7. Други апликации за Op-amp

ПРИМЕНА

Анализирајте го следното коло преку интернет со симулаторот за коло TINACloud со кликнување на линкот подолу.

1- Симулација на коло на негативна импеданса

7.2 зависен-тековен генератор

Слика 18 - генератор за зависни струи

Да претпоставиме дека дозволуваме R_F = Р_A. Равенката (47) потоа покажува дека влезниот отпор кон коло за оп-засилувач (затворен во попарен квадрат) е -R. Влезното коло потоа може да се поедностави, како што е прикажано на Слика 18 (б). Ние сакаме да пресметаме i_{оптоварување}, тековната во R_{оптоварување}. Иако отпорот е негативен, нормалните закони на Кирхоф сè уште важат бидејќи ништо во нивните изводи не претпоставува позитивни отпорници. Влезната струја, i_in, потоа се наоѓа со комбинирање на отпорите на еден отпорник, R_in.

(48)

Потоа применуваме сооднос на тековниот делител на тековната поделба помеѓу R_{оптоварување} и -R до добие

(49)

Така ефектот на додавање на коловорот за оп-засилувач е да се направи струјата во товарот пропорционална со влезниот напон. Не зависи од вредноста на отпорноста на оптоварување, R_{оптоварување}. Струјата е затоа независна од промените во отпорноста на оптоварување. Колото оп-засилувач ефикасно ја отфрла оптоварувањето отпор. Бидејќи струјата е независна од товарот, но зависи само од влезниот напон, ова го нарекуваме а тековен генератор (или конвертор од напон до струја).

Меѓу многуте апликации на ова коло е а dc регулиран извор на напон. Ако дозволиме v_in = Е (константа), тековната преку R_{оптоварување} е константна независна од варијации на R_{оптоварување}.

ПРИМЕНА

Анализирајте го следното коло преку интернет со симулаторот за коло TINACloud со кликнување на линкот подолу.

2-Симулација на зависен тековен генератор

7.3 конвертор од струја до напон

Слика 19 - Конвертор на струја во напон

Колото на Слика (19) произведува излезен напон што е пропорционален на влезната струја (ова исто така може да се гледа како а единство-добивка инвертирачки засилувач) Ние го анализираме ова коло користејќи ги својствата на идеалните оп-засилувачи. Ние решаваме за да ги најдеме напоните на влезните терминали

(50)

Оттука, излезниот напон, v_надвор = -i_inR, е пропорционална на влезната струја, i_in.

ПРИМЕНА

Анализирајте го следното коло преку интернет со симулаторот за коло TINACloud со кликнување на линкот подолу.

3-Симулација на колото на моменталните кон напонски конвертор

Конвертор на напон до струја 7.4

Слика 20 - напон до тековен конвертор

Колото на Слика (20) е конвертор од напон до струја. Ние го анализираме ова коло како што следува:

(51)

Од равенката (51) наоѓаме,

(52)

Затоа, струјата на оптоварување е независна од отпорноста на оптоварување, R_{оптоварување}, и е пропорционален на применетиот напон, v_in. Ова коло развива напон контролиран тековен извор. Сепак, практичен недостаток на ова коло е тоа што ниту еден крај на отпорноста на оптоварување не може да биде заземјен.

Слика 21 - Конвертор на напон до струја

Ние го анализираме ова коло со пишување јазол равенки како што следува:

(53)

Последната рамноправност го користи фактот дека v₊ = v_-. Во овие равенки има пет непознати (v₊, v_in, v_надвор, v, и i_{оптоварување}). Ние елиминираме v₊ v_надвор за да се добие,

(54)

Точката на оптоварување, i_{оптоварување}, е независна од товарот, R_{оптоварување}, и е само функција на напонската разлика, (v_in - v).

ПРИМЕНА

Анализирајте го следното коло преку интернет со симулаторот за коло TINACloud со кликнување на линкот подолу.

Симулација на коло 4-напон до моментално коло

7.5 Инвертен засилувач со генерализирани импеданси

Слика 22 - Употреба на генерализирана импеданса наместо отпор

Односот на равенката (17) лесно може да се прошири и да вклучува не-резистивни компоненти ако R_j се заменува со импеданса, Z_j, и R_F се заменува со Z_F. За еден влез, како што е прикажано на Слика 22 (а), излезот се намалува

(55)

Бидејќи се занимаваме со фреквенцискиот домен, ние користиме големи букви за напон и струја, со што ја претставуваме комплексни амплитуди.

Едно корисно коло врз основа на равенката (55) е Милер интегратор, како што е прикажано на Слика 22 (б). Во оваа апликација компонентата за повратни информации е кондензатор, C, а влезната компонента е отпорник, R, Па

(56)

Во равенката (56), s  е оператор на трансформација Лаплас. За синусоидални сигнали,  . Кога ги заменуваме овие импеданси во равенката (55), добиваме

(57)

Во комплексот фреквентен домен, 1 / s одговара на интеграцијата во временскиот домен. Ова е инвертирање на интегратор бидејќи изразот содржи негативен знак. Оттука излезниот напон е

(58)

каде v_надвор(0) е почетната состојба. Вредноста на v_надвор се развива како напон низ кондензатор, C, на време t = 0. Прекинувачот е затворен за полнење на кондензаторот на напонот v_надвор(0), а потоа во t = 0 прекинувачот е отворен. Ние користиме електронски прекинувачи, за кои подетално разговараме во Поглавје 16. Во случај кога почетната состојба е нула, прекинувачот сè уште се користи за ресетирање на интеграторот на нула излезен напон во времето t = 0.

Слика 23 - Пример за превртен диференцијатор

Ако елементот за повратни информации е отпорник, а влезниот елемент е кондензатор, како што е прикажано на Слика (23), односот влезно-излез станува

(59)

Во доменот на времето, ова станува

(60)
ПРИМЕНА

Анализирајте го следното коло преку интернет со симулаторот за коло TINACloud со кликнување на линкот подолу.

5- Пример за инверзна диференцијаторна коло Симулација

Колото работи како инвертирање на диференцијатор. Имајте на ум дека влезниот кондензатор, Z_a = 1 / sC, не обезбедува патека за dc. Ова не влијае на резултатот, бидејќи дериватот на константа е нула. За едноставност, ајде да користиме синусоидален влезен сигнал. Преуредување равенка (59) и замена на нумерички вредности за ова коло, ние се добие

(61)

Влезниот напон е превртен (180 ° поместување) со ова коло, а потоа се зголемува и се менува повторно (90 ° од j-оператор) од вредноста на RCs каде .

Резултатите од симулацијата се прикажани на Слика (24).

Слика 24 - резултати за симулација за инвертирање на диференцијатор

Влезната бранова должина е врвна на 0.5 волти. Излезниот напон има ненадејно поместување (доцнење) од степени на 90 и излезниот напонски врв на приближно 0.314 волти. Ова е во согласност со резултатот од равенката (61).

Ние исто така можеме да ги користиме брановите форми за да покажеме дека ова коло ја извршува задачата на инвертирачкиот диференцијатор. Ние ќе потврдиме дека излезниот бранов претставува наклон на влезниот сигнал пати константно. Константата е зголемување на напонот на колото. Најголемата стапка на промена на влезниот напонски брановиден сигнал се јавува при нула-премин. Ова одговара со времето кога излезниот сигнал достигнува максимален (или минимум). Подигање репрезентативна точка, велат во времето0.5 ms, и со користење на графички техники, го пресметуваме наклонот на брановиот влезниот напон како

(62)

Скалирање на оваа стапка на промени (т.е., ) од колото напонски добивки според равенката (60) очекуваме максималниот излезен напон да биде

(63)

7.6 аналогни компјутерски апликации

Во овој дел ја презентираме употребата на меѓусебно поврзани оп-amp кола, како што се лета и интегратори, за да се формира аналогни компјутер кој се користи за решавање на диференцијални равенки. Многу физички системи се опишани со линеарни диференцијални равенки, и затоа системот може да се анализира со помош на аналогни компјутери.

Слика 25 - Аналогна компјутерска апликација

Дозволете ни да решиме за струјата, i (t), во колото на Слика 25. Влезниот напон е функција за возење и почетните услови се нула. Ние ја запишуваме диференцијалната равенка за коло како што следува:

(64)

Сега решавање за di / dt, ние се добие

(65)

Знаеме дека за t> 0,

(66)

Од равенката (65) гледаме дека -di / dt се формира со собирање на три термини, кои се наоѓаат на Слика 26 на влезот на првиот интегриран засилувач.

Слика 26 - Аналогно компјутерско решение за слика 25

Трите термини се наоѓаат на следниов начин:

1. Функцијата за возење, -v (t) / L, се формира со полагање v (t) преку инвертирачкото лето (лето) со добивка, 1 / L.
2. Ri / L се формира со преземање на излез од првиот интегриран засилувач (Integrator 1) и додавање на влезот за засилувач до излезот на засилувачкиот засилувач (лето).
3. Терминот

(67)
е излез од вториот интегратор (Integrator 2). Бидејќи знакот мора да се смени, ние го сумираме со добивката на единство што инвертира лето (лето).
Излезот на првиот интегратор е + i, како што се гледа од равенката (66). Константите во диференцијалната равенка се утврдени со правилен избор на отпорници и кондензатори на аналоген компјутер. Нулта почетна состојба се постигнува со прекинувачи преку кондензаторите, како што е прикажано на Слика 22 (б).

7.7 неинверзибилен Милер интегратор

Слика 27 - неинвертибилен интегратор

Ние користиме модификација на зависен струен генератор на претходниот дел за да развиеме неинвертибилен интегратор. Колото е конфигурирано како што е прикажано на Слика 27.
Ова е слично на колото на Слика 21, но отпорноста на оптоварување е заменета со капацитет. Сега ја наоѓаме моменталната, Iload. Инверзниот напон, V-, се наоѓа од напонската поделба помеѓу Vo и V-, на следниов начин:

(68)

Бидејќи V + = V-, ние ги решаваме и наоѓаме
IL = Vin / R. Забележи го тоа

(69)

каде што s е оператор на трансформација Лаплас. Тогаш е функцијата Vout / Vin

(70)

Така, во временскиот домен имаме

(71)

Колото е затоа неинвертибилен интегратор.

ПРИМЕНА

Анализирајте го следното коло преку интернет со симулаторот за коло TINACloud со кликнување на линкот подолу.

6-не-инвертирање интегратор Симулација на коло

ПРЕГЛЕД

Оперативниот засилувач е многу корисен градежен блок за електронските системи. Реалниот засилувач работи речиси како идеален засилувач со многу висока добивка и речиси бесконечна влезна импеданса. Поради оваа причина, можеме да го третираме на ист начин како што ги третираме компонентите на колото. Тоа е, ние сме во можност да го вклучиме засилувачот во корисни конфигурации пред да го проучиме внатрешното работење и електронските карактеристики. Преку препознавање на терминалните карактеристики, ние сме во можност да ги конфигурираме засилувачите и другите корисни кола.
Ова поглавје започна со анализа на идеалниот оперативен засилувач и со развој на еквивалентни шеми на кола кои користат зависни извори. Зависните извори што ги проучувавме рано во ова поглавје ги сочинуваат градежните блокови на еквивалентни кола за многу од електронските уреди што ги проучуваме во овој текст.
Потоа ги истражувавме надворешните врски потребни за да го направиме оп-засилувачот во инвертен засилувач, не-инвертен засилувач и повеќекратен влез засилувач. Ние развивме пригодна техника на дизајнирање која ја елиминира потребата за решавање на големи системи на симултани равенки.
Конечно, видовме како оперативниот оп-засилувач може да се користи за да се изградат различни покомплексни кола, вклучително и кола кои се еквивалентни на негативни импеданси (кои можат да се искористат за откажување на ефектите од позитивните импеданси), интегратори и диференцијатори.

ПРЕТХОДНО-6. ДИЗАЈН НА ОП-АМП КРУГ

Следно - 1. Идеални оп-засилувачи