7. Citas op-amp lietojumprogrammas

PIELIETOJUMA

Analizējiet šādu ķēdi tiešsaistē, izmantojot TINACloud ķēdes simulatoru, noklikšķinot uz tālāk redzamās saites.

1 - negatīva pretestības shēmas simulācija

7.2 atkarīgais strāvas ģenerators

Attēls 18 - atkarīgs strāvas ģenerators

Pieņemsim, ka mēs ļaujam R_F = R_A. Vienādojums (47) pēc tam norāda, ka ieejas pretestība op-amp ķēdei (kas iekļauta punktveida lodziņā) -R. Pēc tam ievades ķēdi var vienkāršot, kā parādīts 18 (b) attēlā. Mēs vēlamies aprēķināt i_slodze, pašreizējais R_slodze. Kaut arī pretestība ir negatīva, Kirchhoff normālie likumi joprojām ir spēkā, jo nekas to atvasinājumos neuzņemas pozitīvus rezistorus. Ieejas strāva, i_in, tad tiek konstatēts, apvienojot rezistences vienā rezistorā, R_in.

(48)

Pēc tam mēs izmantojam pašreizējo sadalītāju attiecību starp pašreizējo sadalījumu R_slodze un -R līdz iegūt

(49)

Tādējādi op-amp ķēdes pievienošanas efekts ir, lai strāva būtu proporcionāla ieejas spriegumam. Tas nav atkarīgs no slodzes pretestības vērtības, R_slodze. Tāpēc strāva nav atkarīga no slodzes izturības izmaiņām. Op-amp ķēde efektīvi atceļ slodzes pretestību. Tā kā strāva ir neatkarīga no slodzes, bet tā ir atkarīga tikai no ieejas sprieguma, mēs to saucam par strāvas ģenerators (vai sprieguma-strāvas pārveidotājs).

Starp daudziem šīs shēmas lietojumiem ir a dc regulēta sprieguma avots. Ja mēs ļaujam v_in = E (konstante), strāva caur R_slodze ir nemainīgs neatkarīgi no R_slodze.

PIELIETOJUMA

Analizējiet šādu ķēdi tiešsaistē, izmantojot TINACloud ķēdes simulatoru, noklikšķinot uz tālāk redzamās saites.

2 - atkarīga strāvas ģeneratora ķēdes simulācija

7.3 strāvas sprieguma pārveidotājs

19. attēls - strāvas-sprieguma pārveidotājs

(19) attēla ķēde rada izejas spriegumu, kas ir proporcionāls ieejas strāvai (to var uzskatīt arī par a vienotības iegūšanas invertējošais pastiprinātājs). Mēs analizējam šo shēmu, izmantojot ideālo op-ampēru īpašības. Mēs atrisinām, lai atrastu spriegumus pie ieejas spailēm

(50)

Tādējādi izejas spriegums, v_ārā = -i_inR, ir proporcionāls ieejas strāvai, i_in.

PIELIETOJUMA

Analizējiet šādu ķēdi tiešsaistē, izmantojot TINACloud ķēdes simulatoru, noklikšķinot uz tālāk redzamās saites.

3 - pašreizējā sprieguma pārveidotāja shēmas simulācija

7.4 sprieguma un strāvas pārveidotājs

Attēls 20 - Spriegums līdz strāvas pārveidotājam

Zīmējuma (20) shēma ir sprieguma-strāvas pārveidotājs. Mēs analizējam šo ķēdi šādi:

(51)

No vienādojuma (51) mēs atrodam

(52)

Tāpēc slodzes strāva ir neatkarīga no slodzes rezistora, R_slodzeun ir proporcionāls pielietotajam spriegumam, v_in. Šī shēma izstrādā strāvas avotu ar spriegumu. Tomēr šīs ķēdes praktiskais trūkums ir tas, ka neviens slodzes rezistora gals nevar būt iezemēts.

Attēls 21 - Sprieguma un strāvas pārveidotājs

Šo ķēdi analizējam, rakstot mezglu vienādojumus:

(53)

Pēdējā vienlīdzība izmanto to, ka v₊ = v_-. Šajos vienādojumos ir pieci nezināmiv₊, v_in, v_ārā, v, un i_slodze). Mēs likvidējam v₊ un v_ārā iegūt,

(54)

Slodzes strāva, i_slodze, ir neatkarīga no kravas, R_slodze, un ir tikai sprieguma starpības funkcija, (v_in - v).

PIELIETOJUMA

Analizējiet šādu ķēdi tiešsaistē, izmantojot TINACloud ķēdes simulatoru, noklikšķinot uz tālāk redzamās saites.

4 spriegums līdz strāvas pārveidotāja shēmai

7.5 pārvēršot pastiprinātāju ar vispārējām pretestībām

22 attēls - Vispārējās pretestības izmantošana pretestības vietā

Vienādojuma (17) attiecības ir viegli paplašināmas, lai iekļautu ne rezistīvas sastāvdaļas, ja R_j tiek aizstāta ar pretestību, Z_j, un R_F aizstāj ar Z_F. Viena ieeja, kā parādīts 22 (a), izeja samazinās līdz

(55)

Tā kā mēs nodarbojamies ar frekvenču domēnu, spriegumiem un strāvām izmantojam lielos burtus, tādējādi attēlojot sarežģītas amplitūdas.

Viena noderīga shēma, kuras pamatā ir vienādojums (55), ir Millera integrators, kā parādīts 22 (b) attēlā. Šajā pieteikumā atgriezeniskās saites komponents ir kondensators, C, un ievades komponents ir rezistors, R, Tik

(56)

Vienādojumā (56) s  ir Laplasa transformatora operators. Sinusoidāliem signāliem,  . Kad mēs aizvietojam šos impedances vienādojumā (55), iegūstam

(57)

Sarežģītajā frekvenču jomā 1 / s atbilst integrācijai laika domēnā. Tas ir invertējošs integrators jo izteiksme satur negatīvu zīmi. Tādējādi izejas spriegums ir

(58)

kur v_ārā(0) ir sākotnējais stāvoklis. Vērtība v_ārā tiek veidots kā spriegums pāri kondensatoram, C, laikā t = 0. Slēdzis ir slēgts, lai uzlādētu kondensatoru spriegumam v_ārā(0) un pēc tam t = 0 slēdzis ir atvērts. Mēs izmantojam elektroniskos slēdžus, kurus mēs pilnīgāk apspriežam 16 nodaļā. Ja sākotnējais stāvoklis ir nulle, slēdzis joprojām tiek izmantots, lai atiestatītu integratoru uz nulles izejas spriegumu laikā t = 0.

23. attēls - apgrieztā diferenciatora piemērs

Ja atgriezeniskās saites elements ir rezistors un ievades elements ir kondensators, kā parādīts attēlā (23), ieejas un izejas attiecība kļūst par

(59)

Laika domēnā tas kļūst

(60)
PIELIETOJUMA

Analizējiet šādu ķēdi tiešsaistē, izmantojot TINACloud ķēdes simulatoru, noklikšķinot uz tālāk redzamās saites.

5 - invertējošā diferenciatora shēmas simulācijas piemērs

Ķēde darbojas kā pārvēršot diferencētāju. Ievērojiet, ka ieejas kondensators, Z_a = 1 / sC, nenodrošina ceļu dc. Tas neietekmē rezultātu, jo konstantes atvasinājums ir nulle. Vienkāršības labad izmantosim sinusoidālu ieejas signālu. Pārkārtojot vienādojumu (59) un aizstājot šīs ķēdes skaitliskās vērtības, iegūstam

(61)

Ieejas spriegums tiek apvērsts (180 ° nobīde) ar šo ķēdi un pēc tam atkal palielināts un pārvietots (90 ° ar j-operators) RC kur .

Simulācijas rezultāti ir parādīti attēlā (24).

Attēls 24 - diferenciatora inversijas simulācijas rezultāti

Ieejas viļņa forma ir pie 0.5 voltiem. Izejas spriegumam ir 90 grādu neto maiņa (aizture) un izejas sprieguma maksimums pie aptuveni 0.314 voltiem. Tas ir saskaņā ar vienādojuma (61) rezultātu.

Mēs varam izmantot arī viļņu formas, lai parādītu, ka šī ķēde veic inversijas diferenciatora uzdevumu. Mēs apstiprināsim, ka izejas viļņa forma ir ievades signāla slīpums, kas ir konstants. Konstante ir ķēdes sprieguma pieaugums. Lielākais ieejas sprieguma viļņu formas maiņas ātrums notiek pie tā nulles šķērsojuma. Tas atbilst laikam, kad izejas viļņa forma sasniedz maksimālo (vai minimālo). Izvēloties reprezentatīvu punktu, teiksim laikā time0.5 ms, un izmantojot grafiskās metodes, mēs aprēķinām ieejas sprieguma viļņa formas slīpumu kā

(62)

Izmaiņas šo izmaiņu tempā (ti, ) ar ķēdes sprieguma pieaugumu saskaņā ar vienādojumu (60), mēs sagaidām, ka maksimālais izejas spriegums būs

(63)

7.6 analogās datorprogrammas

Šajā nodaļā mēs iepazīstinām ar savstarpēji savienotu op-amp shēmu izmantošanu, piemēram, vasarām un integratoriem, lai izveidotu analogo datoru, kas tiek izmantots diferenciālvienādojumu risināšanai. Daudzas fiziskās sistēmas ir aprakstītas ar lineāro diferenciālo vienādojumu, un tādēļ sistēmu var analizēt ar analogā datora palīdzību.

25. attēls - analogā datora lietojumprogramma

Ļaujiet mums atrisināt strāvu i (t) 25 attēlā. Ieejas spriegums ir braukšanas funkcija, un sākotnējie apstākļi ir nulle. Mēs rakstām shēmas diferenciālvienādojumu šādi:

(64)

Tagad risinām di / dt, iegūstam

(65)

Mēs zinām, ka, ja t> 0,

(66)

No vienādojuma (65) mēs redzam, ka -di / dt tiek veidots, summējot trīs terminus, kas atrodami 26 attēlā pie pirmā integrējošā pastiprinātāja ieejas.

26. attēls - analogais datora risinājums 25. attēlam

Šie trīs termini ir šādi:

1. Braukšanas funkcija, -v (t) / L, veidojas caur v (t), izmantojot invertējošu vasaru (vasara) ar pieaugumu, 1 / L.
2. Ri / L veidojas, izmantojot pirmā integrējošā pastiprinātāja (Integrator 1) izeju un pievienojot to pastiprinātāja ieejai summēšanas pastiprinātāja (vasaras) izvadam.
3. Termiņš

(67)
ir otrā integratora (Integrator 2) izeja. Tā kā zīme jāmaina, mēs to summējam ar vasaras vasaras vienotību.
Pirmā integratora izeja ir + i, kā redzams no vienādojuma (66). Diferenciālvienādojuma konstantes nosaka, pareizi izvēloties analogā datora pretestus un kondensatorus. Nulles sākotnējos apstākļus veic, pārslēdzot pāri kondensatoriem, kā parādīts 22 (b) attēlā.

7.7 neinvertējošais Miller integrators

Attēls 27 - neinvertējošs integrators

Mēs izmantojam iepriekšējā iedaļas atkarīgā strāvas ģeneratora modifikāciju, lai izveidotu neinvertējošu integratoru. Ķēde ir konfigurēta, kā parādīts 27 attēlā.
Tas ir līdzīgs 21 attēla shēmai, bet slodzes pretestība ir aizstāta ar kapacitāti. Tagad mēs atrodam pašreizējo, Iload. Apgrieztais spriegums V- tiek atrasts no sprieguma sadalījuma starp Vo un V- šādi:

(68)

Tā kā V + = V-, mēs atrisinām un atrodam
IL = Vin / R. Pieraksti to

(69)

kur s ir Laplasa transformatora operators. Tad funkcija Vout / Vin ir

(70)

Tādējādi laika domēnā mums ir

(71)

Tāpēc ķēde ir neinvertējošs integrators.

PIELIETOJUMA

Analizējiet šādu ķēdi tiešsaistē, izmantojot TINACloud ķēdes simulatoru, noklikšķinot uz tālāk redzamās saites.

6-neinvertējošs integratora shēmas simulācija

KOPSAVILKUMS

Operatīvais pastiprinātājs ir ļoti noderīgs elektronisko sistēmu veidošanas elements. Reālais pastiprinātājs darbojas gandrīz kā ideāls pastiprinātājs ar ļoti augstu guvumu un gandrīz bezgalīgu ieejas pretestību. Šī iemesla dēļ mēs varam to apstrādāt tāpat, kā mēs izturamies pret ķēdes komponentiem. Tas nozīmē, ka pirms iekšējās darbības un elektronisko raksturlielumu izpētes mēs varam iekļaut pastiprinātāju noderīgās konfigurācijās. Atzīstot termināļa īpašības, mēs varam konfigurēt pastiprinātājus un citas noderīgas shēmas.
Šī nodaļa sākās ar ideālā operatīvā pastiprinātāja analīzi un līdzvērtīgu ķēžu modeļu izstrādi, izmantojot atkarīgus avotus. Atkarīgie avoti, kurus mēs šajā nodaļā pētījām, veido līdzvērtīgu shēmu blokus daudzām elektroniskajām ierīcēm, kuras mēs pētām šajā tekstā.
Pēc tam mēs izpētījām ārējos savienojumus, kas nepieciešami, lai padarītu op-amp invertējošu pastiprinātāju, neinvertējošu pastiprinātāju un vairāku ievades pastiprinātāju. Mēs izstrādājām ērtu dizaina tehniku, novēršot nepieciešamību risināt lielas vienlaicīgu vienādojumu sistēmas.
Visbeidzot, mēs redzējām, kā op-amp var izmantot, lai izveidotu dažādas sarežģītākas ķēdes, ieskaitot ķēdes, kas ir līdzvērtīgas negatīvām impedancēm (ko var izmantot, lai atceltu pozitīvo impedantu ietekmi), integratorus un diferencētājus.

PREVIOUS- 6. OP-AMP CIRCUITS DIZAINS

NEXT-1. Ideāli uzlabojumi