Regulatoare analogice bazate pe amplificatoare operaționale. Regulator PWM pe un amplificator operațional

Controlerul calculează eroarea (diferența dintre semnalul de referință și semnalul de feedback) și o transformă într-o acțiune de control în conformitate cu o anumită operație matematică.

ACS utilizează în principal următoarele tipuri de controlere: proporțional (P), integral (I) și proporțional-integral (PI). În funcție de tipul de semnale convertite, se disting regulatoarele analogice și digitale.

Regulatoare analogice(AR) sunt implementate pe baza amplificatoarelor operaționale, digital- bazate pe dispozitive de calcul specializate sau microprocesoare. Controlerele analogice convertesc doar semnalele analogice care sunt funcții continue ale timpului. La trecerea prin AP, fiecare valoare instantanee a unui semnal continuu este convertită.

Pentru a implementa AR, un amplificator operațional (op-amp) este conectat conform unui circuit amplificator de însumare cu feedback negativ. Tipul de regulator și funcția sa de transfer sunt determinate de circuitul pentru conectarea rezistențelor și condensatorilor în circuitele de la intrare și în feedback-ul op-amp.

Un controler proporțional (regulator P) este implementat prin conectarea unui rezistor op-amp cu rezistență Ros la circuitul de feedback. Acest controler este caracterizat de un coeficient de proporționalitate La , care poate fi mai mare sau mai mic decât unu.

Un regulator integral (I-regulator) este implementat atunci când un condensator op-amp C este conectat la circuitul de feedback. Acest tip de controler se caracterizează printr-o constantă de timp T.

Un controler proporțional-integral (controler PI) este implementat prin conectarea unui rezistor cu rezistență Roc și a unui condensator Coc la circuitul de feedback al amplificatorului operațional. Un astfel de regulator se caracterizează prin următorii parametri: coeficient de proporționalitate La si constanta de timp T.

Pentru toate tipurile de regulatoare, circuitul de implementare are o rezistență de intrare R 1.

Schemele de implementare a regulatoarelor, dependența tensiunii la ieșirea regulatorului U out de intrarea U in și reprezentarea lor grafică, precum și formulele pentru găsirea parametrilor regulatorilor sunt date în Tabelul 1.

Tabelul 1 - Regulatoare

Explicați pentru ce sunt destinați senzorii de curent și ce cerințe se aplică acestora. Furnizați diagrame funcționale ale acționării electrice curent continuu cu senzor de curent transformator și senzor de curent bazat pe șunt.

Senzorii de curent (CT) sunt proiectați pentru a obține informații despre puterea și direcția curentului motorului. Acestea sunt supuse următoarelor cerințe:

Linearitatea caracteristicilor de control în intervalul de la 0,1 I nom la 5 I nom nu mai puțin de 0,9;

Disponibilitatea izolației galvanice a circuitului de putere și a sistemului de control;

Performanta ridicata.

Senzorul de coordonate AEP poate fi reprezentat structural ca o conexiune în serie a unui traductor de măsurare (MT) și a unui dispozitiv de potrivire (CU) (Figura 1). Traductorul de măsurare convertește coordonatele Xîn semnal de tensiune electrică Și(sau curent i), proporţional X. Dispozitivul de potrivire convertește semnalul de ieșire Și IP în semnalul de feedback u os, care în dimensiune și formă satisface ACS.

Figura 1 – Schema bloc a senzorului de coordonate AEP

Transformatoarele de curent, înfășurările suplimentare (de compensare) ale bobinelor de netezire, elementele Hall și șunturile sunt utilizate ca traductoare de măsurare în DT.

Senzorii de curent bazați pe șunturi sunt utilizați pe scară largă pentru măsurarea curentului motorului. Shunt este un rezistor cu patru terminale cu rezistență pur activă R w(shunt neinductiv), circuitul de putere este conectat la bornele de curent, iar circuitul de măsurare este conectat la bornele potențiale. (Figura 2)

Pentru a reduce efectul șuntului asupra trecerii curentului în circuitul motorului, rezistența acestuia ar trebui să fie minimă. Căderea nominală de tensiune pe șunt este de obicei de 75 mV, deci trebuie amplificată folosind un amplificator.Deoarece șuntul are o conexiune potențială la circuitul de alimentare, senzorul de curent trebuie să conțină un dispozitiv de izolare galvanică (GID). Dispozitivele transformatoare și optoelectronice sunt utilizate ca astfel de dispozitive.

Figura 2 – Schema circuitului pentru conectarea unui senzor de curent pe baza unui shunt

DT-urile bazate pe transformatoare de curent sunt utilizate în principal în AED-uri DC pentru a măsura curentul motoarelor atunci când acestea sunt alimentate de redresoare simetrice monofazate și trifazate. Pentru un redresor monofazat (Figura 3), se folosește un transformator de curent (TA1), iar pentru un redresor trifazat se folosesc trei transformatoare conectate la o stea. Pentru a se asigura că modul de funcționare al transformatoarelor de curent este apropiat de modul de scurtcircuit, înfășurările lor secundare sunt încărcate cu rezistențe de rezistență scăzută R CT (0,2...1,0 Ohm). Conversia tensiunii alternative a înfășurărilor secundare este realizată de redresorul VD1...VD4.

Figura 2 – Schema circuitului pentru conectarea unui senzor de curent bazat pe un transformator de curent

13. Furnizați o diagramă funcțională a senzorului EMF de armătură, explicați principiul funcționării acestuia.

Cu cerințe scăzute pentru domeniul de control al vitezei (până la 50), feedback-ul EMF este utilizat ca feedback principal în acționarea electrică. Principiul de funcționare al senzorului EMF de armătură se bazează pe calcularea EMF a motorului.

Diagrama funcțională a senzorului EMF este prezentată în Figura 1.

Figura 1 – Schema funcțională a senzorului EMF de armătură

Pentru a măsura tensiunea armăturii, se folosește un divizor pe rezistențele R2, R3. Pentru a măsura curentul armăturii motorului, se folosește o înfășurare suplimentară L1.2 a bobinei de netezire. Voltaj și eu printr-un divizor, filtrul RC și repetorul A1 este alimentat la sumatorul A2. Un semnal proporțional cu căderea de tensiune pe înfășurarea armăturii este, de asemenea, furnizat la intrarea sumătorului A2 R i. ts ∙i i.

Expresia tensiunii de ieșire u de amplificatorul A2 pentru funcționare în regim de echilibru are forma

Unde La de – coeficientul de transmisie al senzorului EMF,

e I este emf armăturii.

Pentru a obține un semnal proporțional cu tensiunea de la armătura motorului, se poate conecta și un divizor de tensiune rezistiv conform următorului circuit

Figura 2 – Schema de conectare a senzorului de tensiune

Tensiunea de ieșire a divizorului este

Pe lângă divizor, senzorul de tensiune poate conține și dispozitive de izolare galvanică și

amplificator.

14. Desenați o diagramă a unui sistem de comandă puls-fază vertical cu un singur canal, explicați principiul funcționării acestuia folosind diagrame de timp.

Pentru a controla tiristoarele redresorului, se utilizează un sistem de control al fază impulsurilor (PPCS), care îndeplinește următoarele funcții:

Determinarea momentelor la care anumite tiristoare specifice ar trebui să se deschidă; aceste momente de timp sunt setate de un semnal de control care vine de la ieșirea ACS la intrarea SIFU;

Formarea impulsurilor de deschidere transmise la momentele cerute electrozilor de control ai tiristoarelor și având amplitudinea, puterea și durata necesare.

Să luăm în considerare funcționarea unui SIFU vertical cu un singur canal care controlează tiristoarele unui redresor în punte monofazat (Figura 1).

Figura 1 – Diagrama unui redresor în punte monofazat

Generatorul de tensiune alternativă GPN pornește când tensiunea C este primită de la sincronizator (Figura 2). Acest lucru se întâmplă în momentul în care tiristoarelor se aplică tensiune continuă, adică. la punctele naturale de comutare.

Figura 2 – Schema unui SIFU vertical cu un singur canal

De la ieșirea GPG, tensiunea dinți de ferăstrău este furnizată dispozitivului de comparație US, unde este comparată cu tensiunea de control U y (Figura 3). În momentul egalității tensiunilor de control și dinți de ferăstrău, unitatea de comandă generează un impuls, care este trimis prin distribuitorul de impulsuri RI către modelul de impuls FI1 sau FI2 și apoi prin modelul de ieșire VF1 sau VF2 către tiristoarele redresoare. Driverele de ieșire amplifică impulsurile de deschidere în putere și pot separa SIFU de secțiunea de putere. Un comparator bazat pe un amplificator operațional este utilizat ca comparator.

Figura 3 – Diagrame de funcționare SIFU

15. Prezentați o schemă funcțională a unei acționări electrice cu redresor reversibil trifazat zero cu control comun și explicați principiul funcționării acestuia.

Când se controlează împreună seturi de tiristoare, impulsurile de deschidere sunt aplicate simultan ambelor seturi VS1, VS2, VS3 și VS4, VS5, VS6 (Figura 1). În același timp, în funcție de sensul de rotație al motorului, un set funcționează în modul redresor, iar celălalt în modul invertor. Curentul de armătură circulă prin setul care funcționează în modul redresor.

Figura 1 – Controlul comun al seturilor de supape de zero trifazate

redresor inversor

Sistemul de control al tiristoarelor redresorului conține două SIFU (SIFU1, SIFU2) și un invertor analogic A1.

Dacă VS1, VS2, VS3 funcționează în modul redresor și VS4, VS5, VS6 în modul invertor, atunci motorul se rotește înainte. Dacă este invers, motorul se rotește înapoi.

Deoarece ambele seturi sunt aplicate impulsuri de deschidere, în circuit se formează un circuit închis de două faze ale înfășurării secundare a transformatorului TV1 prin două supape deschise, de exemplu VS1 și VS6.

În acest circuit, acționează suma EMF a celor două faze ale înfășurării secundare, care se numește EMF de egalizare:

Unde e 1 , e 2 - EMF rectificat al seturilor VS1...VS3 și, respectiv, VS4...VS6.

EMG de egalizare e ur creează nivelul curent de egalizare 1. În raport cu curentul de egalizare, transformatorul TV1 este în regim de scurtcircuit, deoarece rezistența activă și inductivă a transformatorului sunt mici. Prin urmare, pentru a limita curentul de egalizare, reactoarele de egalizare L1 și L2 sunt incluse în circuitul său de curgere.

Pe lângă includerea reactoarelor de egalizare, limitarea curentului de egalizare se realizează prin controlul coordonat al seturilor, în care componenta constantă a EMF de egalizare EURO este egal cu zero, adică

E ur = E 1 + E 2 = E 0 (cosα 1 +cosα 2) = 0, (1)

Unde E 1, E 2- componente constante ale EMF e 1şi respectiv e 2; E 0- componenta constanta a fem-ului rectificat la α = 0; α 1, α 2 - unghiuri de deschidere ale mulțimilor VS1...VS3 și VS4...VS6.

Condiția (1) va fi îndeplinită când a 1 + a 2 =p. Această condiție este o condiție pentru controlul coordonat al seturilor de tiristoare.

Managementul partajat are urmatoarele avantaje:

· Curenții de egalizare asigură starea conducătoare a ambelor seturi, indiferent de mărimea curentului de sarcină a motorului și, ca urmare, de liniaritatea caracteristicilor (nu există un mod de curent intermitent).

· Performanță ridicată datorită pregătirii constante pentru inversarea curentului, care nu este asociată cu nicio comutare în circuit.

Cu toate acestea, cu control comun este necesar să se instaleze reactoare de egalizare, ceea ce crește greutatea, costul și dimensiunile unității electrice. Fluxul de curenți de egalizare crește sarcina asupra elementelor circuitului de putere și reduce eficiența redresorului.

16. Desenați o schemă bloc a unui antrenament electric cu redresor reversibil cu comandă separată și explicați principiul funcționării acestuia.

Într-un redresor reversibil cu control separat, când un set de tiristoare funcționează în modul redresor sau invertor, celălalt set este complet dezactivat (impulsurile de deschidere sunt eliminate). Ca rezultat, nu există un circuit de egalizare a curentului, ceea ce elimină necesitatea reactoarelor de egalizare.

Schema bloc a unui antrenament electric cu redresor reversibil cu control separat (RVRU) este prezentată în Figura 1. Funcționarea RVRU este asigurată de elemente suplimentare sisteme de control cu ​​tiristoare: senzor de conductivitate al supapei (VSD), dispozitiv de comutare logic (LSD), comutator caracteristic (CH).

Figura 1 – Schema bloc a unei acționări electrice cu redresor reversibil

cu control separat

DPV este proiectat pentru a determina starea (deschisă sau închisă) a tiristoarelor redresoare și a genera un semnal despre blocarea acestora, care este echivalent cu absența curentului în seturi.

Unitatea de sănătate îndeplinește următoarele funcții:

Selectează setul necesar de supape „Înainte” sau „Înapoi” (KV „V” sau KV „N”) în funcție de direcția necesară a curentului motorului, specificată de semnalul U 3

Interzice apariția impulsurilor de deschidere simultan în ambele seturi de tiristoare folosind tastele „Înainte” (“B”) și „Înapoi” (“H”);

Interzice furnizarea de impulsuri de deschidere la setul care intră în funcțiune atâta timp cât curentul circulă în setul de funcționare anterior;

Formează o pauză temporară între momentul închiderii tuturor tiristoarelor setului care funcționează anterior și momentul furnizării impulsurilor de deschidere a setului care începe să funcționeze.

Comutatorul caracteristic servește pentru a potrivi caracteristica de reglare unipolară a SIFU α = ƒ(u y) cu semnalul invers U y.

Inversarea motorului începe cu o schimbare a semnului comenzii de viteză, ceea ce determină o schimbare a semnului comenzii curente Uc. Aceasta duce la o scădere a tensiunii de control U y, o creștere a unghiului de deschidere α 1 al tiristoarelor setului de supape „Înainte”, prin urmare, o scădere a EMF E 1 și, în cele din urmă, o scădere a curentului de armătură. la zero. Închiderea supapelor este înregistrată de DPV. La primirea unui semnal de la DPV, LPU interzice furnizarea de impulsuri la tiristoarele ambelor seturi („B” se deschide) și simultan începe să numere timpul de pauză. După finalizarea sa, LPU generează permisiunea de a furniza impulsuri de deschidere tiristoarelor setului de supape „Înapoi” („H” este închis) și de a comuta PH-ul. Comutarea PC-ului duce la o modificare a polarității tensiunii de control U la intrarea SIFU. Din acest moment, un impuls de deschidere cu unghi α 2 începe să fie furnizat HF ​​„N”, asigurând funcționarea setului în modul invertor. Deoarece f.e.m. de rotație este mai mare decât E 2, curentul armăturii curge în direcția opusă. Motorul trece în modul generator, efectuând frânare regenerativă.

Controlul separat are următoarele avantaje:

Nu există reactoare de egalizare, ceea ce reduce semnificativ dimensiunile, greutatea și costul redresorului reversibil;

Nu există curent de egalizare, ceea ce reduce pierderile de putere în redresor și crește eficiența acestuia.

Dezavantajele ecuației împărțite sunt:

Prezența unui mod de curent intermitent, care necesită liniarizarea caracteristicilor de control al redresorului;

Un sistem de management mai complex datorită prezenței unităților de îngrijire a sănătății, a unităților de îngrijire de lungă durată și a spitalului de boli psihice;

Prezența unei pauze moarte la comutarea seturilor.

Dați și descrieți structuri închise ale dispozitivelor electronice construite după principiul compensării perturbațiilor externe și principiul abaterii. Desenați o diagramă bloc a unui sistem de comandă slave cu două circuite pentru o unitate electrică de curent continuu și descrieți blocurile acestuia.

ED-urile structurale închise sunt construite după principiul compensării perturbațiilor externe și principiul deviației, numit și principiul feedback-ului.

Să luăm în considerare principiul compensării utilizând exemplul de compensare pentru cea mai caracteristică perturbare externă a unei acționări electrice - cuplul de sarcină Mc la reglarea vitezei sale ω (Figura 1a).

Figura 1 – Structuri închise ale structurilor electronice

Caracteristica principală a unei astfel de structuri închise a acționării electrice este prezența unui circuit prin care la intrarea acționării electrice este furnizat un semnal proporțional cu cuplul de sarcină, împreună cu semnalul de setare a vitezei Usc.

Um = Km∙Ms, unde Km este coeficientul de proporționalitate.

Ca urmare, acţionarea electrică este controlată de semnalul total U ∆, care, schimbându-se automat atunci când cuplul de sarcină fluctuează, asigură menţinerea turaţiei la un anumit nivel. În ciuda eficienței sale, controlul acționării electrice folosind această schemă este rareori efectuat din cauza lipsei senzorilor de cuplu de sarcină simpli și fiabili, dna.

Prin urmare, în majoritatea circuitelor închise este utilizat principiul de deviere, care se caracterizează prin prezența unui circuit de feedback care conectează ieșirea dispozitivului electronic la intrarea acestuia. În acest caz, la reglarea vitezei, se utilizează un circuit de feedback al vitezei (Figura 1b), prin care se furnizează informații despre valoarea curentă a vitezei (semnal Uos = Kos∙ ω) la intrarea acționării electrice, de unde se scade. de la semnalul de setare a vitezei Uss. Controlul se realizează printr-un semnal de abatere U ∆ =Uзс-Uос (se mai numește și semnal de nepotrivire sau de eroare), care, atunci când viteza diferă de cea setată, se modifică automat în consecință și, cu ajutorul unui sistem de control automat , elimină aceste abateri.

În funcție de tipul de coordonată controlată, ED utilizează feedback în ceea ce privește viteza, poziție, curent, flux magnetic, tensiune și EMF.

Sistem de reglementare subordonat.

Pentru a controla mișcarea EUT, uneori este necesară ajustarea mai multor coordonate ale EP. De exemplu, curentul (cuplul) și viteza. În acest caz, ED închise sunt efectuate conform unei scheme cu control subordonat al coordonatelor.

Figura 2 – Schema bloc a unui sistem de control slave cu două circuite

În această schemă, reglarea fiecărei coordonate este efectuată de propriile regulatoare (curente RT și viteză RS), care, împreună cu feedback-urile corespunzătoare cu coeficienții Kost și Koss, formează bucle închise. Aceste circuite sunt dispuse astfel încât semnalul de intrare (master) pentru circuitul de curent Uzt să fie semnalul de ieșire al circuitului de viteză extern acestuia. Astfel, bucla de curent internă va fi subordonată buclei de viteză externă - coordonata reglabilă principală a acționării electrice. Semnalul U ∆ de la ieșirea RT este furnizat convertorului tiristor TP. Motorul electric este reprezentat de două părți: electric (ESM) și mecanic (MCD).

Principalul avantaj al unei astfel de scheme este posibilitatea de reglare optimă a controlului fiecărei coordonate. În plus, subordonarea buclei de curent buclei de viteză face posibilă simplificarea procesului de limitare a curentului și a cuplului, pentru care este necesar doar menținerea semnalului la ieșirea regulatorului de viteză (semnal de referință) al nivelului de curent la nivelul adecvat.

Explicați pentru ce sunt destinate convertoarele statice de frecvență cu o legătură intermediară de curent continuu (SFC IDC). Dați diagrame bloc ale PZPT HRC, care diferă în metoda de reglare a tensiunii pe statorul IM.

HRC PZPT sunt concepute pentru a converti tensiunea alternativă cu amplitudine și frecvență constante în tensiune alternativă cu amplitudine și frecvență reglabile.

Există trei tipuri de HRC CRPT în funcție de metoda de reglare a tensiunii:

1. HRC PZPT cu redresor controlat

În acest circuit, amplitudinea tensiunii este reglată la ieșirea redresorului (Figura 1).

Figura 1 - HRC PZPT cu redresor controlat

CF este un redresor controlat care convertește energia de curent alternativ în energie de curent continuu.

F – filtru, servește la netezirea ondulațiilor de curent și de tensiune.

Și – invertor, folosit pentru a transforma curentul continuu în curent alternativ.

SUV – sistem de control al redresorului.

IMS – sistem de control al invertorului.

FP este un convertor funcțional, utilizat pentru a converti semnalul de setare a frecvenței Uz. f. în semnalul de setare a tensiunii U z. u. în funcţie de legea de control al frecvenţei implementată.

În funcție de tipul de filtru F din circuitul continuu, invertorul autonom I este împărțit în curent AI și tensiune AI. Într-un IFC bazat pe curent AI, filtrul este un reactor L cu inductanță mare (Figura 2a). Un astfel de invertor este o sursă de curent, prin urmare, în acest circuit, efectul de control asupra motorului este frecvența și curentul statorului.

Figura 2 - Circuite de filtrare

Tensiunea AI este o sursă de tensiune, scop în care filtrul, pe lângă inductanța L, conține un condensator C de capacitate mare (Figura 2b). Influența controlului asupra motorului în sistemul VHF cu tensiune AI este amplitudinea și frecvența tensiunii.

2. HRC PZPT cu un redresor necontrolat și un convertor controlat pe lățimea impulsurilor (PWCC) în legătura CC (Figura 3).

Figura 3 - HRC PZPT cu un redresor necontrolat și PSIU

În acest caz, reglarea tensiunii este efectuată în PShIU, care este instalat între redresorul necontrolat NV și invertorul I. Tensiunea constantă nereglată de la NV este furnizată PShIU, unde este reglată în mărime, convertită într-o secvență. de impulsuri dreptunghiulare, filtrate de filtrul Ф și furnizate la intrarea invertorului I.

3. HRC PZPT cu un redresor necontrolat și cu modularea lățimii impulsului a tensiunii din invertor (Figura 4).

Figura 4 - PFC DCPT cu modularea lățimii de impuls a tensiunii în invertor

În acest circuit, reglarea amplitudinii și frecvenței tensiunii este combinată în I. Modularea lățimii impulsului se realizează folosind un algoritm complex de comutare a supapelor și poate fi implementată numai în convertoare cu comutatoare controlate: cu tranzistoare de putere sau cu tiristoare cu comutare artificială.

Avantajele regulatoarelor PWM care utilizează amplificatoare operaționale sunt că puteți utiliza aproape orice amplificator operațional (în schema standard incluziuni, desigur).

Nivelul tensiunii efective de ieșire este ajustat prin schimbarea nivelului de tensiune la intrarea neinversoare a amplificatorului operațional, ceea ce permite ca circuitul să fie utilizat ca componentă diverse regulatoare de tensiune și curent, precum și circuite cu aprindere și stingere lină a lămpilor cu incandescență.
Sistem se repeta usor, nu contine elemente rare, iar daca elementele sunt in stare buna de functionare incepe sa functioneze imediat, fara configuratie. Tranzistorul cu efect de câmp de putere este selectat în funcție de curentul de sarcină, dar pentru a reduce disiparea puterii termice este recomandabil să se utilizeze tranzistori proiectați pentru curent ridicat, deoarece au cea mai mică rezistență când sunt deschise.
Zona calorifer pt tranzistor cu efect de câmp este complet determinată de alegerea tipului și a curentului de sarcină. Dacă circuitul va fi utilizat pentru reglarea tensiunii în rețelele de bord + 24V, pentru a preveni defectarea porții tranzistorului cu efect de câmp, între colectorul tranzistorului VT1 și obturator VT2 ar trebui să porniți un rezistor cu o rezistență de 1 K și rezistorul R6 șunt cu orice diodă zener de 15 V adecvată, elementele rămase ale circuitului nu se schimbă.

În toate circuitele discutate anterior, este utilizat un tranzistor cu efect de câmp de putere n- tranzistoare cu canal, ca fiind cele mai comune și având cele mai bune caracteristici.

Dacă este necesară reglarea tensiunii la o sarcină, unul dintre terminalele căreia este conectat la masă, atunci se folosesc circuite în care n- Tranzistorul cu efect de câmp al canalului este conectat ca un dren la + al sursei de alimentare, iar sarcina este pornită în circuitul sursei.

Pentru a asigura posibilitatea deschiderii complete a tranzistorului cu efect de câmp, circuitul de comandă trebuie să conțină o unitate pentru creșterea tensiunii în circuitele de control al porții la 27 - 30 V, așa cum se face în microcircuite specializate. U 6 080B ... U6084B, L9610, L9611 , apoi între poartă și sursă va exista o tensiune de cel puțin 15 V. Dacă curentul de sarcină nu depășește 10A, puteți utiliza câmpul de putere p - tranzistori cu canal, a căror gamă este mult mai restrânsă din motive tehnologice. Se schimbă și tipul de tranzistor din circuit VT1 , și caracteristica de reglare R7 reversuri. Dacă primul circuit are o creștere a tensiunii de comandă (motor rezistor variabil se deplasează la „+” al sursei de alimentare) determină o scădere a tensiunii de ieșire la sarcină, apoi în al doilea circuit această dependență este inversă. Dacă un anumit circuit necesită o dependență inversă a tensiunii de ieșire de tensiunea de intrare față de cea originală, atunci structura tranzistoarelor din circuite trebuie schimbată VT1, adică tranzistorul VT1 în primul circuit trebuie să vă conectați ca VT1 pentru cea de-a doua schemă și invers.

Principalele tipuri de regulatoare utilizate în sistemele de control pentru acţionarea electrică a actuatoarelor instalaţiilor de foraj

Regulatoarele analogice din sistemele de control slave pentru acționările electrice sunt construite pe baza amplificatoarelor operaționale (op-amps) - amplificatoare de curent continuu cu impedanțe de intrare ridicate și de ieșire foarte scăzute. Tehnologia circuitelor integrate face acum posibilă producerea de amplificatoare operaționale de înaltă calitate și ieftine. Într-o parte a intervalului său de funcționare, amplificatorul operațional se comportă ca un amplificator de tensiune liniar cu un câștig foarte mare (10 5 - 10 6). Dacă circuitul op-amp nu oferă feedback negativ de la ieșire la intrare, atunci din cauza câștigului mare, va cădea neapărat în modul de saturație. Prin urmare, circuitele regulatoare bazate pe op-amp conțin feedback negativ.
Amplificatorul operațional își trage numele de la faptul că poate efectua diverse operații matematice precum înmulțirea, însumarea, integrarea și diferențierea. Regulatoarele tipice sunt construite pe baza unui amplificator inversor, iar circuitele de intrare și ieșire, pe lângă rezistențe, pot conține condensatori.
Deoarece câștigul amplificatorului operațional este mare (Ku= = 10 5 +10 6), iar tensiunea de ieșire Uvy este limitată de tensiunea de alimentare CPU, apoi potenţialul punctului A(Fig. 1, a) cpA = = uout/Ku este aproape de zero, adică. punct Aîndeplinește funcția de teren aparent (împământează punctul A este imposibil, altfel circuitul va deveni inoperant).

Orez. 1. Structura unui regulator analogic realizat pe un amplificator operațional (a). Circuit al unui controler proporțional cu limitare controlată a semnalului de ieșire (b). Caracteristicile regulatorului de intrare-ieșire cu limitare controlată a semnalului de ieșire (c)

Circuitele, funcțiile de transfer și funcțiile de tranziție ale diferitelor tipuri de regulatoare sunt prezentate în tabel.

Circuite și caracteristici dinamice ale diferitelor tipuri de regulatoare

Pentru a obține un controler proporțional (regulator P), rezistențe sunt incluse la intrare și în circuitul de feedback al amplificatorului operațional; Regulatorul integral (I-regulator) include un rezistor în circuitul de intrare și un condensator în circuitul de feedback; Controlerul PI conține un rezistor în circuitul de intrare și un rezistor și un condensator conectați în serie în circuitul de feedback. Controlerul PID poate fi implementat pe un singur amplificator folosind circuite activ-capacitive la intrare și în circuitul de feedback.
Industria produce diverse tipuri de amplificatoare operaționale pe circuite integrate (CI) - atât rotunde, cât și dreptunghiulare. Cele mai utilizate tipuri de amplificatoare operaționale pentru construirea regulatoarelor sunt K140UD7, K553UD2, K157UD2 etc.
Este posibil să se reducă dimensiunea și să crească fiabilitatea dispozitivelor sistemelor de control analogice pentru acționările electrice prin introducerea tehnologiei hibride pentru fabricarea acestora. La fabricarea circuitelor integrate hibride (HIC), elementele active (OA) sunt instalate pe o placă de circuit imprimat într-un design solid (neambalat), iar condensatorii și rezistențele sunt instalate folosind metoda tehnologiei filmului (prin pulverizare de pelicule conductoare). , materiale semiconductoare și neconductoare). Modulul rezultat poate fi umplut cu compus sau plasat într-o carcasă.
Limitarea coordonatelor acționării electrice (curent, viteză etc.) se realizează prin includerea unităților de limitare în structura regulatorului buclei de control extern. Acesta din urmă poate fi controlat sau incontrolabil. În fig., 6 prezintă un circuit pentru limitarea tensiunii de ieșire a unui regulator proporțional cu diode de întrerupere VD1, VD2 și o tensiune de referință controlată Vop. Circuitul vă permite să obțineți o caracteristică de intrare-ieșire care este asimetrică în raport cu originea coordonatelor cu diferite niveluri de tensiune de ieșire limitată (Fig.) Sunt posibile și alte opțiuni pentru circuite limitatoare controlabile ale tensiunii de ieșire a amplificatorului operațional folosind tranzistori.
Până de curând, în acționarea electrică automată a actuatoarelor instalațiilor de foraj domestice, principala utilizare a fost folosită de analog tehnologia calculatoarelor. In spate anul trecut O serie de organizații de proiectare și cercetare lucrează la crearea sistemelor de control cu ​​microprocesor. În comparație cu sistemele analogice, sistemele cu microprocesoare au o serie de avantaje. Să notăm câteva dintre ele.
Flexibilitate. Capacitatea, prin reprogramare, de a modifica nu numai parametrii sistemului de control, ci și algoritmii și chiar structura. În același timp, hardware-ul sistemului rămâne neschimbat. În sistemele analogice, hardware-ul ar trebui rearanjat. Software microcalculatoarele pot fi reglate cu ușurință atât în ​​perioada de pre-lansare, cât și în timpul funcționării lor. Datorită acestui fapt, costurile și calendarul lucrărilor de ajustare sunt reduse și natura lor se schimbă, deoarece experimentele necesare pentru a determina caracteristicile și parametrii, precum și configurarea regulatorilor, pot fi efectuate automat de către microcomputer însuși folosind un program pre-preparat. .
Eliminarea tuturor restricțiilor asupra structurii dispozitivului de control și a legilor de control. În același timp, indicatorii de calitate ai sistemelor digitale pot depăși semnificativ indicatorii de calitate a managementului sistemelor de control continuu. Prin introducerea unor programe adecvate se pot implementa legi complexe de control (optimizare, adaptare, prognoza etc.), inclusiv cele care sunt foarte greu de implementat prin mijloace analogice. Devine posibilă rezolvarea problemelor intelectuale care asigură acuratețea și eficiența dirijarii procese tehnologice. Pe baza unui microcalculator pot fi construite sisteme de orice tip, inclusiv sisteme cu control subordonat, sisteme multidimensionale cu conexiuni încrucișate etc.
Autodiagnosticare și autotestare dispozitive de control digital. Capacitatea de a verifica funcționalitatea componentelor mecanice de acționare, a convertoarelor de putere, a senzorilor și a altor echipamente în timpul pauzelor de proces, de ex. diagnosticare automată a stării echipamentelor și avertizare timpurie a accidentelor. Aceste capabilități sunt completate de capabilități avansate anti-interferențe. Principalul lucru aici este înlocuirea liniilor de transmisie a informațiilor analogice cu cele digitale care conțin izolare galvanică, canale de fibră optică și circuite integrate rezistente la zgomot ca amplificatoare și comutatoare.
Precizie mai mare din cauza absenței derivei zero, caracteristică dispozitivelor analogice. Astfel, sistemele digitale de control al vitezei de acţionare electrică pot oferi o creştere a preciziei de control cu ​​două ordine de mărime în comparaţie cu cele analogice.
Ușor de vizualizat parametrii procesului de control prin utilizarea indicatoarelor digitale, panourilor indicatoare și afișajelor, organizând un mod interactiv de schimb de informații cu operatorul.
Fiabilitate mai mare, dimensiuni, greutate și cost mai mici. Fiabilitatea ridicată a microcalculatoarelor în comparație cu tehnologia analogică este asigurată de utilizarea circuitelor integrate mari (LSI), prezența unor sisteme speciale de protecție a memoriei, imunitate la zgomot și alte mijloace. Datorită nivelului înalt al tehnologiei de producție LSI, costurile de fabricație a sistemelor de control a acționării electrice sunt reduse. Aceste avantaje sunt evidente în special atunci când se utilizează computere cu o singură placă și un singur cip.

Scopul regulatoarelor este de a seta și menține la un nivel dat (parametru stabilit) o ​​anumită mărime fizică X (cantitate controlată). Pentru a face acest lucru, regulatorul trebuie să contracareze efectele perturbărilor într-un anumit mod.

O diagramă bloc schematică a unei bucle de control simplă este prezentată în Fig. 26.1. Regulatorul influențează variabila controlată X prin intermediul unei acțiuni de control, astfel încât abaterea de control să fie cât mai mică posibil. Perturbarea care afectează obiectul de control poate fi reprezentată formal de mărimea perturbației suprapusă aditiv pe parametrul de setare. Mai jos vom pleca de la ipoteza că variabila controlată este tensiune electricăși că obiectul este reglat electric. Prin urmare, se poate folosi un regulator electronic.

Cel mai simplu exemplu al unui astfel de regulator este un amplificator, a cărui intrare este furnizată cu abaterea variabilei controlate.Dacă variabila controlată X depășește valoarea specificată, diferența devine negativă. Datorită acestui fapt, influența reglatoare a lui Y scade pe o scară crescută corespunzător, această scădere compensează diferența. Într-o stare de echilibru, cu cât câștigul controlerului este mai mare, cu atât nepotrivirea reziduală este mai mică. Pentru sistemul liniar prezentat în Fig. 26.1, relațiile sunt valabile

Orez. 26.1. Schema bloc a buclei de control.

De aici obținem o expresie pentru determinarea variabilei controlate

Este clar că capacitatea sistemului de a urmări o modificare a parametrului de setare este mai aproape de 1, cu atât câștigul circuitului de feedback este mai mare:

Răspunsul tranzitoriu în timpul perturbației este mai aproape de zero, cu atât câștigul controlerului este mai mare. Cu toate acestea, ar trebui să se țină cont de faptul că câștigul circuitului de feedback nu poate fi făcut atât de mare pe cât se dorește, deoarece atunci inevitabilul defazaj al buclei de control va duce la oscilații. Am întâlnit deja o problemă similară atunci când luăm în considerare problemele de corectare a răspunsului în frecvență al amplificatoarelor operaționale. Scopul reglementării este de a asigura, în ciuda acestor limitări, cea mai mică nepotrivire posibilă a controlului și un răspuns bun la tranzitoriu. În acest scop, la amplificatorul liniar i se adaugă un integrator și un diferențiator și astfel, în locul unui regulator proporțional, se obține un regulator PI sau PID. Implementarea unui astfel de controler folosind circuite electronice Următoarele secțiuni sunt dedicate.

O călătorie de zece mii de mile începe cu primul pas.
(proverb chinezesc)

Era seară, nu era nimic de făcut... Și așa deodată am vrut să lipim ceva. Un fel de... Electronic!.. Lipire - deci lipire. Există un computer și internetul este conectat. Alegem o schemă. Și dintr-o dată se dovedește că diagramele pentru subiectul vizat sunt o căruță și un cărucior mic. Și fiecare este diferit. Fără experiență, cunoștințe insuficiente. Pe care să o aleg? Unele dintre ele conțin un fel de dreptunghiuri și triunghiuri. Amplificatoare și chiar operaționale... Cum funcționează nu este clar. Înfricoșător!.. Dacă arde? Alegem ceea ce este mai simplu, folosind tranzistori familiari! Selectat, lipit, pornit... AJUTOR!!! Nu funcționează!!! De ce?

Da, pentru că „Simplitatea este mai rea decât furtul”! Este ca un computer: cel mai rapid și mai sofisticat este unul de gaming! Iar pentru munca de birou, chiar și cel mai simplu este suficient. La fel este și cu tranzistoarele. Lipirea unui circuit pe ele nu este suficientă. Încă trebuie să îl poți configura. Sunt prea multe capcane și capcane. Și acest lucru necesită adesea o experiență care nu este la nivel de intrare. Deci, de ce să renunți la o activitate interesantă? Deloc! Doar să nu vă fie frică de aceste „triunghiuri-dreptunghiuri”. Se pare că lucrul cu ei, în multe cazuri, este mult mai ușor decât cu tranzistoarele individuale. DACĂ ȘTII - CUM!

De asta ne vom ocupa acum: înțelegerea modului în care funcționează un amplificator operațional (op-amp, sau în engleză OpAmp). În același timp, vom considera opera sa literalmente „pe degete”, practic fără a folosi nicio formulă, cu excepția, poate, a legii lui Ohm: „Curentul printr-o secțiune a circuitului ( eu) este direct proporțională cu tensiunea pe ea ( U) și este invers proporțională cu rezistența sa ( R)»:
I=U/R. (1)

Pentru început, în principiu, nu este atât de important cum exact este aranjat amplificatorul operațional în interior. Să acceptăm doar ca o presupunere că este o „cutie neagră” cu un fel de umplutură. Pe în această etapă Nu vom lua în considerare astfel de parametri ai amplificatorului operațional ca „tensiune de polarizare”, „tensiune de schimbare”, „derive de temperatură”, „caracteristici de zgomot”, „coeficient de suprimare în modul comun”, „coeficient de suprimare a ondulației tensiunii de alimentare”, „lățime de bandă” , etc. .P. Toți acești parametri vor fi importanți în următoarea etapă a studiului său, când principiile de bază ale activității sale „se instalează” în capul tău pentru că „a fost neted pe hârtie, dar au uitat de râpe”...

Deocamdată, vom presupune doar că parametrii amplificatorului operațional sunt aproape de ideal și luăm în considerare doar ce semnal va fi la ieșire dacă unele semnale sunt aplicate intrărilor sale.

Deci, un amplificator operațional (op-amp) este un amplificator diferențial DC cu două intrări (inversoare și neinversătoare) și o ieșire. Pe lângă acestea, amplificatorul operațional are terminale de putere: pozitive și negative. Aceste cinci concluzii se găsesc în aproape orice op-amp și sunt fundamental necesare pentru funcționarea acestuia.

Op-amp-ul are un câștig uriaș, cel puțin 50000...100000, dar în realitate este mult mai mult. Prin urmare, ca primă aproximare, putem chiar presupune că este egal cu infinitul.

Termenul „diferențial” (“diferent” este tradus din engleză ca „diferență”, „diferență”, „diferență”) înseamnă că potențialul de ieșire al amplificatorului operațional este influențat numai de diferența de potențial dintre intrările sale, indiferent de la ei absolut semnificații și polarități.

Termenul „curent constant” înseamnă că amplificatorul operațional amplifică semnalele de intrare începând de la 0 Hz. Gama superioară de frecvență (gama de frecvență) a semnalelor amplificate de amplificatoare operaționale depinde de multe motive, cum ar fi caracteristicile de frecvență tranzistoarele din care constă, câștigul circuitului construit folosind un amplificator operațional etc. Dar această întrebare depășește sfera unei cunoștințe inițiale cu munca sa și nu va fi luată în considerare aici.

Intrările op-amp au o rezistență de intrare foarte mare, egală cu zeci/sute de MegaOhmi, sau chiar GigaOhmi (și doar la memorabilul K140UD1, și chiar și la K140UD5 a fost doar 30...50 kOhm). O rezistență atât de mare a intrărilor înseamnă că acestea nu au practic niciun efect asupra semnalului de intrare.

Prin urmare, cu un grad ridicat de apropiere de idealul teoretic, putem presupune că actual nu curge în intrările amplificatorului operațional . Acest - primul o regulă importantă care se aplică atunci când se analizează funcționarea unui amplificator operațional. Vă rog să vă amintiți bine despre ce este vorba numai amplificatorul operațional în sine, dar nu scheme cu folosirea lui!

Ce înseamnă termenii „inversare” și „neinversare”? În raport cu ceea ce este determinată inversiunea și, în general, ce fel de „animal” este inversiunea semnalului?

Tradus din latină, unul dintre semnificațiile cuvântului „inversio” este „întoarcerea”, „cifra de afaceri”. Cu alte cuvinte, inversarea este o imagine în oglindă ( oglindire) semnal raportat la axa X orizontală(axa timpului). În fig. Figura 1 prezintă câteva dintre numeroasele opțiuni posibile pentru inversarea semnalului, unde roșul indică semnalul direct (de intrare) și albastru indică semnalul inversat (de ieșire).

Orez. 1 Conceptul inversării semnalului

Trebuie remarcat în special că la linia zero (ca în Fig. 1, A, B) inversarea semnalului nu legat! Semnalele pot fi inverse și asimetrice. De exemplu, ambele sunt doar în regiunea valorilor pozitive (Fig. 1, B), ceea ce este tipic pentru semnalele digitale sau cu sursă de alimentare unipolară (acesta va fi discutat mai târziu), sau ambele sunt parțial în pozitiv și parțial în regiunile negative (Fig. 1, B, D). Sunt posibile și alte opțiuni. Condiția principală este reciproca lor specularitatea relativ la un nivel arbitrar ales (de exemplu, un punct de mijloc artificial, care va fi, de asemenea, discutat în continuare). Cu alte cuvinte, polaritate De asemenea, semnalul nu este un factor determinant.

Op-ampurile sunt descrise pe diagramele de circuit în moduri diferite. În străinătate, amplificatoarele operaționale erau descrise și chiar și acum sunt foarte des reprezentate sub forma unui triunghi isoscel (Fig. 2, A). Intrarea inversoare este reprezentată printr-un simbol minus, iar intrarea neinversătoare este reprezentată printr-un simbol plus în interiorul unui triunghi. Aceste simboluri nu înseamnă deloc că potențialul la intrările corespunzătoare ar trebui să fie mai pozitiv sau mai negativ decât la cealaltă. Ele indică pur și simplu cum reacționează potențialul de ieșire la potențialele aplicate intrărilor. Drept urmare, ele pot fi ușor confundate cu pinii de alimentare, care se pot dovedi a fi o „greblă” neașteptată, mai ales pentru începători.

Orez. 2 Opțiuni pentru imagini grafice condiționate (CGO)
amplificatoare operaționale

În sistemul de imagini grafice convenționale interne (UGO) înainte de intrarea în vigoare a GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81), amplificatoarele operaționale au fost, de asemenea, reprezentate sub formă de triunghi, doar intrarea inversă - cu o inversare simbol - un cerc la intersecția ieșirii cu triunghiul (Fig. 2, B), iar acum - sub forma unui dreptunghi (Fig. 2, C).

La desemnarea amplificatoarelor operaționale în diagrame, intrările inversoare și neinversoare pot fi schimbate, dacă este mai convenabil, totuși, în mod tradițional, intrarea inversoare este reprezentată în partea de sus, iar intrarea neinversătoare în partea de jos. Pinii de alimentare, de regulă, sunt întotdeauna amplasați într-un singur fel (pozitiv în partea de sus, negativ în partea de jos).

Amplificatoarele operaționale sunt aproape întotdeauna folosite în circuitele cu feedback negativ (NFB).

Feedback-ul este efectul furnizării unei părți din tensiunea de ieșire a amplificatorului la intrarea sa, unde este însumată algebric (ținând cont de semn) cu tensiunea de intrare. Principiul însumării semnalelor va fi discutat mai jos. În funcție de intrarea amplificatorului operațional, inversor sau neinversător, feedback-ul este furnizat, se face o distincție între feedback negativ (NFB), atunci când o parte a semnalului de ieșire este furnizată la intrarea inversoare (Fig. 3, A). ) sau reacție pozitivă (POF), când parțial Semnalul de ieșire este furnizat, în consecință, la intrarea neinversoare (Fig. 3, B).

Orez. 3 Principiul generării feedback-ului (FE)

În primul caz, deoarece semnalul de ieșire este inversul semnalului de intrare, acesta este scăzut din semnalul de intrare. Ca rezultat, câștigul general al etapei este redus. În al doilea caz, se însumează cu intrarea, câștigul general al cascadei crește.

La prima vedere, poate părea că POS are un efect pozitiv, iar OOS este o idee complet inutilă: de ce să reducă câștigul? Este exact ceea ce au gândit examinatorii de brevete din SUA când, în 1928, Harold S. Black încercat patentează OOS. Cu toate acestea, sacrificând amplificarea, îmbunătățim semnificativ alți parametri importanți ai circuitului, cum ar fi liniaritatea, gama de frecvență etc. Cu cât OOS este mai profund, cu atât caracteristicile întregului circuit depind de caracteristicile amplificatorului operațional.

Dar PIC-ul (ținând cont de propriul câștig uriaș al amplificatorului operațional) are efectul opus asupra caracteristicilor circuitului și cel mai neplăcut lucru este că își provoacă autoexcitarea. Desigur, este folosit și în mod deliberat, de exemplu, în generatoare, comparatoare cu histerezis (mai multe despre asta mai jos), etc., dar în vedere generala influența sa asupra funcționării circuitelor amplificatoare cu amplificatoare operaționale este mai degrabă negativă și necesită o analiză foarte atentă și rezonabilă a aplicării sale.

Deoarece op-amp-ul are două intrări, sunt posibile următoarele tipuri de bază ale activării sale folosind OOS (Fig. 4):

Orez. 4 Circuite de bază pentru conectarea amplificatoarelor operaționale

A) inversarea (Fig. 4, A) - semnalul este furnizat la intrarea inversoare, iar intrarea neinversătoare este conectată direct la potențialul de referință (neutilizat);

b) neinversoare (Fig. 4, B) - semnalul este furnizat la intrarea neinversoare, iar intrarea inversoare este conectată direct la potențialul de referință (neutilizat);

V) diferenţial (Fig. 4, B) - semnalele sunt furnizate ambelor intrări, inversoare și neinversoare.

Pentru a analiza funcționarea acestor circuite, ar trebui să țineți cont al doilea cel mai important regulă, căruia îi este subordonată funcționarea amplificatorului operațional: Ieșirea amplificatorului operațional tinde să asigure că diferența de tensiune dintre intrările sale este zero..

Cu toate acestea, orice formulare trebuie să fie necesar si suficient, pentru a limita întregul subset de cazuri care fac obiectul acesteia. Formularea de mai sus, cu toată „clasicitatea” sa, nu oferă nicio informație despre care dintre intrările „încearcă să influențeze” rezultatul. Pe baza acestuia, se dovedește că amplificatorul operațional pare să egalizeze tensiunile la intrările sale, furnizându-le tensiune de undeva „din interior”.

Dacă examinați cu atenție diagramele din fig. 4, puteți vedea că OOS (prin Rooos) în toate cazurile este pornit de la ieșire numai la intrarea inversă, ceea ce ne dă motive să reformulam această regulă după cum urmează: Tensiune la ieșirea amplificatorului operațional, acoperită de OOS, tinde să se asigure că potențialul de la intrarea inversoare este egal cu potențialul de la intrarea care nu inversează.

Pe baza acestei definiții, „master” atunci când orice amplificator operațional cu OOS este pornit este intrarea neinversoare, iar „slave” este intrarea inversoare.

Când descrieți funcționarea unui amplificator operațional, potențialul de la intrarea sa de inversare este adesea numit „zero virtual” sau „punct de mijloc virtual”. Traducerea cuvântului latin „virtus” înseamnă „imaginar”, „imaginar”. Obiectul virtual se comportă aproape de comportamentul unor obiecte similare ale realității materiale, adică, pentru semnalele de intrare (datorită acțiunii buclei de feedback), intrarea inversoare poate fi considerată conectată direct la același potențial la care intrarea neinversoare. este conectat. Cu toate acestea, „zero virtual” este doar un caz special care apare numai cu o sursă de amplificator operațional bipolară. Când utilizați sursa de alimentare unipolară (care va fi discutată mai jos) și în multe alte circuite de comutare, nu va exista zero nici la intrările neinversoare, fie la intrările inversoare. Prin urmare, să fim de acord că nu vom folosi acest termen, deoarece interferează cu înțelegerea inițială a principiilor de funcționare ale amplificatorului operațional.

Din acest punct de vedere vom analiza diagramele prezentate în Fig. 4. În același timp, pentru a simplifica analiza, vom presupune că tensiunile de alimentare sunt încă bipolare, egale între ele ca valoare (să zicem, ± 15 V), cu un punct de mijloc (bus comun sau „masă”), relativ la care vom număra tensiunile de intrare și de ieșire. În plus, analiza se va efectua folosind curent continuu, deoarece un semnal alternativ în schimbare în fiecare moment de timp poate fi reprezentat și ca un eșantion de valori ale curentului continuu. În toate cazurile, feedback-ul prin Rooc este inițiat de la ieșirea amplificatorului operațional la intrarea sa de inversare. Singura diferență este care dintre intrări este alimentată cu tensiune de intrare.

A) Inversarea pornire (Fig. 5).

Orez. 5 Principiul de funcționare al unui amplificator operațional într-o conexiune inversabilă

Potențialul la intrarea neinversoare este zero, deoarece este conectat la punctul de mijloc („sol”). Un semnal de intrare egal cu +1 V față de punctul de mijloc (de la GB) este aplicat la terminalul din stânga al rezistenței de intrare Rin. Să presupunem că rezistențele Rooc și Rin sunt egale între ele și se ridică la 1 kOhm (în total rezistența lor este de 2 kOhm).

Conform regulii 2, intrarea inversoare trebuie să aibă același potențial ca și intrarea neinversoare, adică 0 V. Prin urmare, Rin i se aplică o tensiune de +1 V. Conform legii lui Ohm, curentul va curge prin ea euintrare= 1 V / 1000 Ohm = 0,001 A (1 mA). Direcția de curgere a acestui curent este indicată de săgeată.

Deoarece Rooc și Rin sunt incluse de divizor și, conform Regulii 1, intrările amplificatorului operațional nu consumă curent, atunci pentru ca tensiunea să fie de 0 V la mijlocul acestui divizor, tensiunea trebuie aplicată la pinul drept al lui Rooc minus 1 V și curentul care circulă prin el euoos ar trebui să fie, de asemenea, egal cu 1 mA. Cu alte cuvinte, între borna stângă Rin și borna dreaptă Rooc se aplică o tensiune de 2 V, iar curentul care circulă prin acest divizor este de 1 mA (2 V / (1 kOhm + 1 kOhm) = 1 mA), adică. eu intrare = eu oos .

Dacă la intrare este aplicată o tensiune cu polaritate negativă, ieșirea amplificatorului operațional va fi o tensiune cu polaritate pozitivă. Totul este la fel, doar săgețile care arată fluxul de curent prin Rooc și Rin vor fi îndreptate în direcția opusă.

Astfel, dacă valorile Rooc și Rin sunt egale, tensiunea de la ieșirea amplificatorului operațional va fi egală cu tensiunea de la intrare ca mărime, dar inversă ca polaritate. Și am primit inversarea repetitor . Acest circuit este adesea folosit dacă este necesară inversarea unui semnal obținut folosind circuite care sunt fundamental invertoare. De exemplu, amplificatoare logaritmice.

Acum haideți, păstrând valoarea Rin egală cu 1 kOhm, creștem rezistența Rooc la 2 kOhm cu același semnal de intrare +1 V. Rezistența totală a divizorului Rooc + Rin a crescut la 3 kOhm. Pentru ca un potențial de 0 V să rămână la mijlocul său (egal cu potențialul intrării neinversoare), același curent (1 mA) trebuie să curgă prin Rooc ca și prin Rin. Prin urmare, căderea de tensiune pe Rooc (tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional) ar trebui să fie deja de 2 V. La ieșirea amplificatorului operațional, tensiunea este de minus 2 V.

Să creștem ratingul Rooc la 10 kOhm. Acum, tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional în aceleași alte condiții va fi deja de 10 V. Wow! În sfârșit am primit inversarea amplificator ! Tensiunea sa de ieșire este mai mare decât tensiunea de intrare (cu alte cuvinte, câștigul Ku) de atâtea ori cât rezistența Rooc este mai mare decât rezistența Rin. Indiferent cât de mult am jurat să nu folosesc formule, să afișăm în continuare acest lucru sub forma unei ecuații:
Ku = – Uout / Uin = – Roos / Rin. (2)

Semnul minus din fața fracției din partea dreaptă a ecuației înseamnă doar că semnalul de ieșire este invers față de intrare. Si nimic mai mult!

Acum să creștem rezistența Rooc la 20 kOhm și să analizăm ce se întâmplă. Conform formulei (2), cu Ku = 20 și un semnal de intrare de 1 V, ieșirea ar trebui să aibă o tensiune de 20 V. Dar nu este cazul! Am acceptat anterior ipoteza că tensiunea de alimentare a amplificatorului nostru operațional este de numai ± 15 V. Dar nici măcar 15 V nu pot fi obținute (de ce este așa - puțin mai mic). „Nu poți sări deasupra capului tău (tensiune de alimentare)!” Ca urmare a unei astfel de abuzuri ale evaluărilor circuitului, tensiunea de ieșire a amplificatorului operațional „se odihnește” față de tensiunea de alimentare (ieșirea amplificatorului operațional intră în saturație). Echilibrul egalității actuale prin divizorul RoocRin ( euintrare = euoos) este încălcat, la intrarea inversoare apare un potențial diferit de potențialul la intrarea neinversoare. Regula 2 nu se mai aplică.

Intrare rezistenţă amplificator inversor este egală cu rezistența Rin, deoarece tot curentul de la sursa semnalului de intrare (GB) trece prin ea.

Acum să înlocuim constanta Rooc cu una variabilă, cu o valoare nominală de, să zicem, 10 kOhm (Fig. 6).

Orez. 6 Circuit amplificator inversor de câștig variabil

Cu poziția în dreapta (conform diagramei) a cursorului său, câștigul va fi Rooc / Rin = 10 kOhm / 1 kOhm = 10. Prin deplasarea cursorului Roos spre stânga (reducerea rezistenței acestuia), câștigul circuitului va fi scade și, în cele din urmă, în poziția sa extremă din stânga va deveni egal cu zero, deoarece numărătorul din formula de mai sus va deveni zero atunci când orice valoarea numitorului. De asemenea, ieșirea va fi zero pentru orice valoare și polaritate a semnalului de intrare. Acest circuit este adesea folosit în circuitele de amplificare audio, de exemplu, în mixere, unde câștigul trebuie ajustat de la zero.

B) Neinversoare pornire (Fig. 7).

Orez. 7 Principiul de funcționare al unui amplificator operațional într-o conexiune fără inversare

Pinul Rin din stânga este conectat la punctul de mijloc („împământare”), iar semnalul de intrare +1 V este aplicat direct la intrarea neinversabilă. Deoarece nuanțele analizei sunt „mestecate” mai sus, aici vom acorda atenție doar diferențelor semnificative.

În prima etapă a analizei, vom accepta și rezistențele Rooc și Rin egale între ele și componente de 1 kOhm. Deoarece la intrarea neinversoare potențialul este de +1 V, apoi, conform Regulii 2, același potențial (+1 V) ar trebui să fie la intrarea inversoare (prezentat în figură). Pentru a face acest lucru, trebuie să existe o tensiune de +2 V la borna dreaptă a rezistenței Rooc (ieșire op-amp). euintrareȘi euoos, egal cu 1 mA, curg acum prin rezistențele Rooc și Rin în direcția opusă (indicată prin săgeți). Am reusit neinversoare amplificator cu un câștig de 2, deoarece un semnal de intrare de +1 V produce un semnal de ieșire de +2 V.

Ciudat, nu-i așa? Valorile sunt aceleași ca în conexiunea inversoare (singura diferență este că semnalul este aplicat la o altă intrare), iar amplificarea este evidentă. Ne vom uita la asta puțin mai târziu.

Acum creștem ratingul Rooc la 2 kOhm. Pentru a menține echilibrul curenților euintrare = euoos iar potențialul intrării inversoare este de +1 V, ieșirea amplificatorului operațional ar trebui să fie deja +3 V. Ku = 3 V / 1 V = 3!

Dacă comparăm valorile lui Ku pentru o conexiune neinversoare cu una inversoare, cu aceleași evaluări Rooc și Rin, se dovedește că câștigul în toate cazurile este mai mare cu unu. Deducem formula:
Ku = Uout / Uin + 1 = (Rooc / Rin) + 1 (3)

De ce se întâmplă asta? Da, foarte simplu! OOS funcționează exact în același mod ca și în cazul unei conexiuni inversoare, dar conform Regulii 2, potențialul intrării neinversoare este întotdeauna adăugat la potențialul intrării inversoare într-o conexiune neinversoare.

Deci, cu o conexiune fără inversare, nu puteți obține un câștig de 1? De ce nu se poate - este posibil. Să reducem ratingul Rooc, similar cu cum am analizat Fig. 6. Când valoarea sa este zero - scurtcircuitarea ieșirii cu intrarea inversoare (Fig. 8, A), conform Regulii 2, ieșirea va avea o astfel de tensiune încât potențialul intrării inversoare este egal cu potențialul de intrarea neinversoare, adică +1 V. Se obține: Ku = 1 V / 1 V = 1 (!) Ei bine, deoarece intrarea inversoare nu consumă curent și nu există nicio diferență de potențial între ea și ieșire, atunci nu curge curent în acest circuit.

Orez. 8 Schema de circuit pentru conectarea unui amplificator operațional ca adept de tensiune

Rin devine complet redundant, pentru că este conectat în paralel cu sarcina pentru care trebuie să funcționeze ieșirea amplificatorului operațional, iar curentul său de ieșire va curge prin el complet în zadar. Ce se întâmplă dacă părăsiți Rooc, dar eliminați Rin (Fig. 8, B)? Apoi, în formula de câștig Ku = Rooc / Rin + 1, rezistența Rin devine teoretic aproape de infinit (în realitate, desigur, nu, deoarece există scurgeri pe placă și curentul de intrare al amplificatorului operațional, deși neglijabil , este tot zero nu este egal), iar raportul Rooc / Rin este egal cu zero. Doar unul rămâne în formula: Ku = + 1. Este posibil să se obțină un câștig mai mic de unu pentru acest circuit? Nu, mai puțin nu va funcționa în nicio circumstanță. Nu poți ocoli unitatea „extra” din formula de câștig pe o capră strâmbă...

După ce am îndepărtat toate rezistențele „extra”, obținem circuitul neinversoare repetitor , prezentată în Fig. 8, V.

La prima vedere, o astfel de schemă nu are sens practic: de ce avem nevoie de un „câștig” unic și chiar non-invers - ce, nu puteți pur și simplu trimite semnalul mai departe? Cu toate acestea, astfel de scheme sunt folosite destul de des și iată de ce. Conform regulii 1, curentul nu curge în intrările amplificatorului operațional, adică impedanta de intrare Adeptul care nu se inversează este foarte mare - aceleași zeci, sute și chiar mii de MOhmi (același lucru este valabil și pentru circuitul din Fig. 7)! Dar rezistența de ieșire este foarte scăzută (fracțiuni de ohm!). Ieșirea amplificatorului operațional „pufă din toată puterea”, încercând, conform Regulii 2, să mențină același potențial la intrarea inversoare ca și la intrarea neinversătoare. Singura limitare este curentul de ieșire permis al amplificatorului operațional.

Dar din acest punct ne vom întoarce puțin în lateral și vom lua în considerare problema curenților de ieșire a amplificatorului operațional mai detaliat.

Pentru majoritatea amplificatoarelor operaționale utilizate pe scară largă, parametrii tehnici indică faptul că rezistența de sarcină conectată la ieșirea lor nu ar trebui să fie Mai puțin 2 kOhm. Mai mult - cât vrei. Pentru un număr mult mai mic este de 1 kOhm (K140UD...). Aceasta înseamnă că în cele mai defavorabile condiții: tensiune maximă de alimentare (de exemplu, ±16 V sau un total de 32 V), o sarcină conectată între ieșire și una dintre șinele de alimentare și o tensiune maximă de ieșire de polaritate opusă, la sarcină se va aplica o tensiune de aproximativ 30 V. În acest caz, curentul prin aceasta va fi: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA). Nu prea puțin, dar nici prea mult. Din fericire, majoritatea amplificatoarelor operaționale obișnuite au protecție încorporată pentru curentul de ieșire - un curent de ieșire maxim tipic de 25 mA. Protecția previne supraîncălzirea și defectarea amplificatorului operațional.

Dacă tensiunile de alimentare nu sunt maxime admise, atunci rezistența minimă de sarcină poate fi redusă proporțional. Să zicem, cu o sursă de alimentare de 7,5...8 V (total 15...16 V) poate fi de 1 kOhm.

ÎN) Diferenţial pornire (Fig. 9).

Orez. 9 Principiul de funcționare al amplificatorului operațional în conexiune diferențială

Deci, să presupunem că, cu aceleași valori nominale Rin și Rooc egale cu 1 kOhm, la ambele intrări ale circuitului se aplică aceeași tensiune egală cu +1 V (Fig. 9, A). Deoarece potențialele de pe ambele părți ale rezistorului Rin sunt egale între ele (tensiunea pe rezistor este 0), nu trece curent prin el. Aceasta înseamnă că curentul prin rezistența Rooc este, de asemenea, zero. Adică, aceste două rezistențe nu îndeplinesc nicio funcție. În esență, avem de fapt un adept care nu se inversează (comparați cu Fig. 8). În consecință, la ieșire vom obține aceeași tensiune ca la intrarea neinversoare, adică +1 V. Să schimbăm polaritatea semnalului de intrare la intrarea inversoare a circuitului (întoarceți GB1) și să aplicăm minus 1 V. (Fig. 9, B). Acum se aplică o tensiune de 2 V între pinii Rin și curentul curge prin ea euintrare= 2 mA (sper că nu mai este necesar să descriem în detaliu de ce este așa?). Pentru a compensa acest curent, prin Rooc trebuie să treacă și un curent de 2 mA. Și pentru aceasta, ieșirea amplificatorului operațional trebuie să aibă o tensiune de +3 V.

Aici a apărut „rânjetul” rău intenționat al unității suplimentare din formula pentru câștigul unui amplificator neinversător. Se dovedește că cu asta simplificatÎn comutarea diferențială, diferența de câștig deplasează permanent semnalul de ieșire cu cantitatea de potențial la intrarea neinversoare. O problema cu! Cu toate acestea, „Chiar dacă ești mâncat, mai ai cel puțin două opțiuni.” Aceasta înseamnă că trebuie să egalăm cumva câștigurile incluziunilor inversoare și neinversoare pentru a „neutraliza” aceasta suplimentară.

Pentru a face acest lucru, vom aplica semnalul de intrare intrării neinversoare nu direct, ci prin divizorul Rin2, R1 (Fig. 9, B). Să acceptăm și valorile lor de 1 kOhm. Acum, la intrarea fără inversare (și prin urmare și la inversare) a amplificatorului operațional va exista un potențial de +0,5 V, curentul va curge prin el (și Rooc) euintrare = euoos= 0,5 mA, pentru a se asigura că ieșirea amplificatorului operațional trebuie să aibă o tensiune egală cu 0 V. Uf! Am realizat ceea ce ne-am dorit! Dacă semnalele de la ambele intrări ale circuitului sunt egale ca mărime și polaritate (în acest caz +1 V, dar același lucru va fi valabil pentru minus 1 V și pentru orice alte valori digitale), ieșirea amplificatorului operațional va menține zero. tensiune egală cu diferența dintre semnalele de intrare .

Să verificăm acest raționament prin aplicarea unui semnal de polaritate negativă minus 1 V la intrarea inversoare (Fig. 9, D). în care euintrare = euoos= 2 mA, pentru care ieșirea trebuie să fie +2 V. Totul a fost confirmat! Nivelul semnalului de ieșire corespunde diferenței dintre intrări.

Desigur, dacă Rin1 și Rooc (respectiv, Rin2 și R1) sunt egale, nu vom primi câștig. Pentru a face acest lucru, trebuie să creșteți evaluările Rooc și R1, așa cum sa făcut atunci când ați analizat pornirea anterioară a amplificatorului operațional (nu voi repeta) și ar trebui să strict se observă următorul raport:

Rooc / Rin1 = R1 / Rin2. (4)

Ce beneficii practice obținem dintr-o astfel de includere? Și obținem o proprietate remarcabilă: tensiunea de ieșire nu depinde de valorile absolute ale semnalelor de intrare dacă acestea sunt egale între ele ca mărime și polaritate. Doar semnalul de diferență (diferențial) este trimis la ieșire. Acest lucru face posibilă amplificarea semnalelor foarte mici pe un fundal de interferență care afectează în mod egal ambele intrări. De exemplu, un semnal de la un microfon dinamic pe fundalul interferențelor de la o rețea de frecvență industrială de 50 Hz.

Cu toate acestea, în acest butoi de miere, din păcate, există o muscă în unguent. În primul rând, egalitatea (4) trebuie respectată foarte strict (până la zecimi și uneori sutimi de procent!). În caz contrar, va apărea un dezechilibru al curenților care acționează în circuit și, prin urmare, pe lângă semnalele diferențiale („antifază”), vor fi de asemenea amplificate semnalele combinate („în fază”).

Să înțelegem esența acestor termeni (Fig. 10).

Orez. 10 Semnal de schimbare de fază

Faza semnalului este o valoare care caracterizează decalajul punctului de referință al perioadei semnalului în raport cu punctul de referință al timpului. Deoarece atât originea timpului, cât și originea perioadei sunt alese în mod arbitrar, faza unuia periodic Semnalul nu are sens fizic. Cu toate acestea, diferența de fază dintre cele două periodic semnalele este o mărime care are o semnificație fizică; reflectă întârzierea unuia dintre semnale față de celălalt. Ceea ce este considerat începutul perioadei nu contează. Punctul de pornire al perioadei poate fi luat ca valoare zero cu o pantă pozitivă. Este posibil - maxim. Totul este în puterea noastră.

În fig. 9 roșu indică semnalul original, verde - deplasat cu ¼ de perioadă față de original și albastru - cu ½ perioadă. Dacă comparăm curbele roșii și albastre cu curbele din Fig. 2, B, atunci puteți vedea că sunt reciproc invers. Astfel, „semnalele în fază” sunt semnale care coincid între ele în fiecare punct, iar „semnalele antifază” sunt invers unul față de celălalt.

În același timp, conceptul inversiuni mai larg decât conceptul faze, deoarece acesta din urmă se aplică numai semnalelor periodice care se repetă în mod regulat. Și conceptul inversiuni aplicabil oricăror semnale, inclusiv celor neperiodice, cum ar fi un semnal sonor, o secvență digitală sau o tensiune constantă. La fază a fost o cantitate consistentă, semnalul trebuie să fie periodic cel puțin pe un anumit interval. Altfel, atât faza, cât și perioada se transformă în abstracții matematice.

În al doilea rând, intrările inversoare și neinversoare dintr-o conexiune diferențială, cu valori egale Rooc = R1 și Rin1 = Rin2, vor avea rezistențe de intrare diferite. Dacă rezistența de intrare a intrării inversoare este determinată numai de valoarea nominală Rin1, atunci intrarea neinversabilă este determinată de valori nominale secvenţial a pornit Rin2 și R1 (ai uitat că intrările amplificatorului operațional nu consumă curent?). În exemplul de mai sus, acestea vor fi de 1, respectiv 2 kOhm. Și dacă creștem Rooc și R1 pentru a obține o treaptă de amplificator cu drepturi depline, atunci diferența va crește și mai semnificativ: cu Ku = 10 - până la, respectiv, același 1 kOhm și până la 11 kOhm!

Din păcate, în practică se stabilesc de obicei evaluările Rin1 = Rin2 și Rooc = R1. Totuși, acest lucru este acceptabil numai dacă sursele de semnal pentru ambele intrări sunt foarte scăzute impedanta de iesire. În caz contrar, formează un divizor cu rezistența de intrare a unei anumite etape a amplificatorului și, deoarece coeficientul de divizare al unor astfel de „divizoare” va fi diferit, rezultatul este evident: un amplificator diferențial cu astfel de valori ale rezistenței nu își va îndeplini funcția de suprimarea semnalelor în modul comun (combinat) sau va îndeplini prost această funcție.

O modalitate de a rezolva această problemă poate fi inegalitatea valorilor rezistențelor conectate la intrările inversoare și neinversoare ale amplificatorului operațional. Și anume, astfel încât Rin2 + R1 = Rin1. Un alt punct important este realizarea respectării exacte a egalității (4). De regulă, acest lucru se realizează prin împărțirea R1 în două rezistențe - o constantă, de obicei 90% din valoarea dorită, și o variabilă (R2), a cărei rezistență este de 20% din valoarea dorită (Fig. 11, A) .

Orez. 11 Opțiuni de echilibrare a amplificatorului diferențial

Calea este în general acceptată, dar din nou, cu această metodă de echilibrare, deși ușor, impedanța de intrare a intrării neinversoare se modifică. Opțiunea cu includerea unui rezistor de reglare (R5) în serie cu Rooc (Fig. 11, B) este mult mai stabilă, deoarece Rooc nu participă la formarea rezistenței de intrare a intrării inversoare. Principalul lucru este de a menține raportul dintre denominațiile lor, similar cu opțiunea „A” (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).

De când am început să vorbim despre comutarea diferențială și am menționat repetoare, aș dori să descriu un circuit interesant (Fig. 12).

Orez. 12 Circuit inversor/neinversător comutabil

Semnalul de intrare este aplicat simultan ambelor intrări ale circuitului (inversoare și neinversătoare). Valorile tuturor rezistențelor (Rin1, Rin2 și Rooc) sunt egale între ele (în acest caz, să luăm valorile lor reale: 10...100 kOhm). Intrarea non-inversoare a amplificatorului operațional poate fi conectată la o magistrală comună folosind comutatorul SA.

În poziția închis a cheii (Fig. 12, A), rezistorul Rin2 nu participă la funcționarea circuitului (curentul curge doar „inutil” prin el euvx2 de la sursa semnalului la magistrala comună). Primim repetitor inversor cu un câștig egal cu minus 1 (vezi fig. 6). Dar cu cheia SA deschisă (Fig. 12, B) obținem repetor neinversător cu câștig egal cu +1.

Principiul de funcționare al acestui circuit poate fi exprimat într-un mod ușor diferit. Când comutatorul SA este închis, funcționează ca un amplificator inversor cu un câștig egal cu minus 1, iar când este deschis - simultan(!) atât ca amplificator inversor cu un câștig de minus 1, cât și ca amplificator neinversător cu un câștig de +2, de unde: Ku = +2 + (–1) = +1.

În această formă, acest circuit poate fi utilizat dacă, de exemplu, în stadiul de proiectare, polaritatea semnalului de intrare este necunoscută (de exemplu, de la un senzor la care nu există acces înainte de configurarea dispozitivului). Dacă utilizați un tranzistor (de exemplu, un tranzistor cu efect de câmp) ca cheie, controlat de la semnalul de intrare folosind comparator(vom discuta mai jos), obținem detector sincron(redresor sincron). Implementarea specifică a unei astfel de scheme, desigur, depășește scopul unei cunoștințe inițiale cu funcționarea amplificatorului operațional și din nou nu o vom lua în considerare în detaliu aici.

Acum să ne uităm la principiul însumării semnalelor de intrare (Fig. 13, A) și, în același timp, să ne dăm seama care ar trebui să fie valorile rezistențelor Rin și Rooc în realitate.

Orez. 13 Principiul de funcționare al sumatorului inversor

Luăm ca bază amplificatorul inversor deja discutat mai sus (Fig. 5), numai că conectăm nu unul, ci două rezistențe de intrare Rin1 și Rin2 la intrarea amplificatorului operațional. Deocamdată, în scopuri de „antrenament”, acceptăm rezistența tuturor rezistențelor, inclusiv Rooc, egală cu 1 kOhm. La bornele din stânga Rin1 și Rin2 aplicăm semnale de intrare egale cu +1 V. Prin aceste rezistențe curg curenți egali cu 1 mA (indicate prin săgeți direcționate de la stânga la dreapta). Pentru a menține același potențial la intrarea inversoare ca și la intrarea neinversoare (0 V), curentul trebuie să circule prin rezistența Rooc, egal cu suma curenți de intrare (1 mA + 1 mA = 2 mA), indicați printr-o săgeată îndreptată în sens opus (de la dreapta la stânga), pentru care ieșirea amplificatorului operațional trebuie să aibă o tensiune de minus 2 V.

Același rezultat (tensiune de ieșire minus 2 V) poate fi obținut dacă la intrarea amplificatorului inversor se aplică o tensiune de +2 V (Fig. 5), sau valoarea Rin este redusă la jumătate, adică. până la 500 Ohm. Să creștem tensiunea aplicată rezistorului Rin2 la +2 V (Fig. 13, B). La ieșire obținem o tensiune de minus 3 V, care este egală cu suma tensiunilor de intrare.

Nu pot exista două intrări, ci câte se dorește. Principiul de funcționare al acestui circuit nu se va schimba de aici: tensiunea de ieșire va fi în orice caz direct proporțională cu suma algebrică (ținând cont de semn!) a curenților care trec prin rezistențele conectate la intrarea inversoare a op. -amp (invers proporțional cu evaluările lor), indiferent de numărul lor.

Dacă totuși, semnale egale cu +1 V și minus 1 V sunt aplicate intrărilor sumatorului inversor (Fig. 13, B), atunci curenții care curg prin acestea vor fi în direcții diferite, vor fi compensați reciproc și ieșirea va fi de 0 V. Prin rezistorul Rooc în acest caz nu va circula nici un curent. Cu alte cuvinte, curentul care curge prin Rooc este însumat algebric cu intrare curenti.

De asemenea, rezultă un punct important: în timp ce operam cu tensiuni de intrare mici (1...3 V), ieșirea unui amplificator operațional utilizat pe scară largă ar putea furniza un astfel de curent (1...3 mA) pentru Rooc. și mai rămăsese ceva pentru sarcina conectată la ieșirea amplificatorului operațional. Dar dacă tensiunile semnalului de intrare sunt crescute la maximul permis (aproape de tensiunile de alimentare), atunci se dovedește că întregul curent de ieșire va intra în Rooc. Nu va mai rămâne nimic pentru încărcătură. Și cine are nevoie de o treaptă de amplificare care să funcționeze „pentru sine”? În plus, valorile rezistențelor de intrare, egale cu doar 1 kOhm (în consecință, determinând rezistența de intrare a etapei amplificatorului inversor), necesită curenți excesiv de mari pentru a circula prin ele, încărcând puternic sursa de semnal. Prin urmare, în circuitele reale, rezistența Rin este aleasă să fie nu mai mică de 10 kOhm, dar de preferință nu mai mare de 100 kOhm, astfel încât pentru un câștig dat, Rooc să nu fie setat la o valoare prea mare. Deși aceste valori nu sunt absolute, ci doar aproximative, așa cum se spune, „ca o primă aproximare” - totul depinde de schema specifică. În orice caz, nu este de dorit ca un curent care depășește 5...10% din curentul maxim de ieșire al acestui amplificator operațional special să curgă prin Rooc.

Semnalele de sumare pot fi, de asemenea, furnizate unei intrări neinversoare. Se dovedește sumator neinversător. În principiu, un astfel de circuit va funcționa exact în același mod ca un sumator inversor, a cărui ieșire va fi un semnal direct proporțional cu tensiunile de intrare și invers proporțional cu valorile rezistențelor de intrare. Cu toate acestea, în practică este folosit mult mai rar, deoarece conține „greble” de care ar trebui luate în considerare.

Deoarece regula 2 se aplică doar intrării inversoare, care este supusă unui „potențial zero virtual”, atunci intrarea neinversătoare va avea un potențial egal cu suma algebrică a tensiunilor de intrare. Prin urmare, tensiunea de intrare prezentă la una dintre intrări va afecta tensiunea furnizată celorlalte intrări. Nu există „potențial virtual” la intrarea neinversoare! Ca rezultat, este necesar să folosiți trucuri suplimentare de proiectare a circuitelor.

Până acum, am luat în considerare circuite bazate pe amplificatoare operaționale cu OOS. Ce se întâmplă dacă feedback-ul este eliminat cu totul? În acest caz obținem comparator(Fig. 14), adică un dispozitiv care compară valoarea absolută a două potențiale la intrările sale (din cuvântul englezesc comparaţie- compara). Ieșirea sa va fi o tensiune care se apropie de una dintre tensiunile de alimentare, în funcție de ce semnal este mai mare decât celălalt. De obicei, semnalul de intrare este aplicat uneia dintre intrări, iar cealaltă este o tensiune constantă cu care este comparată (așa-numita „tensiune de referință”). Poate fi orice, inclusiv potenţial egal cu zero (Fig. 14, B).

Orez. 14 Schema de circuit pentru conectarea unui amplificator operațional ca comparator

Totuși, nu totul este atât de bine „în regatul Danemarcei”... Ce se întâmplă dacă tensiunea dintre intrări este zero? În teorie, rezultatul ar trebui să fie, de asemenea, zero, dar în realitate - nu. Dacă potențialul de la una dintre intrări depășește chiar puțin potențialul celeilalte, atunci acest lucru va fi deja suficient pentru ca la ieșire să apară supratensiuni haotice din cauza perturbațiilor aleatorii induse la intrările comparatorului.

În realitate, orice semnal este „zgomotos”, pentru că nu poate exista un ideal prin definiție. Și în zona apropiată de punctul de potențial egal al intrărilor, o stivă de semnale de ieșire va apărea la ieșirea comparatorului în loc de o comutare clară. Pentru a combate acest fenomen, este adesea introdus un circuit comparator histerezis prin crearea unui PIC pozitiv slab de la ieșire la intrarea neinversoare (Fig. 15).

Orez. 15 Principiul de funcționare a histerezisului în comparator datorită PIC

Să analizăm funcționarea acestei scheme. Tensiunea sa de alimentare este de ±10 V (pentru o măsură bună). Rezistența Rin este de 1 kOhm, iar Rpos este de 10 kOhm. Potențialul punctului mediu este selectat ca tensiune de referință furnizată intrării inversoare. Curba roșie arată semnalul de intrare care ajunge la pinul din stânga Rin (intrare sistem comparator), albastru - potențial la intrarea neinversoare a amplificatorului operațional și verde - semnal de ieșire.

În timp ce semnalul de intrare are o polaritate negativă, ieșirea are o tensiune negativă, care, prin Rpos, se însumează cu tensiunea de intrare în proporție inversă cu valorile rezistențelor corespunzătoare. Ca urmare, potențialul intrării neinversoare în întregul interval de valori negative este cu 1 V (în valoare absolută) mai mare decât nivelul semnalului de intrare. De îndată ce potențialul intrării neinversoare este egal cu potențialul celei inversoare (pentru semnalul de intrare acesta va fi + 1 V), tensiunea de la ieșirea amplificatorului operațional va începe să treacă de la polaritatea negativă spre pozitiv. Potențialul total la intrarea neinversoare va începe ca o avalanșă devin și mai pozitive, susținând procesul de astfel de comutare. Ca rezultat, comparatorul pur și simplu „nu va observa” fluctuații minore de zgomot în semnalele de intrare și de referință, deoarece acestea vor fi cu multe ordine de mărime mai mici ca amplitudine decât „pasul” descris de potențial la intrarea neinversabilă în timpul comutării.

Când semnalul de intrare scade, comutarea inversă a semnalului de ieșire al comparatorului va avea loc la o tensiune de intrare de minus 1 V. Această diferență între nivelurile semnalului de intrare duce la comutarea ieșirii comparatorului, egală în cazul nostru cu un total de 2 V, se numește histerezis. Cu cât rezistența Rpos este mai mare în raport cu Rin (cu cât adâncimea POS-ului este mai mică), cu atât histerezisul de comutare este mai mic. Deci, la Rpos = 100 kOhm va fi doar 0,2 V, iar la Rpos = 1 Mohm - 0,02 V (20 mV). Histerezisul (adâncimea PIC-ului) este selectat pe baza condițiilor reale de funcționare ale comparatorului într-un circuit specific. În unele cazuri vor exista o mulțime de 10 mV, iar în unele cazuri 2 V nu este suficient.

Din păcate, nu orice amplificator operațional și nu în toate cazurile poate fi folosit ca comparator. Sunt produse microcircuite comparatoare specializate pentru potrivirea semnalelor analogice și digitale. Unele dintre ele sunt specializate pentru conectarea la microcircuite digitale TTL (597CA2), altele - la microcircuite digitale ESL (597CA1), dar cele mai multe sunt așa-numite. „comparatoare pentru aplicare largă” (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Principala lor diferență față de amplificatoarele operaționale este designul special al etajului de ieșire, care este realizat pe un tranzistor cu colector deschis (Fig. 16).

Orez. 16 Etapa de ieșire a comparatoarelor utilizate pe scară largă
și conexiunea acestuia la rezistența de sarcină

Acest lucru necesită utilizarea obligatorie a externe rezistență de sarcină(R1), fără de care semnalul de ieșire este pur și simplu fizic incapabil să formeze un nivel de ieșire ridicat (pozitiv). Tensiunea +U2 la care este conectat rezistorul de sarcină poate fi diferită de tensiunea de alimentare +U1 a cipului comparator în sine. Acest lucru permite mijloace simple de a furniza semnalul de ieșire la nivelul dorit - fie el TTL sau CMOS.

Notă În majoritatea comparatoarelor, un exemplu dintre care poate fi dual LM393 (LM193/LM293) sau exact același design de circuit, dar quad LM339 (LM139/LM239), emițătorul tranzistorului etajului de ieșire este conectat la borna de putere negativă, care oarecum. limitează domeniul lor de aplicare. În acest sens, aș dori să atrag atenția asupra comparatorului LM31 (LM111/LM211), al cărui analog este 521/554CA3 domestic, în care atât colectorul, cât și emițătorul tranzistorului de ieșire sunt conectate separat, care pot fi conectate. la alte tensiuni decât tensiunea de alimentare a comparatorului însuși. Singurul și relativ dezavantaj al său este că există doar unul într-un pachet cu 8 pini (uneori cu 14 pini).

Până acum, am luat în considerare circuitele în care semnalul de intrare a fost furnizat intrării(e) prin Rin, adică. erau toti convertoare intrare tensiune in zi libera Voltaj la fel. În acest caz, curentul de intrare a trecut prin Rin. Ce se întâmplă dacă rezistența sa este considerată egală cu zero? Circuitul va funcționa exact la fel ca amplificatorul inversor discutat mai sus, doar rezistența de ieșire a sursei de semnal (Rout) va servi drept Rin și vom obține convertor intrare actual V zi libera Voltaj(Fig. 17).

Orez. 17 Circuitul convertorului curent-tensiune la amplificatorul operațional

Deoarece potențialul de la intrarea inversoare este același cu cel de la intrarea neinversoare (în acest caz egal cu „zero virtual”), întregul curent de intrare ( euintrare) va curge prin Rooc între ieșirea sursei de semnal (G) și ieșirea amplificatorului operațional. Rezistența de intrare a unui astfel de circuit este aproape de zero, ceea ce face posibilă construirea de micro/miliametri pe baza acestuia, care nu au practic niciun efect asupra curentului care curge prin circuitul măsurat. Poate că singura limitare este domeniul admisibil de tensiuni de intrare a amplificatorului operațional, care nu trebuie depășit. Cu ajutorul acestuia, puteți construi, de exemplu, un convertor liniar curent-tensiune cu fotodiodă și multe alte circuite.

Am examinat principiile de bază ale funcționării unui amplificator operațional în diferite circuite pentru includerea acestuia. Rămâne o întrebare importantă: lor nutriție.

După cum am menționat mai sus, un amplificator operațional are de obicei doar 5 pini: două intrări, o ieșire și doi pini de alimentare, pozitiv și negativ. În cazul general, se folosește puterea bipolară, adică sursa de alimentare are trei borne cu potențiale: +U; 0; – U.

Încă o dată, luați în considerare cu atenție toate cifrele de mai sus și vedeți că o ieșire separată a punctului de mijloc în amplificatorul operațional NU ! Pur și simplu nu este necesar pentru funcționarea circuitelor lor interne. În unele circuite, o intrare non-inversoare a fost conectată la punctul de mijloc, cu toate acestea, aceasta nu este regula.

Prin urmare, copleșitoare majoritate amplificatoarele operaționale moderne sunt proiectate să alimenteze UNIPOLAR tensiune! Apare o întrebare logică: „Atunci de ce avem nevoie de nutriție bipolară”, dacă am descris-o în desene atât de încăpățânați și cu o consistență de invidiat?

Se dovedește că este simplu foarte confortabilîn scopuri practice din următoarele motive:

A) Pentru a asigura o balansare suficientă a curentului și a tensiunii de ieșire prin sarcină (Fig. 18).

Orez. 18 Curentul de ieșire curge prin sarcină pentru diferite opțiuni de putere a amplificatorului operațional

Deocamdată, nu vom lua în considerare circuitele de intrare (și OOS) ale circuitelor prezentate în figură („cutie neagră”). Să luăm de la sine înțeles că un fel de semnal sinusoidal de intrare este furnizat la intrare (sinusoidul negru pe grafice) și ieșirea produce același semnal sinusoidal, amplificat în raport cu sinusoida colorată de intrare pe grafice).

La conectarea sarcinii Rload. între ieșirea amplificatorului operațional și punctul central de conectare al surselor de alimentare (GB1 și GB2) - Fig. 18, A, curentul prin sarcină curge simetric față de punctul de mijloc (semi-unde roșii și albastre, respectiv), iar amplitudinea sa este maximă și amplitudinea tensiunii la Rsarcină. este de asemenea maximul posibil - poate ajunge aproape la tensiuni de alimentare. Curentul de la sursa de alimentare cu polaritatea corespunzătoare este închis prin amplificatorul operațional, Rload. și sursa de alimentare (linii roșii și albastre care arată fluxul de curent în direcția corespunzătoare).

Deoarece rezistența internă a surselor de alimentare cu amplificator operațional este foarte scăzută, curentul care trece prin sarcină este limitat doar de rezistența sa și de curentul maxim de ieșire al amplificatorului operațional, care este de obicei 25 mA.

Când alimentați amplificatorul operațional cu tensiune unipolară ca autobuz comun De obicei, este selectat polul negativ (minus) al sursei de alimentare, la care este conectat al doilea terminal de sarcină (Fig. 18, B). Acum curentul prin sarcină poate curge doar într-o singură direcție (indicată de linia roșie), a doua direcție pur și simplu nu are de unde să vină. Cu alte cuvinte, curentul prin sarcină devine asimetric (pulsator).

Este imposibil să spunem fără echivoc că această opțiune este proastă. Dacă sarcina este, să zicem, un cap dinamic, atunci acest lucru este cu siguranță rău pentru ea. Cu toate acestea, există multe aplicații în care conectarea unei sarcini între ieșirea amplificatorului operațional și una dintre șinele de alimentare (de obicei polaritate negativă) este nu numai acceptabilă, ci și singura posibilă.

Dacă încă trebuie să asigurați simetria fluxului de curent prin sarcină cu o sursă unipolară, atunci trebuie să o izolați galvanic de ieșirea amplificatorului operațional folosind condensatorul C1 (Fig. 18, B).

B) Pentru a furniza curentul necesar pentru intrarea inversoare, precum și legături semnale de intrare la unii arbitrar selectat nivel, admis pentru referință (zero) - setarea modului de funcționare al amplificatorului operațional pentru curent continuu (Fig. 19).

Orez. 19 Conectarea unei surse de semnal de intrare pentru diferite opțiuni de alimentare a amplificatorului operațional

Acum vom lua în considerare opțiunile pentru conectarea surselor de semnal de intrare, excluzând conexiunea la sarcină din considerare.

Conectarea intrărilor inversoare și neinversoare la punctul mijlociu de conectare a surselor de alimentare (Fig. 19, A) a fost luată în considerare la analiza circuitelor prezentate anterior. Dacă intrarea non-inversoare nu consumă curent și acceptă pur și simplu potențialul punctului mediu, atunci curentul trece prin sursa de semnal (G) și Rin conectate în serie, închizându-se prin sursa de alimentare corespunzătoare! Și deoarece rezistențele lor interne sunt neglijabile în comparație cu curentul de intrare (multe ordine de mărime mai mici decât Rin), practic nu are niciun efect asupra tensiunii de alimentare.

Astfel, cu o sursă de alimentare unipolară a amplificatorului operațional, puteți forma destul de ușor potențialul furnizat intrării sale neinversoare folosind divizorul R1R2 (Fig. 19, B, C). Valorile tipice ale rezistenței acestui divizor sunt de 10...100 kOhm și este foarte recomandabil să îl derivați pe cel inferior (conectat la magistrala negativă comună) cu un condensator de 10...22 µF pentru a reduce semnificativ influența. de ondulare a tensiunii de alimentare asupra potențialului unui astfel de artificial punct de mijloc.

Dar este extrem de nedorit să conectați sursa de semnal (G) la acest punct de mijloc artificial din cauza aceluiași curent de intrare. Să ne dăm seama. Chiar și cu valori nominale ale divizorului R1R2 = 10 kOhm și Rin = 10...100 kOhm, curentul de intrare euintrare va fi în cel mai bun caz 1/10 și în cel mai rău caz - până la 100% din curentul care trece prin divizor. În consecință, potențialul de la intrarea neinversoare va „pluti” cu aceeași cantitate în combinație (în fază) cu semnalul de intrare.

Pentru a elimina influența reciprocă a intrărilor unul asupra celuilalt atunci când semnalele DC sunt amplificate cu această conexiune, ar trebui organizat un potențial de punct mediu artificial separat pentru sursa de semnal, format din rezistențele R3R4 (Fig. 19, B), sau, dacă AC semnalul este amplificat, sursa de semnal trebuie izolată galvanic de intrarea inversoare cu condensatorul C2 (Fig. 19, B).

Trebuie remarcat faptul că în circuitele de mai sus (Fig. 18, 19) am făcut ipoteza implicită că semnalul de ieșire trebuie să fie simetric fie față de punctul de mijloc al surselor de alimentare, fie de un punct de mijloc artificial. În realitate, acest lucru nu este întotdeauna necesar. Destul de des doriți ca semnalul de ieșire să aibă predominant polaritate pozitivă sau negativă. Prin urmare, nu este deloc necesar ca polaritățile pozitive și negative ale sursei de alimentare să fie egale în valoare absolută. Unul dintre ele poate fi semnificativ mai mic în valoare absolută decât celălalt - doar astfel încât să asigure funcționarea normală a amplificatorului operațional.

Apare o întrebare firească: „Care anume?” Pentru a răspunde la aceasta, să luăm în considerare pe scurt intervalele de tensiune permise ale semnalelor de intrare și de ieșire ale amplificatorului operațional.

Pentru orice amplificator operațional, potențialul de ieșire nu poate fi mai mare decât potențialul magistralei de putere pozitivă și mai mic decât potențialul magistralei de putere negativă. Cu alte cuvinte, tensiunea de ieșire nu poate depăși tensiunea de alimentare. De exemplu, pentru un amplificator operațional OPA277, tensiunea de ieșire la o rezistență de sarcină de 10 kOhm este cu 2 V mai mică decât tensiunea șină de alimentare pozitivă și cu 0,5 V mai mică decât tensiunea șină de alimentare negativă. Lățimea acestor tensiuni de ieșire „zone moarte” pe care ieșirea amplificatorului operațional nu poate ajunge depinde de factorii seriei, cum ar fi proiectarea circuitului etapei de ieșire, rezistența la sarcină etc.). Există amplificatoare operaționale care au zone moarte minime, de exemplu, 50 mV înainte de tensiunea șinei de alimentare la o sarcină de 10 kOhm (pentru OPA340), această caracteristică a amplificatorului operațional este numită „rail-to-rail” (R2R).

Pe de altă parte, pentru amplificatoarele operaționale cu aplicații extinse, semnalele de intrare nu ar trebui să depășească tensiunea de alimentare și, pentru unii, să fie cu 1,5...2 V mai mici decât acestea. Cu toate acestea, există amplificatoare operaționale cu circuite specifice etapei de intrare. (de exemplu, același LM358/LM324), care poate funcționa nu numai de la un nivel de alimentare negativ, ci chiar „minus” cu 0,3 V, ceea ce facilitează foarte mult utilizarea lor cu o sursă unipolară cu o magistrală negativă comună.

În sfârșit, să ne uităm și să atingem aceste „păianjeni”. Poți chiar să adulmeci și să-l lingi. imi permit. Să luăm în considerare cele mai comune opțiuni disponibile pentru radioamatorii începători. Mai mult, dacă trebuie să deslipiți amplificatoarele operaționale din echipamente vechi.

Modelele de amplificatoare operaționale mai vechi care necesitau în mod necesar circuite externe pentru corecția frecvenței pentru a preveni autoexcitarea au fost caracterizate prin prezența unor pini suplimentari. Din această cauză, unele amplificatoare operaționale nici măcar nu s-au „încadrat” în carcasa cu 8 pini (Fig. 20, A) și au fost fabricate în amplificatoare metalice rotunde cu 12 pini, de exemplu, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (Fig. .20, B) sau pachete DIP cu 14 pini, de exemplu, K140UD20, K157UD2 (Fig. 20, B). Abrevierea DIP este o abreviere a expresiei engleze „Dual In line Package” și este tradusă ca „pachet cu două pini”.

Carcasa rotundă din metal și sticlă (Fig. 20, A, B) a fost folosită ca principală pentru amplificatoarele operaționale importate până la mijlocul anilor '70 și pentru amplificatoarele operaționale autohtone până la mijlocul anilor '80 și este acum folosită pentru așa-zisul. aplicații „militare” („a cincea acceptare”).

Uneori, amplificatoarele operaționale interne au fost plasate în pachete destul de „exotice” în acest moment: unul dreptunghiular din metal-sticlă cu 15 pini pentru hibridul K284UD1 (Fig. 20, D), în care cheia este al 15-lea pin suplimentar de la cazul, și altele. Adevărat, personal nu am văzut pachete plane cu 14 pini (Fig. 20, D) pentru plasarea amplificatoarelor operaționale în ele. Au fost folosite pentru microcircuite digitale.

Orez. 20 Cazuri de amplificatoare operaționale casnice

Amplificatoarele operaționale moderne conțin în mare parte circuite de corecție direct pe cip, ceea ce face posibil să vă descurcați cu un număr minim de pini (de exemplu, SOT23-5 cu 5 pini pentru un singur amplificator operațional - Fig. 23). Acest lucru a făcut posibilă plasarea a două până la patru amplificatoare operaționale complet independente (cu excepția pinilor de alimentare obișnui), fabricate pe un singur cip într-un singur pachet.

Orez. 21 Carcase din plastic cu două rânduri ale amplificatoarelor operaționale moderne pentru montarea la ieșire (DIP)

Uneori puteți găsi amplificatoare operaționale plasate în pachete cu un singur rând cu 8 pini (Fig. 22) sau cu 9 pini (SIP) - K1005UD1. Abrevierea SIP este o abreviere a expresiei engleze „Single In line Package” și este tradusă ca „single-sided package”.

Orez. 22 Carcasă din plastic pe un singur rând de amplificatoare operaționale duble pentru montarea la ieșire (SIP-8)

Ele au fost concepute pentru a minimiza spațiul ocupat pe placă, dar, din păcate, au întârziat: până la acest moment, pachetele de montare la suprafață (SMD - Surface Mounting Device) prin lipire directă pe urmele plăcii au devenit larg răspândite (Fig. 23). Cu toate acestea, pentru începători utilizarea lor prezintă dificultăți semnificative.

Orez. 23 de cazuri de amplificatoare operaționale moderne cu montare pe suprafață (SMD) importate

Foarte des, același microcircuit poate fi „ambalat” de producător în pachete diferite (Fig. 24).

Orez. 24 Opțiuni pentru plasarea aceluiași cip în carcase diferite

Pinii tuturor microcircuitelor sunt numerotați succesiv, numărați din așa-numitele. „cheie” care indică locația pinului numărul 1. (Fig. 25). ÎN orice caz, dacă carcasa este poziționată cu cabluri Apăsaţi, numerotarea lor este în ordine crescătoare împotriva în sensul acelor de ceasornic!

Orez. 25 Pinouts amplificatorului operațional
în diverse carcase (pinout), vedere de sus;
direcția de numerotare este indicată de săgeți

În carcasele rotunde din metal-sticlă, cheia are aspectul unei proeminențe laterale (Fig. 25, A, B). Cu locația acestei chei, sunt posibile „greble” uriașe! În pachetele interne cu 8 pini (302.8), cheia este situată vizavi de primul știft (Fig. 25, A), iar în TO-5 importat - vizavi de al optulea știft (Fig. 25, B). În pachetele cu 12 pini, atât interne (302.12) cât și importate, se află cheia între prima și a 12-a concluzie.

De obicei, intrarea inversoare, atât în ​​pachetele rotunde din metal-sticlă, cât și în pachetele DIP, este conectată la al 2-lea pin, neinversabilă - la al 3-lea, ieșire - la al 6-lea, minus putere - la al 4-lea și plus putere - la al 7-lea Cu toate acestea, există excepții (un alt posibil „rake”!) în pinout-ul OU K140UD8, K574UD1. În ele, numerotarea pinii este deplasată cu unul în sens invers acelor de ceasornic în comparație cu ceea ce este în general acceptat pentru majoritatea celorlalte tipuri, de exemplu. Ele sunt conectate la terminale, ca în cazurile de import (Fig. 25, B), iar numerotarea corespunde celor interne (Fig. 25, A).

În ultimii ani, majoritatea amplificatoarelor operaționale „de uz casnic” au început să fie plasate în carcase de plastic (Fig. 21, 25, B-D). În aceste cazuri, cheia este fie o adâncitură (punct) opusă primului știft, fie o decupaj la capătul carcasei între primul și al 8-lea știft (DIP-8) sau al 14-lea (DIP-14), sau o teșitură de-a lungul prima jumătate a știfturilor (Fig. 21, în mijloc). Numerotarea acelor în aceste cazuri este de asemenea împotriva în sensul acelor de ceasornic când este privit de sus (cu concluzii de la tine).

După cum am menționat mai sus, amplificatoarele operaționale corectate intern au doar cinci pini, dintre care doar trei (două intrări și o ieșire) aparțin fiecărui amplificator operațional individual. Acest lucru a făcut posibilă plasarea a două amplificatoare operaționale complet independente pe un cristal într-un pachet cu 8 pini (cu excepția sursei de alimentare plus și minus, care necesită încă doi pini) (Fig. 25, D) și chiar patru într-un pachet cu 14 pini (Fig. 25, D). Ca urmare, majoritatea amplificatoarelor operaționale sunt produse în prezent ca cel puțin duale, de exemplu, TL062, TL072, TL082, ieftin și simplu LM358 etc. Exact la fel ca structură internă, dar cvadruplu - respectiv, TL064, TL074, TL084 și LM324.

Într-o relație analog domestic LM324 (K1401UD2) există un alt „rake”: dacă în LM324 plusul sursei de alimentare este conectat la al 4-lea pin, iar minusul la al 11-lea, atunci în K1401UD2 este invers: plusul puterii sursa este conectată la al 11-lea pin, iar minusul la al 4-lea. Cu toate acestea, această diferență nu provoacă dificultăți la cablare. Deoarece pinout-ul pinilor amplificatorului operațional este complet simetric (Fig. 25, D), trebuie doar să rotiți carcasa la 180 de grade, astfel încât primul pin să ia locul celui de-al 8-lea. Asta e tot.

Câteva cuvinte despre etichetarea amplificatoarelor operaționale importate (și nu numai amplificatoarelor operaționale). Pentru o serie de dezvoltări ale primelor 300 de denumiri digitale, a fost obișnuit să se desemneze grupul de calitate cu prima cifră a codului digital. De exemplu, amplificatoarele operaționale LM158/LM258/LM358, comparatoarele LM193/LM293/LM393, stabilizatoarele reglabile cu trei terminale TL117/TL217/TL317 etc. sunt complet identice în structura internă, dar diferă în domeniul de funcționare a temperaturii. Pentru LM158 (TL117) intervalul de temperatură de funcționare este de la minus 55 la +125...150 grade Celsius (așa-numitul „de luptă” sau domeniul militar), pentru LM258 (TL217) - de la minus 40 la +85 de grade (" industrial”) și pentru LM358 (TL317) - de la 0 la +70 de grade (gamă „casnic”). Mai mult, prețul pentru ele poate fi complet incompatibil cu o astfel de gradare sau poate diferi foarte ușor ( moduri misterioase de stabilire a prețurilor!). Deci, le puteți cumpăra cu orice marcaj care este accesibil pentru un începător, fără a urmări în mod special primele „trei”.

După ce primele trei sute de marcaje digitale au fost epuizate, grupurile de fiabilitate au început să fie marcate cu litere, al căror sens este descifrat în fișele de date (Foaie de date se traduce literalmente ca „tabel de date”) pentru aceste componente.

Concluzie

Așa că am studiat „ABC”-ul funcționării amplificatorului operațional, acoperind puțin comparatoare. În continuare, trebuie să învățați să puneți cuvinte, propoziții și „eseuri” întregi semnificative (scheme funcționale) din aceste „litere”.

Din păcate, „Este imposibil să îmbrățișezi imensitatea.” Dacă materialul prezentat în acest articol a ajutat la înțelegerea modului în care funcționează aceste „cutii negre”, atunci aprofundarea în continuare a analizei „umplerii”, influența caracteristicilor de intrare, ieșire și tranzitorii, este sarcina unui studiu mai avansat. Informațiile despre aceasta sunt prezentate în detaliu și în detaliu într-o varietate de literatură existentă. După cum spunea bunicul William de Ockham: „Entitățile nu trebuie multiplicate dincolo de ceea ce este necesar”. Nu este nevoie să repeți ceea ce a fost deja bine descris. Trebuie doar să nu fii leneș și să o citești.

11. http://www.texnic.ru/tools/lekcii/electronika/l6/lek_6.html

Așadar, permiteți-mi să-mi iau concediu, cu respect etc., autor Alexey Sokolyuk ()