- Op-Amp pamati
- Op-amp atvērtās kontūras ķēde (salīdzinātāji)
- Op-amp slēgta kontūra ķēdes (pastiprinātāji)
- Diferenciālis pastiprinātājs vai sprieguma atņemējs
- Kā iestatīt diferenciālā pastiprinātāja pastiprinājumu?
- Diferenciālā pastiprinātāja ķēdes simulācija
- Diferenciālā pastiprinātāja ķēdes pārbaude aparatūrā
Op-Amps sākotnēji tika izstrādāti analogajiem matemātiskajiem aprēķiniem, kopš tā laika šodien tie ir izrādījušies noderīgi daudzās dizaina lietojumprogrammās. Kā pareizi teica mans profesors, op-ampēri ir aritmētiski sprieguma kalkulatori, tie var veikt divu norādīto sprieguma vērtību pievienošanu, izmantojot summēšanas pastiprinātāja shēmu, un starpību starp divām sprieguma vērtībām, izmantojot diferenciālo pastiprinātāju. Bez tam Op-Amp parasti izmanto arī kā apgriezējpastiprinātājus un neinvertējošus pastiprinātājus.
Mēs jau esam iemācījušies, kā mēs varam izmantot Op-Amp kā sprieguma papildinātāju vai summēšanas pastiprinātāju, tāpēc šajā apmācībā mēs uzzināsim, kā izmantot op-amp kā diferenciālo pastiprinātāju, lai atrastu sprieguma starpību starp divām sprieguma vērtībām. To sauc arī par sprieguma atņemšanu. Mēs arī izmēģināsim sprieguma atņemšanas ķēdi uz paneļa un pārbaudīsim, vai ķēde darbojas, kā paredzēts.
Op-Amp pamati
Pirms ienirstam diferenciālajos Op-ampēros, ātri ieskatīsimies Op-Amp pamatos. Op-Amp ir piecu termināļu ierīce (viena pakete) ar diviem spailēm (Vs +, Vs-) ierīces barošanai. No atlikušajiem trim spailēm divus (V +, V-) izmanto signāliem, kurus sauc par invertēšanas un neinvertēšanas termināliem, bet atlikušais (Vout) ir izejas terminālis. Op-Amp pamata simbols ir parādīts zemāk.
Op-Amp darbība ir ļoti vienkārša, tā uzņem atšķirīgu spriegumu no divām tapām (V +, V-), pastiprina to ar Gain vērtību un piešķir to kā izejas spriegumu (Vout). Op-Amp pastiprinājums var būt ļoti liels, padarot to piemērotu audio lietojumprogrammām. Vienmēr atcerieties, ka Op-Amp ieejas spriegumam jābūt mazākam par tā darba spriegumu. Lai uzzinātu vairāk par op-amp, pārbaudiet tā pielietojumu dažādās uz op-amp balstītās shēmās.
Ideālai Op-Amp ievades pretestība būs ļoti augsta, tas ir, strāva netiks ieplūst vai izplūst Op-Amp caur ievades tapām (V +, V-). Lai saprastu op-amp darbību, mēs varam plaši kategorizēt op-amp ķēdes kā atvērtas un slēgtas cilpas.
Op-amp atvērtās kontūras ķēde (salīdzinātāji)
Atvērtās cilpas op-amp ķēdē izejas tapa (Vout) nav savienota ar nevienu no ieejas tapām, tas ir, netiek sniegta atgriezeniskā saite. Šādos atvērtā cikla apstākļos op-amp darbojas kā salīdzinātājs. Zemāk parādīts vienkāršs op-amp salīdzinātājs. Ievērojiet, ka Vout tapa nav savienota ar ieejas tapām V1 vai V2.
Šajā stāvoklī, ja spriegums, kas tiek piegādāts V1, ir lielāks par V2, izeja Vout palielināsies. Tāpat, ja V2 piegādātie spriegumi ir lielāki par V1, tad izeja Vout samazināsies.
Op-amp slēgta kontūra ķēdes (pastiprinātāji)
Slēgtas cilpas op-amp ķēdē op-amp izejas tapa ir savienota ar kādu no ieejas tapām, lai nodrošinātu atgriezenisko saiti. Šīs atsauksmes sauc par slēgta kontūra savienojumu. Slēgtas kontūras laikā Op-amp darbojas kā pastiprinātājs, šajā režīmā op-amp atrod daudz noderīgu lietojumu, piemēram, buferis, sprieguma sekotājs, invertējošais pastiprinātājs, neinvertējošais pastiprinātājs, summējošais pastiprinātājs, diferenciālais pastiprinātājs, sprieguma atņemējs utt. Vout tapa ir pievienota invertēšanas terminālim, tad to sauc par negatīvās atgriezeniskās saites ķēdi (parādīts zemāk), un, ja tas ir savienots ar terminālu Nonverting, to sauc par pozitīvās atgriezeniskās saites ķēdi.
Diferenciālis pastiprinātājs vai sprieguma atņemējs
Tagad ļaujiet mums iekļūt mūsu tēmā Diferenciālis pastiprinātājs. Diferenciālis pastiprinātājs būtībā uzņem divas sprieguma vērtības, atrod atšķirību starp šīm divām vērtībām un pastiprina to. Iegūto spriegumu var iegūt no izejas tapas. Diferenciālā pastiprinātāja pamata ķēde ir parādīta zemāk.
Bet pagaidiet !, vai tas nav tas, ko Op-Amp dara pēc noklusējuma pat tad, ja tam nav atgriezeniskās saites, tas prasa divas ieejas un nodrošina to atšķirības izejas tapā. Tad kāpēc mums vajadzīgi visi šie iedomātie rezistori?
Jā, bet op-amp, ja to izmanto atvērtā lokā (bez atgriezeniskās saites), būs ļoti liels nekontrolēts pieaugums, kas praktiski nav noderīgs. Tāpēc mēs izmantojam iepriekš minēto dizainu, lai iestatītu pieauguma vērtību, izmantojot rezistorus negatīvās atgriezeniskās saites lokā. Mūsu ķēdē virs rezistora R3 darbojas kā negatīvās atgriezeniskās saites rezistors, un rezistori R2 un R4 veido potenciālu dalītāju. Guvuma vērtību var iestatīt, izmantojot pareizo rezistoru vērtību.
Kā iestatīt diferenciālā pastiprinātāja pastiprinājumu?
Iepriekš parādītā diferenciālā pastiprinātāja izejas spriegumu var norādīt ar šādu formulu
Vout = -V1 (R3 / R1) + V2 (R4 / (R2 + R4)) ((R1 + R3) / R1)
Iepriekš minētā formula tika iegūta no iepriekš minētās ķēdes pārneses funkcijas, izmantojot superpozīcijas teorēmu. Bet neiedziļināsimies tajā. Mēs varam vēl vairāk vienkāršot iepriekš minēto vienādojumu, ņemot vērā R1 = R2 un R3 = R4. Tātad mēs dabūsim
Vout = (R3 / R1) (V2-V1), kad R1 = R2 un R3 = R4
No iepriekš minētās formulas mēs varam secināt, ka attiecība starp R3 un R1 būs vienāda ar pastiprinātāja pieaugumu.
Gain = R3 / R1
Tagad aizstāsim iepriekšminētās ķēdes rezistoru vērtības un pārbaudīsim, vai ķēde darbojas, kā paredzēts.
Diferenciālā pastiprinātāja ķēdes simulācija
Rezistora vērtība, kuru esmu izvēlējies, ir 10k R1 un R2 un 22k R3 un R4. Ķēdes simulācija tam pašam ir parādīta zemāk.
Simulācijas nolūkos esmu piegādājis 4 V V2 un 3,6 V V1. Rezistors 22k un 10k pēc formulām iestatīs pastiprinājumu 2,2 (22/10). Tātad atņemšana būs 0,4 V (4-3,6) un tā tiks reizināta ar pieauguma vērtību 2,2, tāpēc iegūtais spriegums būs 0,88 V, kā parādīts iepriekš simulācijā. Pārbaudīsim arī to pašu, izmantojot iepriekš apspriesto formulu.
Vout = (R3 / R1) (V2-V1), kad R1 = R2 un R3 = R4 = (22/10) (4-3,6) = (2,2) x (0,4) = 0,88v
Diferenciālā pastiprinātāja ķēdes pārbaude aparatūrā
Tagad, jautrajā daļā, izveidosim to pašu ķēdi uz maizes paneļa un pārbaudīsim, vai mēs spējam sasniegt tādus pašus rezultātus. Es izmantoju LM324 Op-Amp, lai izveidotu shēmu, un izmantoju Breadboard barošanas moduli, kuru mēs izveidojām iepriekš. Šis modulis var nodrošināt 5 V un 3,3 V izeju, tāpēc es izmantoju 5 V barošanas sliedi, lai darbinātu op-amp un 3,3 V barošanas sliedi kā V1. Tad es izmantoju savu RPS (regulēto barošanas avotu), lai nodrošinātu V7 kontaktdakšu 3,7 V. Atšķirība starp spriegumiem ir 0,4, un mums ir 2,2 pieaugums, kas mums dod 0,88 V, un tieši to es arī ieguvu. Zemāk redzamajā attēlā parādīts uzstādījums un multimetrs ar rādījumu 0.88V.
Tas pierāda, ka mūsu izpratne par diferenciālo op-amp ir pareiza, un tagad mēs zinām, kā to izstrādāt patstāvīgi ar nepieciešamo pieauguma vērtību. Pilnīgu darbu var atrast arī zemāk sniegtajā videoklipā. Šīs shēmas biežāk tiek izmantotas skaļuma regulēšanas lietojumprogrammās.
Bet, tā kā ķēdei ir rezistori ieejas sprieguma pusē (V1 un V2), tā nenodrošina ļoti augstu ieejas pretestību, kā arī tai ir augsts kopējā režīma pieaugums, kas noved pie zemas CMRR attiecības. Lai novērstu šos trūkumus, pastāv improvizēta diferenciālā pastiprinātāja versija, ko sauc par instrumentu pastiprinātāju, bet atstāsim to citai apmācībai.
Ceru, ka sapratāt apmācību un jums patika uzzināt par diferenciālajiem pastiprinātājiem. Ja jums ir kādi jautājumi, atstājiet tos komentāru sadaļā vai izmantojiet forumus, lai iegūtu vairāk tehnisku jautājumu un ātrāku atbildi.