Схема включения оу. Схемы включения операционных усилителей: принципы работы и основные типы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие существуют основные схемы включения операционных усилителей. Как работают инвертирующая и неинвертирующая схемы ОУ. В чем особенности дифференциальной схемы включения ОУ. Какие преимущества и недостатки у разных схем включения ОУ.

Содержание

Основные схемы включения операционных усилителей

Операционные усилители (ОУ) являются одними из самых распространенных и универсальных компонентов в аналоговой электронике. Существует несколько основных схем включения ОУ, каждая из которых имеет свои особенности и области применения:

Инвертирующая схема
Неинвертирующая схема
Дифференциальная схема

Рассмотрим подробнее принципы работы и характеристики каждой из этих схем.

Инвертирующая схема включения ОУ

Инвертирующая схема — одна из базовых и наиболее распространенных схем включения операционного усилителя. Основные особенности данной схемы:

Входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ
Неинвертирующий вход заземлен
Выходной сигнал инвертирован (сдвинут по фазе на 180°) относительно входного

Коэффициент усиления определяется отношением сопротивлений в цепи обратной связи

Как работает инвертирующая схема ОУ? Входной сигнал подается через резистор R1 на инвертирующий вход. Неинвертирующий вход заземлен. В цепь отрицательной обратной связи включен резистор R2. Коэффициент усиления по напряжению определяется формулой:

K = -R2/R1

Знак минус указывает на инверсию выходного сигнала относительно входного.

Неинвертирующая схема включения ОУ

Неинвертирующая схема также является одной из базовых схем включения операционного усилителя. Ее ключевые особенности:

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ
Выходной сигнал совпадает по фазе с входным
Коэффициент усиления всегда больше единицы
Высокое входное сопротивление

Как работает неинвертирующая схема? Входной сигнал подается на неинвертирующий вход. Часть выходного сигнала через делитель на резисторах R1 и R2 подается на инвертирующий вход, образуя отрицательную обратную связь. Коэффициент усиления определяется формулой:

K = 1 + R2/R1

Минимальный коэффициент усиления равен 1 (при R2 = 0).

Дифференциальная схема включения ОУ

Дифференциальная (разностная) схема позволяет усиливать разность двух входных сигналов. Ее основные характеристики:

Два входных сигнала подаются на оба входа ОУ
Выходной сигнал пропорционален разности входных
Высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала
Возможность регулировки коэффициента усиления и входного сопротивления

Как работает дифференциальная схема? Входные сигналы подаются на оба входа ОУ через резисторы R1 и R3. Резисторы R2 и R4 образуют цепь отрицательной обратной связи. При R1=R3 и R2=R4 коэффициент усиления определяется как:

K = R2/R1

Дифференциальная схема позволяет эффективно подавлять синфазные помехи во входных сигналах.

Сравнение основных схем включения ОУ

Каждая из рассмотренных схем имеет свои преимущества и недостатки:

Схема	Преимущества	Недостатки
Инвертирующая	— Простота реализации — Широкий диапазон коэффициентов усиления	— Низкое входное сопротивление — Инверсия сигнала
Неинвертирующая	— Высокое входное сопротивление — Отсутствие инверсии сигнала	— Коэффициент усиления >1 — Более сложная схема
Дифференциальная	— Усиление разностного сигнала — Подавление синфазных помех	— Наиболее сложная схема — Требуются прецизионные компоненты

Области применения различных схем включения ОУ

Выбор конкретной схемы включения ОУ зависит от решаемой задачи:

Инвертирующая схема часто используется в активных фильтрах, интеграторах, сумматорах сигналов.
Неинвертирующая схема применяется в буферных каскадах, повторителях напряжения, усилителях мощности.
Дифференциальная схема востребована в измерительной технике, системах сбора данных, для подавления помех.

Понимание особенностей каждой схемы позволяет разработчику выбрать оптимальное решение для конкретного применения.

Заключение

Мы рассмотрели три основные схемы включения операционных усилителей — инвертирующую, неинвертирующую и дифференциальную. Каждая из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Понимание принципов работы этих схем позволяет грамотно применять операционные усилители в различных электронных устройствах.

Важно помнить, что на практике часто используются и более сложные схемы на основе ОУ — интеграторы, дифференциаторы, компараторы и др. Но все они так или иначе базируются на рассмотренных нами базовых схемах включения. Поэтому глубокое понимание работы основных схем — ключ к эффективному использованию операционных усилителей в электронике.

Операционный Усилитель Схемы Подключения — tokzamer.ru

Достаточно немножко попрактиковаться и попробовать собрать эти схемы и посмотреть что происходит с входными и выходными сигналами.

Схема вычитания Эта схема дает возможность создания разности двух сигналов на входе, которые могут быть усилены.

Обычно Rвых не превосходит сотен Ом.

Операционный усилитель для чайников

Схемы источников двуполярного питания Примеры на батарейках я привел для примера, чтобы было более понятно.

В результате схема становится независимой от коэффициента усиления, ее свойства полностью управляются отрицательной обратной связью. Исследование схемы провести достаточно просто.

В силу принципа виртуального нуля потенциал инвертирующего входа ОУ равен Uвх.

Эта система включает в себя цифровую и аналоговую электронику. Используемые обычно для этих целей усилители постоянного тока, помимо малого дрейфа, должны иметь большой коэффициент усиления и допускать охват их глубокой обратной связью без нарушения устойчивости.

В большинстве корпусов электронных схем нумерация выводов осуществляется в направлении против часовой стрелки со стороны крышки корпуса.

Предварительный усилитель на отечественной …

Однополярное питание операционных усилителей

Если за точку отсчета будет принят положительный полюс батарейки а измеряющий щуп был подключен к минусу то любой вольтметр нам покажет В. Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова. Схемы включения операционных усилителей, описанные выше, не являются исчерпывающими, а лишь только призваны дать основные понятия. При превышении напряжения на входе величины основного опорного напряжения, на выходе получается наибольшее напряжение, которое равно положительному питающему напряжению.

Поэтому интегратор может действовать в качестве активного фильтра низких частот.

И в результате мы получаем К сожалению инвертирующий усилитель обладает одним явным недостатком — низким входным сопротивлением, которое равняется резистору R1.

Как следует из схемы на рис.

Скорее она связана с неприятностями, так как в схеме с отрицательной ОС на высокой частоте могут возникать достаточно большие сдвиги по фазе, приводящие к возникновению положительной ОС и нежелательным автоколебаниям. Усилитель с единичным коэффициентом усиления называют иногда буфером, так как он обладает изолирующими свойствами большим входным импедансом и малым выходным.

Более подробно смещение ОУ при однополярном питании рассматривается в [1]. Сигнала поступает на усилитель с бесконечным входным сопротивлением, а напряжение на неинвертирующем входе имеет такое же значение, как и на инвертирующем входе.

Здесь было бы уместно вспомнить транзистор включенный по схеме с ОЭ. В современной измерительной аппаратуре в качестве линейных усилителей используются операционные усилители.
Электроника от простого к сложному. Урок 8. Первые схемы на оу. (PCBWay)

LM358 цоколевка

Очень малое сопротивление Rвых позволяет подключить к выходу ОУ низкоомную нагрузку, при этом потери мощности на выходном сопротивлении ОУ будут незначительны.

Как такое может быть? Так как, благодаря обратной связи, в точке А сохраняется приблизительно нулевой потенциал, входное сопротивление схемы инвертирующего усилителя равно R Это приводит также что коэффициент усиления для каждого входа будет равен 1.

Чем глубже отрицательная обратная связь, тем меньше внешние характеристики усилителя зависят от характеристик усилителя с разомкнутой обратной связью без ОС , и в конечном счете оказывается, что они зависят только от свойств самой схемы ОС.

Очевидно, что если U2 на рис. Здесь напряжение смещения равно половине напряжения питания. А такое быть может! Причем напряжения могут быть как положительными так и отрицательными.

Как следует из схемы на рис. Диод не обеспечивает достаточной точности преобразования, так как зависимость между падением напряжения и током диода не совсем логарифмическая. Например, сдвоенный ОУ ОР как нельзя лучше подходит для этой схемы.

Однако в этой схеме могут применяться только ОУ с полным размахом входных и выходных напряжений Rail-to-Rail. Если источник входного сигнала не соединен с общей шиной рис. Что из этого получилось, показано на рисунке 7. Для этого нужно уменьшать напряжение на выходе. Направление стрелок на графике указывает направление перемещения гистерезиса.

Неспроста ОУ делятся на ОУ общего применения и высокоточные, прецизионные. Трансформатор понижает ток до 30 вольт. Мобильные электронные системы с питанием от батарей получают все большее распространение. Это может привести к нарушению работы оборудования.

В этой схеме инвертирующий повторитель на ОУ2 создает на нижнем полюсе нагрузки RL потенциал, противофазный по отношению к потенциалу верхнего ее полюса. С входным сопротивлением все, вроде, ясно: он получается равным сопротивлению резистора R1, а вот выходное сопротивление придется посчитать, по формуле, показанной на рисунке Недостаток этой схемы состоит в том, что она обладает малым входным импедансом, особенно для усилителей с большим коэффициентом усиления по напряжению при замкнутой цепи ОС , в которых резистор R1, как правило, бывает небольшим. Для вычисления усиления применяют формулу: Отсюда видно, что усиление операционника не зависит от сопротивления R3, поэтому можно обойтись без него. Причем коэффициент усиления мы можем задать любой.
Управление нагревом

Аналоги LM358

Инвертирующее включение рис 1. При более низком синфазном входном напряжении поведение входного каскада становится непредсказуемым.

Инвертирующие операционные усилители имеют простую схему: Такие операционные усилители стали популярными из-за своей простой конструкции.

Это означает сохранение фазы сигнала. Вследствие этого вместо диодов применяют транзисторы в диодном включении или с заземлённой базой.

Усилители, имеющие вход с полным размахом, схемотехнически заметно сложнее, чем обычные. Разность напряжений между входами идеального ОУ равна нулю, то есть если один из выводов соединён с землёй, то и второй вывод имеет такой же потенциал. Здесь используется инверсное включение резистивной матрицы R-2R. Это приводит также что коэффициент усиления для каждого входа будет равен 1.

Читайте дополнительно: Сп по прокладке кабельных линий

Аналоги LM358

Из схемы ясно, что оба дифференциальных усилителя входного каскада управляются одновременно. Таким образом, основные параметры данной схемы описываются следующим соотношением Отсюда выводится соотношение для коэффициента усиления неинвертирующего усилителя Таким образом, можно сделать вывод, что на коэффициент усиления влияют только номиналы пассивных компонентов. Для получения синусоидальной формы выходного сигнала используют несколько способов построения схем.

Других преимуществ, кроме возможности работы с широким диапазоном входного синфазного сигнала, они не имеют. Аналогичное ограничение накладывается на выходной диапазон устойчивости источника тока на основе операционного усилителя. Такого высокого результата вряд ли удастся достигнуть с обычным эмиттерным повторителем. На вторичной обмотке сделано ответвление, причем количество витков до этого ответвления равно числу витков после ответвления. Это позволяет усилителю выдерживать при однополярном питании входное синфазное напряжение до —15 В.

Но в этом есть смысл, ведь вспомним свойство операционника, он обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным. Сигнал на выходе не изменится пока сигнал на входе не опустится менее -1,36В. Повторитель выдает на выходе то напряжение, которое было подано на его вход.

В реальных же ОУ изменение синфазного входного напряжения вызывает изменение правда, весьма незначительное выходного напряжения. Обычно Uсдв имеет значение 10 — мВ.
Лекция 54. Усилитель неинвертирующего типа на операционном усилителе.

что это такое, принцип работы, схемы включения

В радиоэлектронике и микросхемотехнике широкое распространение получил операционный усилитель (ОУ). Он обладает отличными техническими характеристиками (ТХ) по усилению сигналов. Чтобы понять сферы применения ОУ, нужно узнать его принцип действия, схему подключения и основные ТХ.

Что такое операционный усилитель

ОУ — интегральная микросхема (ИМС), основным предназначением которой является усиление значения постоянного тока. Она имеет только один выход, который называется дифференциальным. Этот выход обладает высоким коэффициентом, усиливающим сигнал (Kу). ОУ в основном применяются при построении схем с отрицательной обратной связью (ООС), которая при основной ТХ по усилению и определяет Kу исходной схемы. ОУ применяются не только в виде отдельных ИМС, но и в разных блоках сложных устройств.

У ОУ 2 входа и 1 выход, а также есть выводы для подключения источника питания (ИП). Принцип действия операционного усилителя прост. Существует 2 правила, взятых за основу. Правила описывают простые процессы работы ИМС, происходящие в ОУ, и как работает ИМС, понятно даже чайникам. На выходе разность напряжений (U) равна 0, а входы ОУ почти не потребляют ток (I). Один вход называется неинвертирующим (V+), а другой является инвертирующим (V-). Кроме того, входы ОУ обладают высоким сопротивлением (R) и практически не потребляют I.

Чип сравнивает значения U на входах и выдает сигнал, предварительно усиливая его. Kу ОУ имеет высокое значение, достигающее 1000000. Если произойдет подача низкого U на вход, то на выходе возможно получить величину, равную U источника питания (Uип). Если U на входе V+ больше, чем на V-, то на выходе получится максимальное положительное значение. При запитывании положительным U инвертирующего входа на выходе будет максимальная величина отрицательного напряжения.

Основным требованием для работы ОУ является применение двухполярного ИП. Возможно применение однополярного ИП, но при этом возможности ОУ сильно ограничиваются. Если использовать батарейку и принять за 0 ее плюсовую сторону, то при измерении значений получится 1,5 В. Если взять 2 батарейки и соединить их последовательно, то произойдет сложение U, т.е. прибор покажет 3 В.

Если принять за ноль минусовой вывод батарейки, то прибор покажет 3 В. В другом случае, если принять за 0 плюсовой вывод, то получается -3 В. При использовании в качестве нуля точки между двумя батарейками получится примитивный двухполярный ИП. Проверить исправность ОУ можно только при подключении его в схему.

Виды и обозначения на схеме

С развитием электросхемотехники операционные усилители постоянно совершенствуются и появляются новые модели.

Классификация по сферам применения:

Индустриальные — дешевый вариант.
Презиционные (точная измерительная аппаратура).
Электрометрические (малое значение Iвх).
Микромощные (потребление малого I питания).
Программируемые (токи задаются при помощи I внешнего).
Мощные или сильноточные (отдача большего значения I потребителю).
Низковольтные (работают при U<3 В).
Высоковольтные (рассчитаны на высокие значения U).
Быстродействующие (высокая скорость нарастания и частота усиления).
С низким уровнем шума.
Звуковой тип (низкий коэффициент гармоник).
Для двухполярного и однополярного типа электрического питания.
Разностные (способны измерять низкие U при высоких помехах). Применяются в шунтах.
Усилительные каскады готового типа.
Специализированные.

По входным сигналам ОУ делятся на 2 типа:

С 2 входами.
С 3 входами. 3 вход применяется для расширения функциональных возможностей. Обладает внутренней ООС.

Схема операционного усилителя достаточно сложная, и не имеет смысла его изготавливать, а радиолюбителю нужно только знать правильную схему включения операционного усилителя, но для этого следует понимать расшифровку его выводов.

Основные обозначения выводов ИМС:

V+ — неинвертирующий вход.
V- — инвертирующий вход.
Vout — выход.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) — плюсовая клемма ИП.
Vs- (Vss, Vee, Vcc-) — минус ИП.

Практически в любом ОУ присутствуют 5 выводов. Однако в некоторых разновидностях может отсутствовать V-. Существуют модели, которые обладают дополнительными выводами, которые расширяют возможности ОУ.

Выводы для питания необязательно обозначать, т.к. это увеличивает читабельность схемы. Вывод питания от положительной клеммы или полюса ИП располагают вверху схемы.

Основные характеристики

ОУ, как и другие радиодетали, имеют ТХ, которые можно разделить на типы:

Усилительные.
Входные.
Выходные.
Энергетические.
Дрейфовые.
Частотные.
Быстродействие.

Коэффициент усиления является основной характеристикой ОУ. Он характеризуется отношением выходного сигнала ко входному. Его еще называют амплитудной, или передаточной ТХ, которая представлена в виде графиков зависимости. К входным относятся все величины для входа ОУ: Rвх, токи смещения (Iсм) и сдвига (Iвх), дрейф и максимальное входное дифференциальное U (Uдифмакс).
Iсм служит для работы ОУ на входах. Iвх нужен для функционирования входного каскада ОУ. Iвх сдвига — разность Iсм для 2 входных полупроводников ОУ.

Во время построения схем нужно учитывать эти I при подключении резисторов. Если Iвх не учитывать, то это может привести к созданию дифференциального U, которое приведет к некорректной работе ОУ.
Uдифмакс — U, которое подается между входами ОУ. Его величина характеризует исключение повреждения полупроводников каскада дифференциального исполнения.

Для надежной защиты между входами ОУ подключаются встречно-параллельно 2 диода и стабилитрона. Дифференциальное входное R характеризуется R между двумя входами, а синфазное входное R — величина между 2 входами ОУ, которые объединены, и массой (земля). К выходным параметрам ОУ относятся выходное R (Rвых), максимальное выходное U и I. Параметр Rвых должен быть меньшим по значению для обеспечения лучших характеристик усиления.

Для достижения маленького Rвых нужно применять эмиттерный повторитель. Iвых изменяется при помощи коллекторного I. Энергетические ТХ оцениваются максимальной мощностью, которую потребляет ОУ. Причина некорректной работы ОУ — разброс ТХ полупроводников дифференциального усилительного каскада, зависящего от температурных показателей (температурный дрейф). Частотные параметры ОУ являются основными. Они способствуют усилению гармонических и импульсных сигналов (быстродействие).

В ИМС ОУ общего и специального вида включается конденсатор, предотвращающий генерацию высокочастотных сигналов. На частотах с низким значением схемы обладают большим коэффициентом Kу без обратной связи (ОС). При ОС используется неинвертирующее включение. Кроме того, в некоторых случаях, например при изготовлении инвертирующего усилителя, ОС не используется. Кроме того, у ОУ есть динамические характеристики:

Скорость нарастания Uвых (СН Uвых).
Время установления Uвых (реакция ОУ при скачке U).

Где применяются

Существует 2 вида схем ОУ, которые различаются способом подключения. Главный недостаток ОУ — непостоянство Kу, зависящего от режима функционирования. Основные сферы применения — усилители: инвертирующий (ИУ) и неинвертирующий (НИУ). В схеме НИУ Kу по U задается резисторами (сигнал нужно подавать на вход). ОУ содержит ООС последовательного типа. Эта связь выполнена на одном из резисторов. Она подается только на V-.

В ИУ происходит сдвиг сигналов по фазе. Для изменения знака выходного отрицательного напряжения необходима параллельная ОС по U. Вход, который является неинвертирующим, нужно заземлить. Входной сигнал через резистор подается на инвертирующий вход. Если неинвертирующий вход уходит на землю, то разность U между входами ОУ равна 0.

Можно выделить устройства, в которых применяются ОУ:

Предусилители.
Усилители звуковых и видеочастотных сигналов.
Компараторы U.
Дифусилители.
Диференциаторы.
Интеграторы.
Фильтрующие элементы.
Выпрямители (повышенная точность выходных параметров).
Стабилизаторы U и I.
Вычислители аналогового типа.
АЦП (аналого-цифровые преобразователи).
ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи).
Устройства для генерации различных сигналов.
Компьютерная техника.

Операционные усилители и их применение получили широкое распространение в различной аппаратуре.

Схемы питания операционных усилителей | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Продолжаем тему операционных усилителей. В последних двух статьях я несколько отвлёкся от основной темы и рассказывал про обратную связь, но как я уже говорил в одной из предыдущих статей, что без обратной связи невозможно вести повествование про операционные усилители.

В данной статье я начну рассказывать о применении операционных усилителей в линейных схемах.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Работа ОУ от двухполярного источника питания

Как указывалось в одной из предыдущих статей, в основе операционного усилителя лежит дифференциальный каскад на транзисторах, для питания которого требуется источник питания с двумя напряжениями – положительным и отрицательным. Причем оба эти напряжения должны быт одинаковы: например, +5 и -5 В, +12 и -12 В. Типовая схема подключения ОУ к источнику питания приведена ниже

Типовая схема питания ОУ.

Типовая схема питания ОУ состоит из следующих элементов: конденсаторов С1, С2, защитный диодов VD1, VD2 и двухполярного источника питания +Uпит, -Uпит. Защитные диоды VD1 и VD2 являются необязательными элементами схемы, но рекомендуются для всех источников питания, где есть возможность случайно перепутать выводы питания.

Конденсаторы С1 и С2 обеспечивают развязку шин питания по переменному току и должны подключаться как можно ближе к выводам микросхемы. Данные конденсаторы должны иметь ёмкость порядка 0,001 – 0,1 мкФ.

Так как современные ОУ имеют достаточно большое усиление на высоких частотах, то довольно часто возникает паразитная обратная связь по цепям питания усилителя. Поэтому довольно часто в дополнение к развязывающим конденсаторам С1 и С2 в цепях питания ОУ часто подключают конденсаторы непосредственно к шинам питания, что улучшает стабильность усилителей.

Работа ОУ от однополярного источника питания

В обычных условиях схема включения ОУ предусматривает двухполярное питание, однако в современной портативной аппаратуре с батарейным питанием это представляется не совсем удобным. Вследствие этого применяют схемы однополярного питания ОУ с введение в схему цепи дополнительного смещения.

В линейном усилителе соотношение между входным U_BX и выходным U_BbIX напряжением имеет следующую функциональную зависимость, которая представляет собой уравнение прямой и называется передаточной характеристикой

где k – крутизна усилителя

b – смещение выходного напряжения.

Поэтому, в зависимости от коэффициентов k и b, возможно четыре варианта передаточных характеристик линейного усилителя

Для нахождения коэффициентов k и b в уравнении прямой линии необходимо задаться параметрами двух точек на этой прямой, в случае линейного усилителя – параметрами входного и выходного напряжения в двух точках, чаще всего крайних.

В качестве примера найдём коэффициенты k и b в следующем случае: на входе линейного усилителя сигнал от датчика может изменяться в пределах от 0,3 до 0,7 В, а с выхода усилителя на аналого-цифровой преобразователь должен поступать сигнал в диапазоне от 1 до 6 В. Для определения уравнения линейного усилителя мы имеем две точки А1(U_BbIX1; U_BX₁) = (1; 0,3) и А2(6; 0,7), поэтому составим систему уравнений

Решив данную систему, получим следующие значения коэффициентов k = 7 и b = 1,1. В итоге передаточная характеристика линейного усилителя будет иметь следующий вид

Для каждого вида передаточной характеристики существует своя схема реализации цепей смещения, рассмотрим их подробнее.

Схема цепей смещения в усилителях типа U_BbIX = kU_BX + b

Схема, реализующая передаточную характеристику вида U_BbIX = kU_BX + b, представлена на рисунке ниже

Схема усилителя с передаточной характеристикой типа U_BbIX = kU_BX + b.

Данная схема представляет собой неинвертирующий сумматор и состоит из развязывающих конденсаторов С1 и С2 имеющих ёмкость порядка 0,001 – 0,1 мкФ, резисторов R1, R2, R3 и R4 и самого ОУ DA1 в неинвертирующей схеме. Передаточная характеристика данной схемы описывается следующим выражением

тогда коэффициенты k и b будут определяться следующими выражениями

Расчёт усилителя с характеристикой типа U_BbIX = kU_BX + b

Для примера рассчитаем элементы усилителя со следующими параметрами: входное напряжение U_BX = 0,1…1 В, выходное напряжение U_B_Ы_X = 1…5 В, напряжение питания U_ПИТ = 6 В, в качестве источника смещения используется напряжение питания U_CM = U_ПИТ = 6 В.

Определим тип передаточной характеристики. Определяем коэффициенты k и b
Решив данную систему, получим k = 4,44 и b = 0,556, тогда передаточная характеристика будет иметь следующий вид
Рассчитаем номиналы резисторов R1 и R2, решив следующую систему уравнений относительно (R3 + R4) / R3
Подставив значения коэффициентов k, b и U_CM получим следующее уравнение
Величина резистора R1 обычно выбирается в пределах от 1 до 10 кОм, так как резистор R1 определяет входное сопротивление усилителя и его следует увеличивать, чтобы исключить перегрузку источника сигнала.
Выберем R1 = 10 кОм, тогда R2 = 47,91 * 10 = 479,1 кОм. Примем R2 = 470 кОм.
Рассчитаем величины сопротивлений R3 и R4
Величина резистора, также как и R1 выбирается в пределах 1 … 10 кОм, поэтому примем R3 = 10 кОм, R4 = 10 * 3,53 = 35,3 кОм. Примем R4 = 36 кОм.

Схема цепей смещения в усилителях типа U_BbIX = kU_BX – b

Схема усилителя передаточная характеристика, которого имеет вид U_BbIX = kU_BX – b представлена ниже

Схема усилителя с передаточной характеристикой типа U_BbIX = kU_BX – b

Передаточная характеристика данной схемы представлена следующим выражением

В данном случае коэффициенты k и b будут определяться следующими выражениями

Расчёт усилителя с характеристикой типа U_BbIX = kU_BX — b

Для примера рассчитаем усилитель со следующими параметрами: входное напряжение U_BX = 0,3…0,7 В, выходное напряжение U_B_ЫX = 1…5 В, напряжение питания U_ПИТ = 6 В, в качестве источника смещения используется напряжение питания U_CM = U_ПИТ = 6 В.

Рассчитаем коэффициенты передаточной характеристики
Решив данную систему уравнений, получим k = 10 и b = -2.
Тогда переходная характеристика данного усилителя будет иметь вид
Рассчитаем сопротивление резисторов R3 и R В данной схеме сопротивление резистора R3 должно быть значительно больше эквивалентного сопротивления параллельных резисторов R1 || R2. Поэтому коэффициент k можно выразить следующим приближённым выражением
Примем сопротивление резистора R3 = 10 кОм, тогда R4 = 90 кОм.
Рассчитаем сопротивление резисторов и R
Так как R3 >> R1 || R2 примем R2 = 0,75 кОм, тогда R1 = 26*0,75=19,5 кОм. Примет R1 = 20 кОм.
Таким образом, передаточная характеристика усилителя будет иметь вид U_BbIX = 10U_BX — 2 при следующих номиналах элементов: R1 = 20 кОм, R2 = 0,75 кОм, R3 = 10 кОм, R4 = 90 кОм.

Схема цепей смещения в усилителях типа U_BbIX = – kU_BX + b

Третий случай питания ОУ от однополярного источника имеет передаточную характеристику вида U_BbIX = – kU_BX + b. Схемное решение для данного случая представлено ниже

Схема усилителя с передаточной характеристикой вида UBbIX = – kUBX + b.

Данная схема состоит из ОУ DA1, развязывающих конденсаторов C1 и C2, резисторов R1, R2, R3, R4 и представляет собой дифференциальный или разностный усилитель.

С учётом элементов схемы можно передаточная характеристика будет иметь вид

Тогда коэффициенты k и b можно представить следующими выражениями

Расчёт усилителя с характеристикой вида U_BbIX = – kU_BX + b

В качестве примера рассчитаем усилитель, который должен иметь следующие параметры: диапазон входного напряжения U_BX = -0,1 … -1 В, диапазон выходного напряжения U_B_Ы_X = 1 … 5 В, напряжение смещение берётся от напряжения питания U_CM = U_ПИТ = 6 В.

Определим коэффициенты передаточной характеристики k и b, для этого составим и решим систему линейных уравнений
Решив данную систему, получаем k = — 4,44 и b = 0,556, тогда переходная характеристика данной схемы усилителя будет иметь вид
Определим сопротивление резисторов R1 и R4
Примем R1 = 10 кОм, тогда R4 = 4,44 * 10 = 44,4 кОм. Примем R4 = 43 кОм
Рассчитаем сопротивление резисторов и R3
Примем R3 = 1кОм, тогда R2 = 56,19 * 1 = 56,19 кОм. Примем R2 = 56 кОм.

Схема цепей смещения в усилителях типа U_BbIX = – kU_BX – b

Последний, четвёртый случай ОУ с однополярным питанием и переходной характеристикой вида U_BbIX = – kU_BX – b имеет схему представленную на рисунке ниже

Схема усилителя с передаточной характеристикой вида UBbIX = – kUBX — b

Данная схема представляет собой инвертирующий сумматор и состоит из ОУ DA1, развязывающего конденсатора С1, резисторов R1, R2 и R3. С учётом элементов схемы передаточная характеристика будет иметь вид

Основные схемы включения операционных усилителей — Студопедия

На рис. 1.7 показаны три основных схемы включения ОУ. В первых двух сигнал подается на усилительный каскад относительно точки нулевого потенциала, в третьей входным сигналом является разность потенциалов между двумя входами. Во всех трех схемах, как и в любых линейных преобразователях сигналов на ОУ, усилитель охвачен цепью отрицательной обратной связи (ООС).

Определим коэффициенты усиления трех схем, приведенных на рис. 1.7, считая ОУ идеальными. Используемая при этом методика рекомендуется для анализа любых линейных схем, содержащих ОУ.

Важнейшим принципом анализа является так называемый принцип виртуального нуля (или принцип мнимой земли). Суть его в том, что разность потенциалов между входами ОУ, находящегося в линейном режиме, принимается равной нулю. Действительно, предположим обратное. Тогда за счет бесконечного коэффициента усиления ОУ напряжение на его выходе должно стремиться к бесконечности. Однако часть выходного напряжения через цепь ООС (R₂ во всех трех схемах) поступает на инвертирующий вход, приводя его потенциал к нулю. Иначе говоря, если ОУ имеет бесконечный коэффициент усиления и конечное выходное напряжение, то входное дифференциальное напряжение,равное выходному напряжению, деленному на коэффициент усиления, оказывается равным нулю.

Определим коэффициенты усиления схем рис. 1.7, пользуясь принципом виртуального нуля.

Инвертирующее включение (рис 1.7, а). Согласно первому закону Кирхгофа, ток I₁ через резистор R1 равен сумме входного тока ОУ и тока I₂ через резистор R2. Но так как входной ток идеального ОУ равен нулю, то I₁ = I₂.

Потенциал инвертирующего входа ОУ согласно принципу виртуального нуля равен потенциалу заземленного неинвертирующего входа, то есть нулю. Поэтому I₁ = U_вх/R₁ и I₂ = – U_вых/R₁. Таким образом, U_вх/R₁ = – U_вых/R₁, откуда получаем коэффициент усиления схемы:

(1.4)

Как видим, коэффициент усиления схемы в целом зависит только от параметров внешних цепей, но не от параметров самого ОУ. Это – следствие идеальных характеристик ОУ, и именно это свойство делает ОУ универсальным усилительным элементом. Даже существенное изменение параметров ОУ приводит при правильно спроектированной схеме лишь к незначительной погрешности характеристик схемы.

Неинвертирующее включение (рис 1.7, б). В силу принципа виртуального нуля потенциал инвертирующего входа ОУ равен U_вх. Для данной схемы удобнее пользоваться не первым законом Кирхгофа, а известной формулой для делителя напряжения:

откуда

(1.5)

Отметим, что при удалении из схемы резистора R1 каскад превращается в повторитель напряжения. При этом резистор R2 может быть заменен проводником.

Дифференциальное включение (рис 1.7, в). Потенциалы обоих входов ОУ равны, обозначим их U_вх.ОУ. Для цепи инвертирующего входа составляем уравнение по первому закону Кирхгофа. При этом следует выражать токи сразу через напряжения и сопротивления, не вводя лишних обозначений токов. Для неинвертирующего входа записываем уравнение по формуле делителя напряжения.

Подставляя выражение для U_вх.ОУ из второго уравнения в первое, находим:

(1.6)

Если выполнить условие R₁/R₂ = R₃/R₄, то выражение (1.6) принимает вид:

(1.7)

Таким образом, схема рис. 1.7, в представляет собой усилитель разности двух сигналов.

Кроме коэффициента усиления, важной характеристикой любого усилителя (и вообще любого преобразователя сигналов) является его входное сопротивление R_вх . Если источник сигнала имеет ненулевое внутреннее сопротивление, то, зная R_вх, мы можем оценить погрешность, возникающую при нагружении источника на усилительный каскад. В общем случае входное сопротивление можно определить из выражения R_вх = U_вх/I_вх. Однако для многих схем величина R_вх находится из очевидных соображений.

В схеме рис. 1.7, а инвертирующий вход ОУ виртуально заземлен (так как его потенциал всегда равен нулю). Поэтому R_вх = R₁. Отсюда следует, что входное сопротивление усилителя, как правило, невелико, особенно если требуется большой коэффициент усиления. Рассмотрим простой пример: схема должна иметь коэффициент усиления 1000. Тогда R₁ = R₂/1000. Максимально возможная величина R₂ выбирается из условия, что ток в цепи обратной связи должен быть на несколько порядков больше, чем входной ток ОУ. При использовании массовых универсальных ОУ обычно сопротивление R₂ не превышает 1–2 МОм, тогда R_вх не превышает 1–2 кОм. Это достаточно низкое значение для слаботочных схем.

Схема рис. 1.7, б отличается очень большим входным сопротивлением, равным входному сопротивлению ОУ.

В схеме рис. 1.7, в входные сопротивления двух входов неодинаковы. По входу U_вх.2 входное сопротивление R_вх.2 = R₃ + R₄. По входу U_вх.1 определение входного сопротивления по выражению U_вх.1/I_вх.1 невозможно, так как I₁ зависит от U_вх.2. В этом случае определяют R_вх.1 либо при условии U_вх.2 = 0, либо как дифференциальное: R_вх.1 = dU_вх.1/dI_.1. В обоих случаях R_вх.1 = R₁.

Еще одной важной характеристикой усилительного каскада является погрешность, обусловленная напряжением смещения ОУ. Для определения этой погрешности необходимо мысленно подать на вход схемы нулевой потенциал (заземлить). За счет ООС разность потенциалов ΔU_вх между входами ОУ установится равной не нулю, как в случае идеального ОУ, а U_см. Остается рассчитать, какова должна быть величина U_вых, чтобы обеспечить ΔU_вх = U_см.

Рассмотрим в качестве примера рис. 1.7, а. При заземленном входе удобно использовать формулу для делителя напряжения: U_см = U_вых R₁/(R₁ + R₂). Отсюда находим погрешность выходного напряжения: U_вых = U_см(R₁ + R₂)/R₁. Предлагается читателю в качестве самостоятельного упражнения убедиться в том, что в двух других схемах величина ошибки описывается тем же выражением.

Операционные усилители в линейных схемах

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о питании операционного усилителя от однополярного источника питания. В данной статье я расскажу о применении ОУ в линейных схемах.

Повторитель напряжения

Первая схема, о которой я расскажу, является схема усилителя с единичным усилением (единичный усилитель) или так называемый повторитель напряжения. Схема данного усилителя показана ниже

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Усилитель с единичным усилением (повторитель напряжения).

Данная схема представляет собой модификацию неинвертирующего усилителя, отличие состоит в том, что отсутствуют резистор обратной связи и резистор на инвертирующем входе. Таким образом, напряжение с выхода ОУ полностью поступает на инвертирующий вход ОУ, а, следовательно, коэффициент передачи обратной связи равен единице (β = 1).

Как известно, входное сопротивление ОУ с обратной связью определяется следующим выражением

где R_BX – входное сопротивление ОУ без ОС,
β – коэффициент передачи цепи ОС,
К – коэффициент усиления ОУ без ОС.

Тогда для повторителя напряжения входное сопротивление будет иметь вид

Выходное сопротивление ОУ с обратной связью представляет собой следующее выражение

где R_BЫX – входное сопротивление ОУ без ОС,
β – коэффициент передачи цепи ОС,
К – коэффициент усиления ОУ без ОС.

Так как у повторителя напряжения коэффициент передачи обратной связи равен единице (β = 1), то выходное сопротивление будет иметь следующий вид

Пример расчёта параметров повторителя напряжения

Для примера рассчитаем повторитель напряжения на ОУ, который имеет на требуемой частоте коэффициент усиления К_У = 80 (38 дБ), входное сопротивление R_BX = 500 кОм, выходное сопротивление R_BЫX = 300 Ом.

Входное сопротивление повторителя напряжения составит

Выходное сопротивление повторителя напряжения составит

Недостатки простейшей схемы повторителя напряжения

Вследствие того, что усиление ОУ с разомкнутой цепью ОС изменяется с частотой (с ростом частоты происходит уменьшение коэффициента усиления), поэтому входное и выходное сопротивления также зависят от частоты (с ростом частоты входное сопротивление уменьшается, а выходное – возрастает).

Если входной сигнал имеет достаточно большую постоянную составляющую и значительный размах амплитуды, то может возникнуть ситуация, когда будет превышен предел синфазных входных напряжений. Для устранения данной проблемы сигнал на неивертирующий вход необходимо подавать, через разделительный конденсатор, а между неинвертирующим входом и «землёй» включить резистор, однако этот резистор будет влиять на входное сопротивление повторителя.

Ещё одним способом улучшения параметров повторителя напряжения, который рекомендуют производители ОУ является включение в цепь ОС и между неинвертирующим входом и «землёй» резисторов с одинаковым сопротивлением. При этом коэффициент усиления ОУ будет также равен единице, но входное и выходное сопротивление будут зависеть от внешних резисторов, а не от параметров ОУ.

Наиболее действенным способом улучшения параметров единичного усилителя является схема, в которой после схемы повторителя напряжения включить усилитель мощности, обеспечивающий большой выходной ток. В этом случае коэффициент усиления напряжения составит примерно единицу, а ток ОС определяется характеристика усилителя мощности (входное и выходное сопротивление умножаются на коэффициенты усиления обоих усилителей).

Неинвертирующий усилитель

После разбора повторителя напряжения, который, по сути, является неинвертирующим усилителем с коэффициентом усиления равным единице, перейдём к рассмотрению схемы неинвертирующего усилителя с произвольным коэффициентом усиления. Такой тип усилителя характеризуется тем, что имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление, схема усилителя приведена ниже

Схема неинвертирующего усилителя.

Данная схема является одной из стандартных схем включения операционных усилителей и содержит ОУ DA1, резистор смещения R1 и резистор обратной связи R2. Операционный усилитель в данной схеме охвачен последовательной обратной связью по напряжению, коэффициент передачи цепи обратной связи составит

Тогда входное сопротивление неинвертирующего усилителя составит

R_BX.ОУ – входное сопротивление ОУ при разомкнутой цепи ОС,

К_ОУ – коэффициент усиления ОУ при разомкнутой цепи ОС.

Выходное сопротивление неинвертирующего усилителя можно вычислить из следующего выражения

R_ВЫХ.ОУ – выходное сопротивление ОУ при разомкнутой цепи ОС.

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя

В данном типе усилителя присутствует некоторый уровень напряжения смещения UСМ на входе, поэтому данная схема может быть применена там где уровень смещения напряжения на входе не имеет существенного влияния. Уровень напряжения смещения на входе составит

Пример расчёта неинвертирующего усилителя

Рассчитаем неинвертирующий усилитель, который должен обеспечить коэффициент усиления К = 10. В качестве ОУ применим К157УД2, имеющий следующие параметры: коэффициент усиления (на частоте 1 кГц) К = 1800 (65 дБ), входное сопротивление R_BX.ОУ = 500 кОм, выходное сопротивление R_BЫX.ОУ = 300 Ом, напряжение смещения U_CM = 10 мВ, входной ток I_ВХ ≤ 500 нА. Входной сигнал имеет уровень U_ВХ = 40 мВ.

Определение сопротивлений R1,R2. Величина сопротивления R1 не должна значительно влиять на входное напряжение, то есть падение напряжения на нём не должна превышать 0,1U_ВХ, тогда величина сопротивления составит

Примем R1 = 8,2 кОм.

Примем R2 = 75 кОм.
Рассчитаем параметры неинвертирующего усилителя:
входное сопротивление R_BX

выходное сопротивление R_BЫX

смещение уровня постоянной составляющей составит

Неинвертирующий сумматор

В продолжение темы неинвертрующих усилителей расскажу о неинвертирующем сумматоре, который выполняет функцию сложения входных сигналов и находит своё применение в качестве линейных смесителей сигналов (микшеров), например, когда сигналы из нескольких источников необходимо скомбинировать и подать на вход усилителя мощности. Схема неинвертирующего сумматора представлена ниже

Схема двухвходового неинвертирующего сумматора.

Данная схема представляет собой неинвертирующий усилитель с двумя входами и состоит из ОУ DA1, токоограничительных входных резисторов R1 и R2, резистора смещения R3 и резистора обратной связи R4.

Для данной схемы основные соотношения соответствуют схеме простого неинвертирующего усилителя, с учётом того что входное напряжение в схеме соответствует среднему напряжению входных выводов

А сопротивление резисторов должны соответствовать следующему условию

Коэффициенты усиления по разным каналам определяются следующим выражением

R_N – сопротивление входного резистора,

K_N – коэффициент усиления соответствующего канала усиления.

Основным недостатком схемы неинвертирующего сумматора является отсутствие точки нулевого потенциала, поэтому коэффициент усиления по различным входам не являются независимыми. Данный недостаток проявляет себя в тех случаях, когда внутреннее сопротивление источников входных напряжений или только одного из них известно приблизительно или изменяется в процессе работы.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Особенности применения ОУ при однополярном питании

Тенденции применения электронных компонентов направлены на снижение энергопотребления и стоимости, поэтому в современных изделиях используется однополярное питание, и с каждым годом значения питающих напряжений уменьшаются. В статье рассмотрены основные проблемы, с которыми сталкивается разработчик при использовании операционных усилителей в схемах с однополярным питанием.

Хотя симметричное двуполярное питание является оптимальным для операционных усилителей (ОУ), во многих случаях (жесткие требования к потреблению электроэнергии) необходимо или желательно использовать однополярное электропитание. Например, бортовая сеть в автомобильном и морском оборудовании — однополярная. Да и в оборудовании, где ранее традиционно использовалось двуполярное питание, все чаще применяется встроенный однополярный источник электроэнергии с питающим напряжением 5 или 12 В постоянного тока. Системы с однополярным электропитанием для обработки аналоговых сигналов имеют общие для таких решений дополнительные свойства, вызванные необходимостью использования компонентов для смещения аналогового сигнала на каждой стадии обработки. Если смещение аналогового сигнала не продумано, а тем более не выполнено, то возникает множество проблем, в том числе — нестабильность работы операционных усилителей.

Проблемы, возникающие при смещении с помощью резисторов

Применение ОУ с однополярным питанием связано с проблемами, которые обычно не встречаются при использовании двуполярного питания. Главная из них возникает тогда, когда входной сигнал является двуполярным относительно общего уровня («земли»). В системе с однополярным питанием этот уровень совпадает с уровнем отрицательного источника питания в традиционных решениях. Поэтому в этом случае нулевой уровень входного сигнала не может соответствовать «земле» и должен находиться между «землей» и уровнем питающего напряжения. Основное преимущество систем с двуполярным питанием состоит в том, что их общее соединение («земля») является устойчивым, низкоомным нулевым уровнем для входного сигнала. При этом положительное и отрицательное напряжения питания могут быть несимметричными. При однополярном питании с помощью схем смещения создается уровень нулевого сигнала, обычно лежащий в середине диапазона питающего напряжения.

Чтобы использовать усилитель эффективно, то есть получить с его выхода максимальный сигнал без ограничения, входной сигнал должен быть смещен на середину выходного диапазона, или, что одно и то же, на уровень половины питающего напряжения. Наиболее эффективный способ — использование линейного стабилизатора, как показано на рисунке 6. Однако наиболее популярная схема смещения — резистивный делитель напряжения питания. Хотя этот способ наиболее прост, при его использовании возникает ряд проблем.

потенциально нестабильная схема включния ОУ с однополярным питанием

Используя рисунок 1, рассмотрим некоторые из них. На этом рисунке изображена классическая схема неинвертирующего усилителя переменного тока. Входной сигнал с помощью емкостной связи подается на вход усилителя. Средний уровень входного сигнала смещен на величину V_S/2 с помощью резисторного делителя R_A—R_B. В полосе пропускания данный усилитель имеет коэффициент усиления К_У= 1 + R2/R1. Паразитное усиление постоянного сигнала сведено к единице с помощью емкостной обратной связи цепочкой R1C1, соединенной с нулевым уровнем («землей»). Поэтому уровень постоянной составляющей равен напряжению смещения. Этим самым мы избегаем возникновения искажений из-за усиления напряжения смещения. Обратная связь обеспечивает коэффициент усиления, равный 1 + R2/R1 для высокочастотных сигналов и равный единице — для постоянной составляющей и низкочастотных сигналов с частотами подавления f = 1/(2πR1C1) и f = 1/[2π(R1 + R2)C1], а также вносит фазовый сдвиг во входную и выходную цепи.

Эта схема имеет серьезные ограни чения применения. Во-первых, невозможно использовать такое важное свойство операционных усилителей, как подавление синфазного сигнала. Поскольку любое изменение питающего напряжения моментально отразится на напряжении смещения, равном VS/2, установленным резисторным делителем, любой шум, присутствующий в шине питания, будет усилен наряду с сигналом (за исключением самых низких частот). Так, при К_У = 100 пульсации напряжением 20 мВ от электросети могут быть усилены до напряжения более 1 В (в зависимости от параметров компонентов схемы).

Еще хуже, что при мощной нагрузке усилитель становится нестабильным в работе. Плохие стабилизация и фильтрация в источнике питания приводят к тому, что на шинах питания появляется значительный уровень сигнала. При работе усилителя, включенного по неинвертирующей схеме, этот сигнал поступает на вход усилителя через схему смещения, как было рассмотрено ранее, и усилитель самовозбуждается.

Оптимизация расположения компонентов на печатной плате, установка большого количества блокирующих конденсаторов, правильная разводка заземляющих шин и соединение их в одной точке, соответствующее проектирование шин питания уменьшают наводки и повышают стабильность схемы, но не исключают рассмотренных проблем. Поэтому далее будет предложено несколько решений, помогающих избежать трудностей в использовании усилителей при включении по схеме с однополярным электропитанием.

Развязка схемы смещения

Чтобы снизить влияние нестабильности напряжения питания, можно зашунтировать схему смещения по переменному току и добавить отдельный резистор для входного сигнала, как показано на рисунке 2. Конденсатор C2 обеспечивает фильтрацию пульсаций шины питания, тем самым восстанавливая способность ОУ ослаблять синфазные сигналы и влияние напряжения питания. Резистор R_IN, который заменяет в этой схеме входное сопротивление R_A/2 для сигналов переменного тока, обеспечивает передачу постоянного смещения на неинвертирующий вход усилителя.

нетнвертирующее включение ОК с однополярным питанием и развязанной схемой включения

Сопротивления резисторов R_A и R_B должно быть минимальными, насколько это позволяют ограничения по энергопотреблению. В данном случае выбрано значение 100 кОм, чтобы уменьшить потребляемый ток в схемах с батарейным питанием. Выбор величины шунтирующего конденсатора также требует внимания. С делителем напряжения R_A/R_B (100 кОм/100 кОм) и С2 = 0,1 мкФ частота среза по уровню –3 дБ фильтра высоких частот (ФВЧ), образованного параллельно соединенными резисторами R_A и R_B и конденсатором С2, равна 1/[2π(R_A/2)C2] = 32 Гц. Хотя это усовершенствование схемы, приведенной на рисунке 1, позволило подавить синфазные помехи с частотами выше 32 Гц, более низкочастотные сигналы сохранили обратную связь по шине питания усилителя. Поэтому при реализации такой схемы необходимо использовать конденсаторы большой емкости.

На практике емкость конденсатора C2 требуется увеличить до таких значений, при которых резисторный делитель схемы смещения эффективно шунтировался бы для всех частот в полосе пропускания усилителя. Хорошим правилом для расчета частоты среза ФВЧ, образованного R_A, R_B и C2, является выбор значения, равного 1/10 от наименьшего из значений частот среза RC-цепочек R_INC_IN и R1C1.

Коэффициент усиления по постоянному току остается равным единице. Даже в этом случае должны учитываться входные токи. RIN с последовательно соединенным делителем напряжения R_A/R_B значительно повышают входное сопротивление на неинвертирующем входе операционного усилителя. Поддержание смещения выходного сигнала на уровне половины напряжения питания при использовании обычных усилителей с обратной связью по напряжению, которые имеют симметричные сбалансированные входы, достигается правильным выбором величины резистора обратной связи R2.

В зависимости от напряжения питания значения резисторов, которые обеспечивают разумный компромисс между увеличением тока потребления или увеличением зависимости параметров усилителя от изменений входного тока, должны быть порядка 100 кОм для питающего напряжения 12…15 В, снижены до 42 кОм для питания 5 В и до 27 кОм — для 3,3 В.

В высокочастотных усилителях (особенно с обратной связью по току) следует использовать низкоомный делитель и резистор обратной связи, для того чтобы сохранить широкую полосу пропускания при наличии паразитной емкости. Для операционных усилителей, таких как AD811, разработанных для обработки видеосигналов, оптимально подходит значение резистора R2, равное около 1 кОм. Поэтому схемы с такими ОУ требуют использования намного меньших значений резисторов R_A и R_B в делителе напряжения (и большую емкость шунтирующего конденсатора C2).

Из-за малого входного тока необходимость согласования резисторов на входах современных усилителей с полевыми транзисторами во входных каскадах не так важна, если усилитель не будет работать в широком температурном диапазоне. Иначе такое согласование необходимо.

Схема на рисунке 3 показывает, как реализуется смещение и шунтирование цепи смещения для инвертирующего усилителя.

Смещение с помощью резисторного делителя дешево и обеспечивает постоянный средний уровень выходного сигнала, равный половине величины напряжения питания, но подавление синфазного сигнала операционным усилителем зависит от постоянной времени RC-цепочки, образованной делителем R_A/R_B и конденсатором C2. Необходимо использовать в качестве С2 конденсатор такой емкости, которая обеспечивает по крайней мере в 10 раз большее значение постоянной времени RC-цепи R_A/R_B – C2, чем у R_INC_IN и R1C1. Это гарантирует достаточное подавление синфазного сигнала. С резисторами R_A и R_B, равными 100 кОм, величина конденсатора C2 может оставаться довольно небольшой, если не требуется работа усилителя на очень низких частотах.

Смещение при помощи стабилитрона

Более эффективный способ обеспечить необходимое смещение при однополярном питании — это использование стабилитрона, как показано на рисунке 4. В этой схеме резистор R_Z обеспечивает необходимый рабочий ток стабилитрона. Конденсатор CN шунтирует вход операционного усилителя от шума стабилитрона.

Неинвертирующий усилитель с однополярным питанием, со смещением при помощи стабилитрона

Стабилитрон должен иметь напряжение стабилизации, близкое к половине напряжения питания. Резистор R_Z должен обеспечивать достаточно большой ток, позволяющий стабилитрону работать в устойчивом режиме и, тем самым, обеспечивать минимальную погрешность стабилизации. С другой стороны, важно минимизировать энергопотребление (и тепловые потери). Поскольку входной ток операционного усилителя незначителен, то наиболее оптимален выбор стабилитрона малой мощности. Стабилитрон мощностью 250 мВт является оптимальным, но и наиболее распространенные 500-мВт стабилитроны также приемлемы. Оптимальный рабочий ток — около 0,5 мА для 250-мВт и около 5 мА — для 500-мВт стабилитронов.

Схема на рисунке 4 обеспечивает низкоомный опорный уровень и устраняет влияние нестабильности питающего напряжения на вход усилителя. Преимущества существенны, но стоимость и энергопотребление увеличиваются, да и средний уровень напряжения на выходе усилителя будет соответствовать выходному напряжению стабилитрона и может отличаться от V_S/2. Если это отличие окажется существенным, то при больших выходных сигналах будет происходить асимметричное ограничение. Входные токи смещения также должны быть согласованы. Резисторы R_IN и R2 должны быть равными, чтобы при прохождении через них входного тока разница падения напряжения на них не приводила к появлению ошибки смещения.

Рисунок 5 показывает схему инвертирующего усилителя со смещением уровня входного сигнала стабилитроном.

Инвертирующий усчилитель с однополярным питанием, со смещением при помощи стабилизатора

В таблице 1 перечислены стабилитроны нескольких типов, которые могут быть выбраны в зависимости от напряжения питания для обеспечения необходимого смещения. Значение R_Z в таблице выбрано исходя из обеспечения стабилитронов током 5 или 0,5 мА для схем, показанных на рисунках 4 и 5. Для уменьшения шума (ошибки стабилизации) может быть выбран и больший ток; его максимальную величину следует выяснить в техническом описании стабилитрона.

Смещение с помощью линейного стабилизатора

Для операционных усилителей с однополярным питанием 3,3 В требуется смещение напряжения 1,65 В. Однако напряжение стабилизации выпускаемых стабилитронов — не ниже 2,4 В. Хотя существуют источники опорного напряжения AD589 и AD1580 с напряжением 1,225 В, которые могут использоваться подобно стабилитронам, но они не обеспечивают смещение на половину напряжения питания. Самый простой способ обеспечить смещение входного сигнала на произвольную величину — это использовать линейный стабилизатор напряжения, например ADP667 или ADP3367, как показано на рисунке 6. Выходное напряжение линейного стабилизатора может быть установлено в пределах от 1,3 В до 16 В, и это обеспечит низкоомное смещение для операционного усилителя с однополярным напряжением питания от 2,6 В до 16,5 В.

применение ОУ для создания "искусственной земли" при батарейном питании с прямой (по постоянному току) связью

Связь по постоянному току при однополярном питании

Пока была обсуждена только связь операционного усилителя по переменному току. Хотя при использовании входных и выходных конденсаторов связи большой емкости усилитель может работать с сигналами с частотами значительно ниже 1 Гц, в некоторых случаях требуется истинная связь по постоянному току. Схемные решения, которые обеспечивают низкоомное постоянное напряжение смещения, типа стабилитронов и линейных стабилизаторов, обсуждаемых выше, могут использоваться, чтобы создавать напряжение «среднего уровня».

Альтернативно схеме смещения, построенной на резистивном делителе, показанной на рисунках 1 и 3, для создания низкоомной искусственной «земли» может использоваться буферный операционный усилитель, как показано на рисунке 7. Если для питания используется низковольтная батарея, скажем 3,3 В, ОУ должен иметь возможность работать с сигналами, равными размаху напряжения питания — rail-to-rail. Кроме того, ОУ также должен быть способен обеспечить большой положительный или отрицательный выходной ток. Конденсатор C2 шунтирует делитель напряжения, чтобы уменьшить шумы резисторов. На эту схему не влияет нестабильность электропитания, потому что общий уровень («земля») всегда находится на уровне половины напряжения питания.

Проблемы задержки включения

В заключение необходимо рассмотреть еще одну проблему — время включения усилителя. Оно приблизительно будет зависеть от постоянной времени RC-цепочки, используемой в самом низкочастотном фильтре.

В пассивных схемах смещения, рассмотренных здесь, требуется, чтобы постоянная времени RC цепочки, состоящей из параллельно соединенных резисторов R_A и R_B и С2, была в 10 раз больше, чем постоянные времени входной и выходной цепей. Длительная постоянная времени помогает удерживать схему смещения во «включающемся» состоянии по отношению к входным и выходным цепям усилителя, обеспечивая постепенное нарастание среднего уровня выходного сигнала от 0 В до половины напряжения питания без скачков до уровня напряжения питания. Главное требование, чтобы частота среза схемы смещения на уровне 3 дБ была меньше в десять раз, чем наименьшая из частот среза R1C1 и R_LOAD/C_OUT. Например, в схеме на рисунке 2 для полосы пропускания начиная с 10 Гц и коэффициента усиления, равного 10, емкость конденсатора C2 должна быть равна 3 мкФ, что обеспечит частоту среза по уровню 3 дБ, равную 1 Гц.

С резисторами R_A и R_B = 100 кОм сопротивление в RC-цепочке (параллельное соединение) будет равно 50 кОм, и при C2 = 3 мкФ постоянная времени будет равна 0,15 с. Таким образом, средний уровень выходного сигнала усилителя достигнет величины половины напряжения питания приблизительно за 0,2…0,3 с… Между тем, входные и выходные RC-цепи установятся в десять раз быстрее.

В устройствах, где время включения может оказаться чрезмерно длительным, предпочтительнее использовать схемы смещения на стабилитронах или линейных стабилизаторах.

Таблица. Стабилитроны и соотвествующие значения резистора

схемы включения, принцип работы. Схема усилителя на операционном усилителе неинвертирующего. Схема усилителя напряжения постоянного тока на операционном усилителе

В статье будет рассмотрена стандартная схема усилителя на операционном усилителе, а также приведены примеры различных режимов работы этого прибора. На сегодняшний день ни одно устройство управления не обходится без использования операционных усилителей. Это поистине универсальные приборы, которые позволяют выполнять различные функции с сигналом. О том, как работает и что конкретно позволяет сделать этот прибор, вы и узнаете далее.

Инвертирующие усилители

Схема инвертирующего усилителя на ОУ достаточно проста, вы ее можете увидеть на изображении. В ее основе находится операционный усилитель (схемы включения его рассмотрены в данной статье). Кроме этого, здесь:

На резисторе R1 падение напряжения присутствует, по своему значению оно такое же, как входное.
На резисторе R2 также имеется падение напряжения — оно такое же, как выходное.

При этом отношение выходного напряжения к сопротивлению R2 равно по значению отношению входного к R1, но обратно ему по знаку. Зная значения сопротивления и напряжения, можно вычислить коэффициент усиления. Для этого необходимо разделить выходное напряжение на входное. При этом операционный усилитель (схемы включения у него могут быть любыми) может иметь одинаковый коэффициент усиления независимо от типа.

Работа обратной связи

Теперь нужно более детально разобрать один ключевой момент – работу обратной связи. Допустим, на входе имеется некоторое напряжение. Для простоты расчетов примем его значение равным 1 В. Допустим также, что R1=10 кОм, R2=100 кОм.

А теперь предположим, что возникла какая-то непредвиденная ситуация, из-за которой на выходе каскада напряжение установилось на значении 0 В. Далее наблюдается интересная картина – два сопротивления начинают работать в паре, совместно они создают из себя делитель напряжения. На выходе инвертирующего каскада оно поддерживается на уровне 0,91 В. При этом ОУ позволяет фиксировать рассогласование по входам, а на выходе происходит уменьшение напряжения. Поэтому очень просто спроектировать схему на операционных усилителях, реализующую функцию усилителя сигнала от датчика, например.

И продолжаться это изменение будет до той самой поры, покуда не установится на выходе значение стабильное в 10 В. Именно в этот миг на входах операционного усилителя потенциалы окажутся равными. И они будут такими же, как потенциал земли. С другой стороны, если на выходе устройства продолжит уменьшаться напряжение, и оно будет меньше, чем -10 В, на входе потенциал станет ниже, нежели у земли. Следствие этого – на выходе начинает увеличиваться напряжение.

У такой схемы имеется большой недостаток – входной импеданс очень маленький, в особенности у усилителей с большим значением коэффициента усиления по напряжению, в том случае, если цепь обратной связи замкнута. А конструкция, рассмотренная дальше, лишена всех этих недостатков.

Неинвертирующий усилитель

На рисунке приведена схема неинвертирующего усилителя на операционном усилителе. Проанализировав ее, можно сделать несколько выводов:

Значение напряжения UA равно входному.
С делителя снимается напряжение UA, которое равно отношению произведения выходного напряжения и R1 к сумме сопротивлений R1 и R2.
В случае, когда UA по значению равен входному напряжению, коэффициент усиления равен отношению выходного напряжения к входному (или же можно к отношению сопротивлений R2 и R1 прибавить единицу).

Называется данная конструкция неинвертирующим усилителем, у него практически бесконечный входной импеданс. Например, для операционных усилителей 411 серии его значение — 1012 Ом, минимум. А для операционных усилителей на биполярных полупроводниковых транзисторах, как правило, свыше 108 Ом. А вот выходной импеданс каскада, равно как и в ранее рассмотренной схеме, очень мал – доли ома. И это нужно учитывать, когда производится расчет схем на операционных усилителях.

Схема усилителя переменного тока

спроектировать схему на операционных усилителях реализующую функцию

Обе схемы, рассмотренные в статье ранее, работают на постоянном токе. Но вот если в качестве связи источника входного сигнала и усилителя выступает переменный ток, то придется предусматривать заземление для тока на входе устройства. Причем нужно обратить внимание на то, что значение тока крайне мало по величине.

В том случае, когда происходит усиление сигналов переменного тока, необходимо уменьшать коэффициент усиления сигнала постоянного до единицы. В особенности это актуально для случаев, когда коэффициент усиления по напряжению очень большой. Благодаря этому имеется возможность значительно снизить влияние напряжения сдвига, которое приводится к входу устройства.

Второй пример схемы для работы с переменным напряжением

В данной схеме на уровне -3 дБ можно видеть соответствие частоте 17 Гц. На ней у конденсатора импеданс оказывается на уровне двух килоом. Поэтому конденсатор должен быть достаточно большим.

Чтобы построить усилитель переменного тока, необходимо использовать неинвертирующий тип схемы на операционных усилителях. И у него должен быть достаточно большой коэффициент усиления по напряжению. Но вот конденсатор может быть чересчур большим, поэтому лучше всего отказаться от его использования. Правда, придется правильно подобрать напряжение сдвига, приравняв его по значению к нулю. А можно применить Т-образный делитель и увеличить значения сопротивлений обоих резисторов в схеме.

Какую схему предпочтительнее использовать

Большинство разработчиков отдают свое предпочтение неинвертирующим усилителям, так как у них очень высокий импеданс на входе. И пренебрегают схемам инвертирующего типа. Зато у последнего имеется огромное преимущество – он не требователен к самому операционному усилителю, который является его «сердцем».

Кроме того, характеристики, на поверку, у него значительно лучше. И с помощью мнимого заземления можно без особого труда все сигналы комбинировать, причем они не будут оказывать друг на друга какое-то влияние. Может использоваться в конструкциях и схема усилителя постоянного тока на операционном усилителе. Все зависит от потребностей.

И самое последнее – случай, если вся схема, рассмотренная здесь, подключается к стабильному выходу другого операционного усилителя. В этом случае значение импеданса на входе не играет существенной роли – хоть 1 кОм, хоть 10, хоть бесконечность. В этом случае первый каскад всегда выполняет свою функцию по отношению к следующему.

Схема повторителя

схема усилителя постоянного тока на операционном усилителе

Работает повторитель на операционном усилителе аналогично эмиттерному, построенному на биполярном транзисторе. И выполняет аналогичные функции. По сути, это неинвертирующий усилитель, в котором у первого резистора сопротивление бесконечно большое, а у второго равно нулю. При этом коэффициент усиления равен единице.

Имеются специальные типы операционных усилителей, которые используются в технике лишь для схем повторителей. У них значительно лучшие характеристики – как правило, это высокое быстродействие. В качестве примера можно привести такие операционные усилители как OPA633, LM310, TL068. Последний имеет корпус, как у транзистора, а также три вывода. Очень часто такие усилители называют просто буферами. Дело в том, что они обладают свойствами изолятора (очень большой входной импеданс и крайне низкий выходной). Примерно по такому принципу строится и схема усилителя тока на операционном усилителе.

Активный режим работы

схема усилителя тока на операционном усилителе

По сути, это такой режим работы, при котором выходы и входы операционного усилителя не перегружаются. Если на вход схемы подать очень большой сигнал, то на выходе его просто начнет резать по уровню напряжения коллектора или эмиттера. А вот когда на выходе напряжение фиксируется на уровне среза — на входах ОУ напряжение не меняется. При этом размах не может оказаться большим, нежели напряжение питания усилительного каскада.

Большая часть схем на операционных усилителях рассчитывается таким образом, что этот размах меньше питающего напряжения на 2 В. Но все зависит от того, какая используется конкретно схема усилителя на операционном усилителе. Такое же имеется ограничение на устойчивость источника тока на базе операционного усилителя.

Допустим, есть в источнике с плавающей нагрузкой некое падение по напряжению. В случае если ток имеет нормальное направление движения, можно встретить странную на первый взгляд нагрузку. Например, несколько переполюсованных батарей питания. Такая конструкция может применяться для того, чтобы получить прямой ток заряда.

Некоторые предосторожности

Простой усилитель напряжения на операционном усилителе (схема может быть выбрана любая) можно изготовить буквально «на коленке». Но потребуется учитывать некоторые особенности. Обязательно нужно удостовериться, что обратная связь в схеме отрицательная. Это также говорит о том, что недопустимо путать неинвертирующий и инвертирующий входы усилителя. Кроме того, должна присутствовать цепочка обратной связи для постоянного тока. Иначе операционный усилитель начнет быстро переходить в режим насыщения.

У большинства операционных усилителей входное дифференциальное напряжение очень маленькое по значению. При этом максимальная разность неинвертирующего и инвертирующего входов может ограничиваться значением 5 В при любом подключении источника питания. Если пренебречь данным условием, появятся на входе довольно большие значения токов, которые приведут к тому, что все характеристики схемы ухудшатся.

Самое страшное в этом – физическое разрушение самого операционного усилителя. В результате перестает работать схема усилителя на операционном усилителе полностью.

Следует учитывать

И, конечно же, нужно рассказать о правилах, которые стоит соблюдать, чтобы обеспечить стабильную и долговечную работу операционного усилителя.

Самое главное – ОУ обладает очень высоким коэффициентом усиления по напряжению. И если между входами напряжения изменятся на долю милливольт, на выходе его значение может измениться существенно. Поэтому важно знать: у операционного усилителя выход старается стремиться к тому, чтоб между входами разница напряжений оказалась близка (в идеале равна) к нулю.

Второе правило – потребление тока операционным усилителем крайне малое, буквально наноамперы. Если же на входах установлены полевые транзисторы, то оно исчисляется пикоамперами. Отсюда можно сделать вывод, что входы не потребляют ток, независимо от того, какой используется операционный усилитель, схема — принцип работы остается тем же.

Но не стоит думать, что ОУ действительно постоянно меняет на входах напряжение. Физически это осуществить почти нереально, так как не было бы соответствия со вторым правилом. Благодаря операционному усилителю происходит оценка состояния всех входов. При помощи схемы обратной внешней связи передается напряжение на вход с выхода. Результат – между входами операционного усилителя разница напряжений находится на уровне нуля.

Понятие обратной связи

Это распространенное понятие, и оно уже применяется в широких смыслах во всех областях техники. В любой системе управления имеется обратная связь, которая сравнивает выходной сигнал и заданное значение (эталонное). В зависимости от того, какое значение текущее — происходит корректировка в нужную сторону. Причем системой управления может быть что угодно, даже автомобиль, которые едет по дороге.

Водитель жмет на тормоза, и обратная связь здесь – начало замедления. Проведя аналогию с таким простым примером, можно лучше разобраться с обратной связью в электронных схемах. А отрицательная обратная связь – это если бы при нажимании педали тормоза автомобиль ускорялся.

операционные усилители практические схемы

В электронике обратной связью называют процесс, во время которого происходит передача сигнала с выхода на вход. При этом происходит также погашение сигнала на входе. С одной стороны, это не очень разумная идея, ведь может показаться со стороны, что значительно уменьшится коэффициент усиления. Такие отзывы, кстати, получали основоположники разработки обратной связи в электронике. Но стоит разобраться детальнее в ее влиянии на операционные усилители — практические схемы рассмотреть. И станет ясно, что она и правда немного уменьшает коэффициент усиления, но зато позволяет несколько улучшить остальные параметры:

Сгладить частотные характеристики (приводит их к необходимой).
Позволяет предсказывать поведение усилителя.
Способна устранить нелинейность и искажения сигнала.

Чем глубже обратная связь (речь идет про отрицательную), тем меньшее влияние оказывают на усилитель характеристики с разомкнутой ОС. Результат – все его параметры зависят только от того, какие свойства имеет схема.

Стоит обратить внимание на то, что все операционные усилители работают в режиме с очень глубокой обратной связью. А коэффициент усиления по напряжению (с ее разомкнутой петлей) может достигать даже нескольких миллионов. Поэтому схема усилителя на операционном усилителе крайне требовательна к соблюдению всех параметров по питанию и уровню входного сигнала.

Разница между коммутацией каналов и коммутацией пакетов (со сравнительной диаграммой)

Коммутация каналов и коммутация пакетов — это два метода коммутации, которые используются для соединения нескольких устройств связи друг с другом. Коммутация каналов была специально разработана для голосовой связи и была менее подходящей для передачи данных. Таким образом, было разработано лучшее решение для передачи данных, называемое пакетной коммутацией.

Основное различие между коммутацией каналов и коммутацией пакетов состоит в том, что коммутация каналов ориентирована на с установкой соединения , тогда как коммутация пакетов является без соединения .Давайте узнаем еще некоторые различия между коммутацией каналов и коммутацией пакетов с помощью сравнительной таблицы, показанной ниже.

Содержимое: коммутация каналов и пакетная коммутация

Сравнительная таблица
Определение
Ключевые различия
Заключение

Сравнительная таблица

Пакетная коммутация Уровни Коммутация

Основа для сравнения	Цепная коммутация	Пакетная коммутация
Ориентация	Ориентация на соединение.	Без установления соединения.
Назначение	Изначально предназначено для голосовой связи.	Первоначально предназначен для передачи данных.
Гибкость	Негибко, потому что, как только путь задан, все части передачи следуют по одному и тому же пути.	Гибкость, поскольку для каждого пакета создается маршрут для перемещения к месту назначения.
Заказ	Сообщение получено в заказе, отправлено от источника.	Пакеты сообщения получены не по порядку и собраны в пункте назначения.
Технология / Подход	Коммутация каналов может быть достигнута с использованием двух технологий: либо с пространственным разделением, либо с временным разделением.	имеет два подхода: подход с использованием дейтаграмм и виртуальный подход.
	реализована на физическом уровне.	Пакетная коммутация реализована на сетевом уровне.

Определение схемы коммутации

Коммутация каналов устанавливает физический путь между отправителем и получателем сообщения до его доставки. Когда между отправителем и получателем устанавливается соединение, все сообщение проходит по установленному пути от отправителя к получателю. Как только сообщение доставлено получателю, источник информирует сеть о завершении передачи и всех выключенных выключателях.Затем ссылка и другие подключаемые устройства используются для настройки другого подключения.

Коммутация каналов всегда осуществляется на физическом уровне . Переключение каналов можно объяснить на примере телефонного разговора. В телефонном разговоре, после установления соединения между вызывающим абонентом и получателем, он остается подключенным до тех пор, пока весь разговор не закончится, и и вызывающий абонент, и получатель не положат трубку.

Коммутация каналов не подходит для передачи данных, потому что данные передаются в виде потоков (потока), и линия остается бездействующей большую часть времени, и, следовательно, пропускная способность теряется.Коммутация каналов может быть реализована с использованием двух технологий: с пространственным разделением каналов или с временным разделением каналов .

Определение пакетной коммутации

Пакетная коммутация без установления соединения, поскольку она не устанавливает никакого физического соединения до начала передачи. При коммутации пакетов перед передачей сообщения оно разделяется на несколько управляемых частей, называемых пакетами. Эти пакеты маршрутизируются один за другим от источника к месту назначения.

При коммутации пакетов каждый пакет может следовать по разному маршруту, чтобы достичь пункта назначения.Пакеты, поступившие в пункт назначения, вышли из строя, но они собраны по порядку до того, как пункт назначения направит его на верхний уровень.

коммутация пакетов всегда реализуется на сетевом уровне . Пакетная коммутация имеет два подхода Подход дейтаграмм и Подход виртуальных каналов . При использовании дейтаграммы каждый пакет не зависит от других, хотя они принадлежат одному и тому же сообщению и могут также выбирать другой путь для достижения пункта назначения.

В подходе виртуального канала связь между пакетами, которые принадлежат одному и тому же сообщению, сохраняется, поскольку пакеты не являются независимыми друг от друга, и все пакеты, которые принадлежат конкретному сообщению, следуют по одному и тому же маршруту для перемещения к месту назначения.

Ключевые различия между коммутацией каналов и коммутацией пакетов

Цепная коммутация ориентирована на соединение, что означает, что путь устанавливается между источником и пунктом назначения до того, как произойдет передача. С другой стороны, коммутация пакетов без установления соединения означает, что для каждого пакета во время передачи определяется динамический маршрут.
изначально была разработана для голосовой связи, тогда как коммутация пакетов изначально была разработана для передачи данных.
Коммутация каналов негибкая, поскольку после установления пути для передачи она не изменяется во время сеанса. С другой стороны, пакетная коммутация является гибкой, поскольку каждый пакет может проходить по разному маршруту, чтобы достичь своего пункта назначения.
При коммутации пакетов, поскольку каждый пакет проходит свой путь, следовательно, пакет принимается не в порядке на стороне приемника, а затем упорядочивается по порядку. С другой стороны, при коммутации каналов принимается все сообщение в том виде, в котором оно было отправлено от отправителя к получателю.
Коммутация с пространственным разделением или Коммутация с временным разделением может использоваться для реализации коммутации каналов, тогда как коммутация пакетов может быть реализована с использованием двух подходов: дейтаграмный подход и виртуальный подход.
коммутация каналов всегда реализуется на физическом уровне, тогда как коммутация пакетов осуществляется на сетевом уровне.

Заключение

Для передачи данных пакетная коммутация является более эффективной, чем коммутация каналов, тогда как когда речь идет о передаче голоса, коммутация каналов более эффективна, чем пакетная коммутация.

,Схема коммутатора с дистанционным управлением

ИК-светодиод

излучает инфракрасный свет и используется в телевизионных пультах дистанционного управления. Этот ИК-порт принимается приемником TSOP17XX (TSOP 1738 используется в телевизоре). TSOP17XX принимает модулированные инфракрасные волны и изменяет свой выход. TSOP доступен во многих частотных диапазонах, таких как TSOP1730, , TSOP1738, , TSOP1740 и т. Д. Последние две цифры представляют частоту (в кГц) модулированных ИК-лучей, на которые реагирует TSOP. Как, например, TSOP1738 реагирует, когда он получает ИК-излучение, модулированное на частоте 38 кГц.Выход TSOP активен на низком уровне, это означает, что он становится НИЗКИМ при обнаружении ИК.

В этой схеме с дистанционным управлением мы используем пульт дистанционного управления для включения / выключения источника переменного тока , нажимая любую кнопку на пульте дистанционного управления, и используя TSOP1738 на стороне приемника. Цепь приемника подключена к устройству переменного тока через реле, так что мы можем управлять светом дистанционно. Мы использовали IC 4017, чтобы преобразовать ее в выключатель. Прочитайте эту статью, чтобы понять ИК-передатчик и приемник.

[Также проверьте: цепь глушителя дистанционного управления телевизором]

Обычно, когда мы нажимаем любую кнопку пульта ДУ телевизора / DVD-проигрывателя, индикатор светится, и как только мы отпускаем кнопку, она выключается. Теперь его можно преобразовать в тумблер PUSH ON и PUSH OFF с помощью IC CD4017. IC CD4017 — счетчик дека десятилетий CMOS. Он может производить вывод на 10 выводах последовательно, то есть он производит вывод один за другим на 10 выводах. Выход переключается с одного контакта на другой путем подачи тактового импульса на контакт 14.Узнайте больше о IC 4017 здесь.

Когда во-первых, питание подается на IC 4017, вывод на PIN 3 (Q0) является ВЫСОКИМ, когда мы нажимаем кнопку ИК-пульта дистанционного управления, тогда синхроимпульс НИЗКОГО / ВЫСОКОГО подается на PIN 14 (первый тактовый импульс) и выводится на Q0 становится низким, а PIN 2 (Q1) становится ВЫСОКИМ. PIN 2 запускает модуль RELAY, и индикатор переменного тока горит. Теперь эта позиция сохранится до следующего тактового импульса. Если мы снова нажмем кнопку ИК пульта (второй тактовый импульс), выход на Q1 станет НИЗКИМ, а Q2 — ВЫСОКИМ.Это отключит реле и выключит свет. И поскольку Q2 подключен к выводу 15 СБРОСА 4017, он сбросит IC, и снова выходной сигнал на Q0 станет ВЫСОКИМ, а Q2 станет НИЗКИМ (начальное состояние). Так что он работает как тумблер.

Принципиальная электрическая схема дистанционного управления

Выход TSOP1738 колеблется с частотой 38 кГц, которая применяется к тактовому импульсу 4017. Таким образом, мы подключили конденсатор 1 мкФ к выходу TSOP, чтобы эта последовательность импульсов 38 кГц считалась одним тактовым импульсом для IC 4017.

Мы также можем использовать схему ИК-передатчика для включения / выключения лампы, эта схема ИК-передатчика производит модулированный ИК-сигнал с частотой 38 кГц, как пульт ДУ телевизора. Также мы можем заменить лампочку любым устройством переменного тока, которое должно управляться дистанционно.

,
Схема коммутации
Коммутация каналов — это методология реализации телекоммуникационной сети, в которой два сетевых узла устанавливают выделенный канал связи (канал) через сеть, прежде чем узлы смогут обмениваться данными. Схема гарантирует полную пропускную способность канала и остается подключенной в течение всего сеанса связи. Схема функционирует так, как если бы узлы были физически связаны, как с электрической цепью.
Коммутация каналов отличается от коммутации пакетов, которая разделяет данные, подлежащие передаче, на пакеты, передаваемые по сети независимо.Коммутация пакетов разделяет доступную пропускную способность сети между несколькими сеансами связи.
В коммутации каналов задержка в битах постоянна во время соединения, в отличие от коммутации пакетов, где очереди пакетов могут вызывать переменную задержку передачи пакетов. Каждая цепь не может использоваться другими абонентами, пока цепь не будет освобождена и не будет установлено новое соединение. Даже если фактическая связь не происходит, канал остается недоступным для других пользователей. Каналы, доступные для новых вызовов, называются свободными.
Виртуальная коммутация каналов — это технология коммутации пакетов, которая эмулирует коммутацию каналов в том смысле, что соединение устанавливается до того, как будут переданы какие-либо пакеты, и пакеты доставлены в порядке.
В то время как коммутация каналов обычно используется для соединения голосовых каналов, концепция выделенного пути, существующего между двумя взаимодействующими сторонами или узлами, может быть расширена для передачи содержимого контента, отличного от голосового. Его преимущество состоит в том, что он обеспечивает непрерывную передачу без издержек, связанных с пакетами, максимально используя доступную полосу пропускания для этой связи.Недостатком является негибкость; соединение и связанная с ним полоса пропускания зарезервированы и недоступны для других целей.
Звонок
Для настройки и управления вызовами (и других административных целей) можно использовать отдельный выделенный канал сигнализации от конечного узла к сети. ISDN является одной из таких услуг, которая использует отдельный канал сигнализации, в то время как обычная телефонная служба (POTS) не использует.
Способ установления соединения и отслеживания его прохождения и завершения через сеть также может использовать отдельный канал управления, как в случае линий связи между телефонными станциями, которые используют протокол сигнализации с коммутацией пакетов CCS7 для передачи информации о настройке и управлении вызовами и их использования. TDM для передачи фактических данных схемы.
Ранние телефонные станции являются подходящим примером коммутации каналов. Абонент будет просить оператора подключиться к другому абоненту, будь то на той же бирже или по каналу обмена между абонентами и другому оператору. В любом случае конечным результатом было физическое электрическое соединение между телефонами двух абонентов на время разговора. Медный провод, используемый для соединения, не мог использоваться для одновременной передачи других вызовов, даже если абоненты фактически не разговаривали, а линия молчала.
по сравнению с пакетной коммутацией дейтаграмм
Коммутация каналов отличается от коммутации пакетов, которая разделяет данные, подлежащие передаче, на небольшие блоки, называемые пакетами, независимо передаваемые через сеть. Коммутация пакетов разделяет доступную пропускную способность сети между несколькими сеансами связи.
Мультиплексирование нескольких телекоммуникационных соединений через один и тот же физический проводник было возможно в течение длительного времени, но, тем не менее, каждый канал в мультиплексной линии был либо выделен для одного вызова за раз, либо он был свободен между вызовами.
В коммутации каналов и коммутации виртуальных каналов маршрут и полоса пропускания зарезервированы от источника к месту назначения. Переключение каналов может быть относительно неэффективным, поскольку пропускная способность гарантируется для соединений, которые настроены, но не находятся в постоянном использовании, а скорее на мгновение. Тем не менее, соединение сразу доступно, пока установлено.
Коммутация пакетов — это процесс сегментирования сообщения / данных, которые должны быть переданы, в несколько меньших пакетов. Каждый пакет помечен своим назначением и порядковым номером для упорядочения связанных пакетов, исключая необходимость в выделенном пути, чтобы помочь пакету найти свой путь к месту назначения.Каждый пакет отправляется независимо, и каждый может быть направлен по другому пути. В месте назначения исходное сообщение повторно собирается в правильном порядке на основе номера пакета. Сети пакетной коммутации дейтаграмм не требуют установления канала и позволяют множеству пар узлов одновременно обмениваться данными по одному и тому же каналу.
Примеры сетей с коммутацией каналов
См. Также
Внешние ссылки
,Принципиальная схема коммутатора с защелкой
Схема с защелкой может «» удерживать цепь во включенном или выключенном состоянии до тех пор, пока к ней не будет применен какой-либо внешний сигнал. Схема защелки сохраняет свое положение (включено или выключено) даже после удаления входного сигнала и может хранить один бит информации, пока устройство включено. Для активного высокого сигнала он хранит единицу, а для активного низкого сигнала — ноль.
В этом проекте мы собираемся создать Soft Latch Circuit для включения и выключения электронного устройства нажатием одной кнопки.Эта схема известна как Soft Latch Switch . Схема с мягкой защелкой отличается от нормальной схемы с защелкой, в с мягкой защелкой состояния включения и выключения могут быть изменены с помощью внешнего средства (кнопка), но в с нормальной схемой с фиксацией цепь может быть зафиксирована только в одном состоянии. и для изменения состояния необходимо отключить источник питания. Как правило, сдвиговые регистры и триггеры используются в схеме с защелкой, аналогичной той, которую мы использовали в схеме «Clap-on-Clap-off-Circuit».

Фиксацию можно сравнить с кнопкой «Нажми-на-Нажми», где кнопка соединяет цепь при однократном нажатии и разъединяет цепь при повторном нажатии. Здесь мы будем использовать NPN-транзистор BC547 и PNP-транзистор BC557 с обычной кнопкой для создания переключателя питания с мягкой фиксацией . Эта схема с мягкой защелкой не требует микроконтроллера или микросхемы для ее включения и выключения.

Необходимые компоненты

Транзисторы: BC547 (2), BC557
Резисторы: 1 МОм, 470 кОм, 220 кОм (2), 100 кОм (2), 10 кОм, 1 кОм, 330 Ω
Кнопка
1 мкФ Конденсатор
LED
макет

Схема

Принципиальная электрическая схема с переключателем питания с мягкой фиксацией приведена выше.Это может быть легко построено на макете или печатной плате. Компоненты, используемые в этой схеме, легко доступны и очень дешевы. Резисторы используются в качестве резисторов ограничения тока, в то время как конденсатор используется для предотвращения ложного срабатывания цепи.

Работа цепи мягкого защелки

Транзистор BC547 является транзистором NPN, а BC557 — транзистором PNP. Транзистор BC547 можно включить, приложив к его базе положительное напряжение; с другой стороны, BC557 можно включить, подав на его базу отрицательное напряжение.

Когда мы впервые подаем напряжение питания нажатием кнопки , все три транзистора находятся в выключенном состоянии, а выходное напряжение равно нулю; таким образом, схема остается в выключенном или разомкнутом состоянии. В этом состоянии конденсатор C1 заряжается через резистор R1 и R2. Когда мы нажимаем кнопку переключателя, это заставляет конденсатор C1 передавать свое напряжение на базу транзистора Q3 через резистор R6. Это включает транзистор Q3, а транзистор Q3 включает транзистор Q2.Напряжение, возникающее на резисторе R4, будет держать Q2 включенным при отпускании кнопки. Q1 также включается в течение этого времени, и теперь схема находится во включенном или заблокированном состоянии и остается такой же, даже если S1 открыт.

В этом состоянии транзистор Q1 теперь насыщен, вызывая разрядку С1 через R2. Когда мы снова нажимаем кнопочный переключатель , конденсатор С1 находится в разряженном состоянии и передает нулевое напряжение на транзистор Q3, вызывая его отключение.В результате все три транзистора находятся в выключенном состоянии, и схема снова возвращается в свое выключенное или разблокированное состояние . Поскольку Q1 теперь выключен, конденсатор C1 снова начинает заряжаться через резисторы R1 и R2. Таким образом, каждое нажатие переключателя следует одной и той же процедуре для включения и выключения цепи.

Конденсатор используется для ограничения скорости процесса фиксации. Без конденсатора цепь будет включаться и выключаться быстро. Значения резисторов и конденсаторов могут варьироваться в зависимости от применения.

Я сделал эту схему переключателя с мягкой защелкой на макете и картоне, , и после полных соединений на картоне мое оборудование выглядело так:

Применение схемы с мягкой фиксацией

Цепь с мягкой защелкой хорошо подходит для переносных приборов с батарейным питанием, поскольку в выключенном состоянии она имеет нулевое напряжение.
Мягкая схема защелки может использоваться для автоматического отключения ESP32, ESP8266, Arduino или любого другого микроконтроллера.
может быть очень полезна в цепях сигнализации.

Основные схемы включения операционных усилителей

Инвертирующая схема включения ОУ

Неинвертирующая схема включения ОУ

Дифференциальная схема включения ОУ

Сравнение основных схем включения ОУ

Области применения различных схем включения ОУ

Рекомендации по выбору схемы включения ОУ

Заключение

Операционный Усилитель Схемы Подключения — tokzamer.ru

Однополярное питание операционных усилителей

LM358 цоколевка

Аналоги LM358

Аналоги LM358

что это такое, принцип работы, схемы включения

Что такое операционный усилитель

Виды и обозначения на схеме

Основные характеристики

Где применяются

Схемы питания операционных усилителей | HomeElectronics

Работа ОУ от двухполярного источника питания

Работа ОУ от однополярного источника питания

Схема цепей смещения в усилителях типа UBbIX = kUBX + b

Расчёт усилителя с характеристикой типа UBbIX = kUBX + b

Схема цепей смещения в усилителях типа UBbIX = kUBX – b

Расчёт усилителя с характеристикой типа UBbIX = kUBX — b

Схема цепей смещения в усилителях типа UBbIX = – kUBX + b

<img decoding="async" src="/800/600/http/www.electronicsblog.ru/wp-content/uploads/1202201619.png" alt="1202201619" /><img decoding="async" src="/800/600/http/www.electronicsblog.ru/wp-content/uploads/1202201619.png" alt="1202201619" />

Расчёт усилителя с характеристикой вида UBbIX = – kUBX + b

Схема цепей смещения в усилителях типа UBbIX = – kUBX – b

Операционные усилители в линейных схемах

Повторитель напряжения

Пример расчёта параметров повторителя напряжения

Недостатки простейшей схемы повторителя напряжения

Неинвертирующий усилитель

Пример расчёта неинвертирующего усилителя

Неинвертирующий сумматор

Инвертирующие усилители

Работа обратной связи

Неинвертирующий усилитель

Схема усилителя переменного тока

Второй пример схемы для работы с переменным напряжением

Какую схему предпочтительнее использовать

Схема повторителя

Активный режим работы

Некоторые предосторожности

Следует учитывать

Понятие обратной связи

Содержимое: коммутация каналов и пакетная коммутация

Сравнительная таблица

Определение схемы коммутации

Определение пакетной коммутации

Ключевые различия между коммутацией каналов и коммутацией пакетов

Заключение

Принципиальная электрическая схема дистанционного управления

Схема коммутации

Звонок

по сравнению с пакетной коммутацией дейтаграмм

Примеры сетей с коммутацией каналов

См. Также

Внешние ссылки

Необходимые компоненты

Схема

Работа цепи мягкого защелки

Применение схемы с мягкой фиксацией

Похожие записи

Микросхема 358: подробный обзор, применение и характеристики операционного усилителя

Радиозвонок схема. Радиозвонок своими руками: схемы, устройство и монтаж беспроводного дверного звонка

Электросхема ваз 2105 инжектор. Электросхема ВАЗ 2105: особенности, устройство и основные неисправности

Добавить комментарий Отменить ответ

Схема цепей смещения в усилителях типа U_BbIX = kU_BX + b

Расчёт усилителя с характеристикой типа U_BbIX = kU_BX + b

Схема цепей смещения в усилителях типа U_BbIX = kU_BX – b

Расчёт усилителя с характеристикой типа U_BbIX = kU_BX — b

Схема цепей смещения в усилителях типа U_BbIX = – kU_BX + b

Расчёт усилителя с характеристикой вида U_BbIX = – kU_BX + b

Схема цепей смещения в усилителях типа U_BbIX = – kU_BX – b