7. Aplikime të tjera Op-amp

APLIKIMI

Analizoni qarkun e mëposhtëm në internet me simulatorin e qarkut TINACloud duke klikuar lidhjen më poshtë.

1-Simulimi i Circuit Negative Impedance

7.2 Dependent-Aktual Gjenerator

Figura 18 - Gjenerator aktual i varur

Supozoni se e lëmë R_F = R_A. Ekuacioni (47) pastaj tregon se rezistenca e hyrjes në qarkun op-amp (mbyllur në kutinë e thyer) është -R. Rrjedha e hyrjes mund të thjeshtësohet siç tregohet në figurën 18 (b). Dëshirojmë të llogarisim i_ngarkesë, e tanishme në R_ngarkesë. Edhe pse rezistenca është negative, ligjet normale të Kirchhoff ende zbatohen pasi asgjë në derivatet e tyre nuk merr rezistencë pozitive. Rryma e hyrjes, i_in, është gjetur pastaj duke kombinuar rezistencat në një rezistencë të vetme, R_in.

(48)

Ne pastaj aplikojmë një raport ndarës të tanishëm në ndarjen aktuale midis R_ngarkesë dhe -R në marr

(49)

Kështu, efekti i shtimit të qarkut të op-amp është të bëjë ngarkesën aktuale në ngarkesë proporcionale me tensionin e hyrjes. Ai nuk varet nga vlera e rezistencës së ngarkesës, R_ngarkesë. Rrjedha rrjedhimisht është e pavarur nga ndryshimet në rezistencën e ngarkesës. Qarku op-amp në mënyrë efektive anulon rezistencën e ngarkesës. Meqë rryma është e pavarur nga ngarkesa, por varet vetëm nga voltazhi i hyrjes, ne e quajmë këtë a gjenerator i tanishëm (ose konvertues tension-me-aktual).

Ndër aplikimet e shumta të këtij qark është një dc burim i rregulluar i tensionit. Nëse e lëmë v_in = E (një konstante), e tanishme përmes R_ngarkesë është konstante e pavarur nga variacionet e R_ngarkesë.

APLIKIMI

Analizoni qarkun e mëposhtëm në internet me simulatorin e qarkut TINACloud duke klikuar lidhjen më poshtë.

Simulimi i qarkut të gjeneratorit aktual të varur 2

7.3 Konvertuesi aktual i tensionit

Figura 19 - Konvertuesi i rrymës në voltazh

Qarku i figurës (19) prodhon një tension dalës që është proporcional me rrymën hyrëse (kjo gjithashtu mund të shihet si a përforcues inverting për fitimin e unitetit) Ne e analizojmë këtë qark duke përdorur vetitë e op-ampeve ideale. Ne zgjidhim për tensionet në terminalet e hyrjes për të gjetur

(50)

Prandaj, tensionit të prodhimit, v_nga = -i_inR, është proporcional me rrymën e hyrjes, i_in.

APLIKIMI

Analizoni qarkun e mëposhtëm në internet me simulatorin e qarkut TINACloud duke klikuar lidhjen më poshtë.

3- Simulimi i rrymës në konverter i tensionit

7.4 Konvertues Voltage-to-Current

Figura 20 - Tensioni në konvertuesin aktual

Qarku i Figures (20), eshte nje konvertues tension-me-aktual. Ne e analizojmë këtë qark si vijon:

(51)

Nga ekuacioni (51) ne gjejmë,

(52)

Prandaj, rryma e ngarkesës është e pavarur nga rezistenca e ngarkesës, R_ngarkesë, dhe është proporcional me tensionin e aplikuar, v_in. Ky qark zhvillon një burim aktual të kontrolluar nga voltazhi. Megjithatë, një mangësi praktike e këtij qark është se as skaji i rezistencës së ngarkesës nuk mund të bazohet.

Figura 21 - Konvertuesi i tensionit-aktual

Ne e analizojmë këtë qark duke shkruar ekuacionet e nyjeve si më poshtë:

(53)

Barazia e fundit përdor faktin se v₊ v_-. Ka pesë panjohur në këto ekuacione (v₊, v_in, v_nga, vdhe i_ngarkesë). Ne eliminojmë v₊ v_nga për të marrë,

(54)

Ngarkesa aktuale, i_ngarkesë, është i pavarur nga ngarkesa, R_ngarkesë, dhe është vetëm një funksion i dallimit të tensionit, (v_in - v).

APLIKIMI

Analizoni qarkun e mëposhtëm në internet me simulatorin e qarkut TINACloud duke klikuar lidhjen më poshtë.

4-Voltage tek Simulimi i Qarkut te Konvertit

7.5 Inverting Amplifier me Impedancat e Përgjithshme

Figura 22 - Përdorimi i rezistencës së përgjithshme në vend të rezistencës

Marrëdhënia e Ekuacionit (17) shtrihet lehtësisht për të përfshirë komponentët jo-resistive nëse R_j është zëvendësuar nga një impedancë, Z_jdhe R_F zëvendësohet nga Z_F. Për një hyrje të vetme, siç tregohet në figurën 22 (a), prodhimi zvogëlohet në

(55)

Meqë kemi të bëjmë në domenin e frekuencës, ne përdorim shkronja të mëdha për tensione dhe rryma, duke përfaqësuar kështu amplitudë komplekse.

Një qark i dobishëm i bazuar në Ekuacion (55) është Integrues i Millerit, siç tregohet në figurën 22 (b). Në këtë aplikim, komponenti feedback është një kondensator, C, dhe komponenti i hyrjes është një rezistencë, R, Kështu që

(56)

Në ekuacion (56), s  është operatori i transformimit Laplace. Për sinjalet sinusoidale,  . Kur i zëvendësojmë këto pengesa në Ekuacioni (55), ne marrim

(57)

Në fushën e frekuencave komplekse, 1 / s korrespondon me integrimin në fushën e kohës. Kjo është një inverting integrator sepse shprehja përmban një shenjë negative. Prandaj tensionit të prodhimit është

(58)

ku v_nga(0) është kushti fillestar. Vlera e v_nga është zhvilluar si tension nëpër kondensator, C, në kohë t = 0. Kyç është i mbyllur për të ngarkuar kondensatorin në tension v_nga(0) dhe pastaj në t = 0 çelësi është i hapur. Ne përdorim çelsin elektronik, të cilin e diskutojmë më plotësisht në Kapitullin 16. Në rast se gjendja fillestare është zero, kaloni përdoret ende për të rivendosur integratorin në tension zero të prodhimit në kohë t = 0.

Figura 23 - Shembull i një diferencuesi përmbysës

Nëse elementi feedback është një rezistencë, dhe elementi i inputit është një kondensator, siç tregohet në Figura (23), marrëdhënia input-output

(59)

Në fushën e kohës, kjo bëhet

(60)
APLIKIMI

Analizoni qarkun e mëposhtëm në internet me simulatorin e qarkut TINACloud duke klikuar lidhjen më poshtë.

5- Shembull i një Simulimi Circuit Simulimi i diferencimit inverting

Qarku vepron si një inverting differentiator. Vini re se kondensatori i hyrjes, Z_a = 1 / sC, nuk siguron një rrugë për të dc. Kjo nuk ndikon në rezultatin pasi derivativi i një konstante është zero. Për thjeshtësi, le të përdorim sinjalin sinusoidal të hyrjes. Riorganizimi i ekuacionit (59) dhe zëvendësimi i vlerave numerike për këtë qark, ne marrim

(61)

Tensioni i hyrjes është i përmbysur (180 ° shift) nga ky qark dhe pastaj shkallëzuar dhe zhvendosur përsëri (90 ° nga j-operator) nga vlera e KR ku .

Rezultatet e simulimit janë treguar në Figura (24).

Figura 24 - Rezultatet e simulimit për diferencimin invertues

Valët e formës së valës së hyrjes në majat 0.5. Tensioni i prodhimit ka një zhvendosje neto (vonesë) të shkallëve 90 dhe majat e tensionit të daljes në përafërsisht volumet 0.314. Kjo është në mirëkuptim me rezultatin e Ekuacionit (61).

Ne gjithashtu mund të përdorim formën e valëve për të treguar se ky qark kryen detyrën e një ndryshuesi invertues. Ne do të konfirmojmë se forma e valës së prodhimit paraqet pjerrësinë e sinjalit të hyrjes herë një konstante. Konstantja është fitimi i tensionit të qarkut. Shkalla më e madhe e ndryshimit të waveformit të tensionit të hyrjes ndodh në kalimin zero të saj. Kjo korrespondon me kohën kur forma e valës së prodhimit arrin maksimumin (ose minimumin). Duke zgjedhur një pikë përfaqësuese, thoni në momentin 0.5 ms dhe duke përdorur teknika grafike, ne llogarisim pjerrësinë e valës së tensionit të inputit si

(62)

Zvogëlimi i kësaj shkalle ndryshimi (p.sh., ) nga fitimi i tensionit qark sipas Ekuacionit (60) ne presim që voltazhi i pikut të jetë

(63)

Aplikacionet kompjuterike analoge 7.6

Në këtë seksion paraqesim përdorimin e qarqeve op-amp interconnected, të tilla si verëra dhe integrues, për të formuar një kompjuter analog që përdoret për të zgjidhur ekuacionet diferenciale. Shumë sisteme fizike përshkruhen nga ekuacione diferenciale lineare, dhe sistemi mund të analizohet me ndihmën e një kompjuteri analog.

Figura 25 - Aplikim kompjuterik analog

Le të zgjidhim për aktuale, i (t), në qarkun e figurës 25. Tensioni i hyrjes është funksioni i drejtimit dhe kushtet fillestare janë zero. Ne shkruajmë ekuacionin diferencial për qark si vijon:

(64)

Tani zgjidhja për di / dt, ne marrim

(65)

Ne e dimë që për t> 0,

(66)

Nga Ekuacioni (65) shohim se -d / dt formohet duke përmbledhur tre terma, të cilat gjenden në Figurën 26 në hyrjen e amplifikatorit të parë integrues.

Figura 26 - Zgjidhje analoge kompjuterike për figurën 25

Të tre termat janë gjetur si më poshtë:

1. Funksioni i vozitjes, -v (t) / L, formohet duke kaluar v (t) përmes një verë invertuese (Summer) me fitim, 1 / L.
2. Ri / L është formuar duke marrë daljen e amplifikatorit të parë integrues (Integrator 1) dhe duke shtuar atë në hyrjen e amplifikatorit në daljen e amplifikuesit të përmbledhjes (Summer).
3. Termi

(67)
është prodhimi i integruesit të dytë (Integrator 2). Meqënëse shenja duhet të ndryshohet, ne e shumtojmë atë me fitimin e unitetit në përmbysjen e verës (Verës).
Prodhimi i integruesit të parë është + i, siç shihet nga Ekuacioni (66). Konstante në ekuacionin diferencial përcaktohen me zgjedhjen e duhur të resistors dhe kapacitoreve të kompjuterit analog. Kushtet fillestare zero realizohen nga ndërprerësit e kondensatorëve, siç tregohet në figurën 22 (b).

7.7 Inverting Miller Integrator

Figura 27 - Integrues jo-invertues

Ne përdorim një modifikim të gjeneratorit aktual të varur të seksionit të mëparshëm për të zhvilluar një integrues jo-invertues. Qarku është konfiguruar siç tregohet në figurën 27.
Kjo është e ngjashme me qarkun e figurës 21, por rezistenca e ngarkesës është zëvendësuar nga një kapacitet. Ne tani gjejmë aktuale, Iload. Tensioni inverting, V-, gjendet nga ndarja e tensionit midis Vo dhe V- si vijon:

(68)

Që V + = V-, ne zgjidhim dhe gjejmë
IL = Vin / R. Vini re se

(69)

ku s është operatori i transformimit Laplace. Funksioni Vout / Vin është atëherë

(70)

Kështu, në fushën e kohës që kemi

(71)

Rrjeti është pra një integrues jo-përmbysës.

APLIKIMI

Analizoni qarkun e mëposhtëm në internet me simulatorin e qarkut TINACloud duke klikuar lidhjen më poshtë.

6-Integrator jo-invertues Simulimi i qarkut

PËRMBLEDHJE

Përforcuesi operacional është një bllok ndërtimi shumë i dobishëm për sistemet elektronike. Përforcuesi i vërtetë funksionon pothuajse si një përforcues ideal me fitim shumë të lartë dhe rezistencë pothuajse të pafund input. Për këtë arsye, ne mund ta trajtojmë atë në të njëjtën mënyrë si trajtojmë komponentët e qarkut. Kjo është, ne jemi në gjendje të inkorporojmë amplifikatorin në konfigurime të dobishme para se të studiojmë funksionimin e brendshëm dhe karakteristikat elektronike. Duke njohur karakteristikat e terminalit, ne jemi në gjendje të konfigurojmë amplifikatorët dhe qarqet e tjera të dobishme.
Ky kapitull filloi me një analizë të përforcuesit operacional ideal dhe me zhvillimin e modeleve ekuivalente të qarkut duke përdorur burime të varur. Burimet e varur që kemi studiuar në fillim të këtij kapitulli formojnë blloqet ndërtuese të qarqeve ekuivalente për shumë nga pajisjet elektronike që studiojmë në këtë tekst.
Ne pastaj eksploruar lidhjet e jashtme të nevojshme për të bërë op-amp në një përforcues inverting, një përforcues jo-inverting, dhe një përforcues shumë hyrje. Ne kemi zhvilluar një teknikë të përshtatshme të projektimit duke eliminuar nevojën për zgjidhjen e sistemeve të mëdha të ekuacioneve të njëkohshme.
Së fundi, ne pamë se si op-amp mund të përdoret për të ndërtuar një shumëllojshmëri të qarqeve më komplekse, duke përfshirë qarqet që janë ekuivalente me impedancat negative (që mund të përdoren për të anuluar efektet e impedancave pozitive), integrues dhe diferencues.

PREVIOUS - 6. PROJEKTIMI I RRJETEVE OP-AMP

NEXT- 1. Op-amps ideal