1. Ideal op-amps
АҒЫМДА - 1. Идеалды оп-амперлер
PREVIOUS- Озық операциялық күшейткіштер кіріспе
Ideal op-amps
Бұл бөлімде a жүйелер Ideal Operational Amplificers негіздерін ұсынуға арналған көзқарас. Осылайша, оп-ампты кіріс және шығыс терминалдары бар блок ретінде қарастырамыз. Қазір оп-амптың ішіндегі жеке электронды құрылғылармен байланысты емеспіз.
Оп-амп - жиі оң және теріс кернеу кернеуіне ие күшейткіш. Бұл шығыс кернеуінің жердің әлеуетінен жоғары және төменге қарай жылжуға мүмкіндік береді. Оп-амп көптеген желілік электрондық жүйелерде кең қолданысқа ие.
Аты операциялық күшейткіш Оп-амп-тізбектердің түпнұсқаларын қолданудың бірінен туындайды; математикалық орындау Операциялар аналогтық компьютерлерде. Бұл дәстүрлі қосымша осы тарауда талқыланады. Ерте оп-амптар бір инвертируемый енгізуді пайдаланды. Кірістегі оң кернеудің өзгерісі шығу кезінде теріс өзгерісті тудырды.
Оп-амптың жұмысын түсіну үшін, алдымен басқарылатын (тәуелді) көздердің тұжырымдамасымен танысу керек, өйткені олар оп-амп моделінің негізін құрайды.
1.1 тәуелді көздер
Тәуелді (немесе бақыланатын) көздер тізбектегі басқа жерде орналасқан кернеу немесе ток арқылы анықталады, кернеу немесе ток. Керісінше, пассивті құрылғылар кернеу немесе ток кернеуін немесе кернеу немесе кернеу немесе ток тізбегіндегі сол жерде орналасқан токпен анықтайды. Тәуелсіз және тәуелді кернеулер мен ток көздері белсенді элементтер болып табылады. Яғни олар кейбір сыртқы құрылғыларға қуат бере алады. Пассивті элементтер электр қуатын шығаруға қабілетсіз, бірақ олар қуатты кейінгі уақытта конденсаторлар мен индукторлар сияқты сақтау үшін сақтай алады.
Төменде суретте жиі схема талдауларында қолданылатын күшейтетін құрылғының эквиваленттік схемасы көрсетілген. Ең оңтайлы
резистор - жүктеме. Осы жүйенің кернеуі мен ағымдық табысын анықтаймыз. Кернеудің жоғарылауы, Av кернеудің кернеу кернеуіне қатынасы ретінде анықталады. Сол сияқты, ток ағымы, Ai - шығыс ток тогына кіру коэффициенті.
Сурет 1 - қатты күйдегі күшейтетін құрылғының баламалы тізбегі
Кіріс тогы:
Екінші резистенттегі ток, i1, Ом заңынан тікелей табылады:
(2)
Шығу кернеуі келесі түрде беріледі:
(3)
Теңдеуде (3) ‖ резисторлардың параллель тіркесімін көрсетеді. Шығу тогы Ом заңынан тікелей табылады.
(4)
Керісінше, кернеу мен ток күші коэффициенттерін қалыптастыру арқылы анықталады:
(5)
(6)
1.2 Операциялық күшейткіштің баламалы тізбегі
Сурет 2 - Операциялық күшейткіш және баламалы схема
F2 кескіні (А) операциялық күшейткіштің символын ұсынады және 2 (b) суреттегі оның баламалы тізбегі көрсетіледі. Кіріс терминалдары болып табылады v+ және v-. Шығу терминалы vсыртында. Қуат көзінің қосылымдары +V, -V және жердегі терминалдар. Қуат көзінің қосылымдары жиі кездеседі сызба сызбалардан тысқары. Шығу кернеуінің мәні шектеледі +V және -V өйткені бұл тізбектегі ең оң және теріс кернеулер болып табылады.
Модельде кернеу кернеу көзі бар, кернеуі кіріс кернеуінің айырмашылығына байланысты v+ және v-. Екі кіріс терминалы ретінде белгілі инвертті емес және инвертируя тиісінше. Ең дұрысы, күшейткіштің шығысы екі кіріс кернеуінің шамаларына байланысты емес, тек олардың арасындағы айырмашылыққа байланысты. Біз анықтаймыз дифференциалдық кіріс кернеуі, vd, айырмашылық ретінде,
(7)
Шығу кернеуі дифференциалдық кіріс кернеуіне пропорционалды және біз ара қатынасын ашық циклдік кіріс ретінде анықтаймыз. Демек, шығыс кернеуі
(8)
Мысал ретінде 
(E әдетте, кіші амплитуда) инвертирующая терминалға негізделмеген, инвертирующего кіру үшін қолданылады, өндіріледі 
шығу кезінде. Егер бірдей көз сигналының инвертируемый кірісіне инвертирующего кіргізгенде, жерге тұйықталмаған жерге тұйықталса, шығу - бұл 
.
Оп-амптың кіріс кедергісі 2 (b) суреттегі қарсылық ретінде көрсетілген.
Шығу кедергісі суретте көрсетілгендей қарсылық ретінде ұсынылған.
Ең жақсы жұмыс күшейткіші мынадай түрде сипатталады:
Олар, әдетте, нақты оппермптың параметрлеріне жақсы жақындату болып табылады. Нақты оп-амптың типтік параметрлері:
Нақты опампаларға жақындау үшін мінсіз ампперстерді пайдалану, сондықтан схеманы талдау үшін маңызды жеңілдетеді.
Ашық циклдік кірістің шексіз екендігін зерттеуді қарастырайық. Егер біз теңдеуді қайта жазсаңыз (8) 
келесідей:
(9)
және рұқсат беріңіз G жақындығы шексіз, біз оны көреміз
(10)
Теңдеу (10) шығыс кернеуінің шексіз болмайтынын байқап, нәтиже береді. Шығу кернеуінің мәні оң және теріс қуат мәндерімен шектеледі. Теңдеу (10) екі терминалдағы кернеулер бірдей екендігін көрсетеді:
(11)
Демек, теңдеудің теңдігі (11) бізге кіріс терминалдары арасында виртуалды қысқа тұйықталу бар екенін айтуға алып келеді.
Идеал амп-амптың кіріс кедергісі шексіз болғандықтан, ток әрбір кіріске, кернеудің соңына және инвертирующая терминалға нөлге тең болады.
Нақты операциялық амперлер сызықтық күшейту режимінде қолданылғанда, пайда өте үлкен, ал теңдеу (11) - бұл жақсы жақындау. Дегенмен, нақты оп-амптарға арналған бірнеше қосымшалар құрылғыны сызықты емес режимде пайдаланады. Теңдеудің жақындауы (11) осы тізбектер үшін жарамсыз.
Тәжірибелік амперлердің кернеудің жоғарылауы болса да, бұл пайда жиілікпен өзгереді. Осы себепті Op-Amp 2 (a) суретте көрсетілген пішінде әдетте пайдаланылмайды. Бұл конфигурация ашық цикл деп аталады, себебі шығудан кірісіне кері байланыс жоқ. Кейінірек, ашық-циклдік конфигурация компараторлар үшін пайдалы болғанымен, желілік қолданбалар үшін неғұрлым кең тараған конфигурация кері байланыспен жабық тұйық цикл болып табылады.
Сыртқы элементтер кіріс сигналының бір бөлігін кіріске «кері байланыстыру» үшін қолданылады. Егер кері байланыс элементтері шығыс пен инвертирлеу кірісі арасында орналасса, онда тұйықталған өсім азаяды, өйткені шығыс бөлігі кірістен алынады. Кейінірек көретініміз, кері байланыс жалпы күшейтуді азайтып қана қоймай, сонымен бірге G мәніне аз сезімтал етеді. Кері байланыс кезінде тұйық контур күшейту кері байланыс тізбегінің элементтеріне тәуелді болады, ал негізгі оп- амп кернеуінің күшеюі, G. Шын мәнінде тұйықталған күшейту G-мәніне тәуелді емес, бұл тек сыртқы тізбек элементтерінің мәндеріне байланысты.
Сурет (3) бір сатылы теріс кері байланыс амп-амп контурын суреттейді.
Сурет 3 - Төңкерілген оп-амп
Сондықтан осы тізбекті келесі бөлімде талдаймыз. Енді назар аударыңыз, бұл бір резистор, RF, шығыс кернеуін қосу үшін пайдаланылады, vсыртында inverting енгізуіне, v-.
Басқа резистор, Ra инвертируемый кіруден қосылған, v-, кіріс кернеуіне, va. Үшінші резистор, R инвертирующего кіріс және жер арасында орналасқан.
Оп-амптерді, резисторларды және конденсаторларды қолданатын схемалар жиынтықтау, шегеру, біріктіру, саралау, сүзу, салыстыру және күшейту сияқты көптеген пайдалы операцияларды орындау үшін конфигурациялануы мүмкін.
1.3 Талдау әдісі
Біз екі маңызды идеалды амп-амп қасиеттерін пайдаланып схемаларды талдаймыз:
- Арасындағы кернеу v+ және v- нөлге тең немесе v+ = v-.
- Ағымдағы екеуіне де v+ және v- терминал нөлге тең.
Бұл қарапайым бақылаулар кез-келген тамаша оп-амптың схемасын талдау процедурасына әкеледі:
- Kirchhoff ағымдағы заңның түйін теңдеуін инверверт терминалында жазыңыз, v+.
- Теріс терминалдағы Kirchhoff ағымдағы заң түйінінің теңдеуін жазыңыз, v-.
- жиынтық v+ = v- және қажетті жабық циклдық кірістерді шешеді.
Кирхгоф заңдарын қолданған кезде, екеуінің де ағымын ұмытпаңыз v+ және v- терминал нөлге тең.