7. Kitos „Op-amp“ programos
DABARTINIS - 7. Kitos op-amp programos
PREVIOUS- 6. Operacinių grandinių projektavimas
Kitos op-amp programos
Mes matėme, kad op-amp galima naudoti kaip stiprintuvą arba kaip priemonę linijiniu būdu sujungti daugelį įvesties. Dabar tiriame keletą papildomų svarbių šios universalios linijinės IC taikomųjų programų.
7.1 Neigiama impedanso grandinė
17 pav. Neigiama impedanso grandinė
Fig. (17) parodyta grandinė sukuria neigiamą įėjimo varžą (varža apskritai).
Ši grandinė gali būti naudojama norint atšaukti nepageidaujamą teigiamą pasipriešinimą. Daugelis osciliatoriaus programų priklauso nuo neigiamo pasipriešinimo op-amp grandinės. Įvesties varža, Rin, yra įėjimo įtampos ir srovės santykis.
(43)
Norint išrinkti išraišką, naudojamas įtampos skirstytuvas v- kadangi srovė į op-amp yra nulis.
(44)
Dabar mes paliekame v+ = v- ir išspręsti v kalbant apie vin, kuri duoda
(45)
Kadangi įvesties varža į v+ terminalas yra begalinis, dabartinis R yra lygus iin ir galima rasti taip:
(46)
Įvesties varža, Rin, tada jį pateikia
(47)
Lygtis (47) rodo, kad brėžinys (17) sukuria neigiamą atsparumą. Jei R pakeičiama impedancija, Z, grandinė sukuria neigiamą impedanciją.
PRITAIKYMĄ
Analizuokite šią grandinę internete su TINACloud grandinės imitatoriumi spustelėję žemiau esančią nuorodą.
1 - neigiamas impedanso grandinės modeliavimas
7.2 priklausomas srovės generatorius
18 pav. - Priklausomas srovės generatorius
Tarkime, mes leisime RF = RA. Tada lygtis (47) rodo, kad op-amp grandinės įvesties pasipriešinimas (įdėtas į punktyrinę dėžę) yra -R. Tada įvesties grandinė gali būti supaprastinta, kaip parodyta 18 (b). Mes norime apskaičiuoti iįkelti, dabartinė Rįkelti. Nors pasipriešinimas yra neigiamas, vis tiek galioja įprasti Kirchhoffo dėsniai, nes niekas iš jų darinių neprisiima teigiamų rezistorių. Įvesties srovė, iin, tuomet nustatoma, sujungiant rezistorius į vieną rezistorių, Rin.
(48)
Tada taikomės dabartinio padalijimo santykiui tarp dabartinio padalijimo Rįkelti ir -R į gauti
(49)
Taigi op-amp grandinės pridėjimo efektas yra tai, kad srovė būtų proporcinga įėjimo įtampai. Tai nepriklauso nuo apkrovos atsparumo vertės, Rįkelti. Todėl srovė nepriklauso nuo apkrovos atsparumo pokyčių. Op-amp grandinė efektyviai panaikina atsparumą apkrovai. Kadangi srovė nepriklauso nuo apkrovos, bet priklauso tik nuo įėjimo įtampos, tai vadiname a srovės generatorius (arba įtampos ir srovės keitiklis).
Tarp daugelio šios grandinės programų yra a dc reguliuojamas įtampos šaltinis. Jei leisime vin = E (konstanta), srovė per Rįkelti yra pastovus, nepriklausomai nuo Rįkelti.
PRITAIKYMĄ
Analizuokite šią grandinę internete su TINACloud grandinės imitatoriumi spustelėję žemiau esančią nuorodą.
2 - priklausomas srovės generatoriaus grandinės modeliavimas
7.3 srovės įtampos keitiklis
19 paveikslas - srovės ir įtampos keitiklis
(19) paveikslo grandinė sukuria išėjimo įtampą, proporcingą įėjimo srovei (tai taip pat gali būti vertinama kaip a vienybės įgyti invertuojantį stiprintuvą). Mes analizuojame šią grandinę, naudodami idealių op-amperų savybes. Mes išsprendžiame įtampą prie įvesties gnybtų
(50)
Taigi, išėjimo įtampa, v = -iinR, yra proporcinga įvesties srovei, iin.
PRITAIKYMĄ
Analizuokite šią grandinę internete su TINACloud grandinės imitatoriumi spustelėję žemiau esančią nuorodą.
3 - srovės į įtampos keitiklio grandinės modeliavimą
7.4 įtampos ir srovės keitiklis
20 pav. - Srovės keitiklio įtampa
Figūros (20) grandinė yra įtampos ir srovės keitiklis. Mes analizuojame šią grandinę taip:
(51)
Iš lygties (51) randame
(52)
Todėl apkrovos srovė nepriklauso nuo apkrovos varžos, Rįkelti, ir yra proporcinga naudojamai įtampai, vin. Ši grandinė sukuria įtampos valdomą srovės šaltinį. Tačiau praktinis šios grandinės trūkumas yra tas, kad nė vienas apkrovos rezistoriaus galas negali būti įžemintas.
21 pav. - Įtampos ir srovės keitiklis
Mes analizuojame šią grandinę rašant mazgų lygtis taip:
(53)
Paskutinė lygybė naudoja tai, kad v+ = v-. Šiose lygtyse yra penkios nežinomos.v+, vin, v , vir iįkelti). Mes pašaliname v+ ir v gauti,
(54)
Apkrovos srovė, iįkelti, nepriklauso nuo apkrovos, Rįkelti, ir yra tik įtampos skirtumo funkcija, (vin - v).
PRITAIKYMĄ
Analizuokite šią grandinę internete su TINACloud grandinės imitatoriumi spustelėję žemiau esančią nuorodą.
4 įtampa iki srovės keitiklio grandinės modeliavimo
7.5 keičiant stiprintuvą su bendrais impulsais
22 pav. - Bendrosios varžos naudojimas vietoje atsparumo
Lygties (17) santykis yra lengvai išplėstas, kad jis apimtų ir nestabilius komponentus Rj pakeičiama impedancija, Zjir RF pakeičiamas į ZF. Vieno įėjimo atveju, kaip parodyta 22 (a) paveiksle, išėjimas sumažėja iki
(55)
Kadangi susiduriame su dažnių sritimi, įtampoms ir srovėms naudojame didžiosios raidės, o tai reiškia sudėtingos amplitudės.
Viena naudinga grandinė, pagrįsta lygtimi (55), yra Miller integratorius, kaip parodyta 22 (b) paveiksle. Šioje programoje grįžtamojo ryšio komponentas yra kondensatorius, C, ir įvesties komponentas yra rezistorius, R, Todėl
(56)
Lygtyje (56) s yra Laplaso transformatoriaus operatorius. Sinusoidiniams signalams, 
. Kai mes pakeisime šias impedansas į lygtį (55), gauname
(57)
Sudėtingame dažnių srityje, 1 / s atitinka integraciją laiko srityje. Tai yra invertuojantis integratorius nes išraiška yra neigiamas ženklas. Taigi išėjimo įtampa yra
(58)
kur v (0) yra pradinė būklė. Vertė v yra sukurta kaip įtampa per kondensatorių, C, laiku t = 0. Jungiklis uždarytas, norint įkrauti kondensatorių į įtampą v (0) ir tada t = 0 jungiklis yra atidarytas. Mes naudojame elektroninius jungiklius, kuriuos išsamiau aptariame 16 skyriuje. Jei pradinė būsena yra lygi nuliui, jungiklis vis dar naudojamas, kad būtų iš naujo nustatomas integratorius į nulinę išėjimo įtampą t = 0.
23 paveikslas. Apversto diferencialo pavyzdys
Jei grįžtamasis elementas yra rezistorius, o įvesties elementas yra kondensatorius, kaip parodyta paveiksle (23), įvesties-išėjimo ryšys tampa
(59)
Laiko domene tai tampa
(60)
PRITAIKYMĄ
Analizuokite šią grandinę internete su TINACloud grandinės imitatoriumi spustelėję žemiau esančią nuorodą.
5 - invertuojančio diferencialo grandinės modeliavimo pavyzdys
Grandinė veikia kaip atvirkščiai. Atkreipkite dėmesį, kad įvesties kondensatorius, Za = 1 / sC, nepateikia kelio dc. Tai neturi įtakos rezultatui, nes konstantos išvestis yra nulis. Paprastumui naudokite sinusoidinį įvesties signalą. Pertvarkius lygtį (59) ir pakeičiant šios grandinės skaitines reikšmes, gauname
(61)
Įėjimo įtampa yra apversta (180 ° perjungimas) pagal šią grandinę, o tada vėl sumažinama ir perkeliama (90 ° j-operatorius) pagal RC kur 
.
Modeliavimo rezultatai parodyti paveikslėlyje (24).
24 pav. - Diferencialo inversijos modeliavimo rezultatai
Įvesties bangos formos smailės 0.5 voltuose. Išėjimo įtampa turi 90 laipsnių grynąjį perėjimą (uždelsimą) ir išėjimo įtampą viršija maždaug 0.314 voltais. Tai gerai sutampa su lygties (61) rezultatais.
Mes taip pat galime naudoti bangos formas, kad parodytume, kad ši grandinė atlieka invertuojančio diferencialo užduotį. Patvirtinsime, kad išėjimo bangos forma atspindi įvesties signalo nuolydį, esantį konstanta. Pastovumas yra grandinės įtampos padidėjimas. Didžiausias įvesties įtampos bangos formos keitimo greitis vyksta nulinio perėjimo metu. Tai atitinka laiką, kurį išėjimo bangos forma pasiekia maksimalią (arba minimalią). Reprezentacinio taško, ty laiko0.5 ms, paėmimas ir grafinių metodų naudojimas apskaičiuojame įvesties įtampos bangos formos nuolydį kaip
(62)
Skaičiuojant šį pokytį
) pagal grandinės įtampos padidėjimą pagal lygtį (60), mes tikimės, kad didžiausia išėjimo įtampa bus
(63)
7.6 analoginės kompiuterinės programos
Šiame skyriuje pateikiame tarpusavyje sujungtų op-amp grandinių, pvz., Vasaros ir integratorių, naudojimą analoginiam kompiuteriui suformuoti, kuris naudojamas diferencialinių lygčių sprendimui. Daugelis fizinių sistemų aprašytos tiesinėmis diferencialinėmis lygtimis, todėl sistema gali būti analizuojama naudojant analoginį kompiuterį.
25 paveikslas - Analoginė kompiuterio programa
Leiskite mums išspręsti srovę i (t) 25 paveiksle. Įėjimo įtampa yra važiavimo funkcija, o pradinės sąlygos yra nulinės. Rašome grandinės diferencialinę lygtį taip:
(64)
Dabar sprendžiame dėl di / dt
(65)
Mes žinome, kad esant t> 0,
(66)
Iš lygties (65) matome, kad -di / dt yra suformuota susumuojant tris terminus, kurie randami 26 paveiksle pirmojo integravimo stiprintuvo įvestyje.
26 paveikslas. Analoginis kompiuterio sprendimas 25 pav
Trys terminai yra tokie:
1. Važiavimo funkcija, -v (t) / L, suformuojama perjungiant v (t) per invertuojančią vasarą (vasarą) su padidėjimu, 1 / L.
2. „Ri / L“ formuojamas imant pirmojo integravimo stiprintuvo (integratorius 1) išėjimą ir pridedant jį prie stiprintuvo įvesties į sumavimo stiprintuvo (vasaros) išėjimą.
3. Terminas
(67)
yra antrojo integratoriaus (Integrator 2) išvestis. Kadangi ženklas turi būti pakeistas, mes jį apibendriname su vienybės įgyta invertuojančia vasara (vasara).
Pirmojo integratoriaus išvestis yra + i, kaip matyti iš lygties (66). Diferencialinės lygties konstantos nustatomos tinkamai parinkus analoginio kompiuterio rezistorius ir kondensatorius. Nulinės pradinės sąlygos atliekamos perjungiant kondensatorius, kaip parodyta 22 (b) paveiksle.
„7.7“ nekonvertuojantis „Miller“ integratorius
27 pav. - Neinvertinis integratorius
Mes naudojame ankstesnio skirsnio priklausomo srovės generatoriaus modifikaciją, kad sukurtume ne invertuojantį integratorių. Grandinė konfigūruojama taip, kaip parodyta 27.
Tai panaši į 21 paveikslo grandinę, tačiau apkrovos pasipriešinimas pakeistas talpa. Dabar randame esamą, Iload. Apverčiamoji įtampa V- nustatyta iš įtampos padalijimo tarp Vo ir V- taip:
(68)
Nuo V + = V-, mes išsprendžiame ir randame
IL = Vin / R. Prisimink tai
(69)
kur s yra Laplaso transformatoriaus operatorius. Vout / Vin funkcija yra tada
(70)
Taigi, laiko srityje mes turime
(71)
Todėl grandinė yra ne invertuojantis integratorius.
PRITAIKYMĄ
Analizuokite šią grandinę internete su TINACloud grandinės imitatoriumi spustelėję žemiau esančią nuorodą.
6-neinvestuojantis integratoriaus grandinės modeliavimas
SANTRAUKA
Operatyvinis stiprintuvas yra labai naudingas elektroninių sistemų kūrimo elementas. Tikrasis stiprintuvas veikia beveik kaip idealus stiprintuvas, turintis labai didelį stiprumą ir beveik begalinį įvesties impedanciją. Dėl šios priežasties mes galime ją apdoroti taip pat, kaip ir grandinės komponentus. Tai reiškia, kad mes galime įterpti stiprintuvą į naudingas konfigūracijas prieš tiriant vidinę operaciją ir elektronines charakteristikas. Pripažindami terminalo charakteristikas, galime konfigūruoti stiprintuvus ir kitas naudingas grandines.
Šis skyrius prasidėjo idealaus operacinio stiprintuvo analize ir lygiaverčių grandinių modelių kūrimu naudojant priklausomus šaltinius. Priklausomi šaltiniai, kuriuos šiame skyriuje ištyrėme, sudaro lygiaverčių grandinių blokus daugeliui elektroninių prietaisų, kuriuos tiriame šiame tekste.
Tada ištyrėme išorinius ryšius, reikalingus, kad op-amp būtų įjungtas į invertuojantį stiprintuvą, ne invertuojantį stiprintuvą ir daugelio įvesties stiprintuvą. Sukūrėme patogų projektavimo metodą, pašalinant poreikį išspręsti dideles sinchroninių lygčių sistemas.
Galiausiai, mes matėme, kaip op-amp gali būti naudojamas kuriant įvairesnes sudėtingesnes grandines, įskaitant grandines, kurios yra lygiavertės neigiamoms impedancijoms (kurios gali būti naudojamos teigiamų impedancijų poveikiui atšaukti), integratoriams ir diferencialams.