Практик антап-ампер- TINA болон TINACloud Resources

Практик анализууд

Практик Протокол нь тэдний ойролцоо байна тохиромжтой Түншүүд гэхдээ зарим чухал асуудлын хувьд ялгаатай байдаг. Дотоод зохион бүтээгчийн хувьд бодит үйлдлүүд болон хамгийн тохиромжтой op-amps-ийн хоорондох ялгааг ойлгох нь чухал юм. Эдгээр ялгаанууд нь хэлхээний гүйцэтгэлд сөргөөр нөлөөлж чаддаг.

Бидний зорилго бол практик op-amp-ийн нарийвчилсан загварыг боловсруулахад оршино - энэ нь хамгийн тохиромжтой бус төхөөрөмжийн хамгийн чухал шинж чанарыг харгалзан үзэх загвар юм. Бид практик op-amps-ийг дүрслэхэд ашигладаг параметрүүдийг тодорхойлж эхэлнэ. Эдгээр параметрүүдийг op-amp үйлдвэрлэгчийн нийлүүлсэн мэдээллийн хуудасны жагсаалтад заасан болно.

1 хүснэгт нь гурван тусгай op-amps-д зориулсан параметрийн утгуудыг жагсаадаг. Эдгээрийн гурав нь μA741 байна. Бид олон жишээнүүд болон төгсгөлийн асуудлуудын хувьд μA741 үйлдлийн өсгөгчүүдийг дараах шалтгаанаар ашигладаг: (1) тэдгээрийг IC үйлдвэрлэгчид олон хийдэг (2) тэдгээр нь электроникийн салбарт маш их хэмжээгээр олддог, ( 3) тэдгээр нь дотооддоо нүүлгэн шилжүүлэлтийн ерөнхий зориулалтаар ашиглагддаг ба тэдгээрийн шинж чанарыг бусад op-amp төрлүүдтэй харьцуулах харьцуулах зорилгоор ашигладаг. Дараах хэсгүүдэд янз бүрийн үзүүлэлтүүд тодорхойлогдох тул энгийн утгыг олохын тулд Хүснэгт 9.1-т лавлагаа хийнэ үү.

Практик Оп-процессор, үйл ажиллагааны өсгөгч

Хүснэгт 1 - op-amps-ийн параметрийн утга

Хамгийн оновчтой болон бодит үйлдэлүүдийн хоорондох хамгийн чухал ялгаа нь хүчдэлийн олз юм. Хамгийн тохиромжтой op-amp нь хязгааргүй ойртох хүчдлийн хүчийг агуулдаг. Жинхэнэ op-amp давтамж нэмэгдэж байгаа хязгаарлагдмал хүчдэлийн давтамжтай байдаг (бид үүнийг дараагийн бүлэгт нарийвчлан судлав).

5.1 Нээлттэй хүрд хүчдэл (G)

Op-amp-ийн нээлттэй хүрдний хүчдэлийн олз гэдэг нь гаралтын хүчдлийн өөрчлөлтийг оролтын хүчдэл дэх өөрчлөлтийн харьцаатай харьцуулах харьцаа юм. Хүчдэлийн олз бол хоёр хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн юм. G тэмдэг нь нээлттэй хүрдний хүчдэлийг илтгэнэ. Оп-ампер нь нам давтамжийн оролтод өндөр хүчдэлийн ашиг олдог. Op-amp тодорхойлолт нь милливол буюу дебакс (dB) -д ногдох хүчдэлийн хүчдэлийг [20log₁₀(v_гарч/v_in)].

5.2 Modified Op-Amp загвар

Зураг 14 нь оновчтой сонгогдсон op-amp загварыг өөрчилсөн хувилбарыг харуулж байна. Бид оролтын эсэргүүцлийг нэмэх замаар idealized загварыг өөрчилсөнR_i), гаралтын эсэргүүцэл (R_o), болон ердийн горимд тэсвэртэй (R_cm).

14 зураг - Хувиргасан op-amp загвар

Эдгээр параметрийн нийтлэг утгууд (741 op-amp-ийн хувьд)

Одоо бид op-amp гүйцэтгэлийг шалгахын тулд Зураг 15-ийн хэлхээний талаар авч үзье. Op-amp-ийн урвуу залгаас болон хувиргаагүй оролтуудыг цуврал эсэргүүцэлтэй эх үүсвэрүүдээр удирддаг. Op-amp-ийн гаралтыг эсэргүүцэлээр дамжуулан оролт руу буцаан тэжээж, R_F.

Хоёр оролтыг жолоодох эх үүсвэрүүдийг тэмдэглэв v_A болон v₁, түүнтэй холбоотой цувааны эсэргүүцэл нь R_A болон R₁. Хэрэв оролтын хэлхээ илүү төвөгтэй бол эдгээр resistances нь уг хэлхээний Thevenin эквивалент гэж үздэг.

Зураг 15 - Оп-дм хэлхээ

5.3 Оруулах хүчдэлийн оролт (V_io)

Хамгийн тохиромжтой op-amp-д оролтын хүчдэл тэг бол гаралтын хүчдэл нь тэг болно. Энэ нь жинхэнэ op-amp-ийн хувьд үнэн биш юм. Нь оролтын хүчдэлийг оруулна, V_io, гаралтын хүчдэлийг тэгтэй тэнцүү болгохын тулд дифференциал оролтын хүчдэл гэж тодорхойлдог. V_io нь төгс op-amp-ийн хувьд тэг байна. Энгийн утга V_io 741 op-amp нь 2 mV юм. Тэгээс багагүй үнэ цэнэ V_io op-amp нь оролтын офсетийг олшруулдаг учраас илүү их гаралтыг үүсгэдэг dc алдаа.

Дараах аргыг оролтын хүчдэлийг хэмжихэд ашиглаж болно. Оролтыг хүчдэл болгохын тулд оролтын хүчдэлийг өөрчилснөөр оролт нь 16 зурагт үзүүлсэн шиг оролт нь тэгтэй тэнцүү байх ба гаралтын хүчдэлийг хэмжинэ.

16 зураг - Вио

Тэг оролтын хүчдэлээс үүсэх гаралтын хүчдэл нь гаралтын dc оптикийн хүчдэл. Энэ тоон утгыг op-amp-ийн нээлттэй хүрдээр олно.

Оролтын хүчдэлийн оролтыг 17 зурагт үзүүлсэн шиг op-amp загварт оруулж болно.

Нэмэлт оролтын хүчдэлийг багтаахаас гадна хамгийн тохиромжтой op-amp загварыг 4 эсэргүүцлийн нэмэлтээр дахин өөрчилсөн. R_o байна гаралтын эсэргүүцэл. The Оролтын эсэргүүцэл op-amp, R_i, урвуу болон урвуу залгаасгүй терминалын хооронд хэмжинэ. Энэ загвар нь хоѐр оролт бүрийг газардуулга руу холбосон резисторийг агуулна.

Эдгээр нь ерөнхий горим эсэргүүцэл, мөн тус бүр нь 2-тай тэнцүү байнаR_cm. Хэрэв оролтууд нь Зураг 16-тэй адил холбогдсон бол эдгээр хоёр резисторууд нь зэрэгцээ байх ба Тевенийн тэсрэлтийг газрын R_cm. Хэрэв op-amp бол хамгийн тохиромжтой, R_i болон R_cm хязгааргүй хандах (өөрөөр хэлбэл, нээлттэй хэлхээ) ба R_o нь тэг (өөрөөр хэлбэл, богино хэлхээ).

Зураг 17 - оролтын хүчдэл

18 (a) зурагт үзүүлсэн гадны тохиргоо нь ойрын хүчдэлийн нөлөөллийг үгүйсгэхэд ашиглагдаж болно. Хувьсах хүчдэлийг урвуу оролтын терминалд хийдэг. Энэ хүчдэлийн зөв сонголт нь оролтын офсетийг буцаадаг. Үүний нэгэн адил, Зураг 18 (b) нь урвуу орлуулах бус оролтод хэрэглэсэн энэ тэнцвэрийн хэлхээг харуулав.

18 зураг - Оношилгооны хүчдэл тэнцвэржүүлэх

ХЭРЭГЛЭЭ

18 (a) хэлхээний оролтын Offset Voltage Balancingийг TINACloud Circuit Simulator ашиглан онлайн холбоосоор шалгаж болно.

Оролтын Offset Voltage Balancing Circuit Simulation (a) TINACloud-тай хамт оруулна уу

Оролтын Offset Voltage Balancing Circuit Simulation (a) TINACloud-тай хамт оруулна уу

ХЭРЭГЛЭЭ

Та 18 (b) хэлхээний Оролтын Offset Тэнцвэрийг шалгахдаа TINACloud Circuit Simulator ашиглан схемд онлайнаар доорх холбоосыг дарж шалгаж болно:

Оролтын Offset Voltage Balancing Circuit Simulation (b) TINACloud ашиглан оруулна уу

Оролтын Offset Balancing Circuit Simulation (b) нь TINACloud

5.4 Оролтын зөрүүг оруулна (I_Хэмжээ)

Тохиромжтой op-amp оролтууд нь одоо гүйгээгүй байгаа боловч жинхэнэ op-amps нь оролтын терминал бүрийг оруулдаг. I_Хэмжээ байна dc оролтын транзистор руу ордог ба ердийн утга нь 2 μA юм. Эх үүсвэрийн эсэргүүцэл бага, I_Хэмжээ оролтын хүчдэлийн харьцангуй бага өөрчлөлтийг үүсгэдэг тул бага нөлөөтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч, өндөр эсэргүүцэлтэй жолоодлогын хэлхээ бүхий жижиг гүйдэл нь том хүчдэл үүсгэдэг.

Зураг 19-д үзүүлсний дагуу хэвийх утгыг одоогийн хоёр шингээгч байдлаар загварчилж болно.

19 зураг - Оношилгооны хүчдэл тэнцвэржүүлэх

Эдгээр угаалтууруудын утгууд нь эх үүсвэрийн эсэргүүцлээс хараат бус байна. Нь хэвийсэн гүйдэл нь одоогийн хоёр шингээгчийн дундаж утгыг тодорхойлно. Тиймээс

(40)

Хоёр угаалтын утгуудын хоорондын ялгаа нь оролтын нөхөн оролт, I_io, өгөгдсөн болно

(41)

Оролт-хэвийсэн гүйдэл ба оролтын урсгал гүйдлийн аль аль нь температураас хамааралтай байна. Нь оролтын температурын коэффициентийг оруулна нь температурын өөрчлөлтийг хэвийсэн гүйдлийн өөрчлөлтийн харьцаа гэж тодорхойлдог. Ердийн утга нь 10 nA /^oВ. оролтын температурын коэффициентийг оруулна нь температурын өөрчлөлтийн гүйдлийн хэмжээний өөрчлөлтийн харьцаа юм. Ердийн утга нь -2nA /^oC.

20 зураг - Оролт хэвийсэн өнөөгийн загвар

Оролт хэвийсэн гүйдэл нь 20-ийн зургийн op-amp загварт багтсан бөгөөд оролтын нийлбэрийн гүйдэл нь маш бага гэж тооцдог.

Тэр бол,

Зураг 21 (a) - Хэлхээ

Оролт хэвийсэн гүйдлээс үүссэн гаралтын хүчдэлийг олохын тулд бид энэ загварт дүн шинжилгээ хийдэг.

21 (a) зураг нь эсэргүүцэл ба урвуу оролтын оролтыг эсэргүүцэх чадвараар газартай холбодог op-amp хэлхээг харуулав.

Энэ хэлхээг 21 (b) -р зураг дээрх тэнцүү гэж сольсон V_io. Бид 21 (c) -ийн хэлхээг цааш нь хялбаршуулах болно R_o болон R_{ачаалал}. Өөрөөр хэлбэл, бид төсөөлж байна R_F >> R_o болон R_{ачаалал} >> R_o. Гарцын ачааллын шаардлага нь эдгээр тэгш бус байдал хангагдахыг баталгаажуулдаг.

Энэ хэлхээ нь 21 (d) -т илүү хялбаршуулагдсан бөгөөд харгалзах хүчдэлийн эх үүсвэрийн эсэргүүцэл болон резисторийн цуваа хослолыг харгалзах гүйдлийн эх үүсвэр ба резисторийн зэрэгцээ хослолоор орлуулдаг.

Эцэст нь эсэргүүцэх чадварыг нэгтгэж, одоо байгаа эх үүсвэрүүдийг хүчдэлийн эх үүсвэрүүд рүү шилжүүлэхийн тулд Зураг 21 (e) -ийг хялбаршуулан тооцох боломжтой.

Зураг 21 (b) ба (c) - Оролтын алдааны нөлөө

Бид гаралтын хүчдэлийг олохын тулд давталтын тэгшитгэлийг ашигладаг.

(43)

хаана

(44)

Энгийн горимын эсэргүүцэл, R_cm, ихэнх op-amps-ийн хувьд хэд зуун зуун мегад багтах болно. Тиймээс

(45)

Хэрэв бид цаашаа үүнийг бодвол G_o том бол тэгшитгэл (43) тэгшитгэл болж хувирна.

(46)

Зураг 21 (d) ба (д) - Оролтын алдааны нөлөө

Хэрэв энэ утга нь R₁ нь тэнцүү байхаар сонгосон бол гаралтын хүчдэл тэг байна. Бид энэ шинжилгээнээс dc эсэргүүцэл V₊ Газардуу тэгш байх ёстой dc эсэргүүцэл V_- газарт. Бид үүнийг ашигладаг тэнцвэрт байдал Бидний дизайныг олон удаа хязгаарладаг. Эсрэг урвуу болон хувиргаагүй терминалуудын аль аль нь dc оролтын хэвийсэн утгын нөлөөг багасгахын тулд газар руу чиглэсэн зам.

Оролтын алдагдал нь одоогийн, практикийн өсгөгч, үйл ажиллагааны өсгөгч

Зураг 22 - Жишээ 1-ийн тохиргоо

Жишээ 1

Зураг 22-ийн тохируулгын хувьд гаралтын хүчдэлийг олно I_B = 80 nA = 8 10^-8 A.
Шийдэл: 46 (a) бүдүүвч дэх хэлхээний хүчдэлийг олохын тулд бид тэгшитгэлийн хялбаршуулсан хэлбэрийг (22) ашигладаг.

22 (b) зургийн тойргийн хувьд бид олж авсан

ХЭРЭГЛЭЭ

Мөн та эдгээр тооцоог TINACloud хэлхээний симулятор ашиглан доорх холбоос дээр дарж, орчуулагчийн хэрэгслийг ашиглан хийж болно.

Орчин үеийн загварчлалын симуляцийг оруулна

TINACloud-тай одоогийн загварчлалын симуляцийг оруулна

TINACloud-тай одоогийн загварчлалын симуляцийг оруулна

5.5 Нийтлэг горим татгалзах

Op-amp нь ихэвчлэн хоёр оролтын хүчдэлийн хоорондох зөрүүг олшруулахад хэрэглэгддэг. Тиймээс энэ нь ажилладаг ялгаатай горим. Эдгээр хоёр оролт бүрт нэмэгдсэн тогтмол хүчдэл нь ялгаварт нөлөөлөх ёсгүй тул гаралт руу шилжүүлж болохгүй. Практик тохиолдолд орцын энэ тогтмол буюу дундаж утга вэ гаралтын хүчдэлд нөлөөлдөг. Хэрэв бид зөвхөн хоёр оролтын тэнцүү хэсгүүдийг л авч үзвэл, бид юу гэж нэрлэдэг вэ? нийтлэг горим.

23 зураг - Энгийн горим

Жинхэнэ op-amp-ийн хоёр оролтын терминалууд хоорондоо нэгдэж, эх үүсвэрийн нийтлэг хүчдэл уруу орохыг бодъё. Үүнийг Зураг 23 дээр харуулав. Гаралтын хүчдэл нь хамгийн тохиромжтой тохиолдолд тэг байна. Практик тохиолдолд энэ гаралт нь тэг биш юм. Тэгийн гаралтын хүчдэлийг оролтын хүчдэлд харьцуулсан харьцаа нь нийтлэг горимын хүчдэл, G_cm. The нийтлэг горимоос татгалзах харьцаа (CMRR) гэж нэрлэнэ dc нээлттэй хүрдний олз, G_oнийтлэг горимд олдох болно. Тиймээс,

(47)

CMRR-ийн нийтлэг утгууд 80-ээс 100 dB -ээс хамаарна. CMRR-ийг аль болох өндөр байлгах нь зүйтэй.

5.6 Цахилгаан хангамжаас татгалзах харьцаа

Эрчим хүчний хангамжийг татгалзах харьцаа нь цахилгаан тэжээлийн хүчдэл дэх өөрчлөлтийг үл тоомсорлохын тулд op-amp-ийн чадварын хэмжүүр юм. Системийн гаралтын үе шат нь хувьсах гүйдлийн хэмжээг илэрхийлж байвал тэжээлийн хүчдэл өөр өөр байж болно. Нийлүүлэлтийн хүчдлийн ачааллыг өдөөхөд өөрчлөлт нь дараачийн нийлүүлэлтийг хуваадаг бусад өсгөгч бүхий өөрчлөлтийг үүсгэдэг. Үүнийг харилцан яриа, энэ нь тогтворгүй байдалд хүргэж болно.

The цахилгаан хангамж татгалзах харьцаа (PSRR) нь өөрчлөлтийн харьцаа юм v_гарч цахилгаан хангамжийн хүчдэлийн нийт өөрчлөлт. Жишээлбэл, эерэг ба сөрөг хангамж нь ± 5 V-аас ± 5.5 V хооронд хэлбэлзэж байвал нийт өөрчлөлт нь 11 - 10 = 1 V. байна. Ердийн op-amps нь PSRR нь ойролцоогоор 30 μV / V байна.

Нийлүүлэлтийн хүчдлийн өөрчлөлтийг багасгахын тулд op-amps бүлгийн эрчим хүчний хангамж байх ёстой decoupled (өөрөөр хэлбэл, тусгаарлагдсан) бусад бүлгүүдийнхээс. Энэ нь op-amps нэг бүлэгтэй харилцан үйлчлэлийг хязгаарладаг. Практикт хэвлэмэл хэлхээний карт бүр нь 0.1-μF шаазан эсвэл 1-μF тундл конденсатораар дамжуулан газрын гадаргууг дайран өнгөрөх ёстой. Энэ нь нийлүүлэлтийн ачааллын өөрчлөлтийг бусад картаар дамжуулан мэдэгдэхүйцээр хангаж чадахгүй болно.

5.7 Гаралтын эсэргүүцэл

Үр дүнгийн эсэргүүцлийг тодорхойлох эхний алхам бол, R_гарч, Зураг 24 дахь хагархай шугамад орших хайрцгийн хэсэгт байгаа op-amp хэлхээний хэсгийн Theveninin эквивалентийг бид олох болно. Энэ шинжилгээнд офсет болон хүчдэлийг үл тоомсорлож байгааг анхаарна уу.

(24)

Энэ хэлхээнд бие даасан эх үүсвэр ороогүй тул Февенины эквивалент хүчдэл нь тэг тул хэлхээ нь нэг эсэргүүцэлтэй тэнцүү байна. Резисторын хослолыг ашиглан резисторын утгыг олох боломжгүй. Тэнцэх эсэргүүцлийг олохын тулд хүчдэлийн эх үүсвэр v-ийг гаралтын утсанд хэрэглэнэ гэж үзье. Дараа нь бид үүссэн урсгалыг тооцоолж, i, харьцааг авна v/i. Энэ нь Тевенины эсэргүүцлийг бий болгодог.

Зураг 25 (а хэсэг) - Тевенинтэй тэнцэх хэлхээ

Зураг 25 (хэсэг б)

Зураг 25 (a) нь хүчдэлийн эх үүсвэрийг харуулсан болно. Энэ хэлхээг Зураг 25 (b) -д үзүүлсэн шиг хялбаршуулсан болно.

Энэ хэлхээг цааш 25 (c) -р зураг дээр харуулав. Дараах байдлаар хоёр шинэ эсэргүүцлийг тодорхойлно:

(48)

Бид таамаглалыг хийдэг R '_A << (R '₁ + R_i) болон R_i >> R '₁. Зураг 25 (d) -ийн үр дүнгийн хялбарчилсан хэлхээ.

Оролтын дифферийн хүчдэл, v_d, энэ хялбаршуулсан хэлхээнээс хүчдэл хуваагдлын харьцаа ашиглан олддог.

(49)

Гаралтын эсэргүүцлийг олохын тулд бид гаралтын хүрээний тэгшитгэлийг бичиж эхэлнэ.

(50)

Зураг 25 (c ба d хэсгүүд) - Тевенины эквивалент хэлхээг багасгасан

Гаралтын эсэргүүцлийг дараа нь тэгшитгэл (51) өгнө.

(51)

Ихэнх тохиолдолд, R_cm маш том юм R '_A»R_A болон R₁"»R₁. Тэгшитгэл (51) нь тэг-давтамжийн хүчдэлийг ашиглан, G_o. Үр дүн нь тэгшитгэл (52).

(52)

ХЭРЭГЛЭЭ

Та доорхи линк дээр дарж TINACloud хэлхээний симулятор ашиглан хэлхээний симуляцитай 25 (а) хэлхээний гаралтын эсэргүүцлийг тооцоолж болно.

TINACloud-тай Opamp Circuit Simulation-ийн Output Impedance

TINACloud-тай Opamp Circuit Simulation-ийн Output Impedance

Жишээ 2

26-р зураг дээр үзүүлсэн шиг эв нэгдэл-олзын буфферийн гаралтын эсэргүүцлийг олно.

Зураг 26 - Нэгдлийн олзын буфер

Шийдэл: Зураг 26-ийн хэлхээг Зураг 24-ийн эргэх холбоотой харьцуулахад бид үүнийг олсон

Тиймээс,

51 (c) -ийг хялбарчлахад хүргэдэг тэгш бус байдал нь энэ тохиолдолд хэрэглэгддэг тул тэгшитгэл (25) -ыг ашиглах боломжгүй юм. Өөрөөр хэлбэл хялбаршуулалтыг шаарддаг