტიპიური პარამეტრებია:

აქედან გამომდინარე, რეალური ოპ-amps- ის სავარაუდო ოპტიმალური ოპტიმიზაციის გამოყენება სავალდებულო ანალიზისთვის გამარტივებული გამარტივებაა.
განვიხილოთ ღია მარყუჟის მომატება, რომელიც უსასრულოა. თუ ჩვენ გადაწერას განტოლება (8)
შემდეგი რედაქციით: 

(9)

და მოდით G მიდგომა infinity, ჩვენ ვხედავთ, რომ

(10)

განტოლება (10) შედეგები აკვირდება, რომ გამომავალი ძაბვა არ შეიძლება იყოს უსასრულო. გამომავალი ძაბვის ღირებულება არის დადებითი და უარყოფითი ელექტროენერგიის მიწოდება. განტოლება (10) მიუთითებს იმაზე, რომ ორი ტერმინალის ძაბვა იგივეა:

(11)

აქედან გამომდინარე, თანასწორობა განტოლება (11) მივყავართ იმის თქმა, რომ არსებობს ვირტუალური მოკლე ჩართვა შეყვანის ტერმინალებს შორის.

ვინაიდან იდეალური ოპპონენტის შეყვანის წინაღობა უსასრულოა, თითოეული შეყვანისას მიმდინარე ტერმინალისა და უწყვეტი ტერმინალით მიმდინარეობს ნულოვანი.
ნამდვილ ოპპლერის გამოყენებისას გამოყენებულია წრფივი გამაძლიერებელი რეჟიმში, მოგება ძალიან დიდია და განტოლება (11) არის კარგი დაახლოება. თუმცა, რეალური აპლიკაციისთვის რამდენიმე აპლიკაცია იყენებს მოწყობილობას არაწრფივი რეჟიმში. განზომილების დაახლოება (11) არ არის სწორი ამ სქემებისთვის. 

მართალია, პრაქტიკაში ოპტიმალური ოპტიმიზმი მაღალი ძაბვის მომატებაა, მაგრამ ეს ზრდა სიხშირით მერყეობს. ამ მიზეზით, op-amp ჩვეულებრივ არ გამოიყენება ნახაზზე 2 (a) -ის სახით. ეს კონფიგურაცია ცნობილია როგორც ღია მარყუჟის გამო, რადგან გამომავალი არ არის შეყვანის საწყისი შეყვანა. ჩვენ ვხედავთ მოგვიანებით, ხოლო ღია მარყუჟის კონფიგურაცია სასარგებლოა შესადარებელი აპლიკაციებისათვის, უფრო ხშირი კონფიგურაციისთვის კონფიგურაციისთვის არის დახურული loop circuit feedback.

გარე ელემენტები გამოიყენება გამომავალი სიგნალის ნაწილის შესასვლელად "უკუკავშირისთვის". თუ უკუკავშირის ელემენტები განთავსდება გამომავალსა და ინვერსიულ შეყვანას შორის, დახურული მარყუჟის მომატება მცირდება, რადგან გამომავალი ნაწილი შეყვანისას გამოკლდება. მოგვიანებით ვნახავთ, რომ უკუკავშირი არამარტო ამცირებს მთლიან მოგებას, არამედ ამან ისიც რომ ნაკლებად მგრძნობიარეა G.– ის მნიშვნელობის მიმართ. უკუკავშირით დახურული მარყუჟის მომატება უფრო მეტად უკავშირდება უკუკავშირის ელემენტის ელემენტებს და ნაკლებად ძირითად ვარიანტს. amp ძაბვის მომატება, G. სინამდვილეში, დახურული მარყუჟის მომატება არსებითად დამოუკიდებელია G- ის მნიშვნელობიდან, ეს დამოკიდებულია მხოლოდ გარე წრის ელემენტების ღირებულებებზე. 

ფიგურა (3) ასახავს ერთ სცენაზე უარყოფით უკუკავშირს ოპ-ამპ მიკროსქემს.
იდეალური ოპ-amps

ფიგურა 3- ს inverting op-amp

ამიტომ, ჩვენ ამ ანალიზს გავაანალიზებთ მომდევნო სექციაში. ახლა, გაითვალისწინეთ, რომ ერთი რეზისტორი, RF, გამოიყენება გამომავალი ძაბვის დასაკავშირებლად, vგარეთ inverting შეყვანის, v-.  

კიდევ ერთი რეზისტორი, Ra უკავშირდება ინვერტორული შეყვანისგან, v-, შეყვანის ძაბვის, va. მესამე რეზისტორი, R მოთავსებულია უწყვეტი შეყვანისა და მიწაზე.
მიკროსქემების გამოყენება ოპონენტების, რეზისტორების და კაპიტნების გამოყენებით შესაძლებელია კონფიგურირებული ბევრი სასარგებლო ოპერაციების ჩატარება, როგორიცაა შეჯამება, გამოკლება, ინტეგრირება, დიფერენცირება, ფილტრაცია, შედარება და გამარტივება.

1.3 ანალიზი მეთოდი

ჩვენ გავაანალიზებთ სქემებს ორი ძირითადი იდეალური თვისებების გამოყენებით:

  • ძაბვის შორის v+ მდე v- არის ნულოვანი, ან v+ = v-.
  • მიმდინარე ორივე შევიდა v+ მდე v- ტერმინალი ნულოვანია.

ეს მარტივი დაკვირვება გამოიწვიოს პროცედურის ანალიზს ნებისმიერი იდეალური ოპ-amp მიკროსქემის შემდეგი სახით:

  • დაწერეთ Kirchhoff- ის ამჟამინდელი სამართლის კვანძის განტოლება არასამთავრობო ინვერსიულ ტერმინალში, v+.
  • ჩაწერეთ Kirchhoff- ის ამჟამინდელი სამართლის კვანძი განტოლება inverting ტერმინალი, v-.
  • უცნობია v+ = v- და გადაწყვიტოს სასურველი დახურულ-მარყუჟის მიღწევების.

Kirchhoff- ის კანონების გამოყენებისას გახსოვდეთ, რომ მიმდინარე ორივე v+ მდე v- ტერმინალი ნულოვანია.