Feedback operationelle forstærker kredsløb

komparatorer

Hvis du bruger en operationel forstærker uden negativ feedback (OOS), kan vi bestemt sige, hvad der sker komparator. For at forstå, hvordan det fungerer, kan du gøre nogle enkle, men visuelle eksperimenter. Du har brug for lidt til dette: selve driftsforstærkeren, en strømforsyning med en spænding på 9 ... 25V, flere modstande, et par lysdioder og et voltmeter (digital multimeter).

Den enkleste logiske sonde samles fra LED'er og modstande, som vist i figur 1.

Når en positiv spænding tilføres sondeindgangen (du kan endda levere + U), lyser den røde LED, og ​​hvis indgangen er tilsluttet en fælles ledning, lyser den grønne. Ved hjælp af en sådan sonde bliver udgangstilstanden for den testede driftsforstærker klar og forståelig.

Som en eksperimentel "kanin" er enhver, der ikke er meget høj og dyre, egnet driftsforstærkerfor eksempel KR140UD608 (708) i plastkasser eller K140UD6 (7) i rundt metal.

Figur 1. Skema af en simpel logisk sonde

Det skal bemærkes, at til trods for de forskellige tilfælde er udløsningen af ​​disse mikrokredsløb den samme og svarer til den, der er vist i nedenstående diagrammer. Det sker ofte, at udskæringen af ​​plast- og metalkasser ikke stemmer overens, skønt de faktisk er de samme mikrokredsløb. Nu er de fleste af de operationelle forstærkere, især importerede, tilgængelige i plastkasser, og alt fungerer godt og perfekt, og der er ingen forvirring med pinouts. Og før blev sådanne ”plastiske” mikrokredsløb foragteligt kaldt ”forbrugsvarer” af specialister.

Figur 2. Skema på en driftsforstærker

Til de første eksperimenter samler vi kredsløbet vist i figur 2. Der er ikke meget gjort her: selve driftsforstærkeren og den logiske sonde vist i figur 1 er forbundet til en unipolær strømkilde. Forsyningsspænding + U-polær 9 ... 30V. Størrelsen af ​​stress i vores eksperimenter er ikke af særlig betydning.

Her kan der opstå et helt legitimt spørgsmål: "Hvorfor er sonden logisk, fordi driftsforstærkeren er et analogt element?" Ja, men i dette tilfælde fungerer driftsforstærkeren ikke i forstærkningstilstand, men i komparatortilstand, og den har kun to outputniveauer. En spænding tæt på 0V kaldes en logisk nul, og en spænding tæt på + U er en logisk enhed. I tilfælde af bipolær effekt svarer en spænding tæt på –U til en logisk nul.

Ved påføring af forsyningsspænding skal en af ​​LED'erne være tændt. Det er umuligt at besvare spørgsmålet om hvilket, rødt eller grønt, da alt afhænger af parametrene for en bestemt driftsforstærker og af eksterne forhold, for eksempel netværksinterferens. Hvis du tager flere af samme type op-forstærker, vil resultaterne være meget forskellige.

Spændingen ved udgangen fra driftsforstærkeren styres af et voltmeter: hvis den røde LED er tændt, vil voltmeteret vise en spænding tæt på + U, og hvis den grønne LED lyser, vil spændingen være næsten nul.

Nu kan du prøve at anvende en vis spænding på indgange og se på indikatorerne og voltmeteret, hvordan driftsforstærkeren vil opføre sig. Den nemmeste måde er at anvende spænding ved at røre ved den ene finger i sving for hver indgang i driftsforstærkeren og den anden på en af ​​strømstifterne. I dette tilfælde skal sondens glød og voltmeteraflæsningen ændres. Men disse ændringer forekommer muligvis ikke.

Sagen er, at nogle driftsforstærkere er designet til at sikre, at spændingen ved indgange er inden for visse grænser: lidt højere end spændingen ved klemme 4 og lidt lavere end forsyningsspændingen ved klemme 7. Denne "lidt lavere, højere" er 1 ... 2B. For at fortsætte eksperimenterne efter at have opfyldt den angivne betingelse vil det være nødvendigt at samle et lidt mere kompliceret kredsløb, vist i figur 3.

Figur 3 Feedbackforstærker operationelle kredsløb

Nu leveres spændingen til indgange ved hjælp af variabel modstand R1, R2, hvis motorer skal installeres nær midtpositionen før målingerne startes. Voltmeteret er nu flyttet til et andet sted: det viser spændingsforskellen mellem direkte og inverse indgange.

Det er bedre, hvis dette voltmeter er digitalt: spændingens polaritet kan ændre sig, et minustegn vises på indikatoren for den digitale enhed, og markøren vil simpelthen “rulle over” i den modsatte retning. (Du kan bruge en pointer voltmeter med et midtpunkt i skalaen.) Derudover er inputmodstanden for et digitalt voltmeter meget højere end for en pointer, så måleresultaterne vil være mere nøjagtige. Udgangsstatus bestemmes af LED-indikatoren.

Det er passende at give sådanne råd: det er bedre at udføre disse enkle eksperimenter med egne hænder og ikke bare læse og beslutte, at alt er enkelt og klart. Dette er, hvordan du læser guitar-tutorial, mens du aldrig henter guitaren. Så lad os komme i gang.

Den første ting at gøre er at indstille de variable modstandsmotorer til omtrent midtpositionen, mens spændingen ved indgangene til driftsforstærkeren er tæt på halvdelen af ​​forsyningsspændingen. Voltmeterets følsomhed bør maksimeres, men måske ikke med det samme, men gradvist for ikke at brænde enheden.

Antag, at output fra driftsforstærkeren er lav, at den grønne LED er tændt. Hvis dette ikke er tilfældet, kan denne tilstand opnås ved at dreje den variable modstand R1 på en sådan måde, at motoren bevæger sig ned ad kredsløbet - det kan være praktisk op til 0V.

Ved hjælp af den variable modstand R1 begynder vi nu at tilføje spænding til den direkte indgang til driftsforstærkeren (stift 3), idet vi overvåger voltmeterlæsningerne. Så snart voltmeteret viser en positiv spænding (spændingen ved den direkte indgang (klemme 3) er større end spændingen ved det inverse (klemme 2)), lyser den røde LED. Derfor er spændingen ved driftsforstærkerens udgang høj eller, som tidligere aftalt, en logisk enhed.

Lidt hjælp

Mere præcist, ikke engang en logisk enhed, men et højt niveau: en logisk enhed angiver sandheden i signalet, siger de, en begivenhed er sket. Men denne sandhed, denne logiske enhed kan udtrykkes og lavt niveau. Som et eksempel kan vi huske RS-232-interface, hvor en negativ spænding svarer til en logisk enhed, mens en logisk nul har en positiv spænding. Skønt i andre skemaer udtrykkes den logiske enhed ofte på et højt niveau.

Vi fortsætter vores videnskabelige erfaring. Vi begynder med forsigtigt og langsomt at dreje modstanden R1 i den modsatte retning efter voltmeteret. På et bestemt tidspunkt viser det nul, men den røde LED lyser stadig. Det er usandsynligt, at de fanger en position, hvor begge lysdioder er slukket.

Ved yderligere rotation af modstanden ændres voltmålernes polaritet også til negativ. Dette antyder, at spændingen ved den inverse indgang (2) i absolut værdi er højere end ved den direkte indgang (3). Den grønne LED lyser, hvilket indikerer et lavt niveau ved udgangen til driftsforstærkeren. Derefter kan du fortsætte med at dreje modstanden R1 i samme retning, men der sker ingen ændringer: den grønne LED slukker ikke og ændrer ikke engang lysstyrken.

Dette fænomen opstår, når den operationelle forstærker er i komparatortilstand, dvs. uden negativ feedback (nogle gange endda med PIC).Hvis op-amp fungerer i lineær tilstand, er dækket af negativ feedback (OOS), så når modstanden R1 motor roterer, ændres udgangsspændingen i forhold til rotationsvinklen, læser spændingsforskellen ved indgange og slet ikke et trin. I dette tilfælde kan lysstyrken på LED'en ændres jævnt.

Fra alt det ovenstående kan vi konkludere: spændingen ved udgangen til driftsforstærkeren afhænger af forskellen i spænding ved indgange. I tilfælde, hvor spændingen ved den direkte indgang er højere end ved den inverse, er udgangsspændingen høj. Ellers (spændingen på det inverse er højere end på den direkte), er outputniveauet en logisk nul.

Helt i begyndelsen af ​​dette eksperiment blev det anbefalet at installere modstandsmotorerne R1, R2 omtrent i midtpositionen. Og hvad vil der ske, hvis du oprindeligt indstiller dem til en tredjedel af omsætningen eller to tredjedele? Ja, faktisk ændrer intet, alt fungerer på samme måde som beskrevet ovenfor. Herfra kan vi konkludere, at signalet ved driftsforstærkerens udgang ikke afhænger af den absolutte værdi af spændingerne ved de direkte og inverse indgange. Og det afhænger kun af spændingsforskellen.

Fra alt det, der er sagt, kan en mere vigtig konklusion drages: en operationel forstærker uden feedback er en komparator - en komparator. I dette tilfælde påføres reference- eller referencespændingen på den ene indgang, og den spænding, hvis værdi skal styres, til den anden indgang. Hvilken input der skal levere referencespændingen afgøres under udviklingen af ​​kredsløbet.

Som et eksempel viser figur 4 et diagram. integreret timer NE555hvis indgang straks er 2 interne komparatorer DA1 og DA2.

Figur 4Integreret timerkreds NE555

Deres formål er at styre det interne RS-trigger. Kontrollogikken er ganske enkel: den logiske enhed fra komparatorens DA2-output indstiller triggeren til en, og den logiske enhed fra komparatorens DA1-output nulstiller triggeren.

En divider er samlet på modstande R1 ... R3, der leverer referencespænding til komparatorernes indgange. Alle tre modstande har den samme modstand (5K), der danner 2/3 og 1/3 af forsyningsspændingen, som tilføres henholdsvis til inverteringsindgangen DA1 og til den ikke-inverterende indgang DA2.

Med hensyn til hvad der blev skrevet ovenfor viser det sig, at den logiske enhed ved udgangen fra komparatoren DA1 opnås, hvis indgangsspændingen ved den direkte indgang overstiger referencespændingen ved det inverse (2 / 3Upit), udløseren nulstilles.

For at indstille udløseren til 1 skal du få et højt niveau ved output fra den interne komparator DA2. Denne tilstand opnås, når spændingsniveauet ved den inverterede indgang DA2 er mindre end 1 / 3Upit. Det er en sådan referencespænding, der påføres direkte indgang fra komparatoren DA2.

Her er målet for beskrivelsen af ​​den NE555 integrerede timer ikke indstillet, ligesom et eksempel på brug af op-forstærkeren, vises input-komparatorer skjult inde i mikrokredsløbet. For dem, der er interesseret i at bruge 555-timeren, kan du anbefale at læse artiklen "Integreret timer NE555".

Se også: Feedback operationelle forstærker kredsløb

Boris Aladyshkin