7. Басқа Op-amp қосымшалары
Ағымдағы - 7. Басқа op-amp қосымшалары
PREVIOUS- 6. Оп-амп схемаларын жобалау
Басқа op-amp қосымшалары
Оп-ампты күшейткіш ретінде немесе сызықтық түрде бірнеше кірісті біріктіру құралы ретінде қолдануға болатындығын көрдік. Қазір біз осы әмбебап сызықты IC-дың бірнеше маңызды қосымшаларын зерттеп жатырмыз.
7.1 теріс импеданс схемасы
Сурет 17 теріс импеданс схемасы
Суретте көрсетілген (17) схема теріс кіріс кедергісін тудырады (жалпы жағдайда импеданс).
Бұл схема жағымсыз қарсылықты болдырмау үшін қолданылуы мүмкін. Көптеген осцилляторлық қосымшалар теріс қарсыласу op-amp схемасына байланысты. Кіріспе кедергісі, Rin, кіріс кернеуінің токқа қатынасы.
(43)
Кернеудің бөлгіш қатынасы үшін өрнекті алу үшін пайдаланылады v- Өйткені ағымдағы ампер-ампер нөлге тең болады.
(44)
Енді рұқсат етіңіз v+ = v- және шешу үшін vсыртында жөнінде vin, бұл береді,
(45)
Кіріспе импеданс болғандықтан v+ терминал шексіз, ағымдық R тең iin және келесідей болуы мүмкін:
(46)
Кіріспе кедергісі, Rin, содан кейін беріледі
(47)
Теңдеу (47) фигураның (17) тізбегі теріс қарсылықты дамытатынын көрсетеді. Егер болса R импеданс ауыстырылады, Z, схема теріс импеданс қалыптастырады.
ӨТІНІШ
Төмендегі сілтемені басу арқылы TINACloud тізбегі тренажерімен онлайн тәртібінде келесі тізбені тексеріңіз.
1 - Теріс импеданс схемасын модельдеу
7.2 тәуелді ток генераторы
Сурет 18 - тәуелді ток генераторы
Мысалы, рұқсат етіңіз RF = RA. Теңдеу (47) оп-амп контурына кіріс кедергісі (сызылған қорапта салынған) -R. Кіріс схемасы 18 (b) суретте көрсетілгендей жеңілдетілуі мүмкін. Біз есептеуді қалаймыз iЖүктеме, қазіргі кезде RЖүктеме. Қарсылық теріс болғанымен, қалыпты Кирхгоф заңдары әлі күнге дейін қолданылады, өйткені олардың шығуында ештеңе оң резистор болмайды. Кіріс тогы, iin, онда кедергілерді бір резисторға біріктіру арқылы табылған, Rin.
(48)
Содан кейін біз ағымдық бөлуге ағымдағы бөлуді қолданамыз RЖүктеме және -R to алу
(49)
Осылайша, op-amp контурын қосу әсері ток кернеуіне кіру кернеуіне пропорционалды жүктеме жасау болып табылады. Ол жүктеме кедергісінің мәніне байланысты емес, RЖүктеме. Сондықтан ток кернеудің тұрақтылығының өзгеруіне тәуелді емес. Оп-ампер тізбегі жүктің төзімділігін тиімді түрде жояды. Себебі ток жүктемеге тәуелді емес, бірақ тек кіріс кернеуіне байланысты болса, біз оны a деп атаймыз ағымдағы генератор (немесе кернеуден ток трансформаторына).
Осы схеманың көптеген қосымшаларының арасында: a dc реттелетін кернеу көзі. Егер рұқсат берсек vin = E (тұрақты), ағымдық арқылы RЖүктеме тұрақты емес RЖүктеме.
ӨТІНІШ
Төмендегі сілтемені басу арқылы TINACloud тізбегі тренажерімен онлайн тәртібінде келесі тізбені тексеріңіз.
2 - Тәуелді ағын генераторының схемалық модельдеуі
7.3 ток-кернеуге арналған түрлендіргіш
19-сурет - ток-кернеу түрлендіргіші
(19) суреттің тізбегі кіріс кернеуіне пропорционал шығыс кернеуін шығарады (мұны а деп те қарауға болады бірлік-күшейткіш күшейткіш). Біз бұл схеманы идеалды оп-ампердің қасиеттерін қолдана отырып талдаймыз. Кіріс терминалдарындағы кернеулерді табу үшін шешеміз
(50)
Демек, шығыс кернеуі, vсыртында = -iinR, кіріс тогына пропорционалды, iin.
ӨТІНІШ
Төмендегі сілтемені басу арқылы TINACloud тізбегі тренажерімен онлайн тәртібінде келесі тізбені тексеріңіз.
3- Кернеу түрлендіргіштің ток тізбегі
7.4 кернеуден ток трансформер
Сурет 20 - ток түрлендіргіштен кернеу
Сурет схемасы (20) кернеуден ток трансформатор болып табылады. Біз бұл схеманы келесідей талдаймыз:
(51)
Теңдеуден (51) біз табамыз,
(52)
Сондықтан жүктеме тогы жүктеме резисторына тәуелді емес, RЖүктеме, және қолданылған кернеуге сәйкес, vin. Бұл тізбек кернеуді басқаратын ток көзін дамытады. Дегенмен, осы тізбектің практикалық жетіспеушілігі жүктеме резисторының соңына негіз болмайтынын білдіреді.
Сурет 21 - ток кернеуіне дейінгі түрлендіргіш
Торап теңдеулерін жазу арқылы келесі тізбекті талдаймыз:
(53)
Соңғы теңдік фактісін пайдаланады v+ = v-. Осы теңдеулерде бес белгісізv+, vin, vсыртында, v, және iЖүктеме). Біз жоямыз v+ және vсыртында алу,
(54)
Жүктеме тогы, iЖүктеме, жүктемеден тәуелсіз, RЖүктеме, және тек кернеу айырмашылығының функциясы болып табылады, (vin - т).
ӨТІНІШ
Төмендегі сілтемені басу арқылы TINACloud тізбегі тренажерімен онлайн тәртібінде келесі тізбені тексеріңіз.
4 - Ағымдағы конвертерге схемалық модельдеу кернеуі
Жалпылама импедансымен 7.5 Inverting күшейткіші
Сурет 22 - кедергі орнында жалпылама импедансты пайдалану
Теңдеудің (17) қатынасы, егер резистивті емес компоненттерді қосу үшін оңай кеңейтіледі Rj импеданс ауыстырылады, Zj, және RF ауыстырылды ZF. 22 (a) суретте көрсетілгендей бір кіріс үшін шығыс азаяды
(55)
Себебі біз жиіліктік доменде жұмыс істейміз, біз кернеулер мен токтар үшін бас әріптерді пайдаланамыз, осылайша күрделі амплитудасы.
Теңдеуге негізделген пайдалы тізбек (55) - бұл Миллер интеграторы, 22 (b) суретте көрсетілгендей. Бұл қосымшада кері байланыс компоненті - конденсатор, C, ал кіріс компоненті - резистор, R, сондықтан
(56)
Теңдеуде (56) s Laplace трансформациясы операторы болып табылады. Синусоидалы сигналдар үшін, 
. Осы импедансты теңдеуге (55) ауыстырғанда, біз аламыз
(57)
Кешенді жиіліктегі доменде, 1 / сек уақыт белдеуіндегі интеграцияға сәйкес келеді. Бұл бір айнымалы интегратор себебі өрнекте теріс белгі бар. Демек, шығыс кернеуі
(58)
қайда vсыртында(0) - бұл бастапқы шарт. Мәні vсыртында конденсатордың кернеуі ретінде әзірленеді, C, Уақытында t = 0. Сөндіргіш конденсаторды кернеуге зарядтау үшін жабық vсыртында(0), содан кейін t = 0 қосқышы ашық. Біз 16 бөлімінде толығырақ талқылайтын электронды қосқыштарды пайдаланамыз. Бастапқы шарт нөлге тең болған жағдайда коммутатор интеграторды уақытында нөлдік шығу кернеуіне қалпына келтіру үшін пайдаланылады t = 0.
23 сурет - инвертирленген дифференциалдаушының мысалы
Егер кері байланыс элементі резистор болса және кіріс элементі фигура (23) көрсетілгендей конденсатор болса, кіріс-шығыс қатынасы
(59)
Уақыт доменінде бұл болады
(60)
ӨТІНІШ
Төмендегі сілтемені басу арқылы TINACloud тізбегі тренажерімен онлайн тәртібінде келесі тізбені тексеріңіз.
5 - Сызықтық модельдеудің инвертируемый үлгісі
Схема ретінде жұмыс істейді инвертируемый дифференциалдау. Назар аударыңыз, кіріс конденсатор, Za = 1 / sC, жолды қамтамасыз етпейді dc. Бұл нәтижеге әсер етпейді, себебі тұрақты мәннің туындысы нөлге тең. Қарапайсақ, синусоидалы кіріс сигналын қолданайық. Теңдеуді қайта құру (59) және осы схеманың сандық мәндерін алмастырамыз
(61)
Кіріс кернеуі инвертируется (180 ° ығысу) осы схема, содан кейін масштабтау және қайтадан ауыстырылды (90 ° j- оператор) RCs қайда 
.
Модельдеудің нәтижелері Сурет (24) ішінде көрсетілген.
Сурет 24 - инвертируемый дифференциалды модельдеу нәтижелері
Кіру сигналының пішіні 0.5 вольтте. Шығу кернеуі 90 градустың таза ауысуына (кешіктіруге) ие және шығыс кернеуі шамамен 0.314 вольт бойынша шыңдалады. Бұл теңдеудің нәтижесімен (61) жақсы келісіледі.
Сондай-ақ, бұл схема инвертирующей дифференциалдың міндетін орындағанын көрсету үшін толқынды формаларды қолдануға болады. Біз шығу сигналы сигналының кіріс сигналының уақытын тұрақты деп білеміз. Тұрақты - тізбектің кернеудің жоғарылауы. Кіру кернеуінің толқындарының өзгеруінің ең үлкен жылдамдығы оны нөлдік қиылысында жүргізіледі. Бұл шығу сигналының ең жоғары (немесе ең аз) мәніне жеткен уақытқа сәйкес келеді. Өкілдік нүктесін жинап, уақыт бойынша 0.5 мс деп белгілеп, графикалық әдістерді қолданып, кіріс кернеуінің толқындық формасының көлбеуін есептеп аламыз.
(62)
Бұл өзгеру жылдамдығын масштабтау (яғни,
(60) теңдеуі бойынша тізбектің кернеуінің жоғарылауымен ең жоғарғы шығу кернеуінің болуын күтеміз
(63)
7.6 аналогтық компьютерлік бағдарламалары
Бұл бөлімде дифференциалдық теңдеулерді шешу үшін пайдаланылатын аналогтық компьютерді құру үшін жаз және интегратор сияқты өзара байланысқан оп-амп схемаларын пайдалану ұсынылады. Көптеген физикалық жүйелер желілік дифференциалдық теңдеулермен сипатталады, сондықтан жүйені аналогтық компьютер көмегімен талдау.
25 сурет - компьютердің аналогтық қосымшасы
Суреттегі 25 схемасындағы ағымдағы, i (t) үшін шешейік. Кіріс кернеуі - бұл басқару функциясы және бастапқы шарттар нөлге тең. Схеманың дифференциалдық теңдеуін келесідей жазамыз:
(64)
Енді di / dt үшін шешеміз
(65)
Біз t> 0 үшін,
(66)
Теңдеуден (65) бастап -di / dt бірінші интегрирленген күшейткішке кірісінде 26-де табылған үш терминді жинақтау арқылы қалыптасады.
26 сурет - 25 суретке арналған компьютерлік аналогтық шешім
Үш ұғым келесідей:
1. Қозғалыс функциясы -v (t) / L, v (t) өтуді жазғы (Жаз) арқылы, 1 / L артуымен қалыптастырады.
2. Ri / L бірінші интегрирленген күшейткіштің (Integrator 1) шығысын қабылдау және оны күшейткіштің кірісіне қосу (Жаз).
3. Термин
(67)
- екінші интегратордың шығысы (Integrator 2). Белгісін өзгерту қажет болғандықтан, оны біркелкі жазды (Summer) жазады.
Бірінші интегратордың шығысы + I, теңдеуден (66) көрінеді. Дифференциалдық теңдеудегі тұрақты мәндер аналогты компьютердің резисторы мен конденсаторларының дұрыс іріктелуі арқылы анықталады. Нөлдік бастапқы шарттар конденсаторлар арқылы 22 (b) суретте көрсетілгендей қосылады.
7.7 Non-Inverting Miller интеграторы
Сурет 27 - Бейберекетсіз интегратор
Бұрынғы бөлімнің тәуелді ток генераторының модификациясы пайдаланылмайтын интеграторды әзірлеу үшін пайдаланылады. Схема 27 суретте көрсетілгендей конфигурацияланған.
Бұл фигураның 21 схемасына ұқсас, бірақ жүктеме тұрақтылығы сыйымдылықпен ауыстырылды. Қазір біз ағымдағы жүктемені табамыз. V-кернеу кернеуі V және V арасындағы кернеу бөлігінен төменде көрсетілген:
(68)
V + = V- болғандықтан, біз шешеміз және табамыз
IL = Vin / R. Ескертіп қой
(69)
мұндағы s - Лаплас трансформациясы операторы. Содан кейін Vout / Vin функциясы
(70)
Осылайша, бізде уақыт саласындағы
(71)
Осылайша, схема айнымалы интегратор болып табылады.
ӨТІНІШ
Төмендегі сілтемені басу арқылы TINACloud тізбегі тренажерімен онлайн тәртібінде келесі тізбені тексеріңіз.
6 - Айналмалы емес интегратордың Circuit Simulation
ТҮЙІН
Операциялық күшейткіш - электрондық жүйелер үшін өте пайдалы блок. Нақты күшейткіш дерлік өте жоғары пайда мен дерлік шексіз кіріс кедергісі бар керемет күшейткіш ретінде жұмыс істейді. Осы себепті, біз оны контурдың құрамдас бөліктеріне қарайтын етіп жасай аламыз. Яғни ішкі амалды және электронды сипаттамаларды зерттегенге дейін күшейткішті пайдалы конфигурацияларға енгізе аламыз. Терминал сипаттамаларын мойындай отырып, күшейткіштерді және басқа да пайдалы сұлбаларды теңшей аламыз.
Бұл тарау идеалды операциялық күшейткішті талдаудан және тәуелді көздерді пайдалана отырып баламалы схема модельдерін әзірлеуден басталды. Осы тараудың басында зерттеген тәуелді көздер осы мәтінді оқып жатқан көптеген электронды құрылғылар үшін баламалы схемалардың құрылыстық блоктарын құрайды.
Содан кейін, оп-ампдарды инвертирлендірілген күшейткішке, инвертирленбеген күшейткішке және бірнеше кіріс күшейткішке айналдыру үшін қажетті сыртқы байланыстарды зерттеп алдық. Біз бір мезгілде теңдеулердің ірі жүйелерін шешу қажеттілігін жоққа шығаратын ыңғайлы дизайн техникасын әзірледік.
Ақыр соңында, оп-амптың теріс импедансқа тең болатын (оң импеданс әсерін болдырмау үшін қолданылуы мүмкін), интеграторлар мен дифференциаторларды қоса алғанда, әр түрлі күрделі тізбектерді құру үшін қолданылатындығын көрдік.