Tilbakemeld operasjonsforsterkerkretser

komparatorer

Hvis du bruker en operasjonsforsterker uten negativ tilbakemelding (OOS), kan vi definitivt si hva som skjer komparator. For å forstå hvordan det fungerer, kan du gjøre noen enkle, men visuelle eksperimenter. For å gjøre dette trenger du litt: selve operasjonsforsterkeren, en strømforsyning med en spenning på 9 ... 25V, flere motstander, et par lysdioder og et voltmeter (digital multimeter).

Den enkleste logiske sonden er satt sammen fra lysdioder og motstander, som vist i figur 1.

Når en positiv spenning tilføres sondeinngangen (du kan til og med levere + U), lyser den røde LED-en, og hvis inngangen er koblet til en felles ledning, lyser den grønne. Ved hjelp av en slik sonde blir utgangstilstanden til den testede driftsforsterkeren klar og forståelig.

Som en eksperimentell "kanin", passer enhver som ikke er veldig høy og dyr driftsforsterkerfor eksempel KR140UD608 (708) i plastkasser eller K140UD6 (7) i rundt metall.

Figur 1. Skjema av en enkel logisk sonde

Det skal bemerkes at til tross for de forskjellige tilfellene, er utspenningen til disse mikrokretsene den samme og tilsvarer den som er vist i diagrammene nedenfor. Det hender ofte at utspenningen av plast- og metallkasser ikke stemmer, selv om de faktisk er de samme mikrokretsene. Nå er de fleste operasjonsforsterkere, spesielt importerte, tilgjengelige i plastkasser, og alt fungerer bra og perfekt, og det er ingen forvirring med pinouts. Og før ble slike "plastiske" mikrokretser foraktelig kalt "forbruksvarer" av spesialister.

Figur 2. Skjema på en driftsforsterker

For de første eksperimentene setter vi sammen kretsen vist i figur 2. Her har ikke mye blitt gjort: selve driftsforsterkeren og den logiske sonden vist i figur 1 er koblet til en unipolar strømkilde. Forsyningsspenning + U unipolar 9 ... 30V. Størrelsen på stresset i eksperimentene våre er ikke av særlig betydning.

Her kan det oppstå et helt legitimt spørsmål: "Hvorfor er sonden logisk, fordi operasjonsforsterkeren er et analogt element?" Ja, men i dette tilfellet fungerer ikke den operative forsterkeren i forsterkningsmodus, men i komparatormodus, og den har bare to utganger. En spenning nær 0V kalles en logisk null, og en spenning nær + U er en logisk enhet. Når det gjelder bipolar effekt, tilsvarer en spenning nær –U en logisk null.

Når du tilfører en forsyningsspenning, må en av lysdiodene være tent. Det er umulig å svare på spørsmålet om, rødt eller grønt, siden alt avhenger av parametrene til en bestemt driftsforsterker og av eksterne forhold, for eksempel nettverksforstyrrelser. Hvis du tar flere av samme type op-amp, vil resultatene være veldig forskjellige.

Spenningen ved utgangen til driftsforsterkeren styres av et voltmeter: hvis den røde LED-en er på, vil voltmeteret vise en spenning nær + U, og hvis den grønne LED-en lyser, vil spenningen være nesten null.

Nå kan du prøve å bruke litt spenning på inngangene og se på indikatorene og voltmeteret hvordan driftsforsterkeren vil oppføre seg. Den enkleste måten er å bruke spenning ved å berøre en finger i svingen for hver inngang på driftsforsterkeren, og den andre på en av strømpinnene. I dette tilfellet bør lysets glød og voltmeteravlesningen endres. Men disse endringene kan ikke forekomme.

Saken er at noen driftsforsterkere er designet for at inngangsspenningen skal være innenfor visse grenser: litt høyere enn spenningen på terminal 4 og litt lavere enn forsyningsspenningen ved terminal 7. Dette er "noe lavere, høyere" er 1 ... 2B. For å fortsette eksperimentene, etter å ha oppfylt den angitte tilstanden, vil det være nødvendig å sette sammen en litt mer komplisert krets, vist i figur 3.

Figur 3 Tilbakemelding forsterker operasjonelle kretser

Nå tilføres spenningen til inngangene ved bruk av variable motstander R1, R2, hvis motorer skal installeres nær midtposisjonen før målingene startes. Nå har voltmeteret flyttet til et annet sted: det vil vise spenningsforskjellen mellom direkte og inverse innganger.

Det er bedre hvis dette voltmeteret er digitalt: spenningens polaritet kan endres, et minustegn vises på indikatoren til den digitale enheten, og pekerenheten vil ganske enkelt "rulle over" i motsatt retning. (Du kan bruke et peker voltmeter med et midtpunkt i skalaen.) I tillegg er inngangsmotstanden til et digitalt voltmeter mye høyere enn for en peker, så måleresultatene vil være mer nøyaktige. Utgangsstatusen bestemmes av LED-indikatoren.

Det er passende å gi slike råd: det er bedre å gjøre disse enkle eksperimentene med egne hender, og ikke bare lese og bestemme at alt er enkelt og forståelig. Slik leser du en gitaropplæring, mens du aldri plukker opp en gitar. Så la oss komme i gang.

Den første tingen å gjøre er å stille de motorer med variabel motstand til omtrent midtstilling, mens spenningen ved inngangene til driftsforsterkeren er nær halvparten av forsyningsspenningen. Sensitiviteten til voltmeteret bør maksimeres, men kanskje ikke umiddelbart, men gradvis, for ikke å brenne enheten.

Anta at utgangen til driftsforsterkeren er lav, den grønne lysdioden lyser. Hvis dette ikke er tilfelle, kan denne tilstanden oppnås ved å dreie den variable motstanden R1 på en slik måte at motoren beveger seg nedover kretsløpet - den kan praktisk talt være opptil 0V.

Nå, ved å bruke den variable motstanden R1, begynner vi å legge til spenning til den direkte inngangen til driftsforsterkeren (pinne 3), og observere voltmeteravlesningene. Så snart voltmeteret viser en positiv spenning (spenningen ved direkte inngang (terminal 3) er større enn den på invers (terminal 2)), lyser den røde lysdioden. Derfor er spenningen ved utgangen fra driftsforsterkeren høy eller, som tidligere avtalt, en logisk enhet.

Litt hjelp

Mer presist, ikke engang en logisk enhet, men et høyt nivå: en logisk enhet indikerer sannheten til signalet, sier de, en hendelse har skjedd. Men denne sannheten, denne logiske enheten kan uttrykkes og lavt nivå. Som et eksempel kan vi huske RS-232-grensesnittet, der en negativ spenning tilsvarer en logisk enhet, mens en logisk null har en positiv spenning. Selv om det i andre ordninger ofte kommer den logiske enheten til uttrykk på et høyt nivå.

Vi fortsetter vår vitenskapelige erfaring. Vi begynner å forsiktig og sakte rotere motstanden R1 i motsatt retning, etter voltmeteret. På et bestemt tidspunkt vil den vise null, men den røde lysdioden vil fortsatt lyse. Det er usannsynlig å fange den posisjonen hvor begge lysdioder er slukket.

Ved ytterligere rotasjon av motstanden vil også polariteten til voltmeteravlesningene endres til negativ. Dette antyder at spenningen ved den inverse inngangen (2) i absolutt verdi er høyere enn ved den direkte inngangen (3). Den grønne LED-lampen lyser, og indikerer et lavt nivå ved utgangen fra driftsforsterkeren. Etter det kan du fortsette å rotere motstanden R1 i samme retning, men ingen endringer vil skje: den grønne lysdioden slukker ikke og endrer ikke lysstyrken i det hele tatt.

Dette fenomenet oppstår når operasjonsforsterkeren er i komparatormodus, dvs. uten negativ tilbakemelding (noen ganger til og med med PIC).Hvis op-forsterkeren fungerer i lineær modus, er dekket av negativ tilbakemelding (OOS), så når motstanden R1-motoren roterer, endres utgangsspenningen i forhold til rotasjonsvinkelen, les spenningsdifferansen ved inngangene, og ikke i det hele tatt et trinn. I dette tilfellet kan lysstyrken på LED endres jevnt.

Fra alt det ovennevnte kan vi konkludere: spenningen ved utgangen til driftsforsterkeren avhenger av forskjellen i spenning ved inngangene. I tilfelle hvor spenningen ved direkte inngang er høyere enn ved invers, er utgangsspenningen høy. Ellers (spenningen på inverse er høyere enn på den direkte), er utgangsnivået en logisk null.

Helt i begynnelsen av dette eksperimentet ble det anbefalt å installere motstandsmotorene R1, R2 i omtrent midtstillingen. Og hva vil skje hvis du i utgangspunktet setter dem til en tredjedel av omsetningen eller to tredjedeler? Ja, faktisk vil ingenting endres, alt fungerer på samme måte som beskrevet ovenfor. Av dette kan vi konkludere med at signalet ved utgangen til driftsforsterkeren ikke er avhengig av absolutt verdi av spenningene ved direkte og inverse innganger. Og det avhenger bare av spenningsforskjellen.

Fra alt det som er sagt, kan en viktigere konklusjon gjøres: en driftsforsterker uten tilbakemelding er en komparator - en komparator. I dette tilfellet blir referansen eller referansespenningen påført den ene inngangen, og spenningen, hvis verdi må styres, til den andre. Hvilken inngang som skal levere referansespenningen blir bestemt under utviklingen av kretsen.

Som et eksempel viser figur 4 et diagram. integrert tidtaker NE555hvis inngang det umiddelbart er to interne komparatorer DA1 og DA2.

Figur 4Integrert tidskrets NE555

Deres formål er å styre det interne RS trigger. Kontrolllogikken er ganske enkel: den logiske enheten fra utgangen til komparatoren DA2 setter triggeren til en, og den logiske enheten fra utgangen til komparatoren DA1 tilbakestiller avtrekkeren.

En skillelinje er satt sammen på motstandene R1 ... R3, som leverer referansespenninger til inngangene til komparatorene. Alle tre motstandene har den samme motstanden (5K), som danner 2/3 og 1/3 av forsyningsspenningen, som tilføres henholdsvis til inverteringsinngangen DA1 og til den ikke-inverterende inngangen DA2.

Når det gjelder det som ble skrevet over, viser det seg at den logiske enheten ved utgangen til komparatoren DA1 oppnås hvis inngangsspenningen ved direkte inngang overstiger referansespenningen ved invers (2 / 3Upit), utløseren tilbakestilles til null.

For å sette avtrekkeren til 1, må du få et høyt nivå ved utgangen fra den interne komparatoren DA2. Denne tilstanden oppnås når spenningsnivået ved den inverterte inngangen DA2 er mindre enn 1 / 3Upit. Det er en slik referansespenning påført direkte inngang til komparatoren DA2.

Her er ikke målet med beskrivelsen av den integrerte NE555-timeren satt, akkurat som et eksempel på bruk av op-forsterkeren, vises inngangs-komparatorer skjult inne i mikrokretsen. For de som er interessert i å bruke 555-timeren, kan du anbefale deg å lese artikkelen "Integrert timer NE555".

Se også: Tilbakemelding Operasjonsforsterkerkretser

Boris Aladyshkin