- „Op-Amp“ pagrindai
- „Op-amp“ atvirosios grandinės grandinė (lygintuvai)
- „Op-amp“ uždaros grandinės grandinė (stiprintuvai)
- Diferencinis stiprintuvas arba įtampos atimėjas
- Kaip nustatyti diferencialinio stiprintuvo stiprinimą?
- Diferencinio stiprintuvo grandinės modeliavimas
- Diferencinio stiprintuvo grandinės bandymas aparatinėje įrangoje
„Op-Amps“ iš pradžių buvo sukurta atliekant analoginius matematinius skaičiavimus, nuo to laiko jie pasirodė esą naudingi daugelyje dizaino programų. Kaip teisingai pasakė mano profesorius, op-amperai yra aritmetinės įtampos skaičiuoklės, jie gali atlikti dviejų nurodytų įtampos verčių pridėjimą naudodami sumavimo stiprintuvo grandinę ir dviejų įtampos verčių skirtumą naudodami diferencialinį stiprintuvą. Be to, „Op-Amp“ taip pat dažnai naudojami kaip invertuojantys stiprintuvai ir neapsiverčiantys stiprintuvai.
Mes jau sužinojome, kaip mes galime naudoti „Op-Amp“ kaip įtampos papildytuvą arba sumavimo stiprintuvą, todėl šioje pamokoje sužinosime, kaip naudoti op-amp kaip diferencialinį stiprintuvą, norint rasti įtampos skirtumą tarp dviejų įtampos verčių. Jis taip pat vadinamas įtampos atimtuoju. Mes taip pat išbandysime įtampos atimties grandinę ant plokštės ir patikrinsime, ar grandinė veikia taip, kaip tikėtasi.
„Op-Amp“ pagrindai
Prieš nerdami į diferencialinius „Op-amps“, greitai peržvelkime „Op-Amp“ pagrindus. „Op-Amp“ yra penkių terminalų įtaisas (vienas paketas), turintis du gnybtus (Vs +, Vs-), skirtas prietaisui maitinti. Iš likusių trijų gnybtų du (V +, V-) naudojami signalams, kurie vadinami invertuojančiu ir neinvertuojančiu, o likęs (Vout) yra išvesties gnybtas. Pagrindinis „Op-Amp“ simbolis parodytas žemiau.
„Op-Amp“ darbas yra labai paprastas, jis ima skirtingą įtampą iš dviejų kaiščių (V +, V-), sustiprina ją pagal padidėjimo vertę ir pateikia ją kaip išėjimo įtampą (Vout). „Op-Amp“ stiprinimas gali būti labai didelis, todėl jis tinka garso programoms. Visada atminkite, kad „Op-Amp“ įėjimo įtampa turėtų būti mažesnė už darbinę įtampą. Norėdami sužinoti daugiau apie op-amp, patikrinkite jo taikymą įvairiose op-amp pagrįstose grandinėse.
Idealiam „Op-Amp“ įėjimo impedansas bus labai didelis, tai yra, srovė nepateks į „Op-Amp“ arba iš jos pro įvesties kaiščius (V +, V-). Norėdami suprasti op-amp veikimą, mes galime skirstyti op-amp grandines į atvirą ir uždarą.
„Op-amp“ atvirosios grandinės grandinė (lygintuvai)
Atviros grandinės op-amp grandinėje išvesties kaištis (Vout) nėra sujungtas su jokiu įvesties kaiščiu, ty nėra grįžtamojo ryšio. Tokiomis atviros kilpos sąlygomis op-amp veikia kaip lygintuvas. Žemiau parodytas paprastas op-amp palygintuvas. Atkreipkite dėmesį, kad „Vout“ kaištis nėra prijungtas prie įvesties kaiščių V1 arba V2.
Esant tokiai būklei, jei įtampa, tiekiama į V1, yra didesnė už V2, išėjimas Vout padidės. Panašiai, jei įtampa, tiekiama V2, yra didesnė nei V1, tada išėjimas Vout bus žemas.
„Op-amp“ uždaros grandinės grandinė (stiprintuvai)
Uždarojo ciklo op-amp grandinėje išėjimo stiprintuvo išvesties kaištis yra prijungtas prie bet kurio iš įvesties kaiščių, kad būtų pateiktas grįžtamasis ryšys. Šis grįžtamasis ryšys vadinamas uždaro ciklo jungtimi. Uždaros grandinės metu „ Op-amp“ veikia kaip stiprintuvas, būtent šiuo režimu op-amp randa daug naudingų programų, tokių kaip buferis, įtampos sekėjas, invertuojantis stiprintuvas, ne-invertuojantis stiprintuvas, sumavimo stiprintuvas, diferencialinis stiprintuvas, įtampos atimiklis ir kt. „Vout“ kaištis yra prijungtas prie invertuojančio terminalo, tada jis vadinamas neigiamo grįžtamojo ryšio grandine (parodyta žemiau), o jei prijungtas prie „Inverting“ terminalo - teigiamo grįžtamojo ryšio grandine.
Diferencinis stiprintuvas arba įtampos atimėjas
Dabar pereikime prie savo temos „Diferencialinis stiprintuvas“. Diferencinis stiprintuvas iš esmės įgauna dvi įtampos reikšmes, nustato skirtumą tarp šių dviejų verčių ir ją sustiprina. Gautą įtampą galima gauti iš išvesties kaiščio. Pagrindinė diferencialo stiprintuvo grandinė parodyta žemiau.
Bet palaukite !, ar ne tai, ką „Op-Amp“ daro pagal numatytuosius nustatymus, net jei neturi grįžtamojo ryšio, jis reikalauja dviejų įėjimų ir pateikia jų skirtumus išvesties kaištyje. Tada kam mums reikalingi visi šie išgalvoti rezistoriai?
Na taip, bet op-amp, kai naudojamas atviroje grandinėje (be grįžtamojo ryšio), bus labai didelis nekontroliuojamas padidėjimas, kuris praktiškai nėra naudingas. Taigi mes naudojame aukščiau pateiktą dizainą, kad nustatytume padidėjimo vertę naudojant rezistorius neigiamo grįžtamojo ryšio kontūre. Mūsų grandinėje virš rezistoriaus R3 veikia kaip neigiamo grįžtamojo ryšio rezistorius, o rezistoriai R2 ir R4 sudaro potencialų daliklį. Pelno vertę galima nustatyti naudojant tinkamą rezistorių vertę.
Kaip nustatyti diferencialinio stiprintuvo stiprinimą?
Aukščiau parodyto diferencialinio stiprintuvo išėjimo įtampa gali būti nustatyta pagal šią formulę
Vout = -V1 (R3 / R1) + V2 (R4 / (R2 + R4)) ((R1 + R3) / R1)
Pirmiau pateikta formulė buvo gauta iš minėtos grandinės perdavimo funkcijos naudojant superpozicijos teoremą. Bet nesigilinkime į tai daug. Mes galime dar labiau supaprastinti aukščiau pateiktą lygtį, atsižvelgdami į R1 = R2 ir R3 = R4. Taigi gausime
Vout = (R3 / R1) (V2-V1), kai R1 = R2 ir R3 = R4
Iš pirmiau pateiktos formulės galime daryti išvadą, kad santykis tarp R3 ir R1 bus lygus stiprintuvo stiprinimui.
Pelnas = R3 / R1
Dabar pakeiskime minėtos grandinės rezistorių vertes ir patikrinkite, ar grandinė veikia taip, kaip tikėtasi.
Diferencinio stiprintuvo grandinės modeliavimas
Mano pasirinkta rezistoriaus vertė yra 10k R1 ir R2 ir 22k R3 ir R4. To paties grandinės modeliavimas parodytas žemiau.
Modeliavimo tikslais aš tiekiau 4 V V2 ir 3,6 V V1. Rezistorius 22k ir 10k pagal formules nustatys padidėjimą 2,2 (22/10). Taigi atimtis bus 0,4 V (4-3,6) ir ji bus padauginta iš 2,2 stiprinimo vertės, taigi gaunama įtampa bus 0,88 V, kaip parodyta aukščiau pateiktame modeliavime. Patikrinkime tą patį naudodami formulę, kurią aptarėme anksčiau.
Vout = (R3 / R1) (V2-V1), kai R1 = R2 ir R3 = R4 = (22/10) (4-3,6) = (2,2) x (0,4) = 0,88v
Diferencinio stiprintuvo grandinės bandymas aparatinėje įrangoje
Dabar, smagiai, pastatykime tą pačią grandinę ant duonos lentos ir patikrinkime, ar sugebame pasiekti tuos pačius rezultatus. Aš naudoju „ LM324 Op-Amp “ grandinei sukurti ir „Breadboard“ maitinimo modulį, kurį sukūrėme anksčiau. Šis modulis gali tiekti 5 V ir 3,3 V išėjimus, todėl naudoju 5 V maitinimo bėgį, kad galėčiau maitinti savo stiprintuvą ir 3,3 V maitinimo bėgį kaip V1. Tada aš naudoju savo RPS (reguliuojamas maitinimo šaltinis), kad tiekčiau 3,7 V į kaištį V2. Skirtumas tarp įtampų yra 0,4, o mes turime 2,2 padidėjimą, kuris turėtų mums suteikti 0,88 V, ir būtent tai aš gavau. Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodyta sąranka ir multimetras su rodmeniu 0,88 V.
Tai įrodo, kad mūsų supratimas apie diferencinį op-amp yra teisingas, ir dabar mes žinome, kaip savarankiškai suprojektuoti reikiamą pelno vertę. Visą darbą taip pat galite rasti žemiau pateiktame vaizdo įraše. Šios grandinės dažniau naudojamos tūrio valdymo programose.
Tačiau, kadangi grandinėje yra rezistoriai įėjimo įtampos pusėje (V1 ir V2), ji nesuteikia labai didelės įėjimo impedanso ir taip pat turi didelį bendro režimo padidėjimą, dėl kurio CMRR santykis yra mažas. Norint įveikti šiuos trūkumus, egzistuoja improvizuota diferencialinio stiprintuvo versija, vadinama prietaisų stiprintuvu, tačiau palikime tai kitai pamokai.
Tikiuosi, kad supratote pamoką ir jums patiko sužinoti apie diferencialinius stiprintuvus. Jei turite kokių nors klausimų, palikite juos komentarų skiltyje arba naudokite forumus, jei norite gauti daugiau techninių klausimų ir greičiau atsakyti.