7. Iba pang mga Aplikasyon ng Op-amp

APLIKASYON

Pag-aralan ang sumusunod na circuit online gamit ang TINACloud circuit simulator sa pamamagitan ng pag-click sa link sa ibaba.

1- Negatibong Impedance Circuit Simulation

7.2 Dependent-Current Generator

Figure 18 - Dependent kasalukuyang generator

Ipagpalagay natin R_F = R_A. Ang equation (47) ay nagpapahiwatig na ang input resistance sa op-amp circuit (nakapaloob sa dashed box) ay -R. Ang input circuit ay maaaring pagkatapos ay pinasimple tulad ng ipinapakita sa Figure 18 (b). Nais naming kalkulahin i_magkarga, ang kasalukuyang nasa R_magkarga. Bagaman negatibo ang pagtutol, ang mga batas ng normal na Kirchhoff ay nalalapat pa rin dahil wala sa kanilang derivations ay ipinapalagay positibong resistors. Ang kasalukuyang pag-input, i_in, ay natagpuan sa pamamagitan ng pagsasama ng resistances sa isang solong risistor, R_in.

(48)

Pagkatapos ay inilapat namin ang isang kasalukuyang-divider ratio sa kasalukuyang split sa pagitan R_magkarga at -R sa kumuha

(49)

Kaya ang epekto ng pagdaragdag ng op-amp circuit ay upang gawin ang kasalukuyang sa proporsyonal na pagkarga sa boltahe ng input. Hindi ito nakasalalay sa halaga ng paglaban ng pag-load, R_magkarga. Samakatuwid, ang kasalukuyang hiwalay sa mga pagbabago sa paglaban ng pag-load. Ang epektibong circuit ng op-amp ay nagbabawas sa paglaban sa pag-load. Dahil ang kasalukuyang ay nakasalalay sa pag-load ngunit depende lamang sa boltahe ng input, tinatawagan namin ito a kasalukuyang generator (o boltahe-hanggang-kasalukuyang converter).

Kabilang sa maraming mga application ng circuit na ito ay isang dc regulated voltage source. Kung hahayaan natin v_in = E (isang pare-pareho), ang kasalukuyan sa pamamagitan ng R_magkarga ay pare-pareho independiyenteng ng mga pagkakaiba-iba ng R_magkarga.

APLIKASYON

Pag-aralan ang sumusunod na circuit online gamit ang TINACloud circuit simulator sa pamamagitan ng pag-click sa link sa ibaba.

2- Dependent Current Generator Circuit Simulation

7.3 Kasalukuyang-to-Voltage Converter

Larawan 19 - Kasalukuyang -to-Voltage converter

Ang circuit ng Larawan (19) ay gumagawa ng isang output boltahe na proporsyonal sa kasalukuyang pag-input (maaari rin itong matingnan bilang a pagkakaisa-pakinabang ng inverting amplifier). Sinusuri namin ang circuit na ito sa paggamit ng mga katangian ng mga perpektong op-amp. Malulutas namin ang mga voltages sa mga input terminal upang makita

(50)

Kaya, ang output boltahe, v_Palabas = -i_inR, ay proporsyonal sa kasalukuyang input, i_in.

APLIKASYON

Pag-aralan ang sumusunod na circuit online gamit ang TINACloud circuit simulator sa pamamagitan ng pag-click sa link sa ibaba.

3- Kasalukuyang sa Voltage Converter Circuit Simulation

7.4 Boltahe-sa-Kasalukuyang Converter

Figure 20 - Boltahe sa kasalukuyang converter

Ang circuit ng Figure (20), ay boltahe-to-kasalukuyang converter. Sinusuri namin ang circuit na ito tulad ng sumusunod:

(51)

Mula sa Equation (51) nakita namin,

(52)

Samakatuwid, ang load kasalukuyang ay independiyenteng ng risistor ng pagkarga, R_magkarga, at proporsyonal sa inilalapat na boltahe, v_in. Ang circuit na ito ay bumubuo ng isang boltahe-kinokontrol na kasalukuyang pinagmulan. Gayunpaman, ang isang praktikal na pagkukulang ng circuit na ito ay na ang alinman sa dulo ng risistor ng load ay maaaring grawnded.

Figure 21 - Boltahe-to-kasalukuyang converter

Sinusuri namin ang circuit na ito sa pamamagitan ng pagsusulat ng mga equation ng node tulad ng sumusunod:

(53)

Ang huling pagkakapantay-pantay ay gumagamit ng katotohanang iyon v₊ = v_-. May limang unknowns sa mga equation na ito (v₊, v_in, v_Palabas, v, at i_magkarga). Tinatanggal namin v₊ at v_Palabas Upang makuha,

(54)

Ang kasalukuyang pag-load, i_magkarga, ay hindi malaya sa pag-load, R_magkarga, at isang function lamang ng boltahe pagkakaiba, (v_in - v).

APLIKASYON

Pag-aralan ang sumusunod na circuit online gamit ang TINACloud circuit simulator sa pamamagitan ng pag-click sa link sa ibaba.

4-Boltahe sa Kasalukuyang Converter Circuit Simulation

7.5 Inverting Amplifier sa Pangkalahatan Impedances

Figure 22 - Paggamit ng pangkalahatan impedance sa lugar ng paglaban

Ang kaugnayan ng Equation (17) ay madaling pinalawak upang isama ang mga di-resistive na mga sangkap kung R_j ay pinalitan ng isang impedance, Z_j, at R_F ay pinalitan ng Z_F. Para sa isang solong input, tulad ng ipinapakita sa Figure 22 (a), ang output ay binabawasan sa

(55)

Dahil kami ay nakikipagtulungan sa dalas ng domain, gumagamit kami ng mga uppercase na titik para sa mga voltages at alon, sa gayon ay kumakatawan sa kumplikadong amplitudes.

Ang isang kapaki-pakinabang na circuit batay sa Equation (55) ay ang Miller integrator, tulad ng ipinapakita sa Figure 22 (b). Sa application na ito, ang bahagi ng feedback ay isang kapasitor, C, at ang input component ay isang risistor, R, Kaya

(56)

Sa Equation (56), s  ay ang Laplace transform operator. Para sa sinusoidal signal,  . Kapag pinalitan natin ang mga impedance na ito sa Equation (55), nakukuha natin

(57)

Sa kumplikadong dalas ng domain, 1 / s tumutugma sa pagsasama sa time domain. Ito ay isang inverting integrator dahil ang expression ay naglalaman ng isang negatibong mag-sign. Kaya ang output boltahe ay

(58)

saan v_Palabas(0) ay ang unang kondisyon. Ang halaga ng v_Palabas ay binuo bilang ang boltahe sa kabila ng kapasitor, C, sa oras t = 0. Ang switch ay sarado upang singilin ang kapasitor sa boltahe v_Palabas(0) at pagkatapos ay sa t = 0 ang switch ay bukas. Ginagamit namin ang mga electronic switch, na higit na pinag-uusapan namin sa Kabanata 16. Kung ang unang kondisyon ay zero, ang switch ay ginagamit pa rin upang i-reset ang integrator sa zero na output boltahe sa oras t = 0.

Larawan 23 - Halimbawa ng isang inverting differentiator

Kung ang elemento ng feedback ay isang risistor, at ang input elemento ay isang kapasitor, tulad ng ipinapakita sa Figure (23), ang input-output relasyon ay nagiging

(59)

Sa oras ng domain, ito ay nagiging

(60)
APLIKASYON

Pag-aralan ang sumusunod na circuit online gamit ang TINACloud circuit simulator sa pamamagitan ng pag-click sa link sa ibaba.

5 - Halimbawa ng isang inverting differentiator Circuit Simulation

Ang circuit ay tumatakbo bilang isang inverting differentiator. Tandaan na ang input kapasitor, Z_a = 1 / sC, ay hindi nagbibigay ng path para sa dc. Ito ay hindi nakakaapekto sa resulta dahil ang derivative ng isang pare-pareho ay zero. Para sa pagiging simple, gumamit tayo ng sinusoidal na input signal. Pagre-reset ng Equation (59) at pagpapalit ng mga numerong halaga para sa circuit na ito, nakuha namin

(61)

Ang input voltage ay inverted (180 ° shift) sa pamamagitan ng circuit na ito at pagkatapos ay naka-scale at shifted muli (90 ° sa pamamagitan ng j-operator) sa pamamagitan ng halaga ng RCs saan .

Ang mga resulta ng simulation ay ipinapakita sa Figure (24).

Figure 24 - Mga resulta ng simulation para sa inverting differentiator

Ang input waveform peak sa 0.5 volts. Ang boltahe ng output ay may net shift (delay) ng 90 degrees at ang output voltage peak sa humigit-kumulang na 0.314 volts. Ito ay may mabuting kasunduan sa resulta ng Equation (61).

Maaari rin nating gamitin ang mga waveform upang ipakita na ang circuit na ito ay gumaganap ng gawain ng isang inverting differentiator. Susubukan naming kumpirmahin na ang output waveform ay kumakatawan sa slope ng input signal times isang pare-pareho. Ang pare-pareho ay ang boltahe makakuha ng circuit. Ang pinakadakilang rate ng pagbabago ng input waveform waveform ay nangyayari sa zero-crossing nito. Ito ay tumutugma sa oras na ang output waveform umabot sa kanyang maximum (o minimum). Ang pagpili ng isang kinatawan point, sabihin sa oras0.5 ms, at paggamit ng mga diskarte sa graphical, compute namin ang slope ng input boltahe waveform bilang

(62)

Pag-scale ng rate ng pagbabago na ito (ibig sabihin, ) sa pamamagitan ng circuit gain boltahe ayon sa Equation (60) inaasahan namin ang peak output boltahe upang maging

(63)

7.6 Analog Computer Applications

Sa seksyong ito ipinapakita namin ang paggamit ng mga interconnected op-amp circuits, tulad ng mga summers at integrators, upang bumuo ng analog na computer na ginagamit upang malutas ang mga equation sa kaugalian. Maraming mga pisikal na sistema ay inilarawan sa pamamagitan ng linear kaugalian equation, at ang sistema ay maaaring samakatuwid ay sinusuri sa tulong ng isang analog computer.

Larawan 25 - Application ng computer ng analog

Ipaalam sa amin malutas para sa kasalukuyang, i (t), sa circuit ng Figure 25. Ang input voltage ay ang driving function at ang unang kundisyon ay zero. Isinulat namin ang kaugalian equation para sa circuit tulad ng sumusunod:

(64)

Ngayon paglutas para sa di / dt, makuha namin

(65)

Alam namin na para sa t> 0,

(66)

Mula sa Equation (65) nakikita natin na -di / dt ay nabuo sa pamamagitan ng pagbubuod ng tatlong termino, na matatagpuan sa Figure 26 sa input sa unang pagsasama ng amplifier.

Larawan 26 - Solusyon ng computer ng analog para sa Larawan 25

Ang tatlong termino ay matatagpuan tulad ng sumusunod:

1. Ang pagmamaneho function, -v (t) / L, ay nabuo sa pamamagitan ng pagpasa v (t) sa pamamagitan ng isang inverting tag-init (Tag-init) na may pakinabang, 1 / L.
2. Ang Ri / L ay nabuo sa pamamagitan ng pagkuha ng output ng unang pagsasanib amplifier (Integrator 1) at pagdaragdag nito sa input ng amplifier sa output ng summing amplifier (Tag-init).
3. Ang termino

(67)
ay ang output ng pangalawang integrator (Integrator 2). Dahil ang palatandaan ay dapat na mabago, binibigyan natin ito ng pagkakaisa na nakabukas ang tag-init (Tag-init).
Ang output ng unang integrator ay + i, gaya ng nakikita mula sa Equation (66). Ang mga constants sa kaugalian equation ay itinatag sa pamamagitan ng tamang pagpili ng mga resistors at capacitors ng analog computer. Ang mga inisyal na kondisyon ng zero ay natapos sa pamamagitan ng mga switch sa kabila ng mga capacitor, tulad ng ipinapakita sa Figure 22 (b).

7.7 Non-Inverting Miller Integrator

Figure 27 - Non-inverting integrator

Gumagamit kami ng isang pagbabago ng kasalukuyang nakasalalay na generator ng nakaraang seksyon upang bumuo ng isang di-inverting integrator. Ang circuit ay isinaayos gaya ng ipinapakita sa Figure 27.
Ito ay katulad ng circuit ng Figure 21, ngunit ang paglaban ng pagkarga ay pinalitan ng isang kapasidad. Natagpuan na natin ngayon ang kasalukuyang, Iload. Ang inverting boltahe, V-, ay matatagpuan mula sa boltahe na dibisyon sa pagitan ng Vo at V bilang mga sumusunod:

(68)

Dahil ang V + = V-, nilulutas namin at natagpuan
IL = Vin / R. Tandaan na

(69)

kung saan ang operator Laplace transform. Pagkatapos ay ang function ng Vout / Vin

(70)

Kaya, sa oras ng domain na mayroon kami

(71)

Ang circuit ay samakatuwid ay isang non-inverting integrator.

APLIKASYON

Pag-aralan ang sumusunod na circuit online gamit ang TINACloud circuit simulator sa pamamagitan ng pag-click sa link sa ibaba.

6-Non-inverting integrator Circuit Simulation

BUOD

Ang pagpapatakbo ng amplifier ay isang napaka-kapaki-pakinabang na bloke ng gusali para sa mga electronic system. Ang tunay na amplifier ay nagpapatakbo halos bilang isang perpektong amplifier na may napakataas na pakinabang at halos walang katapusan na input impedance. Para sa kadahilanang ito, maaari naming gamutin ito sa parehong paraan namin gamutin ang mga bahagi ng circuit. Iyon ay, maisasama natin ang amplifier sa mga kapaki-pakinabang na kumpigurasyon bago pag-aralan ang panloob na operasyon at ang mga elektronikong katangian. Sa pamamagitan ng pagkilala sa mga katangian ng terminal, maaari naming i-configure ang amplifiers at iba pang mga kapaki-pakinabang na circuits.
Ang kabanatang ito ay nagsimula sa isang pagtatasa ng perpektong pagpapatakbo amplifier, at may pag-unlad ng mga katumbas na modelo ng circuit gamit ang mga mapagkukunang umaasa. Ang mga mapagkukunang umaasa na pinag-aralan namin nang maaga sa kabanatang ito ay bumubuo sa mga bloke ng gusali ng mga katumbas na circuits para sa marami sa mga elektronikong aparato na aming pinag-aaralan sa tekstong ito.
Pagkatapos namin ginalugad ang mga panlabas na koneksyon na kinakailangan upang gawin ang op-amp sa isang inverting amplifier, isang hindi-inverting amplifier, at isang maramihang input amplifier. Nakagawa kami ng isang maginhawang diskarte sa disenyo na inaalis ang pangangailangan para sa paglutas ng mga malalaking sistema ng mga sabay-sabay na equation.
Sa wakas, nakita namin kung paano maaaring gamitin ang op-amp upang bumuo ng iba't ibang mas kumplikadong mga circuits, kabilang ang mga circuits na katumbas ng mga negatibong impedances (na maaaring magamit upang kanselahin ang mga epekto ng mga positibong impedance), mga integrator at differentiators.

PREVIOUS- 6. DESIGN OF OP-AMP CIRCUITS

SUSUNOD- 1. Mga ideal na op-amps