Зображення операційного підсилювача

Операційний підсилювач (ОП) являється фундаментальною частиною великої кількості електронних систем. Він використовується як в невеликих агрегатах, так і у високотехнологічних пристроях. Ця стаття пропонує спосіб загальмувати його функціонування.

Найбільш відомим є ОП LM741. В магазині електроніки ви можете придбати його за 50 центів. Картинка нижче показує його схематичне зображення, збільшене в три рази. Кожна з восьми ніжок представляє собою невеликий електричний провід:

Так ОП представлений на електронних схемах:

І ось, як він представлена в довідниках виробників:

Провід з маркуванням NC не використовується: NC означає "не підключений". Провід відзначені "зміщення нуля" іноді використовуються для точного налаштування. Далі представлене "зображення" принципу роботи ОП. Будемо вважати, що операційний підсилювач містить чотири складові: два вольтметри, регульоване джерело живлення, і автоматичний маніпулятор. Чотири ремарки стосовно цих чотирьох об'єктів:

Регульоване джерело живлення може надаватим вихідний струм, необхідно щоб ОУ був підключений до джерела живлення. Ви можете, наприклад, підключити V + до позитивного полюса батареї на 9 В, а V- до негативного полюса (0 В).
Живлення не дуже потужне. Він не дасть потужний електричний вихід. Максимально, кілька десятків міліампер. (Якщо ви, звичайно, не використовуєте потужні операційні підсилювачі).
Коли джерело живлення налаштовано на максимум, він видає майже V + (9 В). Як мінімум, майже V- (0 В). Між цими двома значеннями, будь-яку напругу (1,3 В, 2 В, 4,73 В, 6,89 В, ...). Регулювання живлення можна налаштувати з мінімального до максимального протягом однієї мільйонної секунди.
Два вольтметри мають значення "+" і "-". Вони не повністю строго ідентичні, і не слід намагатися зробити їх вимірювання напруги вище, ніж V +, або нижче, ніж V-: вони будуть функціонувати погано, або навіть згорати.

Що робить автоматичний маніпулятор? Він постійно перевіряє два вольтметри, і робить це:

Якщо вольтметр "-" вимірює напругу вище, ніж вольтметра "+", то автоматичний маніпулятор зменшує вихідну напругу живлення.
Якщо вольтметр "-" вимірює напругу нижче, ніж вольтметра "+", то автоматичний маніпулятор збільшує вихідну напругу живлення.
Якщо вольтметрів показують однакові параметри, автоматичний маніпулятор нічого не змінює в напрузі живлення.

Практичний приклад: послідовна напруга. Один просто з'єднує вихід ОП до його входу "-":

Щоб зрозуміти роботу послідовної напруги, задайте собі наступні три питання:

Якщо у той час коли вмикається ця схема, на виході виробляється 4,5 В, і U1 становить 2 В, як буде реагувати ОП? Відповідь: операційний підсилювач буде мати 4,5 В на вході "-", і 2 В на вході "+". Так як 4,5 більше 2, це швидко знизить вихідну напругу. Коли вихідна напруга проходить 2 В, буде 2 В на вході "-". Отримавши однакові показники напруги на двох входах, автоматичний маніпулятор ОП не вносить жодних змін і зберігає 2 В на виході. U2 = U1.

Якщо, раптом, сигнал U1 змінюється з 2 В до 2,001 В, як буде реагувати ОП? Відповідь: операційний підсилювач матиме 2 В на "-" вході, і 2.001 В на "+" вході. Так як 2 менше, ніж 2,001, це призведе до швидкого збільшення вихідної напруги. Коли вихідна напруга проходить 2,001 В, на "-" вхід буде 2,001 В. Отримавши однакові показники напруги на двох входах, ОП не вносить жодних змін і зберігає 2,001 В на виході. U2 = U1.

Уявіть, що вихід операційного підсилювача підключений до пристрою, який є значним споживачем струму. Раптове падіння напруги на виході операційного підсилювача з 2,001 В вниз, до рівня 1.997 В. Як буде реагувати ОП? Відповідь: ОП матиме 1,997 В на вході "-", і 2.000 В на вході " + ". Так як 1.997 менше, ніж 2,001, це швидко збільшить вихідну напругу. Коли вихідна напруга проходить 2,001 В, на вході "-" буде V 2,001. Отримавши однакові показники напруги на двох входах, ОП не вносить жодних змін і зберігає 2,001 В на виході. U2 = U1.

Повторювач напруги являється дуже корисною схемою: сигнал U1 може виходити від апарату дуже слабким і делікатним, вхід "+" з операційного підсилювача не зможе перенести на ньому будь-яке навантаження. Вихід, з іншого боку, може бути підключений до будь-чого. ОП буде боротися, як ковбой в родео, щоб гарантувати, що U2 буде завіреною копією U1. На протязі однієї мільйонної секунди. Якщо ви розумієте, цей мальовничий вид ОП, ви зможете наблизити або відкрити для себеі 95% електронних схем з використанням ОП. Для 5%, що залишаючись, і для курсів у вузі, ви, швидше повинні використовувати ідею, що ОП являється машиною, що використовується для правильної реалізації такої формули: formula Тепер дотримуйтесь деяких загальних схем застосування ОП. Ви можете вибрати значення резисторів (або потенціометрів). Як правило, використовуються значення між 1 K і 100 К. Проконсультуйтесь з каталогом виробників, щоб знайти операційні підсилювачі з характеристиками або якостями, які потрібні: сила, швидкість, точність, низьке споживання енергії ... Вам, також, потрібно дізнатися, як розмістити конденсатори або "амортизатори", так що ОП виконував свою роботу без відриву від лінії. Ви також повинні взяти до уваги ліміти кожного операційного підсилювача: максимальна швидкість, максимальне підсилення, фоновий шум, максимум або мінімальні напруги, технічні характеристики ... Примітка дешеві ОП іноді простіші в експлуатації і дають кращі результати, ніж дорогі, тому що "спокійніші".

Я рекомендую LM386. Увага: рівні напруги дозволені на його вході і виході визначені. Уважно прочитайте його характеристики, перш ніж використовувати його.

Наведені нижче діаграми відносно "академічні". Не соромтесь адаптувати їх. Ви можете подавати живлення на ОП з іншого виходу. Ви можете використовувати окремий акумулятор для кожного операційного підсилювача. Ви можете замикати виходи. Щоб поставити його коротким: зробіть прості речі і насолоджуйтесь. Таким чином, ви отримаєте краще розуміння і станете більш уважним до багатьох запобіжних заходів, які повинні бути прийняті для реалізації для надійних схем.