Operatsion kuchaytirgichlarga asoslangan analog regulyatorlar. Operatsion kuchaytirgichdagi PWM regulyatori

Tekshirish moslamasi xatoni hisoblab chiqadi (mos yozuvlar signali va qayta aloqa signali o'rtasidagi farq) va uni ma'lum bir matematik operatsiyaga muvofiq boshqaruv harakatiga aylantiradi.

ACS asosan quyidagi turdagi kontrollerlardan foydalanadi: proportsional (P), integral (I) va proportsional-integral (PI). O'zgartirilgan signallarning turiga qarab analog va raqamli regulyatorlar farqlanadi.

Analog regulyatorlar(AR) operatsion kuchaytirgichlar asosida amalga oshiriladi, raqamli- maxsus hisoblash qurilmalari yoki mikroprotsessorlar asosida. Analog kontrollerlar faqat vaqtning uzluksiz funktsiyalari bo'lgan analog signallarni o'zgartiradilar. AP orqali o'tayotganda, uzluksiz signalning har bir oniy qiymati aylantiriladi.

ARni amalga oshirish uchun operatsion kuchaytirgich (op-amp) salbiy teskari aloqa bilan yig'ish kuchaytirgich sxemasiga muvofiq ulanadi. Regulyatorning turi va uning uzatish funktsiyasi kirish va op-amp teskari aloqadagi zanjirlardagi rezistorlar va kondansatörlarni ulash sxemasi bilan belgilanadi.

Proportsional kontroller (P-regulyator) qarshilik R os bo'lgan op-amp rezistorni qayta aloqa pallasiga ulash orqali amalga oshiriladi. Ushbu kontroller proportsionallik koeffitsienti bilan tavsiflanadi Kimga , bu bittadan katta yoki kichik bo'lishi mumkin.

Integral regulyator (I-regulyator) op-amp kondansatörü C qayta aloqa pallasiga ulanganda amalga oshiriladi. Ushbu turdagi boshqaruvchi vaqt konstantasi bilan tavsiflanadi T.

Proportsional-integral boshqaruvchi (PI tekshirgichi) Roc qarshiligi bo'lgan rezistor va Coc kondensatorini op-amp qayta aloqa pallasiga ulash orqali amalga oshiriladi. Bunday regulyator quyidagi parametrlar bilan tavsiflanadi: mutanosiblik koeffitsienti Kimga va doimiy vaqt T.

Barcha turdagi regulyatorlar uchun amalga oshirish sxemasi R 1 kirish qarshiligiga ega.

Regulyatorlarni amalga oshirish sxemalari, regulyator chiqishi U chiqishidagi kuchlanishning U kirishiga bog'liqligi va ularning grafik tasviri, shuningdek regulyatorlarning parametrlarini topish formulalari 1-jadvalda keltirilgan.

1-jadval - Regulyatorlar

Joriy sensorlar nima uchun mo'ljallanganligini va ularga qanday talablar qo'llanilishini tushuntiring. Elektr haydovchining funktsional diagrammalarini keltiring to'g'ridan-to'g'ri oqim transformator oqimi sensori va shuntga asoslangan oqim sensori bilan.

Oqim sensorlari (CT) vosita oqimining kuchi va yo'nalishi haqida ma'lumot olish uchun mo'ljallangan. Ularga quyidagi talablar qo'yiladi:

0,1I nomdan 5I nomgacha boʻlgan oraliqda nazorat xarakteristikalarining chiziqliligi 0,9 dan kam boʻlmagan;

Quvvat davri va boshqaruv tizimining galvanik izolyatsiyasining mavjudligi;

Yuqori ishlash.

AEP koordinata sensori tizimli ravishda o'lchash transduserining (MT) va mos keladigan moslamaning (CU) ketma-ket ulanishi sifatida ifodalanishi mumkin (1-rasm). O'lchov o'tkazgichi koordinatani o'zgartiradi X elektr kuchlanish signalida Va(yoki joriy i), mutanosib X. Mos keladigan qurilma chiqish signalini o'zgartiradi Va IP qayta aloqa signaliga u os, o'lchami va shakli ACSni qondiradi.

1-rasm - AEP koordinata sensorining blok diagrammasi

DT da o'lchov o'tkazgichlari sifatida tok transformatorlari, tekislash choklarining qo'shimcha (kompensatsion) o'rashlari, Hall elementlari va shuntlar qo'llaniladi.

Dvigatel oqimini o'lchash uchun shuntlarga asoslangan oqim sensorlari keng qo'llaniladi. Shunt sof faol qarshilikka ega bo'lgan to'rt terminalli rezistor R w(induktiv bo'lmagan shunt), quvvat davri oqim terminallariga ulanadi va o'lchash davri potentsial terminallarga ulanadi. (2-rasm)

Dvigatel pallasida oqimning o'tishiga shuntning ta'sirini kamaytirish uchun uning qarshiligi minimal bo'lishi kerak. Shunt bo'ylab nominal kuchlanishning pasayishi odatda 75 mV ni tashkil qiladi, shuning uchun uni kuchaytirgich yordamida kuchaytirish kerak.Shunt elektr zanjiriga potentsial ulanishga ega bo'lganligi sababli, oqim sensori galvanik izolyatsiya moslamasini (GID) o'z ichiga olishi kerak. Bunday qurilmalar sifatida transformator va optoelektronik qurilmalar qo'llaniladi.

Shakl 2 - Shuntga asoslangan oqim sensorini ulash uchun sxema

Oqim transformatorlariga asoslangan DTlar, asosan, DC AEDlarda simmetrik ko'prikli bir fazali va uch fazali rektifikatorlar bilan quvvatlanganda, dvigatellarning oqimini o'lchash uchun ishlatiladi. Bir fazali rektifikator uchun (3-rasm) bitta oqim transformatori (TA1), uch fazali rektifikator uchun esa yulduzga ulangan uchta transformator ishlatiladi. Oqim transformatorlarining ish rejimini qisqa tutashuv rejimiga yaqin bo'lishini ta'minlash uchun ularning ikkilamchi o'rashlari R CT (0,2...1,0 Ohm) past qarshilikli rezistorlar bilan yuklanadi. Ikkilamchi sariqlarning o'zgaruvchan kuchlanishini konvertatsiya qilish VD1...VD4 rektifikatori tomonidan amalga oshiriladi.

Shakl 2 - oqim transformatoriga asoslangan oqim sensorini ulash uchun sxema

13. Armatura EMF datchigining funksional sxemasini keltiring, uning ishlash prinsipini tushuntiring.

Tezlikni boshqarish diapazoni uchun past talablar bilan (50 gacha), EMF teskari aloqa elektr haydovchida asosiy fikr sifatida ishlatiladi. Armatura EMF sensorining ishlash printsipi dvigatelning EMFni hisoblashga asoslangan.

EMF sensorining funktsional diagrammasi 1-rasmda ko'rsatilgan.

1-rasm - Armatura EMF sensorining funktsional diagrammasi

Armatura kuchlanishini o'lchash uchun R2, R3 rezistorlarida ajratuvchi ishlatiladi. Dvigatel armatura oqimini o'lchash uchun tekislash chokining L1.2 qo'shimcha o'rashidan foydalaniladi. Kuchlanishi va men bo'linuvchi, RC filtri va A1 takrorlagich orqali A2 qo'shimchasiga beriladi. Armatura o'rashidagi kuchlanishning pasayishiga mutanosib signal A2 qo'shimchasining kirishiga ham beriladi. R i. ts ∙i i.

Chiqish kuchlanishining ifodasi u de barqaror rejimda ishlash uchun kuchaytirgich A2 shaklga ega

Qayerda Kimga de - EMF sensorining uzatish koeffitsienti,

e Men armatura emf.

Dvigatel armaturasidagi kuchlanishga mutanosib signalni olish uchun rezistorli kuchlanish ajratgichni quyidagi sxema bo'yicha ham ulash mumkin.

Shakl 2 - kuchlanish sensori ulanish sxemasi

Ajratuvchining chiqish kuchlanishi

Ajratgichga qo'shimcha ravishda kuchlanish sensori galvanik izolyatsiyalash moslamalarini ham o'z ichiga olishi mumkin

kuchaytirgich.

14. Vertikal bir kanalli impulsli fazali boshqaruv tizimining diagrammasini chizing, vaqt diagrammasi yordamida uning ishlash printsipini tushuntiring.

Rektifikator tiristorlarini boshqarish uchun impuls-fazali boshqaruv tizimi (PPCS) qo'llaniladi, u quyidagi funktsiyalarni bajaradi:

Muayyan o'ziga xos tiristorlar ochilishi kerak bo'lgan momentlarni aniqlash; vaqtning bu momentlari ACS chiqishidan SIFU kirishiga keladigan nazorat signali bilan o'rnatiladi;

Tiristorlarning nazorat elektrodlariga kerakli vaqtlarda uzatiladigan va kerakli amplituda, quvvat va davomiylikka ega bo'lgan ochilish impulslarini shakllantirish.

Keling, bir fazali ko'prik rektifikatorining tiristorlarini boshqaradigan vertikal bir kanalli SIFU ishini ko'rib chiqaylik (1-rasm).

1-rasm - Bir fazali ko'prik rektifikatorining diagrammasi

O'zgaruvchan kuchlanish generatori GPN sinxronizatordan kuchlanish C olinganda boshlanadi (2-rasm). Bu tiristorlarga to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish qo'llanilganda sodir bo'ladi, ya'ni. tabiiy kommutatsiya nuqtalarida.

2-rasm - Vertikal bir kanalli SIFU sxemasi

GPG chiqishidan arra tish kuchlanishi US qiyoslash moslamasiga beriladi, u erda U y nazorat kuchlanishi bilan solishtiriladi (3-rasm). Arra tishlari va nazorat kuchlanishlari teng bo'lgan paytda, boshqaruv bloki impulsni hosil qiladi, u RI impuls tarqatuvchisi orqali FI1 yoki FI2 impulslarini shakllantiruvchiga, so'ngra VF1 yoki VF2 chiqish shakllantiruvchi orqali rektifikator tiristorlariga yuboriladi. Chiqish shakllantiruvchilari quvvatdagi ochilish impulslarini kuchaytiradi va SIFUni quvvat qismidan ajratib turadi. Komparator sifatida operativ kuchaytirgichga asoslangan komparator ishlatiladi.

3-rasm - SIFU ish sxemalari

15. Uch fazali nol qaytariluvchi rektifikatorli qo'shma boshqaruvli elektr haydovchining funksional sxemasini keltiring va uning ishlash prinsipini tushuntiring.

Tiristorlar to'plamlarini birgalikda boshqarishda ochilish impulslari bir vaqtning o'zida ikkala VS1, VS2, VS3 va VS4, VS5, VS6 to'plamlariga qo'llaniladi (1-rasm). Shu bilan birga, dvigatelning aylanish yo'nalishiga qarab, bitta to'plam rektifikator rejimida, ikkinchisi esa inverter rejimida ishlaydi. Armatura oqimi rektifikator rejimida ishlaydigan to'plam orqali oqadi.

1-rasm - Uch fazali nol klapanlar to'plamlarini birgalikda boshqarish

teskari rektifikator

Rektifikator tiristorni boshqarish tizimi ikkita SIFU (SIFU1, SIFU2) va analog inverter A1ni o'z ichiga oladi.

Agar VS1, VS2, VS3 rektifikator rejimida va VS4, VS5, VS6 invertor rejimida ishlasa, u holda vosita oldinga aylanadi. Agar buning aksi bo'lsa, vosita orqaga aylanadi.

Ochilish impulslari ikkala to'plamga ham qo'llanilganligi sababli, TV1 transformatorining ikkilamchi o'rashining ikki fazali yopiq zanjiri ikkita ochiq valf orqali, masalan, VS1 va VS6 orqali hosil bo'ladi.

Ushbu sxemada ikkilamchi o'rashning ikki fazasining EMF yig'indisi ishlaydi, bu deyiladi. EMFni tenglashtirish:

Qayerda e 1 , e 2 - mos ravishda VS1...VS3 va VS4...VS6 to'plamlarining rektifikatsiyalangan EMF.

EMFni tenglashtirish e ur tenglashtiruvchi joriy 1-darajani yaratadi. Tenglashtiruvchi oqimga nisbatan, transformator TV1 qisqa tutashuv rejimida, chunki transformatorning faol va induktiv qarshiligi kichikdir. Shuning uchun tenglashtiruvchi tokni cheklash uchun uning oqim pallasida L1 va L2 tenglashtiruvchi reaktorlar kiritilgan.

Tenglashtiruvchi reaktorlarni kiritish bilan bir qatorda, tenglashtiruvchi oqimning cheklanishiga tenglashtiruvchi EMF ning doimiy komponenti bo'lgan to'plamlarni muvofiqlashtirilgan boshqarish orqali erishiladi. Yevro nolga teng, ya'ni.

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

Qayerda E 1, E 2- EMF ning doimiy komponentlari e 1 va mos ravishda e 2; E 0- a = 0 da rektifikatsiya qilingan emfning doimiy komponenti; a 1, a 2 - VS1...VS3 va VS4...VS6 to'plamlarning ochilish burchaklari.

a 1 + a 2 =p bo'lganda (1) shart bajariladi. Bu holat tiristorlar to'plamlarini muvofiqlashtirilgan boshqarish uchun shartdir.

Umumiy boshqaruv mavjud quyidagi afzalliklar:

· Tenglashtiruvchi oqimlar, vosita yuk oqimining kattaligidan qat'i nazar, ikkala to'plamning o'tkazuvchanlik holatini va natijada xarakteristikaning chiziqliligini ta'minlaydi (uzilishli oqim rejimi yo'q).

· Zanjirdagi hech qanday kommutatsiya bilan bog'liq bo'lmagan oqimni o'zgartirishga doimiy tayyorlik tufayli yuqori ishlash.

Biroq, birgalikda nazorat qilish bilan tenglashtiruvchi reaktorlarni o'rnatish kerak, bu esa elektr haydovchining og'irligini, narxini va o'lchamlarini oshiradi. Tenglashtiruvchi oqimlarning oqimi quvvat davri elementlariga yukni oshiradi va rektifikatorning samaradorligini pasaytiradi.

16. Alohida boshqaruvga ega teskari rektifikatorli elektr yuritmaning blok sxemasini chizing va uning ishlash prinsipini tushuntiring.

Alohida boshqaruvga ega bo'lgan reversiv rektifikatorda, bir tiristorlar to'plami rektifikator yoki inverter rejimida ishlayotgan bo'lsa, boshqa to'plam butunlay o'chiriladi (ochilish impulslari chiqariladi). Natijada, tenglashtiruvchi tok zanjiri mavjud emas, bu esa tenglashtiruvchi reaktorlarga ehtiyojni yo'q qiladi.

Alohida boshqaruvga ega (RVRU) teskari rektifikatorli elektr haydovchining blok sxemasi 1-rasmda ko'rsatilgan. RVRU ning ishlashi ta'minlanadi. qo'shimcha elementlar tiristorni boshqarish tizimlari: valf o'tkazuvchanligi sensori (VSD), mantiqiy kommutatsiya moslamasi (LSD), xarakterli kalit (CH).

1-rasm - Qaytariladigan rektifikatorli elektr haydovchining blok diagrammasi

alohida nazorat bilan

DPV rektifikator tiristorlarining holatini (ochiq yoki yopiq) aniqlash va ularning blokirovkasi haqida signal yaratish uchun mo'ljallangan, bu to'plamlarda oqim yo'qligiga teng.

Tibbiyot muassasasi quyidagi funktsiyalarni bajaradi:

U 3 signalida ko'rsatilgan vosita oqimining kerakli yo'nalishiga qarab "Oldinga" yoki "Orqaga" (KV "V" yoki KV "N") vanalarining kerakli to'plamini tanlaydi.

"Oldinga" ("B") va "Orqaga" ("H") tugmalari yordamida tiristorlarning ikkala to'plamida bir vaqtning o'zida ochiladigan impulslarning ko'rinishini taqiqlaydi;

Ilgari ishlayotgan to'plamda oqim o'tsa, ishga tushadigan to'plamga ochilish impulslarini berishni taqiqlaydi;

Ilgari ishlayotgan to'plamning barcha tiristorlarining yopilish momenti va ishlay boshlagan to'plamga ochilish impulslarini etkazib berish momenti o'rtasida vaqtinchalik pauza hosil qiladi.

Xarakteristik kalit SIFU a = ƒ(u u) ning bir qutbli sozlash xarakteristikasini teskari signal U u bilan moslashtirish uchun xizmat qiladi.

Dvigatelni orqaga qaytarish tezlik buyrug'ining belgisini o'zgartirish bilan boshlanadi, bu joriy Uc buyrug'ining belgisini o'zgartirishga olib keladi. Bu nazorat kuchlanishining pasayishiga olib keladi U y, "Oldinga" klapan to'plamining tiristorlarining ochilish burchagi a 1 ning oshishi, shuning uchun EMF E 1 ning pasayishi va oxir-oqibat, armatura oqimining pasayishi. nolga. Valflarning yopilishi DPV tomonidan qayd etiladi. DPV dan signal olayotganda, LPU ikkala to'plamning tiristorlariga impulslarni etkazib berishni taqiqlaydi ("B" ochiladi) va bir vaqtning o'zida vaqt pauzasini hisoblashni boshlaydi. Tugatgandan so'ng, LPU "Orqaga" klapan to'plamining ("H" yopiq) tiristorlariga ochilish impulslarini etkazib berishga va PH ni almashtirishga ruxsat beradi. Kompyuterni almashtirish SIFU kirishidagi nazorat kuchlanish U polaritesining o'zgarishiga olib keladi. Shu paytdan boshlab, inverter rejimida to'plamning ishlashini ta'minlaydigan HF "N" ga a 2 burchakli ochilish pulsi berila boshlaydi. Aylanma emf E 2 dan katta bo'lganligi sababli, armatura oqimi teskari yo'nalishda oqadi. Dvigatel regenerativ tormozlashni amalga oshirib, generator rejimiga o'tadi.

Alohida nazorat quyidagi afzalliklarga ega:

Reversiv rektifikatorning o'lchamlarini, og'irligini va narxini sezilarli darajada kamaytiradigan tenglashtiruvchi reaktorlar mavjud emas;

Rektifikatorda quvvat yo'qotishlarini kamaytiradigan va uning samaradorligini oshiradigan tenglashtiruvchi oqim yo'q.

Bo'lingan tenglamaning kamchiliklari:

Rektifikatorni boshqarish xususiyatlarini lineerlashtirishni talab qiladigan intervalgacha oqim rejimining mavjudligi;

Sog'liqni saqlash muassasalari, uzoq muddatli tibbiy muassasalar va ruhiy kasalxonalar mavjudligi sababli yanada murakkab boshqaruv tizimi;

To'plamlarni almashtirishda o'lik pauzaning mavjudligi.

Tashqi buzilishlarni qoplash printsipi va og'ish printsipi bo'yicha qurilgan elektron qurilmalarning yopiq tuzilmalarini keltiring va tavsiflang. Doimiy tok elektr yuritmasining ikki pallali qul boshqaruv tizimining blok-sxemasini chizing va uning bloklarini tavsiflang.

Yopiq konstruktiv EDlar tashqi buzilishlarni qoplash printsipi va teskari aloqa printsipi deb ham ataladigan og'ish printsipi asosida qurilgan.

Elektr haydovchining eng xarakterli tashqi buzilishi uchun kompensatsiya misolida kompensatsiya printsipini ko'rib chiqaylik - uning tezligini tartibga solishda yuk momenti Mc (1a-rasm).

1-rasm - Elektron konstruktsiyalarning yopiq tuzilmalari

Elektr haydovchining bunday yopiq strukturasining asosiy xususiyati - bu zanjirning mavjudligi bo'lib, u orqali elektr haydovchining kirishiga yuk momentiga mutanosib signal uzatiladi va Usc tezlikni sozlash signali bilan birga keladi.

Um = Km∙Ms, bu erda Km - mutanosiblik koeffitsienti.

Natijada, elektr haydovchi umumiy signal U ∆ tomonidan boshqariladi, u yuk momenti o'zgarganda avtomatik ravishda o'zgarib, tezlikni ma'lum darajada ushlab turishni ta'minlaydi. Samaradorligiga qaramay, ushbu sxemadan foydalangan holda elektr haydovchi boshqaruvi kamdan-kam hollarda kamdan-kam hollarda amalga oshiriladi, chunki oddiy va ishonchli yuk momenti sezgichlari Ms.

Shuning uchun, ko'pchilik yopiq sxemalarda burilish printsipi qo'llaniladi, bu elektron qurilmaning chiqishini uning kirishiga bog'laydigan qayta aloqa davri mavjudligi bilan tavsiflanadi. Bunday holda, tezlikni tartibga solishda tezlikni qayta ishlash sxemasi qo'llaniladi (1b-rasm), u orqali joriy tezlik qiymati to'g'risidagi ma'lumot (Uos = Kos∙ ō signali) elektr haydovchining kirishiga etkazib beriladi, bu erda u chiqariladi. tezlikni sozlash signalidan Uss. Boshqarish U ∆ =Uzs-Uos og'ish signali (uni mos kelmaslik yoki xato signali deb ham ataladi) orqali amalga oshiriladi, bu tezlik belgilanganidan farq qilganda, avtomatik ravishda mos ravishda o'zgaradi va avtomatik boshqaruv tizimi yordamida. , bu og'ishlarni bartaraf qiladi.

Boshqariladigan koordinata turiga qarab, ED tezlik, pozitsiya, oqim, magnit oqim, kuchlanish va EMF bo'yicha qayta aloqadan foydalanadi.

Subordinatsiya tizimi.

EUT harakatini boshqarish uchun ba'zan EPning bir nechta koordinatalarini sozlash kerak bo'ladi. Masalan, oqim (moment) va tezlik. Bunday holda, yopiq EDlar bo'ysunuvchi koordinatalar nazorati bilan sxema bo'yicha amalga oshiriladi.

2-rasm - Ikki davrli qul boshqaruv tizimining blok diagrammasi

Ushbu sxemada har bir koordinatani tartibga solish o'z regulyatorlari (joriy RT va tezlik RS) tomonidan amalga oshiriladi, ular Kost va Koss koeffitsientlari bilan mos keladigan qayta aloqalar bilan birgalikda yopiq halqalarni hosil qiladi. Bu sxemalar shunday joylashtirilganki, Uzt tok zanjiri uchun kirish (master) signali unga tashqi tezlik zanjirining chiqish signali hisoblanadi. Shunday qilib, ichki oqim pastadir tashqi tezlik pastadiriga - elektr haydovchining asosiy sozlanishi koordinatasiga bo'ysunadi. RT chiqishidan U ∆ signali tiristor konvertori TP ga beriladi. Elektr dvigateli ikki qismdan iborat: elektr (ESM) va mexanik (MCD).

Bunday sxemaning asosiy afzalligi har bir koordinatani boshqarishni optimal sozlash imkoniyatidir. Bundan tashqari, joriy halqani tezlik halqasiga bo'ysundirish oqim va momentni cheklash jarayonini soddalashtirishga imkon beradi, buning uchun faqat oqim darajasidagi tezlikni regulyatorining (mos yozuvlar signali) chiqishidagi signalni ushlab turish kerak. tegishli daraja.

O'rta to'g'ridan-to'g'ri oqim aloqasi (SFC IDC) bilan statik chastotali konvertorlar nima uchun mo'ljallanganligini tushuntiring. IM statoridagi kuchlanishni tartibga solish usulida farq qiluvchi PZPT HRC ning blok diagrammalarini keltiring.

HRC PZPT doimiy amplitudali va chastotali o'zgaruvchan kuchlanishni sozlanishi amplituda va chastotali o'zgaruvchan kuchlanishga aylantirish uchun mo'ljallangan.

Voltajni tartibga solish usuliga qarab HRC CRPT ning uch turi mavjud:

1. Boshqariladigan rektifikatorli HRC PZPT

Ushbu sxemada kuchlanish amplitudasi rektifikatorning chiqishida tartibga solinadi (1-rasm).

1-rasm - boshqariladigan rektifikatorli HRC PZPT

CF - o'zgaruvchan tok energiyasini to'g'ridan-to'g'ri oqim energiyasiga aylantiradigan boshqariladigan rektifikator.

F - filtr, oqim va kuchlanish dalgalanmalarini yumshatish uchun xizmat qiladi.

Va - inverter, to'g'ridan-to'g'ri oqimni o'zgaruvchan oqimga aylantirish uchun ishlatiladi.

SUV - rektifikatorni boshqarish tizimi.

IMS - inverterni boshqarish tizimi.

FP - funktsional konvertor bo'lib, U z chastotasini sozlash signalini aylantirish uchun ishlatiladi. f. kuchlanishni sozlash signaliga U z. u. amalga oshirilgan chastotani nazorat qilish qonuniga bog'liq.

DC havolasida F filtri turiga qarab, avtonom inverter I joriy AI va kuchlanish AI ga bo'linadi. AI oqimiga asoslangan IFCda filtr yuqori indüktansli reaktor L hisoblanadi (2a-rasm). Bunday inverter oqim manbai hisoblanadi, shuning uchun bu pallada dvigatelga nazorat ta'siri chastota va stator oqimi hisoblanadi.

2-rasm - Filtr sxemalari

AI kuchlanishi kuchlanish manbai bo'lib, bu maqsadda filtr L indüktansına qo'shimcha ravishda katta sig'imli kondansatör C ni o'z ichiga oladi (2b-rasm). AI kuchlanishli VHF tizimidagi dvigatelga nazorat ta'siri kuchlanishning amplitudasi va chastotasi hisoblanadi.

2. Nazorat qilinmagan rektifikator va impuls kengligi bilan boshqariladigan konvertor (PWCC) bilan HRC PZPT DC havolasida (3-rasm).

Shakl 3 - nazoratsiz rektifikator va PSIU bilan HRC PZPT

Bunday holda, kuchlanishni tartibga solish nazoratsiz rektifikator NV va invertor I o'rtasida o'rnatiladigan PShIUda amalga oshiriladi. NV dan tartibga solinmagan doimiy kuchlanish PShIU ga beriladi, u erda kattalikda tartibga solinadi, ketma-ketlikka aylantiriladi. to'rtburchaklar impulslar, F filtri bilan filtrlanadi va inverter I ning kirishiga beriladi.

3. HRC PZPT nazoratsiz rektifikator va inverterdagi kuchlanishning impuls kengligi modulyatsiyasi bilan (4-rasm).

Shakl 4 - inverterdagi kuchlanishning impuls kengligi modulyatsiyasi bilan PFC DCPT

Ushbu sxemada kuchlanish amplitudasi va chastotasini tartibga solish birlashtirilgan I. Impuls kengligi modulyatsiyasi murakkab valfni almashtirish algoritmi yordamida amalga oshiriladi va faqat boshqariladigan kalitlarga ega konvertorlarda amalga oshirilishi mumkin: quvvat tranzistorlari yoki sun'iy o'tishga ega tiristorlar bilan.

Operatsion kuchaytirgichlardan foydalanadigan PWM regulyatorlarining afzalliklari shundaki, siz deyarli har qanday op-ampdan foydalanishingiz mumkin. standart sxema inklyuziyalar, albatta).

Chiqishning samarali kuchlanish darajasi op-ampning inverting bo'lmagan kirishidagi kuchlanish darajasini o'zgartirish orqali o'rnatiladi, bu kontaktlarning zanglashiga olib kelishiga imkon beradi. komponent turli kuchlanish va oqim regulyatorlari, shuningdek, cho'g'lanma lampalarning silliq yonishi va o'chirilishi bilan sxemalar.
Sxema uni takrorlash oson, noyob elementlarni o'z ichiga olmaydi va agar elementlar yaxshi ish tartibida bo'lsa, u darhol, konfiguratsiyasiz ishlay boshlaydi. Quvvatli maydon effektli tranzistor yuk oqimiga qarab tanlanadi, ammo issiqlik quvvatining tarqalishini kamaytirish uchun yuqori oqim uchun mo'ljallangan tranzistorlardan foydalanish tavsiya etiladi, chunki ular ochiq bo'lganda eng kam qarshilikka ega.
Radiator maydoni uchun dala effektli tranzistor uning turi va yuk oqimini tanlash bilan to'liq aniqlanadi. Agar sxema bort tarmoqlarida + 24V kuchlanishni tartibga solish uchun ishlatilsa, tranzistor kollektori orasidagi dala effektli tranzistor eshigining buzilishining oldini olish uchun. VT1 va deklanşör VT2 qarshiligi 1 K bo'lgan rezistorni va qarshilikni yoqishingiz kerak R6 har qanday mos keladigan 15 V zener diyot bilan shunt, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qolgan elementlari o'zgarmaydi.

Oldin muhokama qilingan barcha sxemalarda quvvatli maydon effektli tranzistor ishlatiladi n- kanal tranzistorlari eng keng tarqalgan va eng yaxshi xususiyatlarga ega.

Agar terminallaridan biri erga ulangan yukdagi kuchlanishni tartibga solish zarur bo'lsa, unda zanjirlar qo'llaniladi. n- Kanal dala effektli tranzistor quvvat manbaining + ga drenaji sifatida ulanadi va yuk manba pallasida yoqiladi.

Dala effektli tranzistorni to'liq ochish imkoniyatini ta'minlash uchun boshqaruv pallasida ixtisoslashtirilgan mikrosxemalarda bo'lgani kabi, darvoza nazorat qilish davrlarida kuchlanishni 27 - 30 V ga oshirish uchun birlik bo'lishi kerak. U 6 080B ... U6084B, L9610, L9611 , keyin darvoza va manba o'rtasida kamida 15 V kuchlanish bo'ladi. Agar yuk oqimi 10A dan oshmasa, siz quvvat maydonidan foydalanishingiz mumkin p - texnologik sabablarga ko'ra diapazoni ancha torroq bo'lgan kanal tranzistorlari. Zanjirdagi tranzistorning turi ham o'zgaradi VT1 , va sozlash xususiyati R7 teskari. Agar birinchi kontaktlarning zanglashiga olib boshqaruv kuchlanishi oshgan bo'lsa (dvigatel o'zgaruvchan qarshilik quvvat manbaining "+" ga o'tadi) yukdagi chiqish kuchlanishining pasayishiga olib keladi, keyin ikkinchi sxemada bu qaramlik teskari bo'ladi. Agar ma'lum bir kontaktlarning zanglashiga olib chiqish kuchlanishining dastlabki kuchlanishdan kirish kuchlanishiga teskari bog'liqligini talab qilsa, u holda kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tranzistorlarning tuzilishini o'zgartirish kerak. VT1, ya'ni tranzistor VT1 birinchi sxemada siz sifatida ulanishingiz kerak VT1 ikkinchi sxema uchun va aksincha.

Burg'ulash moslamalarining elektr drayvlarini boshqarish tizimlarida qo'llaniladigan regulyatorlarning asosiy turlari

Elektr drayvlar uchun tobe boshqaruv tizimlarida analog regulyatorlar operatsion kuchaytirgichlar (op-amps) - yuqori kirish va juda past chiqish empedanslariga ega to'g'ridan-to'g'ri oqim kuchaytirgichlari asosida qurilgan. Integratsiyalashgan sxema texnologiyasi endi yuqori sifatli va arzon op-amplarni ishlab chiqarish imkonini beradi. Ishlash diapazonining ba'zi qismida op-amp o'zini juda yuqori daromadli (10 5 - 10 6) chiziqli kuchlanish kuchaytirgichi kabi tutadi. Agar op-amp davri chiqishdan kirishga salbiy munosabatni ta'minlamasa, u holda yuqori daromad tufayli u to'yinganlik rejimiga tushadi. Shuning uchun, op-amp asosidagi regulyator davrlari salbiy teskari aloqani o'z ichiga oladi.
Operatsion kuchaytirgich o'z nomini ko'paytirish, yig'ish, integrasiya va differentsiallash kabi turli xil matematik amallarni bajarishi mumkinligidan oladi. Odatda regulyatorlar inverting kuchaytirgichi asosida qurilgan va kirish va chiqish davrlarida qarshiliklarga qo'shimcha ravishda kondansatörler bo'lishi mumkin.
Op-amp daromadi katta bo'lgani uchun (Ku= = 10 5 +10 6), va Uvy chiqish kuchlanishi besleme zo'riqishida cheklangan MARKAZIY PROTSESSOR, keyin nuqtaning salohiyati A(1-rasm, a) cpA = = uout/Ku nolga yaqin, ya'ni. nuqta A ko'rinadigan zamin vazifasini bajaradi (nuqta A bu mumkin emas, aks holda sxema ishlamay qoladi).

Guruch. 1. Operatsion kuchaytirgichda tayyorlangan analog regulyatorning tuzilishi (a). Chiqish signalining boshqariladigan cheklovi bilan mutanosib boshqaruvchining sxemasi (b). Chiqish signalining boshqariladigan cheklovi bilan kirish-chiqish regulyatorining xususiyatlari (c)

Har xil turdagi regulyatorlarning sxemalari, uzatish funktsiyalari va o'tish funktsiyalari jadvalda keltirilgan.

Har xil turdagi regulyatorlarning sxemalari va dinamik xarakteristikalari

Proportsional kontrollerni (P-regulyator) olish uchun rezistorlar op-ampning kirish qismida va qayta aloqa pallasida kiritilgan; Integral regulyator (I-regulyator) kirish pallasida rezistorni va qayta aloqa pallasida kondansatörni o'z ichiga oladi; PI boshqaruvchisi kirish pallasida rezistorni va qayta aloqa pallasida ketma-ket ulangan rezistor va kondansatörni o'z ichiga oladi. PID tekshirgichi kirish va qayta aloqa pallasida faol sig'imli davrlar yordamida bitta kuchaytirgichda amalga oshirilishi mumkin.
Sanoat integral mikrosxemalar (IC) bo'yicha har xil turdagi operativ kuchaytirgichlarni ishlab chiqaradi - yumaloq va to'rtburchaklar. Regulyatorlarni qurish uchun eng ko'p ishlatiladigan op-amp turlari K140UD7, K553UD2, K157UD2 va boshqalar.
Elektr drayvlar uchun analog boshqaruv tizimlari qurilmalarini ishlab chiqarishning gibrid texnologiyasini joriy etish orqali ularning hajmini kamaytirish va ishonchliligini oshirish mumkin. Gibrid integral mikrosxemalarni (HICs) ishlab chiqarishda faol elementlar (OA) bosilgan elektron plataga qattiq holatda (qadoqlanmagan) dizaynda o'rnatiladi va kondensatorlar va rezistorlar plyonka texnologiyasi usulida (o'tkazgich plyonkalarini püskürterek) o'rnatiladi. , yarim o'tkazgich va o'tkazmaydigan materiallar). Olingan modul aralashma bilan to'ldirilishi yoki korpusga joylashtirilishi mumkin.
Elektr haydovchining koordinatalarini cheklash (oqim, tezlik va boshqalar) tashqi boshqaruv halqasining regulyatori tuzilishiga cheklovchi birliklarni kiritish orqali amalga oshiriladi. Ikkinchisi boshqariladigan yoki boshqarilmaydigan bo'lishi mumkin. Shaklda, 6 VD1, VD2 kesish diodlari va boshqariladigan mos yozuvlar kuchlanishi Vop bilan mutanosib regulyatorning chiqish kuchlanishini cheklash sxemasini ko'rsatadi. Sxema turli darajadagi cheklangan chiqish kuchlanishiga ega bo'lgan koordinatalarning kelib chiqishiga nisbatan assimetrik bo'lgan kirish-chiqish xarakteristikasini olish imkonini beradi (rasm) Transistorlar yordamida op-amp chiqish kuchlanishining boshqariladigan cheklash davrlari uchun boshqa variantlar ham mumkin.
Yaqin vaqtgacha maishiy burg'ulash dastgohlarining aktuatorlarining avtomatlashtirilgan elektr drayvlarida asosiy foydalanish analogdan qilingan. kompyuter texnologiyasi. Orqada o'tgan yillar Bir qator loyiha va tadqiqot tashkilotlari mikroprotsessorli boshqaruv tizimini yaratish ustida ishlamoqda. Analog tizimlarga nisbatan mikroprotsessorli tizimlar bir qator afzalliklarga ega. Keling, ulardan ba'zilariga e'tibor qaratamiz.
Moslashuvchanlik. Qayta dasturlash orqali nafaqat boshqaruv tizimining parametrlarini, balki algoritmlarni va hatto tuzilmani ham o'zgartirish qobiliyati. Shu bilan birga, tizimning apparat ta'minoti o'zgarishsiz qoladi. Analog tizimlarda apparatni qayta tartibga solish kerak edi. Dasturiy ta'minot mikrokompyuterlarni ishga tushirishdan oldingi davrda ham, ularning ishlashi davomida ham oson sozlash mumkin. Buning yordamida sozlash ishlarining xarajatlari va vaqtlari kamayadi va ularning tabiati o'zgaradi, chunki xarakteristikalar va parametrlarni aniqlash uchun zarur tajribalar, shuningdek regulyatorlarni o'rnatish oldindan tayyorlangan dastur yordamida mikrokompyuterning o'zi tomonidan avtomatik ravishda amalga oshirilishi mumkin. .
Barcha cheklovlarni olib tashlash boshqaruv qurilmasining tuzilishi va nazorat qilish qonunlari haqida. Shu bilan birga, raqamli tizimlarning sifat ko'rsatkichlari uzluksiz boshqaruv tizimlarining boshqaruv sifat ko'rsatkichlaridan sezilarli darajada oshib ketishi mumkin. Tegishli dasturlarni joriy etish orqali murakkab nazorat qonunlarini (optimallashtirish, moslashtirish, prognozlash va boshqalar), shu jumladan analog vositalar yordamida amalga oshirish juda qiyin bo'lgan qonunlarni amalga oshirish mumkin. O'tkazishning aniqligi va samaradorligini ta'minlaydigan intellektual muammolarni hal qilish mumkin bo'ladi texnologik jarayonlar. Har qanday turdagi tizimlar mikrokompyuter asosida qurilishi mumkin, shu jumladan bo'ysunuvchi boshqaruvga ega tizimlar, o'zaro bog'langan ko'p o'lchovli tizimlar va boshqalar.
O'z-o'zini tashxislash va o'z-o'zini tekshirish raqamli boshqaruv qurilmalari. Mexanik qo'zg'alish komponentlari, quvvat konvertorlari, sensorlar va boshqa jihozlarning texnologik tanaffuslar vaqtida xizmat ko'rsatish qobiliyatini tekshirish imkoniyati, ya'ni. uskunaning holatini avtomatik diagnostika qilish va baxtsiz hodisalardan erta ogohlantirish. Bu qobiliyatlar aralashishga qarshi ilg'or qobiliyatlar bilan to'ldiriladi. Bu erda asosiy narsa analog axborot uzatish liniyalarini kuchaytirgich va kalit sifatida galvanik izolyatsiya, optik tolali kanallar, shovqinga chidamli integral mikrosxemalar bo'lgan raqamli liniyalarga almashtirishdir.
Yuqori aniqlik nol driftning yo'qligi sababli, analog qurilmalarning xarakteristikasi. Shunday qilib, raqamli elektr qo'zg'alish tezligini boshqarish tizimlari analoglar bilan solishtirganda nazoratning aniqligini ikki darajaga oshirishni ta'minlaydi.
Vizualizatsiya qilish oson raqamli indikatorlar, indikator panellari va displeylardan foydalanish, operator bilan axborot almashishning interaktiv rejimini tashkil etish orqali boshqarish jarayoni parametrlarini.
Kattaroq ishonchlilik, kichikroq o'lchamlar, og'irlik va narx. Analog texnologiyaga nisbatan mikrokompyuterlarning yuqori ishonchliligi katta integral mikrosxemalardan (LSI) foydalanish, xotirani himoya qilishning maxsus tizimlarining mavjudligi, shovqinga qarshi immunitet va boshqa vositalar bilan ta'minlanadi. LSI ishlab chiqarish texnologiyasining yuqori darajasi tufayli elektr haydovchi boshqaruv tizimlarini ishlab chiqarish xarajatlari kamayadi. Bu afzalliklar, ayniqsa, bitta platali va bitta chipli kompyuterlardan foydalanganda yaqqol namoyon bo'ladi.

Regulyatorlarning maqsadi ma'lum bir darajada (o'rnatilgan parametr) ma'lum bir jismoniy miqdor X (nazorat qilinadigan miqdor) ni o'rnatish va ushlab turishdir. Buning uchun regulyator buzilishlarning ta'siriga ma'lum bir tarzda qarshi turishi kerak.

Oddiy boshqaruv halqasining sxematik blok diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 26.1. Tekshirish moslamasi boshqariladigan X o'zgaruvchiga boshqaruv harakati orqali ta'sir qiladi, shunda boshqaruv og'ishi imkon qadar kichik bo'ladi. Boshqaruv ob'ektiga ta'sir qiluvchi buzilish, sozlash parametriga qo'shimcha ravishda qo'shilgan buzilishning kattaligi bilan rasmiy ravishda ifodalanishi mumkin. Quyida biz boshqariladigan o'zgaruvchi bo'lgan degan taxmindan kelib chiqamiz elektr kuchlanish va ob'ekt elektr bilan sozlanganligini. Shuning uchun elektron regulyatordan foydalanish mumkin.

Bunday regulyatorning eng oddiy misoli kuchaytirgich bo'lib, uning kirish qismi boshqariladigan o'zgaruvchining og'ishi bilan ta'minlanadi.Agar boshqariladigan X o'zgaruvchisi belgilangan qiymatdan oshsa, farq manfiy bo'ladi. Shu sababli Y ning tartibga solish ta'siri mos ravishda kattalashgan shkalada kamayadi.Bu pasayish farqni qoplaydi. Barqaror holatda, tekshirgichning daromadi qanchalik baland bo'lsa, qoldiq nomuvofiqlik shunchalik kichik bo'ladi. Rasmda ko'rsatilgan chiziqli tizim uchun. 26.1, munosabatlar haqiqiydir

Guruch. 26.1. Boshqaruv halqasining blok diagrammasi.

Bu yerdan biz boshqariladigan o'zgaruvchini aniqlash uchun ifodani olamiz

Tizimning sozlash parametridagi o'zgarishlarni kuzatish qobiliyati 1 ga yaqinroq bo'lishi aniq, teskari aloqa davrining daromadi shunchalik yuqori bo'ladi:

Bezovtalik paytida vaqtinchalik javob nolga yaqinroq bo'lsa, boshqaruvchining daromadi shunchalik katta bo'ladi. Shu bilan birga, teskari aloqa pallasida daromadni kerakli darajada oshirish mumkin emasligini hisobga olish kerak, chunki o'sha paytdan boshlab boshqaruv pastadiridagi muqarrar faza siljishi tebranishlarga olib keladi. Operatsion kuchaytirgichlarning chastotali javobini tuzatish masalalarini ko'rib chiqishda biz allaqachon shunga o'xshash muammoga duch keldik. Tartibga solishning maqsadi, ushbu cheklovlarga qaramay, eng kichik nazorat nomuvofiqligini va yaxshi vaqtinchalik javobni ta'minlashdir. Shu maqsadda chiziqli kuchaytirgichga integrator va differentsiator qo'shiladi va shu bilan proportsional kontroller o'rniga PI yoki PID tekshirgich olinadi. Bunday kontroller yordamida amalga oshirish elektron sxemalar Quyidagi bo'limlar bag'ishlangan.

O'n ming kilometrlik sayohat birinchi qadamdan boshlanadi.
(Xitoy maqol)

Kech bo'ldi, qiladigan hech narsa yo'q edi ... Va shuning uchun to'satdan men nimanidir lehimlamoqchi bo'ldim. Sort... Elektron!.. Lehimlash - shunday lehim. U yerda kompyuter va internet ulangan. Biz sxemani tanlaymiz. Va to'satdan, mo'ljallangan mavzu uchun diagrammalar arava va kichik arava ekanligi ma'lum bo'ldi. Va hamma har xil. Tajriba yo'q, bilim etarli emas. Qaysi birini tanlash kerak? Ularning ba'zilarida to'rtburchaklar va uchburchaklar mavjud. Kuchaytirgichlar va hatto operatsion ... Ularning qanday ishlashi aniq emas. Qo'rqinchli!.. Yonib ketsa-chi? Biz tanish tranzistorlar yordamida oddiyroq narsani tanlaymiz! Tanlangan, lehimlangan, yoqilgan... YORDAM!!! Ishlamayapti!!! Nega?

Ha, chunki "Oddiylik o'g'irlikdan yomonroq"! Bu kompyuterga o'xshaydi: eng tezkor va eng murakkabi bu o'yin! Va ofis ishi uchun, hatto eng oddiy ham etarli. Transistorlar bilan ham xuddi shunday. Ularga kontaktlarning zanglashiga olib lehimlash etarli emas. Siz hali ham uni sozlash imkoniyatiga ega bo'lishingiz kerak. Juda ko'p tuzoq va tuzoqlar mavjud. Va bu ko'pincha kirish darajasida bo'lmagan tajribani talab qiladi. Xo'sh, nima uchun qiziqarli mashg'ulotdan voz kechish kerak? Arzimaydi! Faqat bu "uchburchaklar-to'rtburchaklar" dan qo'rqmang. Ma'lum bo'lishicha, ular bilan ishlash ko'p hollarda individual tranzistorlarga qaraganda ancha oson. AGAR BILSIZ - QANDAY!

Endi biz nima bilan shug'ullanamiz: operatsion kuchaytirgich (op-amp yoki inglizcha OpAmp) qanday ishlashini tushunish. Shu bilan birga, biz uning ishini tom ma'noda "barmoqlarda", deyarli hech qanday formuladan foydalanmasdan ko'rib chiqamiz, ehtimol Ohm qonunidan tashqari: "O'chirishning bir qismi orqali oqim ( I) undagi kuchlanishga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir ( U) va uning qarshiligiga teskari proportsionaldir ( R)»:
I=U/R. (1)

Boshlash uchun, printsipial jihatdan, op-ampning ichida qanday aniq joylashtirilganligi unchalik muhim emas. Keling, bu qandaydir to'ldirishga ega bo'lgan "qora quti" ekanligini taxmin sifatida qabul qilaylik. Yoniq bu bosqichda Biz op-ampning "burilish kuchlanishi", "o'zgaruvchan kuchlanish", "haroratning siljishi", "shovqin xususiyatlari", "umumiy rejimni bostirish koeffitsienti", "ta'minot kuchlanishining dalgalanishini bostirish koeffitsienti", "o'tkazish qobiliyati" kabi parametrlarini hisobga olmaymiz. va boshqalar .P. Bu parametrlarning barchasi uni o'rganishning keyingi bosqichida muhim bo'ladi, qachonki uning ishining asosiy tamoyillari sizning boshingizda "qoraladi", chunki "qog'ozda silliq edi, lekin ular jarliklar haqida unutdilar"...

Hozircha biz op-ampning parametrlari idealga yaqin deb hisoblaymiz va faqat kirishlariga ba'zi signallar qo'llanilsa, uning chiqishida qanday signal bo'lishini ko'rib chiqamiz.

Shunday qilib, operatsion kuchaytirgich (op-amp) ikkita kirish (inverting va inverting bo'lmagan) va bitta chiqishga ega bo'lgan doimiy differensial kuchaytirgichdir. Ularga qo'shimcha ravishda, op-amp quvvat terminallariga ega: ijobiy va salbiy. Ushbu beshta xulosada keltirilgan deyarli har qanday op-amp va uning ishlashi uchun asosan zarurdir.

Op-amp katta daromadga ega, kamida 50000 ... 100000, lekin aslida bu juda ham ko'p. Shuning uchun, birinchi yaqinlik sifatida, biz hatto cheksizlikka teng deb taxmin qilishimiz mumkin.

"Differentsial" atamasi ("farq" ingliz tilidan "farq", "farq", "farq" deb tarjima qilingan) op-ampning chiqish potentsialiga faqat uning kirishlari orasidagi potentsial farq ta'sir qilishini anglatadi. qat'iy nazar ulardan mutlaq ma'nolari va qutblari.

"Doimiy oqim" atamasi op kuchaytirgichning 0 Gts dan boshlab kirish signallarini kuchaytirishini anglatadi. Op-amplar tomonidan kuchaytirilgan signallarning yuqori chastota diapazoni (chastota diapazoni) ko'plab sabablarga bog'liq, masalan chastota xususiyatlari uning tarkibidagi tranzistorlar, op-amp yordamida qurilgan sxemaning daromadi va boshqalar. Ammo bu savol uning ishi bilan dastlabki tanishuv doirasidan tashqariga chiqadi va bu erda ko'rib chiqilmaydi.

Op-amp kirishlari juda yuqori kirish qarshiligiga ega, o'nlab / yuzlab MegaOhmga yoki hatto GigaOhmga teng (va faqat unutilmas K140UD1da va hatto K140UD5da u faqat 30 ... 50 kOm edi). Kirishlarning bunday yuqori qarshiligi ularning kirish signaliga deyarli ta'sir qilmasligini anglatadi.

Shuning uchun, nazariy idealga yuqori darajada yaqinlashgan holda, biz buni taxmin qilishimiz mumkin joriy op-ampning kirishlariga oqmaydi . Bu - birinchi op-ampning ishlashini tahlil qilishda qo'llaniladigan muhim qoida. Iltimos, bu nimaga tegishli ekanligini yaxshi eslang faqat op kuchaytirgichning o'zi, lekin emas sxemalar foydalanish bilan!

"Inverting" va "non-inverting" atamalari nimani anglatadi? Inversiya nimaga nisbatan aniqlanadi va umuman, signalning inversiyasi qanday "hayvon" hisoblanadi?

Lotin tilidan tarjima qilingan "inversio" so'zining ma'nolaridan biri - "aylanish", "aylanish". Boshqa so'zlar bilan aytganda, inversiya oyna tasviridir ( aks ettirish) gorizontal X o'qiga nisbatan signal(vaqt o'qi). Shaklda. 1-rasmda signalni o'zgartirishning ko'plab mumkin bo'lgan variantlari ko'rsatilgan, bu erda qizil rang to'g'ridan-to'g'ri (kirish) signalni, ko'k esa teskari (chiqish) signalni bildiradi.

Guruch. 1 Signalning inversiyasi haqida tushuncha

Shuni alohida ta'kidlash kerakki, nol chizig'iga (1-rasm, A, B kabi) signalning inversiyasi bog'lanmagan! Signallar teskari va assimetrik bo'lishi mumkin. Masalan, ikkalasi ham raqamli signallar yoki bir qutbli quvvat manbai uchun xos bo'lgan ijobiy qiymatlar mintaqasida (1, B-rasm) yoki ikkalasi ham qisman ijobiy va qisman. salbiy hududlarda (1-rasm, B, D). Boshqa variantlar ham mumkin. Asosiy shart - bu ularning o'zaro ayyorlik ba'zi bir o'zboshimchalik bilan tanlangan darajaga nisbatan (masalan, sun'iy o'rta nuqta, bundan keyin ham muhokama qilinadi). Boshqa so'zlar bilan aytganda, qutblanish Signal ham hal qiluvchi omil emas.

Op-amplar elektron diagrammalarda turli yo'llar bilan tasvirlangan. Chet elda op-amplar ilgari tasvirlangan va hozir ham ular juda tez-tez teng yonli uchburchak shaklida tasvirlangan (2-rasm, A). Inverting kiritish minus belgisi bilan, teskari bo'lmagan kiritish esa uchburchak ichidagi ortiqcha belgisi bilan ifodalanadi. Ushbu belgilar mos keladigan kirishlardagi potentsial boshqasiga qaraganda ko'proq ijobiy yoki salbiyroq bo'lishi kerakligini anglatmaydi. Ular shunchaki chiqish potentsialining kirishlarga qo'llaniladigan potentsiallarga qanday ta'sir qilishini ko'rsatadi. Natijada, ular, ayniqsa, yangi boshlanuvchilar uchun kutilmagan "rake" bo'lishi mumkin bo'lgan quvvat pinlari bilan osongina chalkashishi mumkin.

Guruch. 2 Shartli grafik tasvirlar uchun variantlar (CGO)
operatsion kuchaytirgichlar

GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81) kuchga kirgunga qadar mahalliy an'anaviy grafik tasvirlar (UGO) tizimida op-amplar ham uchburchak shaklida tasvirlangan, faqat teskari kirish - inversiya bilan belgi - uchburchak bilan chiqishning kesishmasidagi doira (2-rasm, B), va hozir - to'rtburchaklar shaklida (2-rasm, C).

Diagrammalarda op-amplarni belgilashda, agar qulayroq bo'lsa, inverting va inverting bo'lmagan kirishlarni almashtirish mumkin, ammo an'anaviy ravishda inverting kiritish yuqorida va inverting bo'lmagan kirish pastki qismida tasvirlangan. Quvvat pinlari, qoida tariqasida, har doim bir tarzda joylashgan (yuqorida ijobiy, pastda salbiy).

Operatsion kuchaytirgichlar deyarli har doim salbiy teskari aloqa (NFB) davrlarida qo'llaniladi.

Teskari aloqa - kuchaytirgichning chiqish kuchlanishining bir qismini uning kirishiga etkazib berish ta'siri, bu erda u kirish kuchlanishi bilan algebraik (belgini hisobga olgan holda) yig'iladi. Signallarni yig'ish printsipi quyida muhokama qilinadi. Op-ampning qaysi kirishiga qarab, teskari yoki teskari bo'lmagan, teskari aloqa ta'minlanadi, chiqish signalining bir qismi inverting kirishiga berilganda, salbiy teskari aloqa (NFB) o'rtasida farqlanadi (3-rasm, A). ) yoki ijobiy geribildirim (POF), qachon qismi Chiqish signali, mos ravishda, teskari bo'lmagan kirishga beriladi (3-rasm, B).

Guruch. 3 Teskari aloqani yaratish printsipi (FE)

Birinchi holda, chiqish signali kirish signaliga teskari bo'lganligi sababli, u kirish signalidan chiqariladi. Natijada, bosqichning umumiy daromadi kamayadi. Ikkinchi holda, u kirish bilan yig'iladi, kaskadning umumiy daromadi oshadi.

Bir qarashda, POS-ning ijobiy ta'siri bordek tuyulishi mumkin va OOS - bu mutlaqo foydasiz fikr: nima uchun daromadni kamaytirish kerak? 1928 yilda Garold S. Blek AQSH patent ekspertlari aynan shunday deb o'ylashgan harakat qildi OOS ni patentlash. Biroq, kuchaytirishni qurbon qilib, biz sxemaning boshqa muhim parametrlarini, masalan, uning chiziqliligi, chastota diapazoni va boshqalarni sezilarli darajada yaxshilaymiz OOS qanchalik chuqurroq bo'lsa, butun sxemaning xarakteristikalari op-ampning xususiyatlariga bog'liq bo'ladi.

Ammo PIC (op-ampning o'zining katta daromadini hisobga olgan holda) kontaktlarning zanglashiga olib keladigan xususiyatlariga teskari ta'sir ko'rsatadi va eng yoqimsiz narsa shundaki, u o'z-o'zidan qo'zg'alishni keltirib chiqaradi. U, albatta, ataylab ham qo'llaniladi, masalan, generatorlarda, histerezisli komparatorlarda (quyida bu haqda batafsilroq) va hokazo, lekin umumiy ko'rinish uning op-ampli kuchaytirgich davrlarining ishlashiga ta'siri ancha salbiy va uni qo'llashni juda ehtiyotkorlik bilan va oqilona tahlil qilishni talab qiladi.

Op-amp ikkita kirishga ega bo'lganligi sababli, uni OOS yordamida faollashtirishning quyidagi asosiy turlari mumkin (4-rasm):

Guruch. 4 Op-amplarni ulash uchun asosiy sxemalar

A) inverting (4-rasm, A) - signal inverting kirishiga beriladi va inverting bo'lmagan kirish to'g'ridan-to'g'ri mos yozuvlar potentsialiga ulanadi (ishlatilmaydi);

b) teskari bo'lmagan (4-rasm, B) - signal inverting bo'lmagan kirishga beriladi va inverting kirish to'g'ridan-to'g'ri mos yozuvlar potentsialiga ulanadi (ishlatilmaydi);

V) differensial (4-rasm, B) - signallar ikkala kirishga ham, inverting va inverting bo'lmagan holda beriladi.

Ushbu sxemalarning ishlashini tahlil qilish uchun hisobga olish kerak ikkinchi eng muhim qoida, op-ampning ishlashi unga bo'ysunadi: Operatsion kuchaytirgichning chiqishi uning kirishlari orasidagi kuchlanish farqi nolga teng bo'lishini ta'minlashga intiladi..

Biroq, har qanday formula bo'lishi kerak zarur va yetarli, unga bog'liq bo'lgan barcha ishlarning kichik to'plamini cheklash. Yuqoridagi formula, o'zining barcha "klassikligi" uchun, chiqishning qaysi "ta'sir ko'rsatishga intilayotgani" haqida hech qanday ma'lumot bermaydi. Unga asoslanib, ma'lum bo'lishicha, op-amp o'z kirishlaridagi kuchlanishlarni tenglashtiradi va ularga kuchlanishni "ichkaridan" bir joydan etkazib beradi.

Agar siz rasmdagi diagrammalarni diqqat bilan ko'rib chiqsangiz. 4, siz OOS (Rooos orqali) barcha holatlarda chiqishdan boshlanganligini ko'rishingiz mumkin faqat teskari kiritishga, bu bizga ushbu qoidani quyidagicha qayta shakllantirishga asos beradi: Voltaj da OOS bilan qoplangan op-ampning chiqishi inverting kirishidagi potentsial teskari bo'lmagan kirishdagi potentsialga teng bo'lishini ta'minlashga intiladi..

Ushbu ta'rifga asoslanib, OOS bilan har qanday op-amp yoqilganda "master" inverting bo'lmagan kirish, "qul" esa inverting kiritish hisoblanadi.

Op-ampning ishlashini tavsiflashda uning teskari kirishidagi potentsial ko'pincha "virtual nol" yoki "virtual o'rta nuqta" deb ataladi. Lotincha "virtus" so'zining tarjimasi "xayoliy", "xayoliy" degan ma'noni anglatadi. Virtual ob'ekt o'zini moddiy voqelikning o'xshash ob'ektlarining xatti-harakatlariga yaqin tutadi, ya'ni kirish signallari uchun (teskari aloqa halqasining ta'siri tufayli) teskari kirishni to'g'ridan-to'g'ri teskari bo'lmagan kirish potentsialiga ulangan deb hisoblash mumkin. ulanadi. Biroq, "virtual nol" - bu faqat bipolyar op-amp ta'minoti bilan yuzaga keladigan maxsus holat. Bir kutupli quvvat manbaidan foydalanilganda (bu quyida muhokama qilinadi) va boshqa ko'plab kommutatsiya davrlarida inverting yoki inverting kirishlarida nol bo'lmaydi. Shuning uchun, keling, biz ushbu atamani ishlatmasligimizga rozi bo'laylik, chunki u op-ampning ishlash tamoyillarini dastlabki tushunishga xalaqit beradi.

Aynan shu nuqtai nazardan biz rasmda ko'rsatilgan diagrammalarni tahlil qilamiz. 4. Shu bilan birga, tahlilni soddalashtirish uchun biz ta'minot kuchlanishlari hali ham bipolyar, qiymati bo'yicha bir-biriga teng (aytaylik, ± 15 V), o'rta nuqta (umumiy avtobus yoki "tuproq"), nisbiy deb hisoblaymiz. Bunga biz kirish va chiqish kuchlanishlarini hisoblaymiz. Bundan tashqari, tahlil to'g'ridan-to'g'ri oqim yordamida amalga oshiriladi, chunki Vaqtning har bir daqiqasida o'zgaruvchan o'zgaruvchan signal to'g'ridan-to'g'ri oqim qiymatlarining namunasi sifatida ham ifodalanishi mumkin. Barcha holatlarda, Rooc orqali qayta aloqa op-ampning chiqishidan uning inverting kirishiga qadar boshlanadi. Faqatgina farq, kirishlarning qaysi biri kirish voltaji bilan ta'minlanganligidir.

A) Inverting yoqish (5-rasm).

Guruch. 5 Inverting ulanishda op-ampning ishlash printsipi

Inverting bo'lmagan kirishdagi potentsial nolga teng, chunki u o'rta nuqtaga ("tuproq") bog'langan. Rin kirish rezistorining chap terminaliga o'rta nuqtaga (GB dan) nisbatan +1 V ga teng kirish signali qo'llaniladi. Faraz qilaylik, Rooc va Rin qarshiliklari bir-biriga teng va 1 kOhmni tashkil qiladi (jami ularning qarshiligi 2 kOm).

2-qoidaga ko'ra, inverting kirishi inverting bo'lmagan kirish bilan bir xil potentsialga ega bo'lishi kerak, ya'ni 0 V. Shuning uchun Ringa +1 V kuchlanish qo'llaniladi.Ohm qonuniga ko'ra, oqim u orqali o'tadi. Ikiritish= 1 V / 1000 Ohm = 0,001 A (1 mA). Ushbu oqimning oqim yo'nalishi o'q bilan ko'rsatilgan.

Rooc va Rin ajratgich tomonidan yoqilganligi sababli va 1-qoidaga ko'ra, op-ampning kirishlari oqim iste'mol qilmaydi, bu bo'linuvchining o'rta nuqtasida kuchlanish 0 V bo'lishi uchun kuchlanish qo'llanilishi kerak. Roocning o'ng piniga minus 1 V va u orqali oqayotgan oqim Ioos ham 1 mA ga teng bo'lishi kerak. Boshqacha qilib aytganda, Rinning chap terminali va o'ng terminali Rooc o'rtasida 2 V kuchlanish qo'llaniladi va bu ajratuvchi orqali oqadigan oqim 1 mA (2 V / (1 kOhm + 1 kOm) = 1 mA), ya'ni. I kiritish = I oos .

Agar kirishga salbiy polariteli kuchlanish qo'llanilsa, op-ampning chiqishi ijobiy polariteli kuchlanish bo'ladi. Hamma narsa bir xil, faqat Rooc va Rin orqali oqim oqimini ko'rsatadigan o'qlar teskari yo'nalishda yo'naltiriladi.

Shunday qilib, agar Rooc va Rin reytinglari teng bo'lsa, op-ampning chiqishidagi kuchlanish uning kirishidagi kuchlanishga teng bo'ladi, lekin polarite teskari bo'ladi. Va oldik inverting takrorlagich . Ushbu sxema odatda invertorlar bo'lgan sxemalar yordamida olingan signalni o'zgartirish zarur bo'lganda ishlatiladi. Masalan, logarifmik kuchaytirgichlar.

Keling, Rin qiymatini 1 kOm ga teng tutib, bir xil kirish signali +1 V bilan Rooc qarshiligini 2 kOm ga oshiraylik. Rooc + Rin bo'luvchining umumiy qarshiligi 3 kOm ga oshdi. 0 V potentsial uning o'rta nuqtasida qolishi uchun (inverting bo'lmagan kirish potentsialiga teng), xuddi shu oqim (1 mA) Rin orqali bo'lgani kabi, Rook orqali ham o'tishi kerak. Shuning uchun, Rooc bo'ylab kuchlanishning pasayishi (op-ampning chiqishidagi kuchlanish) allaqachon 2 V bo'lishi kerak. Op-ampning chiqishida kuchlanish minus 2 V ni tashkil qiladi.

Keling, Rooc reytingini 10 kOm ga oshiramiz. Endi xuddi shu boshqa sharoitlarda op-ampning chiqishidagi kuchlanish allaqachon 10 V bo'ladi. Voy! Nihoyat oldik inverting kuchaytirgich ! Uning chiqish kuchlanishi kirish kuchlanishidan (boshqacha aytganda, Ku daromadidan) ko'p marta qarshilik Rooc qarshilik Rin qarshiligidan kattaroqdir. Formulalardan foydalanmaslikka qancha qasam ichgan bo'lsam ham, keling, buni tenglama ko'rinishida ko'rsataylik:
Ku = – Uout / Uin = – Roos / Rin. (2)

Tenglamaning o'ng tomonidagi kasr oldidagi minus belgisi faqat chiqish signalining kirishga nisbatan teskari ekanligini bildiradi. Va boshqa hech narsa!

Keling, Rooc qarshiligini 20 kOhm ga oshiramiz va nima sodir bo'lishini tahlil qilamiz. Formula (2) ga ko'ra, Ku = 20 va 1 V kirish signali bilan chiqish 20 V kuchlanishga ega bo'lishi kerak. Lekin bu shunday emas! Biz ilgari op-ampning ta'minot kuchlanishi atigi ± 15 V, degan taxminni qabul qildik. Lekin hatto 15 V ni ham olish mumkin emas (nega bu shunday - bir oz pastroq). "Siz boshingizdan sakrab chiqolmaysiz (ta'minot kuchlanishi)!" O'chirish ko'rsatkichlarini bunday suiiste'mol qilish natijasida op-ampning chiqish kuchlanishi besleme zo'riqishida "dam oladi" (op-ampning chiqishi to'yinganlikka kiradi). RoocRin bo'luvchisi orqali joriy tenglik balansi ( Ikiritish = Ioos) buzilgan bo'lsa, teskari kirishda potentsial paydo bo'ladi, bu teskari bo'lmagan kirishdagi potentsialdan farq qiladi. 2-qoida endi amal qilmaydi.

Kiritish qarshilik teskari kuchaytirgich qarshilik Ringa teng, chunki kirish signali manbasidan (GB) barcha oqim u orqali oqadi.

Keling, doimiy Roocni o'zgaruvchan bilan almashtiramiz, masalan, nominal qiymati 10 kOm (6-rasm).

Guruch. 6 O'zgaruvchan daromadli inverting kuchaytirgich sxemasi

Uning slayderining o'ng (diagramma bo'yicha) pozitsiyasi bilan daromad Rooc / Rin = 10 kOm / 1 kOm = 10 bo'ladi. Roos slayderini chapga siljitish (qarshiligini kamaytirish) bilan kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin. kamayadi va nihoyat, o'zining o'ta chap holatida u nolga teng bo'ladi, chunki yuqoridagi formulada hisoblagich nolga aylanadi. har qanday maxraj qiymati. Kirish signalining har qanday qiymati va polaritesi uchun chiqish ham nolga teng bo'ladi. Ushbu sxema ko'pincha ovozni kuchaytirish davrlarida, masalan, mikserlarda qo'llaniladi, bu erda daromad noldan sozlanishi kerak.

B) Inverting bo'lmagan yoqish (7-rasm).

Guruch. 7 Inverting bo'lmagan ulanishda op-ampning ishlash printsipi

Chap Rin pin o'rta nuqtaga ("tuproq") ulangan va +1 V kirish signali to'g'ridan-to'g'ri inverting bo'lmagan kirishga qo'llaniladi. Tahlilning nuanslari yuqorida "chaynalgan"ligi sababli, bu erda biz faqat muhim farqlarga e'tibor qaratamiz.

Tahlilning birinchi bosqichida biz bir-biriga teng bo'lgan Rooc va Rin qarshiliklarini va 1 kOhm komponentlarini ham olamiz. Chunki inverting bo'lmagan kirishda potentsial +1 V ni tashkil qiladi, keyin 2-qoidaga muvofiq bir xil potentsial (+1 V) teskari kirishda bo'lishi kerak (rasmda ko'rsatilgan). Buning uchun Rooc rezistorining o'ng terminalida +2 V kuchlanish bo'lishi kerak (op-amp chiqishi) Oqimlar. Ikiritish Va Ioos, 1 mA ga teng, endi Rooc va Rin rezistorlari orqali teskari yo'nalishda oqadi (o'qlar bilan ko'rsatilgan). Biz uddaladik teskari bo'lmagan kuchaytirgich 2 daromad bilan, chunki +1 V kirish signali +2 V chiqish signalini ishlab chiqaradi.

G'alati, shunday emasmi? Qiymatlar teskari ulanishdagi bilan bir xil (farq shundaki, signal boshqa kirishga qo'llaniladi) va kuchaytirish aniq. Buni biroz keyinroq ko'rib chiqamiz.

Endi biz Rooc reytingini 2 kOm ga oshiramiz. Oqimlar muvozanatini saqlash uchun Ikiritish = Ioos va inverting kirishining potentsiali +1 V, op-ampning chiqishi allaqachon +3 V bo'lishi kerak. Ku = 3 V / 1 V = 3!

Agar biz teskari bo'lmagan ulanish uchun Ku qiymatlarini bir xil Rooc va Rin reytinglari bilan teskari ulanish bilan solishtirsak, barcha holatlarda daromad bittaga katta ekanligi ayon bo'ladi. Biz formulani olamiz:
Ku = Uout / Uin + 1 = (Rooc / Rin) + 1 (3)

Nima uchun bu sodir bo'lmoqda? Ha, juda oddiy! OOS xuddi teskari ulanish bilan bir xil ishlaydi, lekin 2-qoidaga ko'ra, inverting bo'lmagan kirish potentsiali har doim inverting bo'lmagan ulanishda inverting kirishining potentsialiga qo'shiladi.

Shunday qilib, inverting bo'lmagan ulanish bilan siz 1 ga erisha olmaysizmi? Nega mumkin emas - bu mumkin. Keling, rasmni tahlil qilganimiz kabi Rooc reytingini kamaytiraylik. 6. Uning qiymati nolga teng bo'lganda - teskari kirish bilan chiqishni qisqa tutashuv (8-rasm, A), 2-qoidaga ko'ra, chiqish shunday kuchlanishga ega bo'ladiki, inverting kirishining potentsiali potentsialiga teng bo'ladi. inverting bo'lmagan kirish, ya'ni +1 V. Biz olamiz: Ku = 1 V / 1 V = 1 (!) Xo'sh, teskari kirish oqimni iste'mol qilmagani uchun va u bilan chiqish o'rtasida hech qanday potentsial farq yo'qligi sababli, bu zanjirda oqim oqmaydi.

Guruch. 8 Op-ampni kuchlanish izdoshi sifatida ulash uchun sxema

Rin butunlay ortiqcha bo'ladi, chunki u op-ampning chiqishi ishlashi kerak bo'lgan yukga parallel ravishda ulanadi va uning chiqish oqimi u orqali butunlay behuda o'tadi. Agar siz Rookni tark etsangiz, lekin Rinni olib tashlasangiz nima bo'ladi (8-rasm, B)? Keyin Ku = Rooc / Rin + 1 daromad formulasida Rinning qarshiligi nazariy jihatdan cheksizlikka yaqinlashadi (aslida, albatta, yo'q, chunki taxtada oqish bor va op-ampning kirish oqimi ahamiyatsiz bo'lsa ham , hali nol teng emas) va Rooc / Rin nisbati nolga teng. Formulada faqat bittasi qoladi: Ku = + 1. Ushbu sxema uchun birdan kam daromad olish mumkinmi? Yo'q, kamroq hech qanday sharoitda ishlamaydi. Egri echkida daromad formulasida "qo'shimcha" birlikni aylanib o'ta olmaysiz ...

Barcha "qo'shimcha" rezistorlarni olib tashlaganimizdan so'ng, biz sxemani olamiz teskari bo'lmagan takrorlagich , shaklda ko'rsatilgan. 8, V.

Bir qarashda, bunday sxemaning amaliy ma'nosi yo'q: nima uchun bizga bitta va hatto teskari bo'lmagan "daromad" kerak - nima, siz shunchaki signalni yubora olmaysiz ??? Biroq, bunday sxemalar juda tez-tez ishlatiladi va shuning uchun. 1-qoidaga ko'ra, oqim op-amp kirishlariga oqmaydi, ya'ni. kirish empedansi Inverting bo'lmagan izdosh juda katta - o'sha o'nlab, yuzlab va hatto minglab MOhmlar (xuddi shunday 7-rasmdagi sxemaga ham tegishli)! Ammo chiqish qarshiligi juda past (Ohm fraktsiyalari!). Op-ampning chiqishi "barcha kuchi bilan puflaydi", 2-qoidaga ko'ra, inverting kirishida teskari bo'lmagan kirishda bir xil potentsialni saqlashga harakat qiladi. Yagona cheklov - op-ampning ruxsat etilgan chiqish oqimi.

Ammo shu nuqtadan boshlab biz bir oz yon tomonga burilib, op-amp chiqish oqimlari masalasini biroz batafsilroq ko'rib chiqamiz.

Eng ko'p ishlatiladigan op-amplar uchun texnik parametrlar ularning chiqishiga ulangan yuk qarshiligi bo'lmasligi kerakligini ko'rsatadi. Ozroq 2 kOm. Ko'proq - xohlaganingizcha. Juda kichikroq raqam uchun u 1 kOm (K140UD...). Bu shuni anglatadiki, eng yomon sharoitlarda: maksimal besleme zo'riqishida (masalan, ± 16 V yoki jami 32 V), chiqish va quvvat relslaridan biri o'rtasida bog'langan yuk va qarama-qarshi polaritning maksimal chiqish kuchlanishi, yukga taxminan 30 V kuchlanish qo'llaniladi.Bu holda, u orqali o'tadigan oqim: 30 V / 2000 Ohm = 0,015 A (15 mA) bo'ladi. Juda oz emas, lekin juda ko'p ham emas. Yaxshiyamki, eng keng tarqalgan op-amplar o'rnatilgan chiqish oqimi himoyasiga ega - odatdagi maksimal chiqish oqimi 25 mA. Himoya op-ampning haddan tashqari qizishi va ishdan chiqishini oldini oladi.

Agar ta'minot kuchlanishlari ruxsat etilgan maksimal bo'lmasa, u holda minimal yuk qarshiligini mutanosib ravishda kamaytirish mumkin. Aytaylik, 7,5...8 V (jami 15...16 V) quvvat manbai bilan u 1 kOm bo'lishi mumkin.

IN) Differensial yoqish (9-rasm).

Guruch. 9 Differensial ulanishda op-ampning ishlash printsipi

Shunday qilib, faraz qilaylik, Rin va Rooc bir xil ko'rsatkichlari 1 kOhm ga teng, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan ikkala kirishiga ham +1 V ga teng bir xil kuchlanish qo'llaniladi (9-rasm, A). Rin rezistorining ikkala tomonidagi potentsiallar bir-biriga teng bo'lgani uchun (rezistordagi kuchlanish 0 ga teng), u orqali oqim o'tmaydi. Bu shuni anglatadiki, Rooc rezistori orqali oqim ham nolga teng. Ya'ni, bu ikki qarshilik hech qanday funktsiyani bajarmaydi. Aslida, bizda teskari bo'lmagan izdoshimiz bor (8-rasm bilan solishtiring). Shunga ko'ra, chiqishda biz teskari bo'lmagan kirishda bo'lgani kabi bir xil kuchlanishni olamiz, ya'ni +1 V. Keling, kontaktlarning zanglashiga olib kiruvchi kirishida kirish signalining polaritesini o'zgartiramiz (GB1 ni aylantiramiz) va minus 1 V ni qo'llaymiz. (9-rasm, B). Endi Rin pinlari orasiga 2 V kuchlanish qo'llaniladi va u orqali oqim o'tadi Ikiritish= 2 mA (Umid qilamanki, endi nima uchun bunday bo'lganini batafsil tavsiflashning hojati yo'q?). Ushbu oqimni qoplash uchun Rooc orqali 2 mA oqim ham oqishi kerak. Va buning uchun op-ampning chiqishi +3 V kuchlanishga ega bo'lishi kerak.

Bu erda teskari bo'lmagan kuchaytirgichning daromad olish formulasidagi qo'shimcha birlikning zararli "g'iltig'i" paydo bo'ldi. Bu bilan ma'lum bo'ladi soddalashtirilgan Differensial kommutatsiyada daromad farqi doimiy ravishda chiqish signalini teskari bo'lmagan kirishdagi potentsial miqdori bo'yicha o'zgartiradi. Muammo bor! Biroq, "Agar siz ovqatlansangiz ham, sizda kamida ikkita variant bor." Bu shuni anglatadiki, biz bu qo'shimchani "zararsizlantirish" uchun inverting va inverting bo'lmagan qo'shimchalarning yutuqlarini qandaydir tarzda tenglashtirishimiz kerak.

Buning uchun biz kirish signalini inverting bo'lmagan kirishga to'g'ridan-to'g'ri emas, balki Rin2, R1 bo'linuvchisi orqali qo'llaymiz (9-rasm, B). Keling, ularning 1 kOm qiymatlarini ham qabul qilaylik. Endi op-ampning inverting bo'lmagan (shuning uchun invertingda ham) kirishida +0,5 V potentsial bo'ladi, u orqali oqim o'tadi (va Rooc) Ikiritish = Ioos= 0,5 mA, op-ampning chiqishi 0 V ga teng kuchlanishga ega bo'lishini ta'minlash uchun. Biz xohlagan narsamizga erishdik! Agar kontaktlarning zanglashiga olib kirishidagi signallar kattalik va qutb bo'yicha teng bo'lsa (bu holda +1 V, lekin minus 1 V va boshqa raqamli qiymatlar uchun ham xuddi shunday bo'ladi), op-amp chiqishi nolni saqlab qoladi. kirish signallari farqiga teng kuchlanish.

Keling, bu fikrni inverting kirishiga minus 1 V qutblilik signalini qo'llash orqali tekshiramiz (9-rasm, D). Qayerda Ikiritish = Ioos= 2 mA, buning uchun chiqish +2 V bo'lishi kerak. Hamma narsa tasdiqlandi! Chiqish signali darajasi kirishlar orasidagi farqga mos keladi.

Albatta, agar Rin1 va Rooc (mos ravishda, Rin2 va R1) teng bo'lsa, biz daromad olmaymiz. Buni amalga oshirish uchun siz op-ampning oldingi yoqilganligini tahlil qilishda bo'lgani kabi, Rooc va R1 reytinglarini oshirishingiz kerak (takrorlamayman) va bu kerak. qat'iy quyidagi nisbat kuzatiladi:

Rook / Rin1 = R1 / Rin2. (4)

Bunday inklyuziyadan qanday amaliy foyda olamiz? Va biz ajoyib xususiyatga ega bo'lamiz: chiqish kuchlanishi kirish signallarining mutlaq qiymatlariga bog'liq emas, agar ular kattaligi va qutbliligi bo'yicha bir-biriga teng bo'lsa. Chiqishga faqat farq (differensial) signal yuboriladi. Bu ikkala kirishga teng ta'sir ko'rsatadigan shovqin fonida juda kichik signallarni kuchaytirish imkonini beradi. Masalan, 50 Gts chastotali sanoat tarmog'ining shovqini fonida dinamik mikrofondan signal.

Biroq, bu asal barrelida, afsuski, malhamda chivin bor. Birinchidan, tenglikka (4) juda qat'iy rioya qilish kerak (foizning o'ndan va ba'zan yuzdan bir qismigacha!). Aks holda, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimlarning nomutanosibligi paydo bo'ladi va shuning uchun farqli ("antifaza") signallarga qo'shimcha ravishda, birlashtirilgan ("faza ichidagi") signallar ham kuchayadi.

Keling, ushbu atamalarning mohiyatini tushunaylik (10-rasm).

Guruch. 10 Signal fazasining siljishi

Signal fazasi signal davri mos yozuvlar nuqtasining vaqt mos yozuvlar nuqtasiga nisbatan ofsetini tavsiflovchi qiymatdir. Vaqtning kelib chiqishi ham, davrning kelib chiqishi ham o'zboshimchalik bilan tanlanganligi sababli, bir faza davriy Signalning jismoniy ma'nosi yo'q. Biroq, ikkalasi o'rtasidagi faza farqi davriy signallar jismoniy ma'noga ega bo'lgan miqdor bo'lib, signallardan birining ikkinchisiga nisbatan kechikishini aks ettiradi. Davrning boshlanishi deb hisoblangan narsa muhim emas. Davrning boshlang'ich nuqtasi musbat qiyalik bilan nol qiymat sifatida qabul qilinishi mumkin. Bu mumkin - maksimal. Hamma narsa bizning kuchimizda.

Shaklda. 9 qizil asl signalni bildiradi, yashil - asl signalga nisbatan ¼ davrga va ko'k - ½ davrga. Agar qizil va ko'k egri chiziqlarni rasmdagi egri chiziqlar bilan taqqoslasak. 2, B, keyin ular o'zaro ekanligini ko'rishingiz mumkin teskari. Shunday qilib, "faza ichidagi signallar" har bir nuqtada bir-biriga mos keladigan signallardir va "fazaga qarshi signallar" teskari bir-biriga nisbatan.

Shu bilan birga, kontseptsiya inversiyalar tushunchasidan kengroq bosqichlari, chunki ikkinchisi faqat muntazam takrorlanadigan, davriy signallarga taalluqlidir. Va kontseptsiya inversiyalar tovush signali, raqamli ketma-ketlik yoki doimiy kuchlanish kabi davriy bo'lmagan signallarni o'z ichiga olgan har qanday signallarga tegishli. Kimga bosqichi izchil miqdor edi, signal hech bo'lmaganda ma'lum bir oraliqda davriy bo'lishi kerak. Aks holda, faza ham, davr ham matematik abstraktsiyalarga aylanadi.

Ikkinchidan, Rooc = R1 va Rin1 = Rin2 teng baholari bilan differentsial ulanishdagi inverting va inverting bo'lmagan kirishlar turli xil kirish qarshiliklariga ega bo'ladi. Agar teskari kirishning kirish qarshiligi faqat Rin1 reytingi bilan aniqlansa, inverting bo'lmagan kirish reytinglari bilan aniqlanadi. ketma-ket Rin2 va R1 ni yoqdi (op-ampning kirishlari oqim iste'mol qilmasligini unutdingizmi?). Yuqoridagi misolda ular mos ravishda 1 va 2 kOm bo'ladi. Va agar biz to'liq quvvatli kuchaytirgich bosqichini olish uchun Rooc va R1 ni oshirsak, farq yanada sezilarli darajada oshadi: Ku = 10 bilan - mos ravishda bir xil 1 kOhm va 11 kOhm!

Afsuski, amalda ular odatda Rin1 = Rin2 va Rooc = R1 reytinglarini o'rnatadilar. Biroq, bu ikkala kirish uchun signal manbalari juda past bo'lsagina qabul qilinadi chiqish empedansi. Aks holda, u ma'lum bir kuchaytirgich bosqichining kirish qarshiligi bilan ajratgichni hosil qiladi va bunday "bo'luvchilar" ning bo'linish koeffitsienti boshqacha bo'lganligi sababli, natija aniq: bunday qarshilik qiymatlari bo'lgan differentsial kuchaytirgich o'z funktsiyasini bajarmaydi. umumiy rejim (birlashtirilgan) signallarni bostirish yoki bu funktsiyani yomon bajaradi.

Ushbu muammoni hal qilish usullaridan biri op-ampning inverting va inverting bo'lmagan kirishlariga ulangan rezistorlar qiymatlarining tengsizligi bo'lishi mumkin. Ya'ni, Rin2 + R1 = Rin1. Yana bir muhim nuqta, tenglikka to'liq rioya qilishdir (4). Qoida tariqasida, bunga R1 ni ikkita rezistorga bo'lish orqali erishiladi - doimiy, odatda kerakli qiymatning 90% va o'zgaruvchi (R2), uning qarshiligi kerakli qiymatning 20% ​​ni tashkil qiladi (11-rasm, A). .

Guruch. 11 Differensial kuchaytirgichni balanslash imkoniyatlari

Yo'l odatda qabul qilinadi, lekin yana, bu muvozanatlash usuli bilan, bir oz bo'lsa-da, teskari bo'lmagan kirishning kirish empedansi o'zgaradi. Rooc bilan ketma-ket sozlash rezistorini (R5) kiritish varianti (11-rasm, B) ancha barqaror, chunki Rooc inverting kirishining kirish qarshiligini shakllantirishda ishtirok etmaydi. Asosiysi, "A" variantiga o'xshash ularning nominal nisbatlarini saqlab qolish (Rooc / Rin1 = R1 / Rin2).

Differensial kommutatsiya va eslatib o'tilgan takrorlagichlar haqida gapira boshlaganimiz uchun men bitta qiziqarli sxemani tasvirlab bermoqchiman (12-rasm).

Guruch. 12 O'zgaruvchan inverting/inverting bo'lmagan izdosh sxemasi

Kirish signali bir vaqtning o'zida sxemaning ikkala kirishiga ham qo'llaniladi (inverting va inverting). Barcha rezistorlarning qiymatlari (Rin1, Rin2 va Rooc) bir-biriga teng (bu holda ularning haqiqiy qiymatlarini olaylik: 10...100 kOm). Op-ampning teskari bo'lmagan kirishi SA kaliti yordamida umumiy avtobusga ulanishi mumkin.

Kalitning yopiq holatida (12-rasm, A) rezistor Rin2 kontaktlarning zanglashiga olib kelishida ishtirok etmaydi (oqim faqat u orqali "foydasiz" oqadi. Ivx2 signal manbasidan umumiy avtobusga). olamiz teskari takrorlagich minus 1 ga teng daromad bilan (6-rasmga qarang). Lekin SA kaliti ochiq (12-rasm, B) bilan biz olamiz inverting bo'lmagan takrorlagich+1 ga teng daromad bilan.

Ushbu sxemaning ishlash printsipi biroz boshqacha tarzda ifodalanishi mumkin. SA kaliti yopiq bo'lsa, u minus 1 ga teng daromadli inverting kuchaytirgich sifatida ishlaydi va ochiq bo'lganda - bir vaqtning o'zida(!) ham minus 1 daromadli inverting kuchaytirgich sifatida, ham +2 kuchga ega bo'lmagan inverting kuchaytirgich sifatida, bu erda: Ku = +2 + (–1) = +1.

Ushbu shaklda ushbu sxema, masalan, dizayn bosqichida kirish signalining polaritesi noma'lum bo'lsa (aytaylik, qurilmani o'rnatishdan oldin kirish imkoni bo'lmagan sensordan) foydalanish mumkin. Agar siz kalit sifatida kirish signalidan boshqariladigan tranzistordan foydalansangiz (masalan, dala effektli tranzistor) solishtiruvchi(buni quyida muhokama qilamiz), olamiz sinxron detektor(sinxron rektifikator). Bunday sxemani o'ziga xos tarzda amalga oshirish, albatta, op-ampning ishlashi bilan dastlabki tanishish doirasidan tashqariga chiqadi va biz bu erda yana batafsil ko'rib chiqmaymiz.

Keling, kirish signallarini yig'ish printsipini ko'rib chiqaylik (13-rasm, A) va shu bilan birga Rin va Rooc rezistorlarining qiymatlari haqiqatda qanday bo'lishi kerakligini aniqlaylik.

Guruch. 13 Inverting qo'shimchasining ishlash printsipi

Yuqorida muhokama qilingan teskari kuchaytirgichni asos qilib olamiz (5-rasm), faqat bitta emas, balki ikkita kirish rezistorlari Rin1 va Rin2 ni op-ampning kirishiga ulaymiz. Hozircha, "trening" maqsadlari uchun biz barcha rezistorlarning, shu jumladan Roocning qarshiligini 1 kOhm ga teng deb qabul qilamiz. Rin1 va Rin2 chap terminallariga +1 V ga teng kirish signallarini qo'llaymiz.Bu rezistorlar orqali 1 mA ga teng oqimlar oqadi (chapdan o'ngga yo'naltirilgan o'qlar bilan ko'rsatilgan). Inverting kirishida (0 V) teskari bo'lmagan kirishdagi kabi bir xil potentsialni saqlab qolish uchun oqim Rooc rezistoridan o'tishi kerak, summasiga teng kirish oqimlari (1 mA + 1 mA = 2 mA), teskari yo'nalishda (o'ngdan chapga) yo'naltirilgan o'q bilan ko'rsatilgan, buning uchun op-amp chiqishi minus 2 V kuchlanishga ega bo'lishi kerak.

Xuddi shu natijani (chiqish kuchlanishi minus 2 V) olish mumkin, agar teskari kuchaytirgichning kirishiga +2 V kuchlanish qo'llanilsa (5-rasm) yoki Rin ko'rsatkichi ikki baravar kamaytirilsa, ya'ni. 500 Ohm gacha. Rin2 rezistoriga berilgan kuchlanishni +2 V ga oshiramiz (13-rasm, B). Chiqishda biz minus 3 V kuchlanishni olamiz, bu kirish kuchlanishlarining yig'indisiga teng.

Ikkita kirish emas, balki xohlagancha ko'p bo'lishi mumkin. Ushbu sxemaning ishlash printsipi bundan o'zgarmaydi: chiqish kuchlanishi har qanday holatda ham opning inverting kirishiga ulangan rezistorlar orqali o'tadigan oqimlarning algebraik yig'indisiga (belgisini hisobga olgan holda!) to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi. -amp (ularning reytinglariga teskari proportsional), ularning sonidan qat'i nazar.

Biroq, agar inverting qo'shimchasining kirishlariga +1 V va minus 1 V ga teng signallar qo'llanilsa (13-rasm, B), u holda ular orqali oqadigan oqimlar turli yo'nalishlarda bo'ladi, ular o'zaro kompensatsiyalanadi va chiqish 0 V bo'ladi. Rooc rezistori orqali bu holda oqim o'tmaydi. Boshqacha qilib aytganda, Rook orqali o'tadigan oqim algebraik tarzda yig'iladi kiritish oqimlari.

Bundan muhim bir nuqta ham kelib chiqadi: biz kichik kirish kuchlanishlari (1...3 V) bilan ishlaganimizda, keng qo'llaniladigan op-ampning chiqishi Rooc uchun shunday oqimni (1...3 mA) yaxshi ta'minlay olardi. va op-ampning chiqishiga ulangan yuk uchun hali ham biror narsa qolgan edi. Ammo agar kirish signalining kuchlanishlari ruxsat etilgan maksimal darajaga (ta'minot kuchlanishiga yaqin) oshirilsa, unda butun chiqish oqimi Rooc-ga o'tishi ma'lum bo'ladi. Yuk uchun hech narsa qolmaydi. Va "o'zi uchun" ishlaydigan kuchaytirgich bosqichi kimga kerak? Bunga qo'shimcha ravishda, kirish rezistorlarining qiymatlari atigi 1 kOhm ga teng (mos ravishda, inverting kuchaytirgich bosqichining kirish qarshiligini aniqlash) ular orqali o'tishi uchun haddan tashqari katta oqimlarni talab qiladi, signal manbasini og'ir yuklaydi. Shuning uchun, haqiqiy davrlarda Rin qarshiligi 10 kOm dan kam bo'lmagan, lekin tarjixon 100 kOm dan oshmasligi uchun tanlanadi, shuning uchun ma'lum bir daromad uchun Rooc juda yuqori qiymatga o'rnatilmaydi. Garchi bu qiymatlar mutlaq emas, balki faqat taxminiy, ular aytganidek, "birinchi taxmin sifatida" - hamma narsa aniq sxemaga bog'liq. Har qanday holatda, ushbu maxsus op-ampning maksimal chiqish oqimining 5 ... 10% dan ortiq oqimning Rooc orqali oqishi istalmagan.

Yig'ish signallari teskari bo'lmagan kirishga ham berilishi mumkin. Bu chiqadi teskari to'ldiruvchi. Aslida, bunday sxema inverting qo'shimchasi bilan bir xil ishlaydi, uning chiqishi kirish kuchlanishlariga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va kirish rezistorlarining qiymatlariga teskari proportsional bo'lgan signal bo'ladi. Biroq, amalda u kamroq qo'llaniladi, chunki e'tiborga olish kerak bo'lgan "rakes" ni o'z ichiga oladi.

2-qoida faqat "virtual nol potentsial" ga bo'ysunadigan teskari kiritish uchun amal qilganligi sababli, teskari bo'lmagan kirish kirish kuchlanishlarining algebraik yig'indisiga teng potentsialga ega bo'ladi. Shuning uchun kirishlardan birida mavjud bo'lgan kirish kuchlanishi boshqa kirishlarga beriladigan kuchlanishga ta'sir qiladi. Inverting bo'lmagan kiritishda "virtual potentsial" yo'q! Natijada, sxemani loyihalashning qo'shimcha usullaridan foydalanish kerak.

Hozirgacha biz OOS bilan op-amplarga asoslangan sxemalarni ko'rib chiqdik. Agar fikr-mulohaza butunlay olib tashlansa nima bo'ladi? Bunday holda biz olamiz solishtiruvchi(14-rasm), ya'ni uning kirishlarida ikkita potentsialning mutlaq qiymatini taqqoslaydigan qurilma (inglizcha so'zdan). solishtiring- solishtiring). Uning chiqishi, qaysi signal boshqasidan kattaroq bo'lishiga qarab, ta'minot kuchlanishlaridan biriga yaqinlashadigan kuchlanish bo'ladi. Odatda, kirish signali kirishlardan biriga qo'llaniladi, ikkinchisi esa doimiy kuchlanish bo'lib, u bilan solishtiriladi ("mos yozuvlar kuchlanishi" deb ataladi). Bu har qanday bo'lishi mumkin, shu jumladan nolga teng potentsial (14-rasm, B).

Guruch. 14 Op-ampni komparator sifatida ulash uchun sxema

Biroq, "Daniya qirolligida" hamma narsa juda yaxshi emas ... Kirishlar orasidagi kuchlanish nolga teng bo'lsa nima bo'ladi? Nazariy jihatdan, chiqish ham nolga teng bo'lishi kerak, lekin aslida - hech qachon. Agar kirishlarning biridagi potentsial boshqasining potentsialidan biroz kattaroq bo'lsa, u holda bu solishtirgich kirishlarida yuzaga keladigan tasodifiy buzilishlar tufayli chiqishda tartibsiz kuchlanish ko'tarilishi uchun etarli bo'ladi.

Aslida, har qanday signal "shovqinli", chunki ta'rifiga ko'ra ideal bo'lishi mumkin emas. Va kirishlarning teng potentsial nuqtasiga yaqin joyda, komparatorning chiqishida bitta aniq kommutatsiya o'rniga chiqish signallari to'plami paydo bo'ladi. Ushbu hodisaga qarshi kurashish uchun ko'pincha komparator sxemasi kiritiladi histerezis chiqishdan teskari bo'lmagan kirishga zaif ijobiy PIC yaratish orqali (15-rasm).

Guruch. 15 PIC tufayli komparatorda histerisisning ishlash printsipi

Keling, ushbu sxemaning ishlashini tahlil qilaylik. Uning besleme zo'riqishida ±10 V (yaxshi o'lchov uchun). Qarshilik Rin 1 kOhm, Rpos esa 10 kOhm. O'rta nuqta potentsiali inverting kirishiga berilgan mos yozuvlar kuchlanishi sifatida tanlanadi. Qizil egri chiziq Rin chap piniga (kirish sxema komparator), ko'k - op-ampning inverting bo'lmagan kirishidagi potentsial va yashil - chiqish signali.

Kirish signali salbiy qutbga ega bo'lsa-da, chiqish manfiy kuchlanishga ega bo'lib, u Rpos orqali kirish kuchlanishi bilan mos keladigan rezistorlar qiymatlariga teskari mutanosib ravishda yig'iladi. Natijada, salbiy qiymatlarning butun diapazonida inverting bo'lmagan kirishning potentsiali kirish signali darajasidan 1 V (mutlaq qiymatda) yuqori. Inverting bo'lmagan kirishning potentsiali invertingning potentsialiga teng bo'lishi bilanoq (kirish signali uchun bu + 1 V bo'ladi), op-amp chiqishidagi kuchlanish salbiy qutblanishdan o'tishni boshlaydi. ijobiyga. Inverting bo'lmagan kirishdagi umumiy potentsial boshlanadi qor ko'chkisi kabi Bunday o'tish jarayonini qo'llab-quvvatlab, yanada ijobiy bo'ladi. Natijada, solishtirgich kirish va mos yozuvlar signallaridagi shovqinning kichik o'zgarishlarini shunchaki "sezmaydi", chunki ular kommutatsiya paytida teskari bo'lmagan kirishda potentsialning tavsiflangan "bosqichi" dan amplituda kichikroq bo'ladi.

Kirish signali pasayganda, taqqoslash moslamasining chiqish signalining teskari o'zgarishi minus 1 V kirish kuchlanishida sodir bo'ladi. Bu kirish signali darajalari orasidagi taqqoslash chiqishini almashtirishga olib keladigan farq, bizning holatlarimizda jami 2 V ga teng, deyiladi histerezis. Ringa nisbatan Rpos qarshiligi qanchalik katta bo'lsa (POS chuqurligi qanchalik kichik bo'lsa), kommutatsiya histerizisi shunchalik past bo'ladi. Shunday qilib, Rpos = 100 kOm da u faqat 0,2 V, Rpos = 1 Mohm - 0,02 V (20 mV) bo'ladi. Histerezis (PIC chuqurligi) ma'lum bir sxemada taqqoslagichning haqiqiy ish sharoitlari asosida tanlanadi. Ba'zi hollarda 10 mV juda ko'p bo'ladi, ba'zi hollarda esa 2 V etarli emas.

Afsuski, har bir op-ampdan ham, hamma hollarda ham komparator sifatida foydalanish mumkin emas. Analog va raqamli signallarni moslashtirish uchun maxsus komparator mikrosxemalar ishlab chiqariladi. Ulardan ba'zilari raqamli TTL mikrosxemalariga (597CA2), ba'zilari - raqamli ESL mikrosxemalariga (597CA1) ulanish uchun ixtisoslashgan, ammo aksariyati shunday deb ataladi. "Keng qo'llash uchun taqqoslagichlar" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3). Ularning op-amplardan asosiy farqi ochiq kollektorli tranzistorda ishlab chiqarilgan chiqish bosqichining maxsus dizaynidir (16-rasm).

Guruch. 16 Keng qo'llaniladigan komparatorlarning chiqish bosqichi
va uning yuk rezistoriga ulanishi

Bu tashqi tomondan majburiy foydalanishni talab qiladi yuk qarshiligi(R1), ularsiz chiqish signali jismoniy jihatdan yuqori (ijobiy) chiqish darajasini hosil qila olmaydi. Yuk qarshiligi ulangan +U2 kuchlanishi taqqoslash chipining o'zi +U1 ta'minot kuchlanishidan farq qilishi mumkin. Bu oddiy vositalarga kerakli darajadagi chiqish signalini ta'minlash imkonini beradi - u TTL yoki CMOS.

Eslatma Ko'pgina komparatorlarda, bunga misol sifatida ikkita LM393 (LM193/LM293) yoki aynan bir xil sxema konstruktsiyasi bo'lishi mumkin, ammo to'rtburchak LM339 (LM139/LM239) chiqish bosqichi tranzistorining emitenti manfiy quvvat terminaliga ulangan, u biroz ularning amal qilish doirasini cheklaydi. Shu munosabat bilan men LM31 (LM111 / LM211) taqqoslagichiga e'tibor qaratmoqchiman, uning analogi mahalliy 521/554CA3 bo'lib, unda chiqish tranzistorining kollektori ham, emitenti ham alohida ulangan, uni ulash mumkin. komparatorning o'zi besleme zo'riqishidan boshqa kuchlanishlarga. Uning yagona nisbiy kamchiligi shundaki, 8-pinli (ba'zan 14-pinli) paketda faqat bittasi mavjud.

Hozirgacha biz kirish signali Rin orqali kirish(lar) ga etkazib berilgan sxemalarni ko'rib chiqdik, ya'ni. ularning hammasi edi konvertorlar kiritish kuchlanish ichida Dam olish kuni Kuchlanishi bir xil. Bunday holda, kirish oqimi Rin orqali o'tdi. Agar uning qarshiligi nolga teng bo'lsa nima bo'ladi? Sxema yuqorida muhokama qilingan inverting kuchaytirgich bilan bir xil ishlaydi, faqat signal manbai (Rout) chiqish qarshiligi Rin bo'lib xizmat qiladi va biz olamiz konvertor kiritish joriy V Dam olish kuni Kuchlanishi(17-rasm).

Guruch. 17 Op-ampdagi oqim-kuchlanish konvertorining sxemasi

Inverting kirishidagi potentsial teskari bo'lmagan kirish bilan bir xil bo'lganligi sababli (bu holda "virtual nolga teng"), butun kirish oqimi ( Ikiritish) signal manbasining chiqishi (G) va op-amp chiqishi o'rtasida Rooc orqali oqadi. Bunday sxemaning kirish qarshiligi nolga yaqin, bu uning asosida mikro/milliammetrlarni qurish imkonini beradi, ular o'lchangan sxema bo'ylab oqadigan oqimga deyarli ta'sir qilmaydi. Ehtimol, yagona cheklov op-amp kirish kuchlanishlarining ruxsat etilgan diapazoni bo'lib, undan oshmasligi kerak. Uning yordami bilan siz, masalan, chiziqli fotodiodli oqim-kuchlanish konvertori va boshqa ko'plab sxemalarni ham qurishingiz mumkin.

Biz uni qo'shish uchun turli xil sxemalarda op-ampning ishlashning asosiy tamoyillarini ko'rib chiqdik. Bitta muhim savol qoladi: ularning oziqlanish.

Yuqorida aytib o'tilganidek, op-amp odatda faqat 5 ta pinga ega: ikkita kirish, chiqish va ikkita quvvat pinlari, ijobiy va salbiy. Umumiy holda, bipolyar quvvat ishlatiladi, ya'ni quvvat manbai potentsialli uchta terminalga ega: +U; 0; –U.

Yana bir bor, yuqoridagi barcha raqamlarni diqqat bilan ko'rib chiqing va op-ampdagi o'rta nuqtaning alohida chiqishini ko'ring YO'Q ! Bu ularning ichki sxemalarining ishlashi uchun shunchaki kerak emas. Ba'zi sxemalarda o'rta nuqtaga teskari bo'lmagan kirish ulangan, ammo bu qoida emas.

Demak, haddan tashqari ko'pchilik zamonaviy op-amplar quvvat olish uchun mo'ljallangan UNIPOLAR kuchlanish! Mantiqiy savol tug'iladi: "Agar biz buni chizmalarda shunchalik o'jarlik va havas qiladigan izchillik bilan tasvirlagan bo'lsak, nima uchun bizga bipolyar ovqatlanish kerak?"

Bu oddiy ekan juda qulay amaliy maqsadlarda quyidagi sabablarga ko'ra:

A) Yuk bo'ylab etarli oqim va chiqish kuchlanishining o'zgarishini ta'minlash uchun (18-rasm).

Guruch. 18 Turli xil op-amp quvvat variantlari uchun yuk orqali chiqish oqimi

Hozircha biz rasmda ("qora quti") ko'rsatilgan sxemalarning kirish (va OOS) davrlarini ko'rib chiqmaymiz. Keling, kirishga qandaydir kirish sinusoidal signali (grafiklardagi qora sinusoid) etkazib berilishini va chiqish grafiklardagi kirish rangli sinusoidga nisbatan kuchaytirilgan bir xil sinusoidal signalni ishlab chiqarishini tabiiy deb hisoblaylik.

Rload yukini ulashda. op-amp chiqishi va quvvat manbalarini ulashning o'rta nuqtasi (GB1 va GB2) o'rtasida - rasm. 18, A, yuk orqali oqim o'rta nuqtaga nisbatan nosimmetrik tarzda oqadi (mos ravishda qizil va ko'k yarim to'lqinlar) va uning amplitudasi maksimal va Rloaddagi kuchlanish amplitudasi. ham maksimal mumkin - u deyarli ta'minot kuchlanishiga yetishi mumkin. Tegishli polaritning quvvat manbaidan oqim op-amp, Rload orqali yopiladi. va quvvat manbai (tegishli yo'nalishda oqim oqimini ko'rsatadigan qizil va ko'k chiziqlar).

Op-amp quvvat manbalarining ichki qarshiligi juda past bo'lganligi sababli, yuk orqali o'tadigan oqim faqat uning qarshiligi va odatda 25 mA bo'lgan op-ampning maksimal chiqish oqimi bilan cheklanadi.

Sifatida unipolyar kuchlanish bilan op-ampni quvvatlantirishda umumiy avtobus Odatda quvvat manbaining salbiy (minus) qutbi tanlanadi, unga ikkinchi yuk terminali ulanadi (18-rasm, B). Endi yuk orqali oqim faqat bitta yo'nalishda oqishi mumkin (qizil chiziq bilan ko'rsatilgan), ikkinchi yo'nalishda hech qanday joy yo'q. Boshqacha qilib aytganda, yuk orqali oqim assimetrik bo'ladi (pulsatsiyalanuvchi).

Bu variant yomon ekanligini aniq aytish mumkin emas. Agar yuk, aytaylik, dinamik bosh bo'lsa, demak, bu uning uchun yomon. Biroq, op-amp chiqishi va quvvat relslaridan biri (odatda salbiy kutupluluk) o'rtasida yukni ulash nafaqat maqbul, balki yagona mumkin bo'lgan ko'plab ilovalar mavjud.

Agar siz hali ham bir kutupli ta'minot bilan yuk orqali oqim oqimining simmetriyasini ta'minlashingiz kerak bo'lsa, unda C1 kondansatkich yordamida uni op-ampning chiqishidan galvanik tarzda ajratib olishingiz kerak (18-rasm, B).

B) Inverting kiritish uchun zarur bo'lgan oqimni ta'minlash uchun, shuningdek bog'lashlar ba'zilariga kirish signallari o'zboshimchalik bilan tanlangan Daraja, qabul qilingan mos yozuvlar uchun (nol) - to'g'ridan-to'g'ri oqim uchun op-ampning ish rejimini o'rnatish (19-rasm).

Guruch. 19 Har xil op-amp quvvat variantlari uchun kirish signali manbasini ulash

Endi biz kirish signali manbalarini ulash variantlarini ko'rib chiqamiz, yuk ulanishini hisobga olmaydi.

Inverting va inverting bo'lmagan kirishlarni quvvat manbalarini ulashning o'rta nuqtasiga ulash (19-rasm, A) ilgari taqdim etilgan sxemalarni tahlil qilishda ko'rib chiqildi. Agar inverting bo'lmagan kirish oqimni iste'mol qilmasa va oddiygina o'rta nuqta potentsialini qabul qilsa, u holda oqim signal manbai (G) va ketma-ket ulangan Rin orqali mos keladigan quvvat manbai orqali yopiladi! Va ularning ichki qarshiliklari kirish oqimi bilan solishtirganda ahamiyatsiz bo'lgani uchun (Rindan kamroq kattalikdagi ko'plab buyurtmalar), bu ta'minot kuchlanishiga deyarli ta'sir qilmaydi.

Shunday qilib, op-ampga bir qutbli quvvat manbai bilan siz R1R2 ajratgich yordamida uning inverting bo'lmagan kirishiga berilgan potentsialni juda oson shakllantirishingiz mumkin (19-rasm, B, C). Ushbu ajratgichning odatiy qarshilik qiymatlari 10 ... 100 kOm ni tashkil qiladi va ta'sirni sezilarli darajada kamaytirish uchun pastki qismini (umumiy salbiy avtobusga ulangan) 10 ... 22 mkF kondansatör bilan o'chirish tavsiya etiladi. bunday potentsial bo'yicha ta'minot kuchlanishining dalgalanishi sun'iy o'rta nuqta.

Ammo bir xil kirish oqimi tufayli signal manbasini (G) ushbu sun'iy o'rta nuqtaga ulash juda istalmagan. Keling, buni aniqlaylik. R1R2 = 10 kOm va Rin = 10...100 kOm bo'luvchi qiymatlari bilan ham, kirish oqimi Ikiritish eng yaxshi 1/10 bo'ladi, va eng yomoni - ajratuvchi orqali o'tadigan oqimning 100% gacha. Shunday qilib, teskari bo'lmagan kirishdagi potentsial kirish signali bilan birgalikda (fazada) bir xil miqdorda "suzadi".

Ushbu ulanish bilan doimiy oqim signallari kuchaytirilganda kirishlarning bir-biriga o'zaro ta'sirini bartaraf etish uchun R3R4 rezistorlari tomonidan tashkil etilgan signal manbai uchun alohida sun'iy o'rta nuqta potentsialini tashkil qilish kerak (19-rasm, B) yoki agar o'zgaruvchan tok bo'lsa. signal kuchaytiriladi, signal manbai C2 kondansatörü bilan inverting kirishidan galvanik tarzda ajratilishi kerak (19-rasm, B).

Shuni ta'kidlash kerakki, yuqoridagi sxemalarda (18, 19-rasm) biz chiqish signali quvvat manbalarining o'rta nuqtasiga yoki sun'iy o'rta nuqtaga nisbatan nosimmetrik bo'lishi kerakligi haqidagi standart taxminni qildik. Aslida, bu har doim ham zarur emas. Ko'pincha siz chiqish signalining asosan ijobiy yoki salbiy qutbli bo'lishini xohlaysiz. Shuning uchun elektr ta'minotining ijobiy va salbiy qutblari mutlaq qiymatda teng bo'lishi shart emas. Ulardan biri mutlaq qiymatda boshqasidan sezilarli darajada kichikroq bo'lishi mumkin - faqat op-ampning normal ishlashini ta'minlash uchun.

Tabiiy savol tug'iladi: "Aniq qaysi biri?" Bunga javob berish uchun op-ampning kirish va chiqish signallarining ruxsat etilgan kuchlanish diapazonlarini qisqacha ko'rib chiqaylik.

Har qanday op-amp uchun chiqish potentsiali ijobiy quvvat avtobusining potentsialidan yuqori va salbiy quvvat avtobusining potentsialidan past bo'lishi mumkin emas. Boshqacha qilib aytganda, chiqish kuchlanishi besleme zo'riqishidan tashqariga chiqa olmaydi. Masalan, OPA277 op amp uchun 10 kOhm yuk qarshiligidagi chiqish kuchlanishi musbat ta'minot relsli kuchlanishidan 2 V va salbiy ta'minot relsli kuchlanishidan 0,5 V kamroq. Ushbu chiqish kuchlanishining kengligi "o'lik zonalar" op amp chiqishiga erisha olmasligi chiqish bosqichi sxemasi dizayni, yuk qarshiligi va boshqalar kabi ketma-ket omillarga bog'liq. Minimal o'lik zonalarga ega bo'lgan op amperlar mavjud, masalan, 10 kOhm yukda (OPA340 uchun) quvvat relsli kuchlanishidan 50 mV oldin, op ampning bu xususiyati "rels-to-rail" (R2R) deb ataladi.

Boshqa tomondan, keng qo'llaniladigan op-amplar uchun kirish signallari ham ta'minot kuchlanishidan oshmasligi kerak va ba'zilari uchun ulardan 1,5 ... 2 V kamroq bo'lishi kerak.Ammo, ma'lum bir kirish bosqichi sxemasiga ega bo'lgan op-amplar mavjud. (masalan, xuddi shu LM358/LM324) , bu nafaqat salbiy ta'minot darajasidan, balki hatto 0,3 V ga "minus" dan ham ishlashi mumkin, bu umumiy salbiy avtobusga ega bo'lgan bitta qutbli ta'minot bilan ulardan foydalanishni sezilarli darajada osonlashtiradi.

Keling, nihoyat ushbu "o'rgimchak hasharotlari" ni ko'rib chiqamiz va tegizamiz. Siz hatto uni hidlashingiz va yalashingiz mumkin. Men ruxsat beraman. Keling, radio havaskorlari uchun mavjud bo'lgan eng keng tarqalgan variantlarni ko'rib chiqaylik. Bundan tashqari, agar siz eski uskunadan op-amplarni lehimlashingiz kerak bo'lsa.

O'z-o'zidan qo'zg'alishni oldini olish uchun chastotani to'g'rilash uchun tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan eski op-amp dizaynlari qo'shimcha pinlarning mavjudligi bilan tavsiflangan. Shu sababli, ba'zi op-amplar 8 pinli korpusga ham "mos kelmadi" (20-rasm, A) va 12 pinli dumaloq metall shishalarda ishlab chiqarilgan, masalan, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (1-rasm). 20, B) yoki 14 pinli DIP paketlari, masalan, K140UD20, K157UD2 (20-rasm, B). DIP qisqartmasi inglizcha "Dual In line Package" iborasining qisqartmasi bo'lib, "ikki pinli paket" deb tarjima qilingan.

Dumaloq metall shisha korpus (20-rasm, A, B) import qilingan op-amplar uchun 70-yillarning o'rtalariga qadar va mahalliy op-amplar uchun 80-yillarning o'rtalariga qadar asosiy sifatida ishlatilgan va hozirda deb atalmish. "Harbiy" arizalar ("5-qabul").

Ba'zida mahalliy op-amplar hozirda juda "ekzotik" bo'lgan paketlarga joylashtirilgan: K284UD1 gibrid uchun 15 pinli to'rtburchaklar metall shisha (20-rasm, D), bunda kalit qo'shimcha 15-pin hisoblanadi. ish va boshqalar. To'g'ri, men shaxsan op-amplarni joylashtirish uchun planar 14 pinli paketlarni (20-rasm, D) ko'rmadim. Ular raqamli mikrosxemalar uchun ishlatilgan.

Guruch. 20 Mahalliy operatsion kuchaytirgichlarning holatlari

Zamonaviy op-amplar asosan to'g'ridan-to'g'ri chipda tuzatish sxemalarini o'z ichiga oladi, bu esa minimal miqdordagi pinlar bilan ishlashga imkon beradi (masalan, bitta op-amp uchun 5-pinli SOT23-5 - 23-rasm). Bu bitta chipda ishlab chiqarilgan ikkitadan to'rttagacha butunlay mustaqil (umumiy quvvat pinlaridan tashqari) op-amplarni bitta paketga joylashtirish imkonini berdi.

Guruch. 21 Chiqishni o'rnatish uchun zamonaviy op-amplarning ikki qatorli plastik korpuslari (DIP)

Ba'zan siz bitta qatorli 8-pinli (22-rasm) yoki 9-pinli paketlarga (SIP) joylashtirilgan op-amplarni topishingiz mumkin - K1005UD1. SIP qisqartmasi inglizcha "Single In line Package" iborasining qisqartmasi bo'lib, "bir tomonlama paket" deb tarjima qilingan.

Guruch. 22 Chiqishni o'rnatish uchun ikkita op-ampli bir qatorli plastik korpus (SIP-8)

Ular taxtadagi bo'sh joyni minimallashtirish uchun mo'ljallangan edi, ammo, afsuski, ular "kech" edi: bu vaqtga kelib, to'g'ridan-to'g'ri taxta izlariga lehimlash orqali sirtga o'rnatiladigan paketlar (SMD - Surface Mounting Device) keng tarqaldi (1-rasm). 23). Biroq, yangi boshlanuvchilar uchun ulardan foydalanish sezilarli qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi.

Guruch. 23 ta zamonaviy import qilingan sirtga o'rnatiladigan op kuchaytirgichlar (SMD)

Ko'pincha, bir xil mikrosxema ishlab chiqaruvchi tomonidan turli paketlarda "qadoqlanishi" mumkin (24-rasm).

Guruch. 24 Bir xil chipni turli korpuslarga joylashtirish variantlari

Barcha mikrosxemalarning pinlari ketma-ket raqamlangan, deb ataladiganlardan hisoblanadi. 1-sonli pinning joylashishini ko'rsatadigan "kalit" (25-rasm). IN har qanday holda, agar korpus o'tkazgichlar bilan joylashtirilgan bo'lsa Durang, ularning raqamlanishi o'sish tartibida qarshi soat yo'nalishi bo'yicha!

Guruch. 25 Operatsion kuchaytirgich pinouts
turli korpuslarda (pinout), yuqoridan ko'rinish;
raqamlash yo'nalishi strelkalar bilan ko'rsatilgan

Dumaloq metall-shisha holatlarida kalit yon protrusion ko'rinishga ega (25-rasm, A, B). Ushbu kalitning joylashuvi bilan ulkan "tirmoqlar" mumkin! Mahalliy 8 pinli holatlarda (302.8) kalit birinchi pinning qarshisida (25-rasm, A) va import qilingan TO-5da - sakkizinchi pinning qarshisida joylashgan (25-rasm, B). Kalit mahalliy (302.12) va import qilingan 12 pinli paketlarda joylashgan orasida birinchi va 12-xulosalar.

Odatda, dumaloq metall-shisha va DIP korpuslarida inverting kirish 2-pinga, teskari bo'lmagan - 3-ga, chiqish - 6-ga, minus quvvat - 4-ga va ortiqcha quvvat - 7-ga ulanadi. Biroq, OU K140UD8, K574UD1 pinoutida istisnolar mavjud (boshqa mumkin bo'lgan "rake"!). Ularda pin raqamlash ko'pchilik boshqa turlar uchun odatda qabul qilingan narsalarga nisbatan soat sohasi farqli ravishda bir marta siljiydi, ya'ni. Ular import qilingan holatlarda bo'lgani kabi terminallarga ulanadi (25-rasm, B) va raqamlash mahalliy bo'lganlarga mos keladi (25-rasm, A).

So'nggi yillarda ko'pchilik "maishiy foydalanish" op amperlari plastik qutilarga joylashtirila boshlandi (21, 25-rasm, B-D). Bunday hollarda kalit birinchi pinga qarama-qarshi bo'lgan chuqurchaga (nuqta) yoki birinchi va 8-chi (DIP-8) yoki 14-chi (DIP-14) pinlar orasidagi korpus oxiridagi kesik yoki bo'ylab qirqishdir. pinlarning birinchi yarmi (21-rasm, o'rtada). Bu holatlarda pinlarning raqamlanishi ham qarshi soat yo'nalishi bo'yicha yuqoridan qaralganda (o'zingizdan xulosalar bilan).

Yuqorida aytib o'tilganidek, ichki tuzatilgan op-amplar faqat beshta pinga ega, ulardan faqat uchtasi (ikkita kirish va bitta chiqish) har bir alohida op-ampga tegishli. Bu bitta 8-pinli paketdagi bitta kristalga ikkita butunlay mustaqil op-amplarni joylashtirish imkonini berdi (yana ikkita pinni talab qiladigan ortiqcha va minus quvvat manbai bundan mustasno) (25-rasm, D) va hatto to'rtta 14 pinli paketda (25-rasm, D). Natijada, ko'pchilik op-amplar hozirda kamida ikkitali sifatida ishlab chiqariladi, masalan, TL062, TL072, TL082, arzon va oddiy LM358 va hokazo. va LM324.

Nisbatan mahalliy analog LM324 (K1401UD2) yana bir "rake" mavjud: agar LM324-da quvvat manbai plyus 4-pinga, minus esa 11-pinga ulangan bo'lsa, K1401UD2-da buning aksi: quvvatning ortiqcha. ta'minot 11-pinga, minus esa 4-chiga ulangan. Biroq, bu farq simlarni ulashda hech qanday qiyinchiliklarga olib kelmaydi. Op-amp pinlarining pinouti to'liq nosimmetrik bo'lgani uchun (25-rasm, D), 1-pin 8-o'rinni egallashi uchun korpusni 180 gradusga burishingiz kerak. Ana xolos.

Import qilingan op-amplarni (va nafaqat op-amplarni) yorliqlash haqida bir necha so'z. Birinchi 300 raqamli belgilarning bir qator ishlanmalari uchun raqamli kodning birinchi raqami bilan sifat guruhini belgilash odatiy hol edi. Misol uchun, op-amps LM158/LM258/LM358, komparatorlar LM193/LM293/LM393, sozlanishi uch terminalli stabilizatorlar TL117/TL217/TL317 va boshqalar ichki tuzilishda butunlay bir xil, ammo haroratning ishlash diapazonida farqlanadi. LM158 (TL117) uchun ish harorati oralig'i minus 55 dan +125...150 daraja Selsiy ("jangovar" yoki harbiy diapazon deb ataladi), LM258 (TL217) uchun - minus 40 dan +85 darajagacha (" sanoat" diapazoni) va LM358 (TL317) uchun - 0 dan +70 darajagacha ("maishiy" diapazon). Bundan tashqari, ular uchun narx bunday gradatsiyaga mutlaqo mos kelmasligi yoki juda oz farq qilishi mumkin ( narxlashning sirli usullari!). Shunday qilib, siz ularni birinchi "uchlik" ni ta'qib qilmasdan, yangi boshlanuvchilar uchun mos bo'lgan har qanday belgi bilan sotib olishingiz mumkin.

Dastlabki uch yuzta raqamli belgilar tugagandan so'ng, ishonchlilik guruhlari harflar bilan belgilana boshladi, ularning ma'nosi ushbu komponentlar uchun ma'lumotlar jadvallarida (Ma'lumotlar jadvali so'zma-so'z tarjima qilingan "ma'lumotlar jadvali" deb tarjima qilinadi).

Xulosa

Shunday qilib, biz kichik taqqoslashlarni qamrab olgan holda op-amp ishlashining "ABC" ni o'rgandik. Keyinchalik, ushbu "harflar" dan so'zlar, jumlalar va butun mazmunli "insholar" (ishlaydigan sxemalar) qo'yishni o'rganishingiz kerak.

Afsuski, "cheksizlikni qabul qilish mumkin emas". Agar ushbu maqolada keltirilgan material ushbu "qora qutilar" qanday ishlashini tushunishga yordam bergan bo'lsa, unda ularning "to'ldirish", kirish, chiqish va vaqtinchalik xususiyatlarning ta'sirini tahlil qilish yanada chuqurroq o'rganish vazifasidir. Bu haqdagi ma'lumotlar turli xil mavjud adabiyotlarda batafsil va to'liq taqdim etilgan. Okkemlik bobosi Uilyam aytganidek: "Shaxslar zarur bo'lganidan ortiq ko'paytirilmasligi kerak". Yaxshi tasvirlangan narsalarni takrorlashning hojati yo'q. Faqat dangasa bo'lmaslik va uni o'qish kerak.

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

Shuning uchun, menga ruxsat bering, hurmat bilan va hokazo, muallif Aleksey Sokolyuk ()