КСНУМКС. Друге Оп-амп апликације

ПРИЈАВА

Анализирајте следећи круг онлине са симулатором ТИНАЦлоуд склопа кликом на линк испод.

КСНУМКС- симулација негативног импеданцијског круга

Генератор зависних струја КСНУМКС

Слика КСНУМКС - Зависни струјни генератор

Претпоставимо да пустимо R_F = Р_A. Једнаџба (КСНУМКС) затим показује да је улазни отпор оп-амп круга (затворен у испрекиданом пољу) -R. Улазни круг се затим може поједноставити као што је приказано на слици КСНУМКС (б). Желимо да израчунамо i_{оптерећење}, струја у R_{оптерећење}. Иако је отпор негативан, нормални Кирцххофф-ови закони и даље важе, јер ништа у њиховим изводима не претпоставља позитивне отпорнике. Улазна струја, i_in, затим се проналази комбиновањем отпора у један отпорник, R_in.

(48)

Затим примењујемо коефицијент тренутне-деонице на тренутну поделу између R_{оптерећење} анд -Р то добити

(49)

На тај начин ефекат додавања оп-амп кола је да струја у оптерећењу буде пропорционална улазном напону. Не зависи од вредности отпора оптерећења, R_{оптерећење}. Струја је стога неовисна о промјенама отпорности на оптерећење. Круг оп-амп ефективно поништава отпор оптерећења. Будући да је струја независна од оптерећења, али овиси само о улазном напону, ми то називамо а струјни генератор (или претварач напона-струје).

Међу многим применама овог кола је а dc регулисан извор напона. Ако пустимо v_in = Е (константа), струја кроз R_{оптерећење} је константна независно од варијација R_{оптерећење}.

ПРИЈАВА

Анализирајте следећи круг онлине са симулатором ТИНАЦлоуд склопа кликом на линк испод.

КСНУМКС - симулација кола зависног струјног генератора

КСНУМКС претварач струје у напон

Слика 19 - Претварач струје-напона

Коло са слике (19) производи излазни напон који је пропорционалан улазној струји (ово се такође може посматрати као а јединствени појачавач). Овај круг анализирамо користећи карактеристике идеалних оп-појачала. Решавамо за проналажење напона на улазним стезаљкама

(50)

Дакле, излазни напон, v_напоље = -и_inR, је пропорционална улазној струји, i_in.

ПРИЈАВА

Анализирајте следећи круг онлине са симулатором ТИНАЦлоуд склопа кликом на линк испод.

КСНУМКС - Симулација струјног кола за конвертор напона

КСНУМКС конвертор напона до струје

Слика КСНУМКС - Претварач напона у струју

Круг слике (КСНУМКС) је претварач напона и струје. Овај круг анализирамо на следећи начин:

(51)

Из једначине (КСНУМКС) налазимо,

(52)

Стога је струја оптерећења независна од отпорника оптерећења, R_{оптерећење}, и пропорционалан је примењеном напону, v_in. Овај склоп развија напонски струјни извор. Ме | утим, практи ~ ан недостатак овог круга је да ни један крај отпорника оптере} ења не моʻе бити уземљен.

Слика КСНУМКС - Претварач напона до струје

Овај круг анализирамо писањем једначина чворова на следећи начин:

(53)

Посљедња једнакост користи чињеницу да v₊ = в_-. У овим једнаџбама постоји пет непознаница (v₊, v_in, v_напоље, v, и i_{оптерећење}). Ми елиминишемо v₊ v_напоље да добију,

(54)

Струја оптерећења, i_{оптерећење}, је независан од оптерећења, R_{оптерећење}, и то је само функција разлике напона, (v_in - в).

ПРИЈАВА

Анализирајте следећи круг онлине са симулатором ТИНАЦлоуд склопа кликом на линк испод.

Симулација круга КСНУМКС-напона до струјног претварача

КСНУМКС Инвертинг појачало са генерализованим импедансама

Слика КСНУМКС - Употреба генерализоване импедансе на месту отпора

Однос једначине (КСНУМКС) се лако проширује тако да укључује не-отпорне компоненте ако R_j замењен је импедансом, Z_j, и R_F се замењује са Z_F. За један улаз, као што је приказано на слици КСНУМКС (а), излаз се смањује на

(55)

Будући да се ради о фреквенцијском домену, користимо велика слова за напоне и струје, чиме представљамо комплексне амплитуде.

Један користан круг заснован на једначини (КСНУМКС) је Миллер интегратор, као што је приказано на слици КСНУМКС (б). У овој апликацији, компонента повратне везе је кондензатор, C, а улазна компонента је отпорник, R, Тако да

(56)

У једначини (КСНУМКС), s  је Лапласов трансформатор. За синусоидне сигнале,  . Када ове импедансе заменимо Екуатион (КСНУМКС), добијамо

(57)

У комплексној фреквенцијској домени, КСНУМКС / с одговара интеграцији у временском домену. Ово је инвертинг интегратор јер израз садржи негативни знак. Стога је излазни напон

(58)

где v_напоље(КСНУМКС) је почетно стање. Вредност v_напоље развијен је као напон на кондензатору, C, на време т = КСНУМКС. Прекидач је затворен да напуни кондензатор на напон v_напоље(КСНУМКС) и онда на т = КСНУМКС прекидач је отворен. Користимо електронске прекидаче, о којима детаљније говоримо у Поглављу КСНУМКС. У случају да је почетни услов нула, прекидач се и даље користи за ресетовање интегратора на нулти излазни напон у времену т = 0.

Слика 23 - Пример обрнутог диференцијатора

Ако је елемент повратне везе отпорник, а улазни елемент је кондензатор, као што је приказано на слици (КСНУМКС), улазно-излазни однос постаје

(59)

У временском домену то постаје

(60)
ПРИЈАВА

Анализирајте следећи круг онлине са симулатором ТИНАЦлоуд склопа кликом на линк испод.

КСНУМКС- Пример симулације круга обрнутог диференцијатора

Круг ради као инвертинг дифферентиатор. Обратите пажњу на улазни кондензатор, Z_a = КСНУМКС / сЦ, не пружа пут за dc. То не утиче на резултат јер је дериват константе нула. Ради једноставности, употребимо синусоидни улазни сигнал. Преуређивањем једначине (КСНУМКС) и заменом нумеричких вредности за овај круг, добијамо

(61)

Улазни напон се инвертира (померање КСНУМКС °) овим колом, а затим се поново скалира и помера (КСНУМКС ° од стране j- оператер) по вриједности РЦс где .

Резултати симулације приказани су на слици (КСНУМКС).

Слика КСНУМКС - Резултати симулације за инвертинг диференцијатор

Улазни таласни облик је на КСНУМКС волтима. Излазни напон има нето помак (кашњење) КСНУМКС ступњева, а излазни напон је на приближно КСНУМКС волта. Ово се добро слаже са резултатом једначине (КСНУМКС).

Ми такође можемо користити таласне облике да покажемо да овај круг изводи задатак инвертинг диференцијатора. Потврдићемо да излазни таласни облик представља нагиб улазног сигнала пута константу. Константа је напон напајања круга. Највећа брзина промјене таласног облика улазног напона јавља се на њеном прелазу нуле. То одговара времену када излазни таласни облик достигне свој максимум (или минимум). Бирајући репрезентативну тачку, рецимо у временуКСНУМКС мс, и користећи графичке технике, израчунавамо нагиб таласног облика улазног напона као

(62)

Скалирање ове стопе промјене (тј. ) по напону кола у складу са једначином (КСНУМКС) очекујемо да ће бити максимални излазни напон

(63)

КСНУМКС Аналог Цомпутер Апплицатионс

У овом одељку представљамо употребу међусобно повезаних кола за оп-амп, као што су лета и интегратори, како бисмо формирали аналогни рачунар који се користи за решавање диференцијалних једначина. Многи физички системи су описани линеарним диференцијалним једнаџбама, па се систем може анализирати помоћу аналогног рачунара.

Слика 25 - Аналогна рачунарска апликација

Решимо за струју, и (т), у кругу слике КСНУМКС. Улазни напон је погонска функција и почетни услови су нула. Записујемо диференцијалну једначину за коло на следећи начин:

(64)

Сада решавамо за ди / дт, добијамо

(65)

Знамо да је за т> 0,

(66)

Из једначине (КСНУМКС) видимо да се -ди / дт формира сумирањем три термина, који се налазе на слици КСНУМКС на улазу у први интеграциони појачавач.

Слика 26 - Аналогно рачунарско решење за слику 25

Три термина се налазе на следећи начин:

КСНУМКС. Функција вожње, -в (т) / Л, формирана је проласком в (т) кроз инвертујуће лето (Лето) са добитком, КСНУМКС / Л.
КСНУМКС. Ри / Л се формира узимањем излаза првог интеграционог појачала (Интегратор КСНУМКС) и његовим додавањем на улаз појачала на излаз сумминг појачала (Суммер).
КСНУМКС. Термин

(67)
је излаз другог интегратора (Интегратор КСНУМКС). Пошто се знак мора мијењати, сумирамо га с претварањем љета у јединство добитка (Љето).
Излаз првог интегратора је + и, као што се види из једначине (КСНУМКС). Константе у диференцијалној једначини се утврђују правилним избором отпорника и кондензатора аналогног рачунара. Нулти почетни услови се постижу прекидачима на кондензаторима, као што је приказано на слици КСНУМКС (б).

КСНУМКС Нон-Инвертинг Миллер Интегратор

Слика КСНУМКС - Неинвертинг интегратор

Користимо модификацију зависног генератора струје из претходног одељка да бисмо развили интегратор који није обрнут. Круг је конфигурисан као што је приказано на слици КСНУМКС.
Ово је слично кругу на слици КСНУМКС, али је отпор оптерећења замијењен капацитетом. Сада проналазимо струју, Илоад. Инверзни напон, В-, се налази из поделе напона између Во и В- као што следи:

(68)

Пошто је В + = В-, решавамо и проналазимо
ИЛ = Вин / Р. Напоменути да

(69)

где је с Лапласов трансформатор. Воут / Вин функција је тада

(70)

Дакле, у временском домену имамо

(71)

Круг је, дакле, неинверзија интегратор.

ПРИЈАВА

Анализирајте следећи круг онлине са симулатором ТИНАЦлоуд склопа кликом на линк испод.

КСНУМКС-Неинвертинг интегратор Цирцуит Симулатион

РЕЗИМЕ

Оперативно појачало је веома користан грађевински блок за електронске системе. Право појачало ради скоро као идеално појачало са врло високим појачањем и готово бесконачном улазном импедансом. Из тог разлога, можемо га третирати на исти начин на који третирамо компоненте склопа. То значи да смо у могућности да укључимо појачало у корисне конфигурације пре проучавања унутрашњег рада и електронских карактеристика. Препознајући карактеристике терминала, у могућности смо да конфигуришемо појачала и друге корисне склопове.
Ово поглавље је започето анализом идеалног оперативног појачала, и развојем еквивалентних модела кола који користе зависне изворе. Зависни извори које смо рано проучавали у овом поглављу чине грађевинске блокове еквивалентних кола за многе електронске уређаје које проучавамо у овом тексту.
Затим смо истражили спољне везе потребне да се оп-амп претвори у инвертирајуће појачало, неинвертирајуће појачало и вишеструко улазно појачало. Развили смо практичну технику дизајна која елиминише потребу за решавањем великих система симултаних једначина.
Коначно, видели смо како се оп-амп може користити за изградњу разних сложенијих склопова, укључујући и кола која су еквивалентна негативним импеданцијама (које се могу користити за укидање ефеката позитивних импеданција), интегратора и диференцијатора.

ПРЕВИОУС- КСНУМКС. ПРОЈЕКТОВАЊЕ ОП-АМП ЦИРЦУИТС

НЕКСТ- КСНУМКС. Идеалне оп-ампере