Как работает компаратор напряжения LM393. Какова схема включения компаратора LM393. Где применяется компаратор LM393. Каковы особенности и преимущества использования компаратора LM393.
Принцип работы компаратора напряжения LM393
Компаратор напряжения LM393 представляет собой интегральную микросхему, которая сравнивает два входных аналоговых сигнала и выдает логический выходной сигнал. Принцип работы компаратора LM393 основан на следующих ключевых моментах:
- Микросхема содержит два независимых компаратора
- На инвертирующий и неинвертирующий входы подаются сравниваемые напряжения
- Если напряжение на неинвертирующем входе выше, чем на инвертирующем — на выходе формируется высокий логический уровень
- Если напряжение на инвертирующем входе выше — на выходе низкий уровень
- Выход имеет открытый коллектор, что позволяет подключать внешнюю нагрузку
Таким образом, компаратор преобразует аналоговую разность напряжений на входах в дискретный логический сигнал на выходе.
Схема включения компаратора LM393
Типовая схема включения компаратора напряжения LM393 выглядит следующим образом:
- Питание подключается к выводам 8 (+Vcc) и 4 (GND)
- На входы 2 и 3 (для первого компаратора) подаются сравниваемые напряжения
- Выход 1 подключается через подтягивающий резистор к напряжению питания
- Аналогично подключаются входы и выход второго компаратора (выводы 5, 6, 7)
Важно отметить, что выходы компараторов имеют открытый коллектор, поэтому требуется внешний подтягивающий резистор для формирования высокого логического уровня.
Основные области применения компаратора LM393
Благодаря своей универсальности, компаратор напряжения LM393 нашел широкое применение в различных схемах:
- Детекторы уровня сигнала
- Преобразователи аналогового сигнала в цифровой
- Генераторы импульсов
- Триггеры Шмитта
- Источники опорного напряжения
- Пороговые устройства в системах сигнализации
Компаратор LM393 часто используется для контроля напряжения аккумуляторов, в зарядных устройствах, регуляторах напряжения и других схемах, где требуется сравнение двух напряжений.
Особенности и преимущества компаратора LM393
Микросхема LM393 обладает рядом важных особенностей и преимуществ:
- Широкий диапазон напряжения питания (от 2В до 36В)
- Малый входной ток (25нА)
- Низкое напряжение смещения (не более 5мВ)
- Высокое быстродействие (время отклика 1.3мкс)
- Выход с открытым коллектором для гибкого подключения нагрузки
- Два независимых компаратора в одном корпусе
Эти характеристики делают LM393 удобным и универсальным решением для многих практических задач сравнения напряжений и преобразования аналоговых сигналов в цифровые.
Расчет компаратора с гистерезисом на LM393
Для предотвращения ложных срабатываний компаратора при наличии помех часто используется схема с гистерезисом. Расчет компаратора с гистерезисом на LM393 выполняется по следующему алгоритму:
- Выбирается опорное напряжение Vref
- Определяются пороговые напряжения срабатывания Vlow и Vhigh
- Рассчитывается ширина гистерезиса ΔV = Vhigh — Vlow
- Выбирается резистор обратной связи R1
- Рассчитывается резистор R2 по формуле: R2 = R1 * (Vcc — Vref) / ΔV
- Рассчитывается резистор R3: R3 = R1 * R2 / (R1 + R2)
Правильный расчет гистерезиса позволяет повысить помехоустойчивость схемы на основе компаратора LM393.
Применение LM393 в схеме регулятора напряжения
Одним из распространенных применений компаратора LM393 является построение простого регулятора напряжения. Принцип работы такой схемы заключается в следующем:
- На один вход компаратора подается опорное напряжение
- На второй вход — часть выходного напряжения через делитель
- При превышении выходным напряжением заданного уровня компаратор отключает регулирующий элемент
- При снижении напряжения компаратор снова включает регулирующий элемент
Такая схема позволяет стабилизировать выходное напряжение с достаточно высокой точностью. При этом регулирующий элемент работает в ключевом режиме, что повышает КПД регулятора.
Заключение
Компаратор напряжения LM393 является универсальным и надежным решением для широкого спектра задач, связанных со сравнением напряжений и преобразованием аналоговых сигналов в цифровые. Простота применения, доступность и хорошие технические характеристики делают эту микросхему популярным выбором как среди любителей, так и в промышленных приложениях. Понимание принципов работы и особенностей LM393 позволяет эффективно использовать его возможности при разработке различных электронных устройств.
Схема низкочастотного генератора на микросхеме КР140УД708 (20-20000Гц)
Приведена принципиальная схема низкочастотного генератора сигналов, который выполнен на ОУ КР140УД708. Низкочастотный генератор является одним из необходимейших приборов врадиолюбительской лаборатории.
С его помощью можно налаживать различные усилители, снимать АЧХ, проводить эксперименты. Генератор НЧ может быть источником НЧ сигнала, необходимого для работы других приборов (измерительных мостов, модуляторов и др.).
Принципиальная схема генератора
Схема состоит из низкочастотного синусоидального генератора на операционном усилителе А1 и выходного делителя на резисторах R6, R12, R13, R14.
Рис. 1. Принципиальная схема НЧ генератора на ОУ (20-20000Гц).
Схема синусоидального генератора традиционная. Операционный усилитель, при помощи положительной обратной связи (С1-C3, R3, R4, R5, С4-С6) выполненной по схеме моста Винна, переведен в режим генерации. Избыточная глубина положительной обратной связи, приводящая к искажению выходного синусоидального сигнала, компенсируется отрицательной ОС R1-R2.
Причем, R1 подстроечный, чтобы с его помощью можно было установить величину ОС такой, при которой на выходе операционного усилителя неискаженный синусоидальный сигнал наибольшей амплитуды.
Лампа накаливания Н1 включена на выходе ОУ в его цепи обратной связи. Вместе с резистором R16 лампа образует делитель напряжения, коэффициент деления которого зависит от протекающего через него тока (лампа Н1 выполняет функции терморезистора, увеличивая свое сопротивление от нагрева, вызванного протекающим током).
Частота устанавливается двумя органами управления, — переключателем S1 выбирают один из трех поддиапазонов «20-200 Гц», «200-2000 Гц» и «2000-20000 Гц». Реально диапазоны немного шире и частично перекрывают друг друга. Плавная настройка частоты производится сдвоенным переменным резистором R5. Желательно чтобы резистор был с линейным законом изменения сопротивления.
Сопротивления и законы изменения составных частей R5 должны быть строго одинаковыми, поэтому, применение самодельных сдвоенных резисторов (сделанных из двух одиночных) недопустимо. От точности равенства сопротивлений R5 сильно зависит коэффициент нелинейных искажений синусоидального сигнала.
На оси переменного резистора закреплена ручка со стрелкой (как у галетных приборных переключателей) и простая шкала для установки частоты. Для точной установки частоты лучше всего использовать цифровой частотомер.
Выходное напряжение плавно регулируют переменным резистором R6. С этого резистора поступает НЧ напряжение на выход. Понизить установленное значение в 10 и 100 раз можно при помощи аттенюатора на резисторах R12-R14.
Максимальное выходное напряжение НЧ генератора, -1,0V. Контролировать величину выходного напряжение удобнее всего по низкочастотному милливольтметру, делая поправку на значение аттенюатора на резисторах R12-R14. Выключают генератор тумблером на два направления S2, отключающим генератор от источника двуполярного напряжения ±10V.
Детали и печатная плата
Большинство деталей расположено на печатной плате. Все регуляторы-резисторы, переключатели и разъемы расположены на передней панели. Многие детали смонтированы на их выводах.
Рис. 2. печатная плата для низкочастотного генератора сигналов.
Переключатель S1 галетный на три направления и три положения. Используются только два направления. Выключатель S2 -тумблер на два направления. Все разъемы — коаксиальные разъемы типа «Азия» от видеотехники.
Дроссели L1 и L2 — от модулей цветности старых телевизоров УСЦТ (можно использовать любые дроссели индуктивностью не менее 30 мкГн). Лампа накаливания Н1 — индикаторная, с гибкими проволочными выводами (похожа на светодиод), на напряжение 6,ЗV и то 20 мА. Можно использовать и другую лампу на напряжение 2,5-13,5V и ток не более 0,1 А.
Налаживание
Налаживать генератор желательно используя частотомер и осциллограф. В этом случае, подстройкой резистора R1 добиваются максимального и неискаженного переменного синусоидального напряжения на выходе генератора, во всем диапазоне частот (это, обычно, соответствует величине выходного переменного напряжения 1V).
Затем, более точным подбором R4 и R3 (эти сопротивления должны быть одинаковы) устанавливают диапазоны перестройки частоты. Если используются недостаточно точные конденсаторы С1-С6 может понадобиться их подбор или включение параллельно им «достроечных» конденсаторов.
Иванов А. РК-08-16.
Литература: 1. Овечкин М. Низкочастотный измерительный комплекс, Р-1980-04.
Lm393n схема включения как работает, микросхема к554са2
Прошло почти два года с тех пор, как я пытался приручить операционный усилитель УД708 для сравнения двух сигналов. Знаний тогда было мало, поэтому времени уходило много, а главное — еще и безрезультатно. Но в итоге для своей задачи я смог «договориться» с компаратором LM393N. А на днях перебирал поделку, в которой впервые использовал эту микросхему, и решил вспомнить, как работает компаратор. Заодно и другим рассказать.
«1» — когда напряжение на прямом входе больше, чем на инвертирующем;
«0» — когда напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем.
Некоторые компараторы самостоятельно формируют уровни логических нуля и единицы (например, «ноль» — это ноль, «единица» — плюс пять вольт), но LM393 — с открытым коллектором. Ей для создания выходного напряжения нужен внешний резистор, подключающийся либо к «плюсу» питания, либо к другому «плюсу» (в разумных пределах, конечно).
Первые две схемы — каноничное включение нагрузки под открытый коллектор. Я подключал внешний резистор к питающему «плюсу».
Включение 4
Измеряемое напряжение подается на инвертирующий вход, опорное — на прямой.
Пока напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на прямом, компаратор выдает «ноль», и светодиод не горит. Иначе — «единица».
Вообще, лучше, конечно, пользоваться первыми двумя общепринятыми схемами, чтобы не было путаницы.
Еще один важный момент — подключение нагрузки (светодиода) к другому напряжению (как мог, изобразил 24 вольта). Справедливо для любого из ранее изображенных включений.
О нагрузке. В даташите о максимальном токе коллектора сказано, что больше 6-20 мА микросхема не выдаст. То есть включить один светодиод — не проблема, а вот что побольше…
Кусок светодиодной ленты, подключенный прямо к выходу компаратора (по третьей или четвертой схеме, без резистора R3) светил слабо (1 мА). Пришлось поддать напряжения до 12 вольт, и тогда ток коллектора вырос до 14 мА. При подключении ленты напрямую к блоку питания — 32 мА. Таким образом, как ни крути, а максимум, что можно получить конкретно от этой LM-ки — 14 мА.
Вывод — что-то прожорливое есть смысл пускать через транзистор, загнанный в ключевой режим. При этом каскаду с общим эмиттером, инвертирующему сигнал, как нельзя лучше подойдет третья или четвертая схемы включения. Ведь если сигнал инвертировать дважды — получится опять исходный сигнал.
Например, на прямом входе компаратора «единица» (по привычной логике — на прямом входе напряжение больше, чем на инвертирующем). Третья схема сделает из нее «ноль» на выходе. А каскад с общим эмиттером, «перевернув» этот «ноль», опять даст «единицу».
Стрелка цепляется к выходу компаратора (R1 — это R3 из предыдущей схемы). R2, возможно, придется подобрать: если он будет слишком маленьким, то транзистор может сгореть, а если слишком большим — не откроется (можно попробовать 4,7 кОм). При подаче «единицы» в базе транзистора должно быть примерно 0,7 В (для кремния). К R3 тоже есть вопросы, но слишком малым и он не должен быть.
Моделирование. Когда на входе «ноль» (а «ноль» третьей и четвертой схемы — это в нормальном включении «единица»), то на выходе — «единица», светодиод работает. С чего начали, к тому и пришли — «единица» опять стала сама собой.
Теперь, когда на входе «единица», то на выходе «ноль». Вот она, знаменитая инверсия каскада с общим эмиттером!
А если включать нагрузку в коллектор транзистора, то «единицы» и «нули» по входу и выходу будут совпадать.
В общем, простор для творчества — колоссальный.
Реклама
Микросхема LM393 имеет в своем корпусе два независимых компаратора напряжения. Компаратор LM393 может работать, как от однополярного источника питания в широком диапазоне напряжений, так и от двухполярного источника. При использовании двухполярного — разница между потенциалами должна составлять от 2 В до 36 В.
Ток потребления компаратора не зависит от напряжения питания. Необходимо обратить внимание, что данный компаратор имеет выход с открытым коллектором.
Ключевая особенность LM393
- Широкий диапазон напряжения питания: 2…36 В или ±1…±18 В
- Очень низкий ток потребления (0,45 мА)
- Низкий входной ток смещения: 20 нА
- Низкий входной ток смещения: ± 3 нА
- Низкое входное напряжение смещения: ± 1 мВ тип
- Низкое выходное напряжение насыщения: 80 мВ
- TTL, DTL, ECL, MOS, CMOS совместимые выходы
- Компаратор LM393 доступен в корпусе: DFN8 2х2, MiniSO8, TSSOP8 и SO8
Принцип работы LM393
Чтобы понять как же работает данный компаратор, рассмотрим простую схему сумеречного автомата.
Глядя на схему мы видим, что оба входа компаратора подключены к делителям напряжения. Первый делитель напряжения, подключенный к инвертирующему входу (2), состоит из постоянного резистора и фоторезистора.
Как известно сопротивление неосвещенного фоторезистора имеет очень большое сопротивление (более 1МОм), и малое при освещении. Поэтому в ночное время суток, согласно логике работы делителя напряжения, напряжение на входе (2) компаратора будет выше, чем в дневное время суток.
Чтобы включать и выключать свет (в нашем случае светодиод), в зависимости от степени освещенности фоторезистора, нам необходимо установить порог переключения. Для этого служит неинвертирующий вход (3) на который необходимо подать опорное (неизменяемое) напряжение. Это опорное напряжение мы возьмем с переменного резистора R3, который выполняет роль делителя напряжения.
Теперь компаратор будет сравнивать два уровня напряжения (на выводах 2 и 3). Если напряжение на входе 2 будет больше чем на входе 3, то светодиод загорится. Как только напряжение на входе 2 опустится (при освещении фоторезистора) ниже уровня напряжения на входе 3, светодиод погаснет.
(595,7 Kb, скачано: 5 792)
Компаратор К554СА2
Компараторы являются специализированными ОУ с дифференциальным входом и одиночным или парафазным цифровым выходом. Входной каскад компаратора построен аналогично схемам ОУ и работает в линейном режиме. На выходе компаратора формируются сигналы высокого логического уровня, если разность входных сигналов меньше напряжения срабатывания компаратора, или низкого логического уровня, если разность входных сигналов превышает напряжение срабатывания компаратора. На один вход компаратора подается исследуемый сигнал, на другой — опорный потенциал.
Основными параметрами компараторов являются: чувствительность Uвхмин (точность, с которой компаратор может различать входной и опорный сигналы), быстродействие (скорость отклика, определяемая задержкой срабатывания и временем нарастания сигнала), нагрузочная способность (способность компаратора управлять определенным числом входов цифровых микросхем).
Компаратор К554СА2 (см. рисунок) имеет два дифференциальных усилительных каскада, выходной эмиттерный повторитель, стабилитронные схемы сдвига уровня и цепь ограничения амплитуды выходного сигнала. Дифференциальный входной каскад (VT1 и VT4) имеет обычное для интегральных ОУ малое напряжение смещения нуля. На эммитеры транзисторов VT1 и VT4 напряжение питания подается от генератора стабильного тока VT5, благодаря чему коллекторные токи транзисторов первого каскада почти не зависят входного синфазного сигнала. Второй дифференциальный каскад (VT3 и VT6) имеет балансную схему подачи смещения. В сбалансированном состоянии напряжение одиночного выхода этого каскада колебаниях положительного напряжения питания не меняется. Тем самым фиксируется потенциал базы транзистора VT2 (при включении положительного напряжения питания коллекторные токи транзисторов VT6 и VT3 также увеличиваются, оставляя напряжение коллекторного транзистора VT3 постоянным).
Для увеличения нагрузочной способности выхода по току транзистор VT6 снабжен эмиттерным повторителем VT8. Интегральный стабилитрон VD1, включенный в эмиттерные цепи транзисторов второго каскада, имеет опорное напряжение +6,2 В, что фиксирует потенциалы без транзисторов VT3 и VT6 на уровне примерно +6,9В. Следовательно, допустимый сигнал входов компаратора может приближаться к 7 В. Стабилитрон VD2, включенный в цепь выходного эмиттерного повторителя, сдвигает уровень выходного сигнала «вниз» на 6,2 В, чтобы сделать его совместимым с входными сигналами для цифровых микросхем ТТЛ — типа. Транзистор VT9 изолирует выходную цепь от схемы смещения генератора тока входного каскада VT5 с компенсирующим диодом (VT10 в диодном включении). транзистор VT7 (в диодном включении) ограничивает размах выходного сигнала в положительной области: при уровнях сигнала на выходе, больших +4 В, транзистор VT7 открывается и шунтирует дифференциальный выход второго каскада. благодаря ограничению амплитуды значительно увеличивается быстродействие компаратора .
Рисунок 4 — Принципиальная электрическая схема К554СА2, зависимости времени нарастания выходного напряжение соответственно от входного напряжения и емкости нагрузки
Рисунок 5 — Условно-графическое изображение К554СА2
Таблица 1 — Электрические параметры К554СА2
Номинальное напряжение питания | 12 В +10% -6 В +10% | |
Напряжение смещения нуля | не более 7,5 мВ | |
Выходное напряжение низкого уровня | не более 0,3 В | |
Выходное напряжение высокого уровня | 2,5…4 В | |
Ток потребления от источника питания Ucc1 от источника питания Ucc2 | не более 9 мА не более 8 мА | |
Средний входной ток | не более 75 мкА | |
Разность входных токов | не более 10 мкА | |
Время задержки выключения | не более 120 нс | |
Коэффициент усиления напряжения | не менее 750 |
Таблица 2 — Предельно допустимые режимы эксплуатации К554СА2
Напряжение питания | 10,8…13,2 В -5,4…-6,6 В | |
Значение статического потенциала | 200 В | |
Максимальное входное дифференциальное напряжение | 4,5 В | |
Минимальное сопротивление нагрузки | 1 кОм | |
Температура окружающей среды | -45…+85 °C |
Расчет компаратора с гистерезисом
Регуляторы закреплены на металлической панели все три штуки. Интересно, что когда регуляторы еще не были закреплены на металлической панели, фона было в половину меньше. Конечно, я лучше поставлю пластиковую переднюю панель. Но там фон все-равно был, такого плана — на минимальной громкости он хорошо слышен, как добавляешь звука — как бы фона и нет. Регулятор ВЧ тоже интересно себя ведет — в процессе регулировки есть два — три положения, когда в динамиках возникает эффект, как будто в приемнике ловишь радиоволну. Немного покрутил — все нормально. Когда регуляторы не были закреплены на металлической панели, такого эффекта не наблюдалось Всего у меня подключено два усилительных блока к ТБ. Есть еще третий блок, на него идет выход с микрофонного предусилителя — ревербератора. Так там фона нет вообще. То есть я делаю вывод, что как бы не от усилителя фон. Плата называется ТБ от Симы. Вообще, хочу сказать, что я доволен платой. Это виной всему мои скудные познания в радиотехнике. Собрана в точности. Контакт GND я никуда не подключал, просто не знаю куда. Первое, что приходит в голову — завести его на минус. Буду благодарен за любой совет.
Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.
Обозначение и технические характеристики
Компаратор – это устройство, которое сравнивает два разных напряжения и силу тока, выдает конечный силовой сигнал, указывая на большее из них, одновременно производя расчет соотношения. У него есть две аналоговые вводные клеммы с положительным и отрицательным сигналом и один двоичный цифровой выход, как и у АЦП. Для отображения сигнала используется специальный индикатор.
УГО отображение компаратора выглядите следующим образом:
Фото – УГО компаратора
Изначально использовался только интегрированный компаратор напряжения (MAX 961ESA, PIC 16f628a), который известен как высокоскоростной. Он требует определенного дифференциального напряжения в определенном диапазоне, который существенно ниже, чем напряжение сети питания. Эти приборы не допускают никаких других внешних сигналов, которые находятся вне диапазона напряжения сети.
Сейчас гораздо чаще используется аналоговый цифровой компаратор (Attiny/ Atmega 2313), у которого транзисторный ввод. У него вводный потенциал сигнала находится в диапазоне менее 0,3 Вольт и не поднимается выше. Устройство может быть также ультра быстрого типа (стереокомпаратор), благодаря чему входной сигнал меньше обозначенного диапазона, к примеру, 0,2 Вольта. Как правило, используемый диапазон ограничивается только конкретным входным напряжением.
Фото – Компаратор
Помимо простого прибора, также существует видеоспектральный компаратор на ОУ (операционном усилителе). Это прибор, у которого очень тонко сбалансирована разница входа и высокого сопротивления сигнала. Благодаря такой характеристики, операционный компаратор используется в низкопроводимых схемах с небольшим вольтажем.
Фото – схема компаратора
В теории, частотный операционный усилитель работает в конфигурации с открытым контуром (без отрицательной обратной связи) и может быть использован в качестве компаратора низкой производительности. Но при этом, не инвертирующий вход (+ V) находится на более высоком напряжении, чем на инвертирующий (V-). Высокое усиление, выходящее из операционного усилителя, провоцирует выход низкого напряжения на входе в устройство.
Когда неинвертирующий вход падает ниже инвертирующего входа, выходной сигнал насыщается при отрицательном уровне питания, то он все равно может проводить импульсы. Выходное напряжение ОУ ограничивается только напряжением питания. Принципиальная электрическая схема ОУ работает в линейном режиме с отрицательной обратной связью, с помощью сбалансированного сплит-источника питания (питание от ± V S ). Многие приборы, работающие с компаратором, также имеют свойство фиксировать полученные данные при помощи видео-, фото- или документальной записи. Эти электронные принципы не работают в системах, где используются разомкнутые контуры и низкопроводящие элементы.
Фото – простой компаратор
Но у компараторного усилителя существует несколько существенных недостатков:
- Операционные усилители предназначены для работы в линейном режиме с отрицательной обратной связью. Но при этом, ОУ имеет более длительный режим восстановления;
- Почти все операционные усилители имеют конденсатор внутренней компенсации, который ограничивает скорость нарастания выходного напряжения для высокочастотных сигналов. Исходя из этого, данная схема немного задерживает импульс;
- Компаратор не имеет внутреннего гистерезиса.
Из-за этих недостатков, компаратор для управления различными схемами, в большинстве случаев, используется без усилителя, исключением является генератор.
Компаратор предназначен для производственных процессов с ограниченным выходным напряжением, которое легко взаимодействует с цифровой логикой. Поэтому его часто используются в различных термических приборах (терморегулятор, реле температуры). Также его применяют для сравнения сигналов и сопротивлений таких устройств, как таймер, стабилизатор и прочая схемотехника.
Фото – аналоговый компаратор
Видео: компараторы
Принцип работы
Для того, чтобы продемонстрировать, как работает быстродействующий компаратор с гистерезисом, нужно взять схему с двумя выходами.
Фото – схема работы компаратора
Схема включения, по которой можно понять принцип работы компаратора, показана выше. Используя аналоговый сигнал во + входе, именуемым «неинвертируемым», и выходе, который называется под названием «инвертируемый», устройство использует два аналогичных разнополярных сигнала. При этом если аналоговый вход больше, чем аналоговый выход, то выход будет «1», и это включит открытый коллектор транзистора Q8 на эквивалентной схеме LM339, которую нужно включить. Но, если вход находится на отрицательном уровне, то сигнал будет равняться «0», из-за чего, коллектор будет находиться в закрытом виде.
Практически всегда двухпороговый или фазовый компаратор (например, на транзисторах, без усилителя) воздействует на входы в логических цепях, соответственно, работает по уровню определенной сети питания. Это своеобразный элемент перехода между аналоговыми и цифровыми сигналами. Такой принцип действия позволяет не уточнять определенность или неопределенность выходов сигналов, т. к. компаратор всегда имеет некий захват петли гистерезиса (независимо от её уровня) или окончательный коэффициент усиления.
Назначение
Зачем нужен компаратор и как его использовать без усилителя? В большинстве случаев, этот прибор применяется в несложных компьютерных схемах, где нужно сравнивать сигналы входящего напряжения. Это может быть зарядное устройство для ноутбука или телефона, весы (определитель массы), датчик сетевого напряжения AVR, таймер (компоратор типа lm 358, микроконтроллер и т. д. Также его применяют различные интегральные микросхемы для контроля входных импульсов, обеспечивая связь между источником сигнала и его центром назначения.
Фото – компараторы для компьютера
Наиболее популярным примером является компаратор триггер (регулятор) Шиммера. Он работает в режиме многоканальности, соответственно, может сравнивать большое количество сигналов. В частности, данный триггер применяется для того, чтобы восстановить цифровой сигнал, который искажает связь в зависимости от уровня напряжения и расстояния источника питания.
Это аналог стандартного компаратора, просто с более расширенным функционалом, который обеспечивает измерение нескольких входящих сигналов.
Фото – ОУ компаратор
Также есть компаратор шероховатости. Это устройство, которое помогает визуально определить состояние поверхности, которая уже подвергалась обработке. Применение этого приспособления обосновано необходимостью определять допуски обработанных ранее поверхностей.
Программирование и компаратор
Компоратор используется не только как часть электрической схемы ШИМ и т. д., его часто используют для создания отдельных программ или их компонентов. Например, устройство часто используется для создания java-коллекций.
- Чтобы работать, Вам понадобится специальная программа Maven. Для начала Вам нужно создать проект, для полноценной работы необходимо подключение к интернету. Создаете новый проект, в структуре выберете два компонента: comparator и pojo. Наличие проверяется при помощи утилиты JUnit 4.11;
- Установите pom.xml и создайте новый файл. Прерывание процесса недопустимо, поэтому очень важно на каждом этапе сохранять. После осуществляется создание и настройка POJO, где указываются нужные настройки. Параметры зависят от требований к конкретной библиотеке. Это могут быть даты рождения, общая информация по проживанию и т. д.;
- И только после создается компаратор. Это класс, который используется для поверки данных и их распределения по нужным папкам. Использование данного класса необходимо, если нужно отсортировать определенную информацию по заданным параметрам (цвета, размеры, даты). Благодаря этому обеспечивается защита данных и их классификация по определенному принципу.
Купить готовый компаратор можно в любом магазине радиотехнических приборов и электротехники. Цена прибора варьируется в зависимости от его назначения и количества каналов.
Opel Kadett 1.4 papamobilE ›
Бортжурнал ›
Регулятор напряжения своими руками
Когда-то давно накрылся мокрым тазом и медным полотенцем мой штатный регулятор. После того я поставил самодельный по принципу усилителя. Схема была неплохая, но грелась сильно. Через год она благополучно вышла из строя. Поэтому пришлось сделать новый регулятор по принципу штатных. Т.е. выходной транзистор работает в ключевом режиме: когда напряжение превышает заданное, регулятор полностью отключает обмотку возбуждения. При снижении напряжения — снова включает. Включение/отключение надо производить резко, иначе перерегулирования не избежать. Свой регулятор я собрал на компараторе. Схема элементарная:
Схема принципиальная
На один вход компаратора подается эталонное напряжение, на другой — измеренное с делителя R1-R2-R3.
Резистором R2 можно установить требуемое напряжение в диапазоне от 12,5 до 15,5 В
Но!
При первой установке начало качать напряжение, фары и все лампочки моргали с низкой частотой. Выкусил конденсатор С1. Гистерезис уменьшился, но лампочки так же моргают. Установка заводского регулятора не меняет картины. Раскачка напряжения примерно 1В.
На одном форуме нашёл, что причиной может быть плохой контакт массы регулятора. Люди написали, что это бред. Кому интересно, докажу обратное. Резистор R9 у меня в схеме — это тот самый «плохой контакт».
При подаче напряжения на схему R9 подключён последовательно с делителем, но его сопротивление ничтожно мало и на «объективность» измерений не влияет. Регулятор видит напряжение 12В (а задано 14,2) и … открывает выходной транзистор. По обмотке возбуждения начинает идти ток порядка 3-4 А. Этот же ток течет и через «плохую» массу регулятора (R9). По закону Ома на этом резисторе появляется падение напряжения около 1В. Теперь регулятор видит напряжение 12-1=11В! Поскольку генератор уже возбужден, напряжение повышается. Пока регулятор не «увидит» 14,2В, он не отключит возбуждение. Когда он всё-таки увидит заданные 14,2В, это будет означать, что в бортовой сети уже 15,2В (14,2+1на плохом контакте, которое регулятор не видит)!
Теперь обмотка возбуждения отключается, ток через R9 становится ничтожно мал, следовательно — падение на нем исчезает. Регулятор снова видит правильно! А правильно — это 15,2В! Вот он и ждет, когда напряжение упадет до 14,199999В, чтобы снова подключить возбуждение.
Плохой контакт я устранил, напряжение стало, как вкопанное!
Размеры регулятора большие, потому что сразу я использовал обычный советский биполярный транзистор. Он грелся и не вытягивал нагрузки. Заменил на полевой с изолированным затвором IRF3205. Штука бомбовая! Сопротивление в открытом состоянии — 0,0008Ом!
Корпус уже решил не переделывать. При оборотах 1200 и выше держит напряжение при ЛЮБОЙ нагрузке!
А главное, что на лето можно убавить напряжение, а на зиму — добавить. А самое-пресамое преимущество — это «цена вопроса»)
Схема подключения операционного усилителя — Яхт клуб Ост-Вест
Практическое применение операционных усилителей.Часть первая.
Всем привет.
В этой статье мы обсудим некоторые аспекты практического применения операционных усилителей в повседневной жизни радиолюбителя.
Не растекаясь мыслею по древу и не вдаваясь в дремучие теоретические основы работы вышеозначенного усилителя, давайте все же обозначим некоторые основные термины и понятия, с которыми нам предстоит столкнуться в дальнейшем.
Итак – операционный усилитель. Далее будем называть его ОУ, а то очень лень писать каждый раз полностью.
На принципиальных схемах, чаще всего, он обозначается следующим образом:
На рисунке обозначены три самых главных вывода ОУ – два входа и выход. Разумеется, есть еще выводы питания и иногда выводы частотной коррекции, хотя последнее встречается все реже – у большинства современных ОУ она встроенная. Два входа ОУ – Инвертирующий и Неинвертирующий названы так по присущим им свойствам. Если подать сигнал на Инвертирующий вход, то на выходе мы получим инвертированный сигнал, то бишь сдвинутый по фазе на 180 градусов – зеркальный; если же подать сигнал на Неинвертирующий вход, то на выходе мы получим фазово не измененный сигнал.
Так же как и основных выводов, основных свойств ОУ тоже три – можно назвать их ТриО (или ООО – кому как нравится): Очень высокое сопротивление входа, Очень высокий коэффициент усиления (10000 и более), Очень низкое сопротивление выхода. Еще один очень важный параметр ОУ называется скорость нарастания напряжения на выходе (slew rate на буржуинском). Обозначает он фактически быстродействие данного ОУ – как быстро он сможет изменить напряжение на выходе при изменение оного на входе.
Измеряется этот параметр в вольтах в секунду (В/сек).
Этот параметр важен прежде всего для товарищей, конструирующих УЗЧ, поскольку, если ОУ недостаточно быстрый, то он не будет успевать за входным напряжением на высоких частотах и возникнут изрядные нелинейные искажения. У большинства современных ОУ общего назначения скорость нарастания сигнала от 10В/мксек и выше. У быстродействующих ОУ этот параметр может достигать значения 1000В/мксек.
Оценить – подходит ли тот или иной ОУ для ваших целей по скорости нарастания сигнала можно по формуле:
где, fmax – частота синусоидального сигнала, Vmax – скорость нарастания сигнала, Uвых – максимальное выходное напряжение.
Ну да не будем больше тянуть кота за хвост – приступим к главной задаче этого опуса – куда, собственно, эти клевые штуки можно воткнуть и что из этого можно получить.
Первая схема включения ОУ – инвертирующий усилитель.
Наиболее популярная и часто встречающаяся схема усилителя на ОУ. Входной сигнал подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход подключается к общему проводу.
Коэффициент усиления определяется соотношением резисторов R1 и R2 и считается по формуле:
Почему «минус»? Потому что, как мы помним, в инвертирующем усилителе фаза выходного сигнала «зеркальна» фазе входного.
Входное сопротивление определяется резистором R1. Ежели его сопротивление, например 100кОм, то и входное сопротивление усилителя будет 100кОм.
Следующая схема – инвертирующий усилитель с повышенным входным сопротивлением.
Предыдущая схема всем хороша, за исключением одного нюанса – соотношение входного сопротивления и коэффициента усиления может не подойти для реализации какого-либо специфического проекта. Ведь что получается – допустим, нам нужен усилитель с К=100. Тогда, исходя из того, что значения резисторов должны быть в разумных пределах берем R2=1Мом, а R1=10кОм. То есть, входное сопротивление усилителя будет равным 10 кОм, что в некоторых случаях недостаточно.
В этих самых случая можно применить следующую схему:
В данном случае, коэффициент усиления считается по следующей формуле:
То есть, при том же коэффициенте усиление сопротивление R1 можно увеличить, а значит и повысить входное сопротивление усилителя.
Едем дальше – неинвертирующий усилитель.
Выглядит он следующим образом:
Коэффициент усиления определяется так:
В данном случае, как видите, никаких минусов нет – фаза сигнала на входе и на выходе совпадает.
Основное отличие от инвертирующего усилителя заключается в повышенном входном сопротивлении, которое может достигать 10Мом и выше.
Если при реализации данной схемы в практических конструкциях, необходимо предусмотреть развязку с предыдущими каскадами по постоянному току – установить разделительный конденсатор, то нужно между входом ОУ и общим проводом включить резистор сопротивлением около 100кОм, как показано на рисунке.
Если этого не сделать, то ОУ перевозбудится и ничего дельного вы от него не получите. Ну кроме половины питания на выходе.
Усилитель с изменяемым коэффициентом усиления.
Примем R1=R2=R3=R. И введем некую переменную А, которая может принимать значения от 1 до 0 в зависимости от поворота движка переменного резистора R3.
Тогда коэффициент усиления можно определить так:
K=2A-1
Входное сопротивление практически не зависит от положения движка переменного резистора.
Так, с усилителями разобрались – дальше у нас по плану – фильтры.
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 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.
Основная инвертирующая схема включения ОУ
В современной измерительной аппаратуре в качестве линейных усилителей используются операционные усилители. Легкость их применения, стабильность рабочих характеристик и способность выполнять различные преобразования сигнала делает ОУ идеальным выбором для аналоговых схем. Исторически ОУ получили свое развитие в области аналогового вычисления, где эти схемы разрабатывались для суммирования, вычитания, умножения, интегрирования, дифференцирования и т.д., с целью решения дифференциальных уравнений во многих технических задачах. Сегодня аналоговые вычислительные устройства в основном заменены цифровыми, однако высокие функциональные возможности ОУ по-прежнему находят себе применение и поэтому их используют во многих электронных схемах и приборах, в частности, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях.
На рис.1.1 показаны условные обозначения ОУ.
Рис.1.1. Условнее обозначения ОУ
Обозначения а) и б) часто встречаются в литературе, в) – условное графическое обозначение на принципиальных электрических схемах.
Условное обозначение ОУ (рис. 1.1) — треугольник, у которого на стороне основания слева показаны два входа, а справа в вершине— выход. Вход со знаком «+» является неинвертирующим, при подаче входного сигнала на этот вход полярность сигнала на выходе остается той же, что и на входе; вход со знаком «—» инвертирующий, при подаче сигнала на этот вход на выходе его полярность меняется на противоположную.
Разность напряжений на входах ОУ (е++е_) называют дифференциальным (разностным) входным сигналом ОУ, а полусумму этих напряжений (е++е_)/2 — синфазным входным сигналом. Синфазный входной сигнал определяет ту составляющую входных сигналов, которая является общей для обоих входов ОУ.
Операционный усилитель тем точнее будет реализовать заданную для него конкретной схемой включения функцию, чем ближе его параметры будут приближаться к параметрам идеального операционного усилителя.
Идеальный ОУ характеризуется следующими свойствами электрических параметров:
1. Коэффициент усиления напряжения со стороны неинвертирующего входа положителен.
2. Коэффициент усиления напряжения со стороны инвертирующего входа отрицателен.
3. Входное сопротивление неограниченно велико (RBX=∞).
4. Выходное сопротивление Rвых равно нулю.
5. Коэффициент усиления напряжения неограниченно велик (К=∞).
6. Ширина полосы пропускания бесконечно велика.
8. Uвых=0, если е+=е_.
9. Выходная характеристика линейна и симметрична относительно нулевого уровня.
Достижение этих показателей и есть основное требование к ОУ.
Реально идеальных ОУ не существует; например, создать усилитель с бесконечной полосой пропускания даже при конечном коэффициенте усиления невозможно.
В зависимости от конкретного применения ОУ в реальных устройствах к ним предъявляют и дополнительные требования, связанные со спецификой данного устройства.
Большое Rвx свидетельствует о том, что практически на входе ОУ не потребляется энергия от источника сигнала, что ко входу ОУ может быть подключен источник сигнала с любым внутренним сопротивлением. Очень малое сопротивление Rвых позволяет подключить к выходу ОУ низкоомную нагрузку, при этом потери мощности на выходном сопротивлении ОУ будут незначительны.
Наличие низкого уровня шума означает, что реальная чувствительность ОУ очень велика, что ОУ способен усиливать самые слабые сигналы.
Основная инвертирующая схема включения ОУ
На рис.1.2 приведена основная инвертирующая схема включения ОУ.
Рис.1.2. Основная инвертирующая схема включения ОУ
Выход ОУ соединен с инвертирующим входом сопротивлением обратной связи RОС. Сигнал подается на инвертирующий вход через сопротивление R1. Исходя из свойств ОУ (бесконечный коэффициент усиления), делаем вывод, что при конечном напряжении на выходе разность потенциалов в трчках А и В равна нулю. Т.к. потенциал точки В равен нулю (соединение с землей), то и потенциал точки А тоже равен нулю. Этот факт дает основание считать точку А кажущейся землей, поскольку прямого соединения с землей эта точка не имеет.
Отсюда следует, что ток во входной цепи определяется только сопротивлением R1: i=uВХ/R1. Из-за бесконечного входного сопротивления ОУ на вход усилителя ток не ответвляется и полностью протекает по сопротивлению ОС RОС. Отсюда: . Подставив сюда значение тока, получим: . Следовательно, коэффициент усиления:
(1.1)
Входное сопротивление каскада равно R1.
Наличие точки кажущейся земли позволяет строить при помощи ОУ суммирующие усилители (рис.1.3).
Рис.1.3. Суммирующий усилитель
Вследствие того, что потенциал в точке А равен нулю, входные токи не влияют друг на друга и определяются только параметрами входных цепей:
Эти токи суммируются в цепи обратной связи: .
Подставим значения токов: , отсюда:
Идеальный операционный усилитель и его свойства
Так как наш мир не является идеальным, так и идеальных операционных усилителей не существует. Однако параметры современных ОУ находятся на достаточно высоком уровне, поэтому анализ схем с идеальными ОУ даёт результаты, очень близкие к реальным усилителям.
Для понимания работы схем с операционными усилителями вводится ряд допущений, которые приводят реальные операционные усилители к идеальным усилителям. Таких допущений всего пять:
- Ток, протекающий через входы ОУ, принимается равным нулю.
- Коэффициент усиления ОУ принимается бесконечно большим, то есть выходное напряжение усилителя может достичь любых значений, однако в реальность ограничено напряжением питания.
- 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. Отсюда также следует, что входное сопротивление идеального усилителя бесконечно.
- Выходное сопротивление идеального ОУ равно нулю.
- Амплитудно-частотная характеристика идеального ОУ является плоской, то есть коэффициент усиления не зависит от частоты входного сигнала.
Близость параметров реального операционного усилителя к идеальным определяет точность, с которой может работать данный ОУ, а также выяснить ценность конкретного операционного усилителя, быстро и правильно сделать выбор подходящего ОУ.
Исходя из вышеописанных допущений, появляется возможность проанализировать и вывести соотношения для основных схем включения операционного усилителя.
Неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель характеризуется тем, что входной сигнал поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя. Данная схема включения изображена ниже
Схема включения неинвертирующего усилителя.
Работа данной схемы объясняется следующим образом, с учётом характеристик идеального ОУ. Сигнала поступает на усилитель с бесконечным входным сопротивлением, а напряжение на неинвертирующем входе имеет такое же значение, как и на инвертирующем входе. Ток на выходе операционного усилителя создает на резисторе R2 напряжение, равное входному напряжению.
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.
Необходимо отметить особый случай, когда сопротивление резистора R2 намного больше R1 (R2 >> R1), тогда коэффициент усиления будет стремиться к единице. В этом случае схема неинвертирующего усилителя превращается в аналоговый буфер или операционный повторитель с единичным коэффициентом передачи, очень большим входным сопротивлением и практически нулевым выходным сопротивлением. Что обеспечивает эффективную развязку входа и выхода.
Логарифмирующий преобразователь
Одной из схем на операционном усилителе, которые нашли применение, является логарифмирующий преобразователь. В данном схеме используется свойство диода или биполярного транзистора. Схема простейшего логарифмического преобразователя представлена ниже
Логарифмирующий преобразователь.
Данная схема находит применение, прежде всего в качестве компрессора сигналов для увеличения динамического диапазона, а так же для выполнения математических функций.
Рассмотрим принцип работы логарифмического преобразователя. Как известно ток, протекающий через диод, описывается следующим выражением
где IO – обратный ток диода,
е – число е, основание натурального логарифма, e ≈ 2,72,
q – заряд электрона,
U – напряжение на диоде,
k – постоянная Больцмана,
T – температура в градусах Кельвина.
При расчётах можно принимать IO ≈ 10-9 А, kT/q = 25 мВ. Таким образом, входной ток данной схемы составит
тогда выходное напряжение
Простейший логарифмический преобразователь практически не используется, так как имеет ряд серьёзных недостатков:
- Высокая чувствительность к температуре.
- Диод не обеспечивает достаточной точности преобразования, так как зависимость между падением напряжения и током диода не совсем логарифмическая.
Вследствие этого вместо диодов применяют транзисторы в диодном включении или с заземлённой базой.
Экспоненциальный преобразователь
Схема экспоненциального преобразователь получается из логарифмического преобразователя путём перемены места диода и резистора в схеме. А работа такой схемы так же как и логарифмического преобразователя основана на логарифмической зависимости между падение напряжения на диоде и током протекающим через диод. Схема экспоненциального преобразователя показана ниже
Экспоненциальный преобразователь.
Работа схемы описывается известными выражениями
Таким образом, выходное напряжение составит
Также как и логарифмический преобразователь, простейший экспоненциальный преобразователь с диодом на входе применяют редко, вследствие вышеописанных причин, поэтому вместо диодов на входе используют биполярные транзисторы в диодном включении или с общей базой.
Схемы включения операционных усилителей, описанные выше, не являются исчерпывающими, а лишь только призваны дать основные понятия. Более подробно схемы включения операционных усилителей я рассмотрю в следующих статьях. Всем удачи.
Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.
Повторитель и инвертирующий усилитель
В конце статьи «Идеальный операционный усилитель» было показано, что при использовании операционного усилителя в различных схемах включения, усиление каскада на одном операционном усилителе (ОУ), зависит только от глубины обратной связи. Поэтому в формулах для определения усиления конкретной схемы не используется коэффициент усиления самого, если так можно выразиться, «голого» ОУ. То есть как раз тот огромный коэффициент, который указывается в справочниках.
Тогда вполне уместно задать вопрос: «Если от этого огромного «справочного» коэффициента не зависит конечный результат (усиление), тогда в чем же разница между ОУ с усилением в несколько тысяч раз, и с таким же ОУ, но с усилением в несколько сотен тысяч и даже миллионов?».
Ответ достаточно простой. И в том и в другом случае результат будет одинаковый, усиление каскада будет определяться элементами ООС, но во втором случае (ОУ с большим усилением) схема работает более стабильно, более точно, быстродействие таких схем намного выше. Неспроста ОУ делятся на ОУ общего применения и высокоточные, прецизионные.
Как уже было сказано свое название «операционные» рассматриваемые усилители получили в то далекое время, когда в основном применялись для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах (АВМ). Это были операции сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в квадрат и еще множества других функций.
Эти допотопные ОУ выполнялись на электронных лампах, позднее на дискретных транзисторах и прочих радиодеталях. Естественно, габариты даже транзисторных ОУ были достаточно велики, чтобы использовать их в любительских конструкциях.
И только после того, как благодаря достижениям интегральной электроники, ОУ стали размером с обычный маломощный транзистор, то использование этих деталей в бытовой аппаратуре и любительских схемах стало оправданным.
Кстати, современные ОУ, даже достаточно высокого качества, по цене ненамного выше двух – трех транзисторов. Это утверждение касается ОУ общего применения. Прецизионные усилители могут стоить несколько дороже.
По поводу схем на ОУ сразу стоит сделать замечание, что все они рассчитаны на питание от двухполярного источника питания. Такой режим является для ОУ наиболее «привычным», позволяющим усиливать не только сигналы переменного напряжения, например синусоиду, но также и сигналы постоянного тока или попросту напряжение.
И все-таки достаточно часто питание схем на ОУ производится от однополярного источника. Правда, в этом случае не удается усилить постоянное напряжение. Но часто случается, что в этом просто нет необходимости. О схемах с однополярным питанием будет рассказано далее, а пока продолжим о схемах включения ОУ с двухполярным питанием.
Напряжение питания большинства ОУ чаще всего находится в пределах ±15В. Но это вовсе не значит, что это напряжение нельзя сделать несколько ниже (выше не рекомендуется). Многие ОУ весьма стабильно работают начиная от ±3В, а некоторые модели даже ±1,5В. Такая возможность указывается в технической документации (DataSheet).
Повторитель напряжения
Является самым простым по схемотехнике устройством на ОУ, его схема показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема повторителя напряжения на операционном усилителе
Нетрудно видеть, что для создания такой схемы не понадобилось ни одной детали, кроме собственно ОУ. Правда, на рисунке не показано подключение питания, но такое начертание схем встречается сплошь и рядом. Единственное, что хотелось бы заметить, – между выводами питания ОУ (например для ОУ КР140УД708 это выводы 7 и 4) и общим проводом следует подключить блокировочные конденсаторы емкостью 0,01…0,5мкФ.
Их назначение в том, чтобы сделать работу ОУ более стабильной, избавиться от самовозбуждения схемы по цепям питания. Конденсаторы должны быть подключены по возможности ближе к выводам питания микросхемы. Иногда один конденсатор подключается из расчета на группу из нескольких микросхем. Такие же конденсаторы можно увидеть и на платах с цифровыми микросхемами, назначение их то же самое.
Коэффициент усиления повторителя равен единице, или, сказать по- другому, никакого усиления и нет. Тогда зачем нужна такая схема? Здесь вполне уместно вспомнить, что существует транзисторная схема – эмиттерный повторитель, основное назначение которого согласование каскадов с различными входными сопротивлениями. Подобные каскады (повторители) называют еще буферными.
Входное сопротивление повторителя на ОУ рассчитывается как произведение входного сопротивления ОУ на его же коэффициент усиления. Например, для упомянутого УД708 входное сопротивление составляет приблизительно 0,5МОм, коэффициент усиления как минимум 30 000, а может быть и более. Если эти числа перемножить, то входное сопротивление получается, 15ГОм, что сравнимо с сопротивлением не очень качественной изоляции, например бумаги. Такого высокого результата вряд ли удастся достигнуть с обычным эмиттерным повторителем.
Чтобы описания не вызывали сомнения, ниже будут приведены рисунки, показывающие работу всех описываемых схем в программе – симуляторе Multisim. Конечно все эти схемы можно собрать на макетных платах, но ничуть не худшие результаты можно получить и на экране монитора.
Собственно, тут даже несколько лучше: совсем не надо лезть куда-то на полку, чтобы поменять резистор или микросхему. Здесь все, даже измерительные приборы, находится в программе, и «достается» при помощи мышки или клавиатуры.
На рисунке 2 показана схема повторителя, выполненная в программе Multisim.
Исследование схемы провести достаточно просто. На вход повторителя от функционального генератора подан синусоидальный сигнал частотой 1КГц и амплитудой 2В, как показано на рисунке 3.
Сигнал на входе и выходе повторителя наблюдается осциллографом: входной сигнал отображается лучом синего цвета, выходной луч – красный.
А почему, спросит внимательный читатель, выходной (красный) сигнал в два раза больше входного синего? Все очень просто: при одинаковой чувствительности каналов осциллографа обе синусоиды с одной амплитудой и фазой сливаются в одну, прячутся друг за друга.
Для того чтобы разглядеть из сразу обе, пришлось снизить чувствительность одного из каналов, в данном случае входного. В результате синяя синусоида стала на экране ровно вдвое меньше, и перестала прятаться за красную. Хотя для достижения подобного результата можно просто сместить лучи органами управления осциллографа, оставив чувствительность каналов одинаковой.
Обе синусоиды расположены симметрично относительно оси времени, что говорит о том, что постоянная составляющая сигнала равна нулю. А что будет, если к входному сигналу добавить небольшую постоянную составляющую? Виртуальный генератор позволяет сдвинуть синусоиду по оси Y. Попробуем сдвинуть ее вверх на 500мВ.
Что из этого получилось показано на рисунке 6.
Заметно, что входная и выходная синусоиды поднялись вверх на полвольта, при этом ничуть не изменившись. Это говорит о том, что повторитель в точности передал и постоянную составляющую сигнала. Но чаще всего от этой постоянной составляющей стараются избавиться, сделать ее равной нулю, что позволяет избежать применения таких элементов схемы, как межкаскадные разделительные конденсаторы.
Повторитель это, конечно, хорошо и даже красиво: не понадобилось ни одной дополнительной детали (хотя бывают схемы повторителей и с незначительными «добавками»), но ведь усиления никакого не получили. Какой же это тогда усилитель? Чтобы получился усилитель достаточно добавить всего несколько деталей, как это сделать будет рассказано дальше.
Инвертирующий усилитель
Для того, чтобы из ОУ получился инвертирующий усилитель достаточно добавить всего два резистора. Что из этого получилось, показано на рисунке 7.
Рисунок 7. Схема инвертирующего усилителя
Коэффициент усиления такого усилителя рассчитывается по формуле K=-(R2/R1). Знак «минус» говорит не о том, что усилитель получился плохой, а всего лишь, что выходной сигнал будет противоположен по фазе входному. Недаром усилитель и называется инвертирующим. Здесь было бы уместно вспомнить транзистор включенный по схеме с ОЭ. Там тоже выходной сигнал на коллекторе транзистора находится в противофазе с входным сигналом, поданным на базу.
Вот тут как раз и стоит вспомнить, сколько усилий придется приложить, чтобы на коллекторе транзистора получить чистую неискаженную синусоиду. Требуется соответствующим образом подобрать смещение на базе транзистора. Это, как правило, достаточно сложно, зависит от множества параметров.
При использовании ОУ достаточно просто подсчитать сопротивление резисторов согласно формулы и получить заданный коэффициент усиления. Получается, что настройка схемы на ОУ намного проще, чем настройка нескольких транзисторных каскадов. Поэтому не надо бояться, что схема не заработает, не получится.
Здесь все так же, как и на предыдущих рисунках: синим цветом показан входной сигнал, красным он же после усилителя. Все соответствует формуле K=-(R2/R1). Выходной сигнал находится в противофазе с входным (что соответствует знаку «минус» в формуле), и амплитуда выходного сигнала ровно в два раза больше входного. Что также справедливо при соотношении (R2/R1)=(20/10)=2. Чтобы сделать коэффициент усиления, например, 10 достаточно увеличить сопротивление резистора R2 до 100КОм.
На самом деле схема инвертирующего усилителя может быть несколько сложнее, такой вариант показан на рисунке 9.
Рисунок 9. Схема инвертирующего усилителя
Здесь появилась новая деталь – резистор R3 (скорее она просто пропала из предыдущей схемы). Его назначение в компенсации входных токов реального ОУ с тем, чтобы уменьшить температурную нестабильность постоянной составляющей на выходе. Величину этого резистора выбирают по формуле R3=R1*R2/(R1+R2).
Современные высокостабильные ОУ допускают подключение неинвертирующего входа на общий провод напрямую без резистора R3. Хотя присутствие этого элемента ничего плохого и не сделает, но при теперешних масштабах производства, когда на всем экономят, этот резистор предпочитают не ставить.
Формулы для расчета инвертирующего усилителя показаны на рисунке 10. Почему на рисунке? Да просто для наглядности, в строке текста они смотрелись бы не так привычно и понятно, были бы не столь заметны.
Про коэффициент усиления было сказано ранее. Здесь заслуживают внимания разве что входные и выходные сопротивления неинвертирующего усилителя. С входным сопротивлением все, вроде, ясно: он получается равным сопротивлению резистора R1, а вот выходное сопротивление придется посчитать, по формуле, показанной на рисунке 11.
Буквой K” обозначен справочный коэффициент ОУ. Вот, пожалуйста, посчитайте чему будет равно выходное сопротивление. Получится достаточно маленькая цифра, даже для среднего ОУ типа УД7 при его K” равным не более 30 000. В данном случае это хорошо: ведь чем ниже выходное сопротивление каскада (это касается не только каскадов на ОУ), тем более мощную нагрузку, в разумных, конечно, пределах, к этому каскаду можно подключить.
Следует сделать отдельное замечание по поводу единицы в знаменателе формулы для расчета выходного сопротивления. Предположим, что соотношение R2/R1 будет, например, 100. Именно такое отношение получится в случае коэффициента усиления инвертирующего усилителя 100. Получается, что если эту единицу отбросить, то особо ничего не изменится. На самом деле это не совсем так.
Предположим, что сопротивление резистора R2 равно нулю, как в случае с повторителем. Тогда без единицы весь знаменатель превращается в нуль, и таким же нулевым будет выходное сопротивление. А если потом этот нуль окажется где-то в знаменателе формулы, как на него прикажете делить? Поэтому от этой вроде бы незначительной единицы избавиться просто невозможно.
В одной статье, даже достаточно большой, всего не написать. Поэтому придется все, что не уместилось рассказать в следующей статье. Там будет описание неинвертирующего усилителя, дифференциального усилителя, усилителя с однополярным питанием. Также будет приведено описание простых схем для проверки ОУ.
Транзистор биполярный KU612 BD354 гт905А | Festima.Ru
Luхman-L505uх Mаrk II Cоcтояние новогo,полный кoмплект,куплен РФ,220 в,гарaнтия. B экcплуaтaции 3 мecяцa,тoлком еще нe пpoгрет. Oтличный уcилитeль,идеaльный пaртнeр для sреndоr и hаrbеth. Пpoдaю,так как переxoжу на акуcтику рenaudiо. Описание и хapактеpистики: Пoлный уcилитель Luхmаn L-505uXII является обнoвленной веpcией xорошо известной модели L-505uХ и использует фирменную технологию — контур обратной отрицательной связи ОDNF 4.0 четвертого поколения. Данная технология применяется только для минимизации искажений и не оказывает негативного влияния на качество звучания. Благодаря ОDNF обеспечивается высокая скорость нарастания сигнала, широчайший диапазон частот и низкий уровень всевозможных шумов и помех. В выходной секции задействованы схемы Дарлингтона, а сам выходной каскад собран по принципу параллельного двухтактного усиления. Блок питания оснащен крупным трансформатором и четырьмя конденсаторами емкостью по 10000 мкФ каждый. В итоге удается получить мощность в 100 Вт (8 Ом) на канал и в 150 Вт при нагрузке в 4 Ом. На выходе предварительной секции установлена буферная цепь с дискретными элементами, позаимствованная у флагманского предусилителя С-900u и гарантирующая исключительную чистоту передаваемого сигнала. Аппарат оснащается 88-шаговым LЕСUА-аттенюатором, который обеспечивает точную настройку уровня громкости без внесения искажений и сохраняет идеальный баланс каналов. На выходе интегральника имеются подключенные в параллель реле, которые отличаются низким импедансом и позволяют передавать сигнал без потерь. Усилитель Luхmаn L-505uХII обладает высоким демпинг-фактором в 210 единиц против 180 у предыдущей модели, что позволяет ему более эффективно контролировать акустические системы. Внутренняя разводка выполнена с помощью хорошо экранированных кабелей с проводниками из ОFС-меди. В печатных платах используются контактные дорожки с плавными поворотами, т.е. проложенные без использования прямых углов, что дает возможность минимизировать пути прохождения сигнала (технология Вееlinе). Модель получила традиционный олдскульный дизайн с расположенными на фасаде двумя стрелочными индикаторами с подсветкой синего цвета. Там же находится выход для наушников, регуляторы тембров/баланса и прочие органы управления, в т. ч. кнопка для разделения предварительной и оконечной секций Luхmаn L-505uХII, что важно для биампингового подключения или в случае работы усилителя в составе многоканальной системы. На борту также имеется плата ММ/МС-фонокорректора. Аппарат обладает набором линейных входов (включая один балансный ХLR), петлей для записи/мониторинга, разъемами Рrе Оut и входом для прямого доступа к выходному каскаду. Усилитель оснащается расположенными горизонтально в ряд заказными винтовыми клеммами (по две пары в левой и правой частях тыльной панели). В комплект входит универсальный пульт. Особенности стереоусилителя Luхmаn L505uхII Технология ОDNF 4.0, использующая отрицательную обратную связь для устранения искажений Стрелочные VU-индикаторы (синяя LЕD-подсветка), высокоточный аттенюатор громкости LЕСUА Буферный дискретный контур между предварительной и выходной секциями ММ/МС-фонокорректор, мощность в 100 Вт на канал (8 Ом) и в 150 Вт при 4 Ом, высокий демпинг-фактор Характеристики стереоусилителя Luхmаn L505uхII Выходная мощность 2 х 100 Вт (8 Ом), 2 х 150 Вт (4 Ом) Входная чувствительность/импеданс 180 мВ/47 кОм (линейный RСА), 180 мВ/55 кОм (линейный ХLR), 1 В/47 кОм (вход оконечной секции Маin In), 2,5 мВ/47 кОм (ММ-фонокорректор), 0,3 мВ/100 Ом (МС-фонокорректор) Выходное напряжение 1 В (выход Рrе Оut), 180 мВ (выход для записи Rес Оut) Диапазон частот линейный вход: 20 Гц — 100 кГц (- 3 дБ), фонокорректор: 20 Гц — 20 кГц (- 3 дБ) Коэффициент гармоник менее 0,009% (1 кГц, 8 Ом), менее 0,09% (20 Гц – 20 кГц, 8 Ом) Отношение сигнал/шум 104 дБ (линейный вход), 91 дБ (ММ-фонокорректор), 75 дБ (МС-фонокорректор) Аттенюатор громкости LЕСUА, 88-шаговый Контур обратной связи ОDNF 4.0 да Выходная секция параллельное двухтактное усиление с использованием биполярных транзисторов Коэффициент демпфирования 210 Регулировка тембров ВЧ: ± 8 дБ (10 кГц), НЧ: ± 8 дБ (100 Гц) Возможность обхода темброблока есть, кнопка Linе Strаight Входы балансный ХLR (с ползунковыми переключателем для инвертирования фазы), 4 линейных RСА, Моnitоr (RСА) для контроля записи, разъемы ММ/МС-фонокорректора (RСА), Маin In (RСА) для прямого доступа к оконечной секции Выходы 6,3 мм для наушников, для записи (RСА), Рrе Оut (RСА) Прочая коммутация заземляющая клемма Тонкомпенсация есть Блок питания массивный трансформатор с Ш-образным сердечником, 4 электролитических конденсатора емкостью по 10000 мкФ каждый Выход на АС 4 пары винтовых клемм Пульт ДУ универсальный RА-17А Потребляемая мощность 270 Вт, 85 Вт (при отсутствии сигнала), 0,4 Вт (stаndby) Габариты (ШхВхГ) 440х178х454 мм Вес 22,5 кг
Аудио и видео техника
|
|
Схема компаратора на операционном усилителе, lm393 принцип работы
Работа операционного усилителя без обратной связи
Как известно напряжение на выходе ОУ UВЫХ определяется произведением входного дифференциального напряжения UД (разность напряжений между входными выводами) на коэффициент усиления ОУ по напряжению КU
Операционные усилители имеют очень большой коэффициент усиления ОУ по напряжению КU = 105 … 106, а выходное напряжение не может выйти за пределы напряжения питания (обычно несколько меньше). Поэтому, для того чтобы ОУ работал в качестве усилителя напряжения максимальное входное дифференциальное напряжение не должно превышать нескольких десятков мкВ (при UПИТ = 15 В, КU = 105, UД ≈ 150 мкВ). С учётом вышесказанного можно сделать вывод, что без применения отрицательной обратной связи, которая снижает усиление ОУ в схеме, применение ОУ бесполезно, так как при входных напряжениях в несколько милливольт ОУ войдёт в насыщение с выходным напряжением равным напряжению питания.
Но существуют схемы, в которых операционные усилители применяются без обратной отрицательной связи, а в некоторых случаях специально вводят положительную обратную связь (ПОС) для увеличения коэффициента усиления схем. Одним из видов таких схем являются пороговые устройства, в состав которых входят различные компараторы, триггеры Шмитта, детекторы уровней напряжения.
Принцип работы компаратора
Простейшим пороговым устройством является компаратор. Он сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Простейший компаратор получается из операционного усилителя, в котором отсутствует отрицательная обратная связь. Рассмотрим принцип работы компаратора напряжений на основе ОУ, схема которого изображена ниже
Использование ОУ в качестве компаратора и графики входного и выходного напряжений.
В основе компаратора лежит ОУ на инвертирующий вход, которого поступает входное напряжение UBX, а неинвертирующий вход соединён с источником опорного напряжения UОП. Принцип работы компаратора изображённого на рисунке заключается в следующем: когда входное напряжение UBX больше опорного UОП, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения –UНАС и остаётся неизменным пока входное напряжение UBX не уменьшиться ниже опорного напряжения UОП, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения +UНАС.
На рисунке изображен компаратор с инвертирующим выходным сигналом по отношению к входному сигналу. Для того, чтобы не происходило инверсии на выходе необходимо поменять подключение выводов ОУ, то есть входной сигнал должен поступать на неивертирующий вход, а опорное напряжение на инвертирующий вывод. Тогда при превышении опорного напряжения на выходе ОУ будет положительное напряжение насыщения, а при входном напряжении меньше, чем опорное напряжение на выходе будет присутствовать отрицательное напряжение насыщения ОУ.
Основные схемы компаратора
Существует много разновидностей компараторов, но в из основе лежат две основные схемы: одновходовая и двухвходовая. Одновходовая схема позволяет сравнивать разнополярные напряжения по модулю, то есть по абсолютной величине. Двухвходовый же компаратор сравнивает два напряжения с учётом знака. Расссмотрим обе схемы подробнее.
Схема одновходового компаратора.
На рисунке выше изображён одновоходовый компаратор, позволяющий сравнивать два разнополярных напряжения по абсолютному значению (по модулю). В его основе лежит инвертирующий сумматор, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому ослабления коэффициент усиления операционного усилителя не происходит. В результате чего на инвертирующем входе ОУ происходит суммирование входного напряжения UBX и опорного напряжения UОП приведённого к инвертирующему входу UПРИВ, а результат суммирования усиливается ОУ и выводится на его выход. Для того чтобы происходило сравнение необходимо фактически производить операцию вычитания, то есть напряжения на входах UBX и UПРИВ должны иметь разную полярность.
Приведённое напряжение UПРИВ можно вычислить по следующему выражению
Резистор R3 предназначен для компенсации входного тока смещения и должен быть равен величине параллельно соединённых резисторов R1 и R2
Основным недостатком данной схемы является необходимость использования стабилизированного отрицательного напряжения, что приводит к усложнению схемы. Поэтому одновходовый компаратор не получил широкого распространения.
Наибольшее распространение получила схема двухвходового компаратора, в котором отсутствует необходимость в отрицательном напряжении. Схема данного компаратора приведена ниже
Схема двухвходового компаратора.
В основе двухвходового компаратора лежит дифференциальный усилитель, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому разность между входным напряжением UBX и UОП опорным напряжение усиливается ОУ, не имеющего снижения коэффициента усиления из-за отсутствуя ООС, и выделяется на выходе ОУ. В данной схеме входные резисторы R1 и R2 имеют одинаковое значение.
Компараторы применяются в широком спектре схем:
- Триггеры Шмитта и в схемах формирования сигнала, преобразующих сигнал произвольной формы в прямоугольный или импульсный сигнал.
- Детекторы уровня – схемы, в которых происходит индицирование момента достижения входным сигналом заданного уровня опорного напряжения.
- Генераторы импульсных сигналов, например, треугольной или прямоугольной формы.
При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, то шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже
Появление ложных импульсов на выходе компаратора.
Для устранения таких ложных срабатываний компаратора, в его схему вводится некоторый гистерезис, путём добавления положительной обратной связи (ПОС) к операционному усилителю.
Триггер Шмитта
Как сказано выше для устранения ложных срабатываний компаратора, известных, как «дребезг контактов» необходимо использовать схему компаратора с петлёй гистерезиса, которая получила название триггера Шмитта.
В одной из статей я рассказывал о триггере Шмитта выполненном на транзисторах. Он характеризуется тем, что в отличие от компаратора имеет так называемую петлю гистерезиса. То есть компаратор переключается из высокого уровня напряжения в низкий при одной и той же величине входного напряжения, а триггер Шмитта имеет два уровня (порога) переключения. Данное различие иллюстрирует изображение ниже
Изменение входного и выходного напряжения компаратора (справа) и триггера Шмитта (слева).
Уровни напряжения, при которых происходит переключение триггера Шмитта называются верхним уровнем (порогом) срабатывания триггера UВП и нижним уровнем (порогом) срабатывания триггера UНП.
Для реализации триггера Шмитта применяют ОУ охваченные положительной обратной связью (ПОС), которая реализуется подачей на неинвертирующий вход части выходного напряжения. Схема триггера Шмитта изображена ниже
Триггер Шмитта на операционном усилителе.
Работа триггера Шмитта во многом похожа на работу компаратора, только в отличие от него в триггере опорное напряжение не постоянно, а зависит от разности выходного и опорного напряжений, то есть имеет различные значения.
Рассмотрим инвертирующий триггер Шмитта. В исходном входное напряжение не превышает верхнего уровня срабатывания триггера UВП, поэтому на выходе присутствует положительное напряжение насыщения UНАС+ (примерно на 1 – 2 В ниже положительного напряжения питания UПИТ+). Когда входное напряжение достигает верхнего порога переключения UВП выходное напряжение резко упадёт до уровня отрицательного напряжения насыщения UНАС-(примерно на 1 – 2 В выше отрицательного напряжения питания UПИТ-). Верхний уровень напряжения переключения триггера Шмитта определяется следующим выражением
Далее триггер остаётся в устойчивом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не станет меньше нижнего порога срабатывания UНП, а на выходе триггера установится положительное напряжение насыщения UНАС+. Нижний порог срабатывания триггера определяется следующим выражением
Таким образом, петля гистерезиса будет зависеть от соотношения резисторов R2 и R3, а ширина петли гистерезиса UГИС определяется разностью верхнего порога срабатывания UВП и нижнего порога срабатывания UНП
Триггеры Шмитта на ОУ являются основой для построения различных генераторов импульсов, поэтому важнейшими характеристиками ОУ работающих в импульсных схемах является быстродействие, которое зависит от задержек срабатывания и времени нарастания выходного напряжения.
Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта
Применение положительной обратной связи (ПОС) в компараторах и триггерах Шмитта ускоряет переключение схем, но в связи с тем, что выходное напряжение UВЫХ изменяется от UНАС+ до UНАС-, то время переключения составляет довольно значительную величину (от долей до единиц микросекунд).
Кроме того существует проблема несовместимостей уровней выходного напряжения, к примеру, при напряжении питания ОУ UПИТ = ±15 В, выходное напряжение составит UВЫХ ≈ ±14 В (UНАС+ ≈ +14 В, а UНАС- ≈ -14 В), в то время как уровни ТТЛ микросхем составляют около +5 В или 0 В.
Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже
Триггер Шмитта с ограничением выходного напряжения при помощи стабилитрона в цепи ООС.
Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня (UВХ ОП), то выходное напряжение UВЫХ начинает изменяться в положительном направлении и при достижении напряжения стабилизации стабилитрона UСТ напряжение на выходе перестанет расти, а будет изменяться только ток. При этом выходное напряжение будет равняться напряжению стабилизации стабилитрона (UВЫХ = UСТ).
В случае если входное напряжение начнёт увеличиваться, выше опорного напряжения, то на выходе напряжение начнёт уменьшаться и в этом случае направление тока через стабилитрон начнёт изменяться на противоположный, а стабилитрон начнёт вести себя как диод. В результате падение напряжения на нём составит примерно 0,7 В независимо от величины протекающего через него тока, а на выходе напряжение составит -0,7 В.
Таким образом, при использовании стабилитрона выходное напряжение триггера Шмитта составит: UВЫХ1 = UСТ (при отсутствии ограничения UНАС+) или UВЫХ2 ≈ 0,7 (при отсутствии ограничения UНАС-).
Для симметричного ограничения выходного напряжения могут применяться последовательно включенные диоды или стабилитроны, что показано на рисунке ниже
Триггер Шмитта с симметричным ограничением выходного напряжения.
В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2.
При расчёте компараторов и триггеров Шмитта с ограничением выходного напряжения в качестве UНАС+ необходимо использовать UСТ (когда используется один стабилитрон) или UСТVD1 (при двухстороннем ограничении). А вместо UНАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В (при одном стабилитроне) или UСТVD2 (при двухстороннем ограничении).
Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.
Прошло почти два года с тех пор, как я пытался приручить операционный усилитель УД708 для сравнения двух сигналов. Знаний тогда было мало, поэтому времени уходило много, а главное — еще и безрезультатно. Но в итоге для своей задачи я смог «договориться» с компаратором LM393N. А на днях перебирал поделку, в которой впервые использовал эту микросхему, и решил вспомнить, как работает компаратор. Заодно и другим рассказать.
Компаратор — это устройство, сравнивающее два аналоговых сигнала. В самом простом случае — операционный усилитель без обратных связей. На входы ему подаются два напряжения — эталонное, оно же опорное (известно заранее) и измеряемое. На выходе возможны два состояния:
«1» — когда напряжение на прямом входе больше, чем на инвертирующем;
«0» — когда напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем.
Некоторые компараторы самостоятельно формируют уровни логических нуля и единицы (например, «ноль» — это ноль, «единица» — плюс пять вольт), но LM393 — с открытым коллектором. Ей для создания выходного напряжения нужен внешний резистор, подключающийся либо к «плюсу» питания, либо к другому «плюсу» (в разумных пределах, конечно).
Первые две схемы — каноничное включение нагрузки под открытый коллектор. Я подключал внешний резистор к питающему «плюсу».
Включение 4
Измеряемое напряжение подается на инвертирующий вход, опорное — на прямой.
Пока напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на прямом, компаратор выдает «ноль», и светодиод не горит. Иначе — «единица».
Вообще, лучше, конечно, пользоваться первыми двумя общепринятыми схемами, чтобы не было путаницы.
Еще один важный момент — подключение нагрузки (светодиода) к другому напряжению (как мог, изобразил 24 вольта). Справедливо для любого из ранее изображенных включений.
О нагрузке. В даташите о максимальном токе коллектора сказано, что больше 6-20 мА микросхема не выдаст. То есть включить один светодиод — не проблема, а вот что побольше…
Кусок светодиодной ленты, подключенный прямо к выходу компаратора (по третьей или четвертой схеме, без резистора R3) светил слабо (1 мА). Пришлось поддать напряжения до 12 вольт, и тогда ток коллектора вырос до 14 мА. При подключении ленты напрямую к блоку питания — 32 мА. Таким образом, как ни крути, а максимум, что можно получить конкретно от этой LM-ки — 14 мА.
Вывод — что-то прожорливое есть смысл пускать через транзистор, загнанный в ключевой режим. При этом каскаду с общим эмиттером, инвертирующему сигнал, как нельзя лучше подойдет третья или четвертая схемы включения. Ведь если сигнал инвертировать дважды — получится опять исходный сигнал.
Например, на прямом входе компаратора «единица» (по привычной логике — на прямом входе напряжение больше, чем на инвертирующем). Третья схема сделает из нее «ноль» на выходе. А каскад с общим эмиттером, «перевернув» этот «ноль», опять даст «единицу».
Стрелка цепляется к выходу компаратора (R1 — это R3 из предыдущей схемы). R2, возможно, придется подобрать: если он будет слишком маленьким, то транзистор может сгореть, а если слишком большим — не откроется (можно попробовать 4,7 кОм). При подаче «единицы» в базе транзистора должно быть примерно 0,7 В (для кремния). К R3 тоже есть вопросы, но слишком малым и он не должен быть.
Моделирование. Когда на входе «ноль» (а «ноль» третьей и четвертой схемы — это в нормальном включении «единица»), то на выходе — «единица», светодиод работает. С чего начали, к тому и пришли — «единица» опять стала сама собой.
Теперь, когда на входе «единица», то на выходе «ноль». Вот она, знаменитая инверсия каскада с общим эмиттером!
А если включать нагрузку в коллектор транзистора, то «единицы» и «нули» по входу и выходу будут совпадать.
В общем, простор для творчества — колоссальный.
Реклама
Эта статья содержит основную информацию о работе компараторов напряжения построенных на интегральных микросхемах и может быть использована в качестве справочного материала для построения различных схем.
В электронике, компаратор представляет собой устройство, которое сравнивает между собой два электрических сигнала и выводит цифровой сигнал, указывающий на увеличение одного входного сигнала над другим. Компаратор имеет два аналоговых входа и один цифровой выход.
Компаратор, как правило, построен на дифференциальном усилителе с высоким коэффициентом усиления. Компараторы широко используются в устройствах, которые измеряют и оцифровывают аналоговые сигналы, например, в аналого-цифровых преобразователях (АЦП)
Примеры работы компаратора приведены на основе микросхемы LM339 (счетверенный компаратора напряжений) и LM393 (сдвоенный компаратор напряжения). Эти две микросхемы по своему функционалу идентичны. Компаратор напряжения LM311 так же может быть использован в данных примерах, но он имеет ряд функциональных особенностей.
Компаратор напряжения — выход с открытым коллектором
Как правило, выход компаратора напряжения представляет собой выход с открытым коллектором.
Выход открытый коллектор имеет отрицательную полярность. Это означает, что на этом выходе не бывает положительного сигнала и нагрузка должна подключаться между этим выходом и источника питания.
В некоторых схемах к выходу компаратора подключают нагрузочный (подтягивающий) резистор для того, чтобы обеспечить сигнал высокого уровня поступающего на вход следующего элемента схемы.
Операционные усилители (ОУ), такие как LM324, LM358 и LM741 обычно не используются в радиоэлектронных схемах в качестве компаратора напряжения из-за их биполярных выходов. Тем не менее, эти операционные усилители могут быть использованы в качестве компараторов напряжения, если к выходу ОУ подключить диод или транзистор для того чтобы создать выход с открытым коллектором.
Ниже представлена логика работы компаратора имеющий выход с открытым коллектором:
Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет ниже, чем напряжение на входе (-). И соответственно ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет выше, чем напряжение на входе (-).
Входное напряжение смещения компаратора
Компараторы не являются совершенными устройствами, и их работа может иметь недостаток от последствий такого параметра, как входное напряжение смещения. Входное напряжение смещения для многих компараторов может составлять всего несколько милливольт и в большинстве схем может быть проигнорировано.
В основном проблема, связанная с входным напряжением смещения возникает, когда входное напряжение изменяется очень медленно. Конечным результатом входного напряжения смещения является то, что выходной транзистор не полностью открывается или закрывается, когда входное напряжение находится недалеко от опорного напряжения.
Следующая диаграмма иллюстрирует эффект смещения входного напряжения возникающий в результате медленного изменения входного напряжения. Этот эффект возрастает при увеличении выходного тока транзистора. Поэтому, для уменьшения этого эффекта, необходимо обеспечить максимальное сопротивление резистора R4.
Последствия входного напряжения смещения можно уменьшить, добавив в схему гистерезис. Это приведет к тому, что опорное напряжение будет меняться, когда выход компаратора переходит на высокий или низкий уровень.
Входное напряжение смещения и гистерезис
Для большинства схем построенных на компараторах, величина гистерезиса является разностью напряжений входного сигнала, при котором выход компаратора либо полностью включен или полностью выключен. Гистерезис в компараторах, как правило, нежелателен, но он может потребоваться, когда необходимо уменьшить чувствительность к шуму или при медленном изменении входного сигнала.
Внешний гистерезис использует положительную обратную связь (ПОС) с выхода на неинвертирующий вход компаратора. В результате полученный триггер Шмитта обеспечивает дополнительную помехоустойчивость и более чистый выходной сигнал.
Эффект от использования гистерезиса в том, что при постепенном изменении входного напряжения, а опорное напряжение будет быстро изменяться в противоположном направлении. Это обеспечивает чистое переключение выхода компаратора.
Механический аналог гистерезиса может быть обнаружен в разнообразных тумблерах. Как только рукоятка тумблера перемещается мимо центральной точки, пружина в тумблере переводит контакты реле в гарантированное положение (открытое или закрытое).
Гистерезис является неотъемлемой частью большинства компараторов составляющая всего несколько милливольт и он обычно влияет только на схемы, где входное напряжение поднимается или падает очень медленно или имеет скачки напряжения, известные как «шум»…
Компаратор. Описание и применение. Часть 2
Буферные УсилителиВ этом разделе мы рассмотрим лишь повторители напряжения (см. рис. 2), повторители тока строятся при помощи соответствующего выбора цепей обратной связи. Повторители (буферы) имеют коэффициент усиления, равный единице, а также исключительно высокий входной и низкий выходной импедан-сы. В базовой схеме включения ОУ входной импеданс определяется компонентами на входе и свойствами самого ОУ. В схеме буфера входной импеданс определяется исключительно свойствами ОУ. Таким образом, входной импеданс такой схемы зависит только от свойств операци- онного усилителя. В базовой схеме входные компоненты нагружают входной сигнал, что нежелательно в том случае, когда источник сигнала имеет высокое выходное сопротивление. Проблема повышения входного импеданса решается при помощи буферных либо инструментальных усилителей. Следует отметить, что выходное сопротивление ОУ является комплексной функцией, т.к. на него влияют цепи обратной связи. Определяющее влияние на выходной импеданс оказывает сопротивление выходного каскада. Обычно в качестве выходного каскада используется эмиттерный повторитель, имеющий низкий выходной импеданс, определяемый как r ib + R B /P и имеющий типовое значение в 25 Q. Выходной импеданс эмиттерного повторителя растет с увеличением частоты, образуя перемещающиеся полюса (полюсами называются точки резкого Таблица 1. Построение различных схем при помощи изменения величины компонентов базовой схемы на рис. 1
изменения частотной характеристики) и порождая погрешности на высоких частотах. Еще хуже обстоят дела в операционных усилителях, диапазон сигнала которых равен диапазону питающего напряжения (так называемые rail-to-rail усилители), т.к. выходной каскад в них построен по схеме с общим коллектором; суммарный импеданс в этом случае зависит от нагрузки и может достигать значительных величин, до нескольких килоом. Помочь в этом случае может правильный выбор петлевого усиления, которое влияет на импеданс выходного каскада и способно значительно его снизить. В результате на постоянном токе и в области низких частот можно добиться очень низких значений выходного импеданса операционного усилителя, до долей Ом. Выходное сопротивление повышается с ростом частоты, так как при повышении частоты снижается усиление ОУ. Высокий выходной импеданс чреват двумя проблемами — влияние токов нагрузки на сигнал и проблемами со стабильностью, возникающими из-за того, что выходные конденсаторы создают полюса. Наилучшим решением при работе с высокими токами нагрузки является использование специально разработанных для этих целей ОУ. Ещенесколько лет назад для работы на терминированный кабель (что требует нескольких сотен миллиампер выходного тока) использовались специальные буферные каскады, на данный же момент существуют специально разработанные операционные усилители, способные без проблем работать на такую нагрузку. Преимущество бу- фера по сравнению с типовой схемой включения ОУ заключается в том, что буфер всегда имеет меньший импеданс, т.к. его петлевое усиление максимально, а выходной каскад также разработан с учетом требований минимизации импеданса. По отношению к емкостным нагрузкам разные ОУ ведут себя по разному — одни становятся нестабильными, другие же не имеют подобных проблем. Операционные усилители, способные работать на нагрузки с большой емкостью, имеют очень низкое сопротивление выходного каскада, однако, при этом проигрывают в скорости, т.к. требуют выходных транзисторов повышенных размеров. Резюмируя вышесказанное — в зависимости от требований к выходному импедансу разработчику следует отдать выбор операционному усилителю, буферу либо усилителю мощности. |
| DAC08B | Аналоговые устройства | Analog Devices: Преобразователи данных: ЦАП 8-бит / от 10 нс до 100 нс Таблица выбора преобразователей | Оригинал | ||
| DAC-08BC | Datel | Высокоскоростной 8-разрядный монолитный цифро-аналоговый преобразователь | Скан | ||
| DAC08BICP | Аналоговые устройства | DAC08 — ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИС, 8-БИТНАЯ ВХОДНАЯ НАГРУЗКА, 0.085 us ВРЕМЯ НАСТРОЙКИ, 8-РАЗР. ЦАП, PDIP16, PLASTIC, DIP-16, цифро-аналоговый преобразователь | Оригинал | ||
| DAC08BICQ | Аналоговые устройства | DAC08 — ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИС, 8-БИТНАЯ ВХОДНАЯ НАГРУЗКА, ВРЕМЯ УСТАНОВКИ 0,085 мкс, 8-битный ЦАП, CDIP16, ГЕРМЕТИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ, DIP-16, цифро-аналоговый преобразователь | Оригинал | ||
| DAC08BICS | Аналоговые устройства | DAC08 — ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИС, 8-БИТНАЯ ВХОДНАЯ НАГРУЗКА, 0.085 us ВРЕМЯ НАСТРОЙКИ, 8-РАЗР. ЦАП, PDSO16, SO-16, цифро-аналоговый преобразователь | Оригинал | ||
| DAC08BIEP | Аналоговые устройства | DAC08 — ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИС, 8-битная входная нагрузка, время установки 0,085 мкс, 8-битный ЦАП, PDIP16, PLASTIC, DIP-16, цифро-аналоговый преобразователь | Оригинал | ||
| DAC08BIEQ | Аналоговые устройства | DAC08 — ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИС, 8-БИТНАЯ ВХОДНАЯ НАГРУЗКА, 0.085 us ВРЕМЯ НАСТРОЙКИ, 8-РАЗР. ЦАП, CDIP16, ГЕРМЕТИЧЕСКАЯ УПЛОТНЕНИЕ, DIP-16, цифро-аналоговый преобразователь | Оригинал | ||
| DAC08BIHP | Аналоговые устройства | DAC08 — ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИС, 8-битная входная нагрузка, время установки 0,085 мкс, 8-битный ЦАП, PDIP16, PLASTIC, DIP-16, цифро-аналоговый преобразователь | Оригинал | ||
| DAC08BIHQ | Аналоговые устройства | DAC08 — ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИС, 8-БИТНАЯ ВХОДНАЯ НАГРУЗКА, 0.085 us ВРЕМЯ НАСТРОЙКИ, 8-РАЗР. ЦАП, CDIP16, ГЕРМЕТИЧЕСКАЯ УПЛОТНЕНИЕ, DIP-16, цифро-аналоговый преобразователь | Оригинал | ||
| DAC-08BM | Datel | Высокоскоростной 8-разрядный монолитный цифро-аналоговый преобразователь | Скан |
Роставтопром
Роставтопром перейти к содержанию- Reducir el tamaño de Windows. ¿Por qué necesitas una carpeta WINSXS y puedo ellearla?
- Postal con sus propias manos el 23 de febrero: фото и видео
- Juguetes de árbol de Navidad con sus propias manos: Cómo hacer un árbol de Navidad para el jardín y la escuela
- Cómo hacer una captura de pantalla de la pantalla в Windows 8 — основные принципы
- Cómo activar la clave en steam
- Mostrando mi cervecería en casa, recogida de casi los materiales saludables para baratos.
- Tratamiento de miembros sexuales lloggy, qué hacer un miembro de la clínica de andrología en Moscú.
- Cómoterminar la longitud y la latitude en el mapa.
- ¿Cuál es el hogar y el epicentro del terremoto?
- Cómo hacer una caja de cartón con sus propias manos: esquema, plantilla, clase magistral, foto. ¿Cómo hacer una caja de cartón con tapa, redondo, corazón, прямоугольный, треугольный, cuadrado, plano, hágalo usted mismo?
- Димедрол es… ¿Qué es Dimedrol?
- Nuez: hechos desconocidos e interesantes.
- Adicción al amor. Cómo deshacerse de la dependencia del amor.
- Insonorización de las paredes con sus propias manos — инструкции!
- Cómo transferir dinero desde la cuenta del teléfono a la tarjeta SBERBANK y otros bancos: Instrucciones y códigos paso a paso + forma secreta sin comisión. Formas efectivas de ganar dinero de un teléfono móvil.
- Escapismo (cuidado de la realidad): características características
- Cobramos un teléfono inteligente sin кабели: Cómo trabajar el cargador inalámbrico.Artículos, pruebas, comentarios
- Автопарк для растений: Общее описание различных решений
- Deseos a un amigo para tu cumpleaños en tus propias palabras.
- ¿Cómo cocinar el hígado de pollo sabroso y justo? 9 рецептов для коктейлей на сартене
- Mk sobre cómo Poseer cualquier molde para las galletas — Pequeñas piezas de gran hermosa — LiveJournal
- ¿Cómo subir un iPhone de los padres? Varios conjos efectivos
- 7 маневров пластилина пластилина.
- Embarazo temprano: signos y síntomas. Características del embarazo temprano de los adolescentes.
- El trabajo lateral Mercury se estrelló en el apartamento: qué hacer, cómo recoger el mercurio rightamente
- Этанол — эффективный антисептик
- ¿Cómo hacer una corona de lápices con tus propias manos?
- Новомин Сибирское Здоровье — СОСТАВ, Aplicación, мнения Cómo comprar
- DIY para el jardín (сельский дом и сад). Todo el año nuevo 2019 de las herramientas primarias con descripción.
- Filete de pavo al horno en el horno
- Cómo adquirir los diamantes de imitación en las uñas en casa: tecnología de aplicación, qué pegamento para usar cómo arreglar de forma segura
- 15 maneras de hacer arcos de la cinta de satén, hágalo usted mismo: Instrucciones paso a paso
- Cómo obtener un colour de frambuesa: opciones de mezcla de colores (+20 фотографий)
- Плазма
- 20 tarjetas interesantes de año nuevo lo hacen usted mismo — Lifehaker
- Vida y muerte de Muammar Gaddafi (48 фото + видео) «Trindehood
- Cómo ellear una página (cuenta) en Facebook para siempre
- Limpiando el cuerpo con la decocción de la Avena: ¿Cómo cocinar? Comer y Dosis — Центральная городская больница Гуз Яо ДКБ №1
- ¿Qué es HDR-PHOTO y cómo hacerlo?
- Ensalada César con Pollo — 15 Recetas Clásicas Simple
- «¿Qué tan siempre» la coma necesita o no? — Ser uno mismo.Los roles restantes ya están ocupados — LiveJournal
- ¿Cómo dibujar un lápiz delgado styard?
- 8 лучших программ для проверки дискотек на бесплатных дискотеках
- Nitritos en la orina en mujeres: синтомы, причинные заболевания, диагностика, терапия.
- Qué hacer si el tubo de suministro de agua congelado: 7 лучших решений
- Color púrpura es lo que? Цвет: меза. Цвет morado: фото
- Las linternas chinas lo hacen usted mismo de papel: esquemas con video
- El niño suda en un sueño: las razones por las cuales sudan fuertemente y no hay temperatura.
- Cómo afilar patines en casa solo: Instrucciones
- Imágenes de etapas de lápiz: opciones interesantes para dibujos con un lápiz. Clase maestra paso a paso en el dibujo con sus propias manos para Principiantes
- Cómo conectar auriculares Bluetooth al teléfono: Android y iPhone
- Qué delicioso bagre de cocina en el horno en papel de aluminio — Receta paso a paso
- Cómo Celebrar una persona в Instagram: Storsis, Publicaciones, Video
- Costillas de cerdo — Recetas de los platos más jugosos y fragantes: ¡será delicioso! — МедиаПлатформа MURESSEN
- Mar Mediterráneo 🌟 Информация до
- Как удалить приватную персону в Minecraft
- Trucha de enfermedad rápida — Todo sobre la pesca
- ¿Qué dulces pueden estar amamantando a mamá?
- Cómo hacer un portal en Minecraft: Edge, Mundo inferior, éter
- Acusativo.Cómo identifyir el acusativo de la mascota.
- ¿Комфортная дискотека для Windows 7 с включенной функцией?
- Función Diferencial ☑️ Definición, especies, propiedades, fórmula de función Diferencial Complete, indicado geométrico, regla de uso, ejemplos de resolución de ecuaciones
- ❶ Como en Sims 2 para convertirse en bruja 🚩 Ведьмы в Sims 3 «Supurnatural» 🚩 Хобби и развлечения 🚩 Отро
- Llevando a casa: Meaningado de dónde colgar cómo hacerlo tú mismo
- Cómo organisar una fiesta en Sims 4
- Cómo hacer que Cuta lo haga usted mismo.
- Supongo que la marca rusa — ответить на todos los niveles del juego.
- Qué chicos en estadísticas como chicas: lo que debe cambiarse en apariencia y carácter
- 10 песен для долгих лет жизни
- Cómo destroyar la publicidad de una computadora «Delpc.ru
- ¿Qué es un PIN en el coche?
- Adaptador VGA RCA Hágalo usted mismo: Esquema
- ¿Qué es la gargantilla en el cuello de la niña (фото)?
- Creciendo una piña desde la cima en casa.
- Saint Classic — Получите удовольствие от жизни с фотографиями. ¿Cómo cocinar una crema agria clásica en casa?
- Respuestas a las preguntas de 59 a 125: GDZ en la física para el grado 11 Myakyshev
- ¿Хотите скачать Windows 10 на флэш-накопителе USB и установить на компьютере? Guía paso por paso
- Cómo cuidar la cara en casa
- Cómo freír el pollo sabroso con una corteza en el horno, en una sartén, con papas.
- Как удалить архивы MDF и MDS в Windows 7, 8, 10
- Cómo volverse hermosa en 13-15 лет.
- ¿Как установить Windows 7 unidad flash? Instrucción paso a paso
- Cómo hacer un azulejo enano del papel con tus propias manos, esquemas
- Artesanía de invierno ❄ Cómo hacer una nave en el tema Invierno: 47 идей + MK
- Фигуры isométricas
- ¿Cómo dibujar una pirámide de lápiz поэтапно?
- ¿La adivinación para el deseo en línea «se hará realidad o no?»
- Скачать D3DCompiler_43.dll и устранить ошибку в Windows 10/8.1/7
- Las guirnaldas de papel de año nuevo lo hacen usted mismo: плантильи, эскема, идеи с фотографиями
- ¿Por qué las hojas amarillas de la orquídea? Qué hacer y cómo ayudar a la planta.
- Top 10 medicamentos antihelmínticos — Clasificación de buenos fondos 2021
- Проблема: poros extendidos
- Aciclovir Instrucciones de uso, composición, efectos secundarios, indicaciones, contraindicaciones, formulario de liberación
- Удалите раздел «Система резервирования» в Windows 7
- Cómo revisar el multímetro del generador.
- Cómo perder peso en casa de forma rápida y eficiente sin issuesas de salud
- Professional es
- Figuras para un cumpleaños con sus propias manos de papel corrugado, servilletas, cartón, fieltro, bolas, fotos. ¿Cómo hacer un dígito 1, 2, 3, 4, 5 para cumpleaños?
- Cómo averiguar qué tarjeta de video está en la computadora. Diferentes formas de identityar una tarjeta de video en una PC y una computadora portátil. Cómo averiguar qué tarjeta de video en la computadora portátil
- Cómo aumentar FPS en la policía Go, ¡de muchas maneras!
- 10 секретов cómo lograr el cabello grueso
Как сделать буферный каскад в ОУ.Буферный усилитель. Реальное применение операционных усилителей на примере инвертирующих и неинвертирующих усилителей
Мощность, подаваемая операционным усилителем на нагрузку, ограничена его выходными параметрами; большинство имеющихся в продаже операционных усилителей имеют (см. приложение к таблице). Таким образом, выходная мощность ОУ не превышает.
Чтобы получить больше мощности в нагрузке, к выходу операционного усилителя подключается буферный каскад усиления мощности, обычно на основе двухтактного эмиттерного повторителя, работающего в режиме класса AB (рис.6.17). Выходные каскады усиления мощности подробно рассмотрены в гл. 4.
При такой конструкции схема (рис. 6.17) представляет собой инвертирующий двухкаскадный усилитель мощности. Его первый каскад представляет собой операционный усилитель, который действует как каскад предварительного усиления напряжения, а второй — каскад усиления выходной мощности.
Поскольку коэффициент передачи эмиттерного повторителя меньше единицы, т.е.напряжение нагрузки не может превышать напряжение на выходе операционного усилителя, увеличение мощности нагрузки в схеме рис.6.17 можно только за счет увеличения тока нагрузки (уменьшения сопротивления нагрузки). Если сопротивление указано, то максимальная мощность, отдаваемая схемой (рис. 6.17) на нагрузку, ограничена максимальным выходным напряжением операционного усилителя и определяется по формуле
Усилитель мощности (рис. 6.17) покрывается общей отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.
При достаточной глубине обратной связи, когда соотношение удовлетворяется, коэффициент усиления усилителя мощности с обратной связью
до минус указывает, что фаза входного сигнала на выходе усилителя инвертирована.
Если входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя, усилитель мощности покрывается общей последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, и его коэффициент усиления
где — коэффициент усиления без обратной связи, — коэффициент усиления цепь обратной связи. Общая отрицательная обратная связь уменьшает нелинейные искажения усилителя мощности на величину глубины обратной связи
Коэффициент гармоник усилителя мощности с учетом локальной отрицательной обратной связи в эмиттерном повторителе определяется по формуле
где — коэффициент гармоник выходного каскада без обратной связи, определяемый по формуле (3.19) на основе построения сквозных характеристик каскада (мы предполагаем отсутствие нелинейных искажений за счет операционного усилителя). Практика показывает, что при разном разбросе параметров транзисторов коэффициент гармоник не превышает 3% в режиме класса AB и 10% в классе B.
Показано, что при использовании операционного усилителя в различных схемах переключения усиление каскада на одном операционном усилителе (ОУ) зависит только от глубины обратной связи.Поэтому в формулах для определения коэффициента усиления конкретной схемы коэффициент усиления «голого» операционного усилителя, так сказать, не используется. Это как раз тот огромный коэффициент, который указан в справочниках.
Тогда вполне уместно задать вопрос: «Если конечный результат (усиление) не зависит от этого огромного« эталонного »коэффициента, то в чем разница между операционным усилителем с усилением в несколько тысяч раз и с таким же операционным усилителем, но с усилением в несколько сотен тысяч и даже миллионов? ”
Ответ довольно прост.В обоих случаях результат будет одинаковый, каскадное усиление будет определяться элементами ООС, но во втором случае (операционный усилитель с большим усилением) схема работает стабильнее, точнее быстродействие таких схем намного выше. Недаром операционные усилители делятся на операционные усилители общего назначения и высокоточные, прецизионные.
Как уже упоминалось, рассматриваемые «операционные» усилители были получены в то далекое время, когда они в основном использовались для выполнения математических операций в аналоговых компьютерах (АВМ).Это были операции сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в квадрат и многие другие функции.
Эти допотопные операционные усилители были выполнены на электронных лампах, позже на дискретных транзисторах и других радиодетали. Естественно, габариты даже транзисторных ОУ были достаточно большими, чтобы их можно было использовать в любительских конструкциях.
И только после того, как благодаря достижениям интегральной электроники операционные усилители стали размером с обычный маломощный транзистор, применение этих деталей в бытовой технике и любительских схемах стало оправданным.
Кстати, современные операционные усилители, даже достаточно качественные, по цене чуть выше двух-трех транзисторов. Это утверждение применимо к операционным усилителям общего назначения. Прецизионные усилители могут стоить немного дороже.
Что касается схем на операционном усилителе, стоит сразу сделать замечание, что все они питаются от биполярного источника питания. Такой режим является наиболее «обычным» для операционного усилителя, который позволяет усиливать не только сигналы переменного напряжения, например синусоиды, но и сигналы постоянного тока или просто напряжение.
И все же довольно часто питание схем на ОУ производится от униполярного источника. Правда, в этом случае увеличить постоянное напряжение не получится. Но часто бывает, что в этом просто нет необходимости. Схемы с однополярным питанием будут описаны позже, а пока продолжим о схемах включения ОУ с биполярным питанием.
Напряжение питания большинства операционных усилителей чаще всего находится в пределах ± 15 В. Но это вовсе не означает, что это напряжение нельзя делать несколько ниже (повышать не рекомендуется).Многие операционные усилители работают очень стабильно, начиная с ± 3 В, а некоторые модели даже с ± 1,5 В. Такая возможность указывается в технической документации (DataSheet).
Повторитель напряжения
Это простейшее схемотехническое устройство на ОУ; его схема показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема повторителя напряжения на операционном усилителе
Нетрудно заметить, что для создания такой схемы не потребовалось ни одной детали, кроме самой ОС.Правда, на рисунке не показано подключение питания, но такое наброски схем встречается очень часто. Единственное, что хотелось бы отметить, это то, что между клеммами питания ОУ (например, для ОУ КР140УД708 это клеммы 7 и 4) и общим проводом должна быть подключена емкость 0,01 … 0,5 мкФ.
Их цель — сделать работу операционного усилителя более стабильной, избавиться от самовозбуждения цепи по силовым цепям. Конденсаторы следует подключать как можно ближе к силовым выводам микросхемы.Иногда подключают один конденсатор на базе группы из нескольких микросхем. Такие же конденсаторы можно увидеть на платах с цифровыми микросхемами, назначение у них такое же.
Коэффициент усиления ретранслятора равен единице, иначе говоря, нет и усиления. Тогда зачем такая схема? Здесь уместно вспомнить, что существует транзисторная схема — эмиттерный повторитель, основное назначение которой — согласование каскадов с разным входным сопротивлением. Подобные каскады (повторители) еще называют буферными.
Входное сопротивление повторителя на операционном усилителе рассчитывается как произведение входного сопротивления операционного усилителя на его коэффициент усиления. Например, для упомянутого UD708 входное сопротивление составляет примерно 0,5 МОм, коэффициент усиления не менее 30 000, а может и больше. Если эти числа перемножить, то входное сопротивление составит 15 ГОм, что сопоставимо с сопротивлением не очень качественной изоляции, например бумажной. Такой высокий результат вряд ли будет достигнут с обычным эмиттерным повторителем.
Чтобы описания не вызывали сомнений, ниже приведены рисунки, показывающие работу всех схем, описанных в программе-симуляторе Multisim. Конечно, все эти схемы можно собрать на макетной плате, но на экране монитора можно получить не самые плохие результаты.
На самом деле, здесь даже немного лучше: не нужно куда-то идти на полке, чтобы поменять резистор или микросхему. Здесь все, даже измерительные приборы, есть в программе, и «достается» с помощью мыши или клавиатуры.
На рисунке 2 показана схема повторителя, выполненная в программе Multisim.
Рисунок 2
Изучение схемы довольно простое. Синусоидальный сигнал с частотой 1 кГц и амплитудой 2 В подается на вход повторителя от функционального генератора, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3
Сигнал на входе и выходе ретранслятора наблюдается осциллографом: входной сигнал отображается синим лучом, выходной — красным.
Рисунок 4
А почему, спросит внимательный читатель, выходной (красный) сигнал в два раза больше входного синего? Все очень просто: при одинаковой чувствительности каналов осциллографа обе синусоиды с одинаковой амплитудой и фазой сливаются в одну, прячутся друг за друга.
Чтобы разглядеть их сразу обоих, пришлось снизить чувствительность одного из каналов, в данном случае входа. В результате синусоида стала ровно вдвое меньше экрана и перестала прятаться за красной.Хотя для достижения такого результата можно просто смещать лучи регуляторами осциллографа, оставляя чувствительность каналов прежней.
Обе синусоиды расположены симметрично относительно оси времени, что указывает на то, что постоянная составляющая сигнала равна нулю. А что будет, если к входному сигналу добавить небольшую составляющую постоянного тока? Виртуальный генератор позволяет сдвигать синусоидальную волну по оси Y. Попробуем сместить его на 500 мВ вверх.
Рисунок 5
Что из этого получилось, показано на рисунке 6.
Рисунок 6
Заметно, что входные и выходные синусоиды выросли на полвольта, но не изменились вообще. Это говорит о том, что ретранслятор точно передавал постоянную составляющую сигнала. Но чаще всего от этой постоянной составляющей стараются избавиться, сделать ее равной нулю, что позволяет избежать использования таких элементов схемы, как межкаскадные разделительные конденсаторы.
Репитер, конечно, хорош и даже красив: дополнительных деталей не потребовалось (хотя есть схемы репитера с небольшими «дополнениями»), но усиления они не получили.Что это за усилитель? Чтобы получить усилитель, достаточно добавить несколько деталей, как это сделать, будет рассказано позже.
Инвертирующий усилитель
Чтобы сделать из ОУ инвертирующий усилитель, достаточно добавить всего два резистора. Что из этого получилось, показано на рисунке 7.
Рисунок 7. Схема усилителя инвертора
Коэффициент усиления такого усилителя рассчитывается по формуле K = — (R2 / R1). Знак минус не означает, что усилитель получился плохим, а только то, что выходной сигнал будет противоположен по фазе входному.Недаром усилитель называется инвертирующим. Здесь уместно вспомнить транзистор, включенный в схему с ОЭ. Здесь также выходной сигнал на коллекторе транзистора находится в противофазе с входным сигналом, подаваемым на базу.
Здесь стоит вспомнить, сколько усилий нужно приложить, чтобы получить чистую неискаженную синусоиду на коллекторе транзистора. Подбирать смещение требуется на основе транзистора соответственно. Это, как правило, довольно сложно и зависит от многих параметров.
При использовании операционного усилителя достаточно просто рассчитать сопротивление резисторов по формуле и получить заданное усиление. Оказывается, настроить схему на операционном усилителе намного проще, чем настроить несколько транзисторных каскадов. Поэтому не стоит бояться, что схема не сработает, не сработает.
Рисунок 8
Здесь все так же, как на предыдущих рисунках: входной сигнал показан синим цветом, он красный после усилителя.Все соответствует формуле K = — (R2 / R1). Выходной сигнал находится в противофазе с входным (что соответствует знаку минус в формуле), а амплитуда выходного сигнала ровно в два раза превышает входной. Что верно и при соотношении (R2 / R1) = (20/10) = 2. Чтобы получить коэффициент усиления, например, 10, достаточно увеличить сопротивление резистора R2 до 100кОм.
На самом деле схема инвертирующего усилителя может быть несколько сложнее, такой вариант показан на рисунке 9.
Рисунок 9
Здесь появилась новая деталь — резистор R3 (вернее, он просто пропал из предыдущей схемы). Его цель — компенсировать входные токи реального операционного усилителя, чтобы снизить температурную нестабильность составляющей постоянного тока на выходе. Номинал этого резистора подбирается по формуле R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).
Современные высокостабильные операционные усилители позволяют подключать неинвертирующий вход к общему проводу напрямую без резистора R3.Хотя наличие этого элемента ничего плохого не сделает, но при нынешних масштабах производства, когда на всем экономят, этот резистор предпочитают не устанавливать.
Формулы для расчета инвертирующего усилителя показаны на рисунке 10. Почему на рисунке? Да просто для наглядности, в строке текста они не выглядели бы такими знакомыми и понятными, не были бы такими заметными.
Рисунок 10
О приросте говорилось ранее. Здесь обращают на себя внимание входное и выходное сопротивления неинвертирующего усилителя.С входным сопротивлением вроде бы все ясно: оно оказывается равным сопротивлению резистора R1, но выходное сопротивление придется рассчитывать по формуле, показанной на рисунке 11.
Буква K ”обозначает опорный коэффициент операционного усилителя. Вот, пожалуйста, посчитайте, какому будет выходное сопротивление. Это окажется довольно маленькой цифрой даже для среднего операционного усилителя, такого как UD7, с его K ”, равным не более 30 000. В данном случае это хорошо: ведь чем меньше выходное сопротивление каскада (это касается не только каскадов на ОУ), тем мощнее нагрузка, в разумных, конечно, в пределах пределах, эта каскад можно подключить.
Следует отдельно отметить единицы в знаменателе формулы для расчета выходного сопротивления. Предположим, что отношение R2 / R1 равно, например, 100. Именно это соотношение получится в случае усиления инвертирующего усилителя 100. Получается, что если отбросить эту единицу, ничего сильно не изменится. На самом деле это не так.
Предположим, что сопротивление резистора R2 равно нулю, как в случае повторителя. Тогда без единицы весь знаменатель становится равным нулю, и выходное сопротивление также равно нулю.И если тогда этот ноль появится где-то в знаменателе формулы, как вы прикажете его разделить? Поэтому избавиться от этого, казалось бы, незначительного агрегата просто невозможно.
В одной статье, даже достаточно большой, вобще не пишу. Таким образом, у вас будет все, о чем не уместно было рассказать в следующей статье. Будет описание неинвертирующего усилителя, дифференциального усилителя, униполярного усилителя мощности. Также будет дано описание простых схем для проверки операционного усилителя.
Повторитель напряжения — это неинвертирующий усилитель с единичным усилением. Это реализуется путем замыкания отрицательной обратной связи и подачи полезного сигнала на неинвертирующий вход.
При таком включении операционный усилитель пытается обеспечить точную копию сигнала, поступающего на его вход на выходе. В каждый момент времени U out = U в , поэтому описанная схема называется повторителем. Схема повторителя на ОУ:
Смысл использования повторителя напряженияЗачем повторять то, что уже есть? Усилитель единичного коэффициента усиления также называется буферным или буферным каскадом.Обладая большим входным и низким выходным сопротивлением, повторитель как нельзя лучше подходит для согласования каскадов сопротивлений.
Таким образом, соблюдается главное схемотехническое правило — входное сопротивление следующего каскада должно быть как минимум в 3, а лучше в 10 раз больше выходного сопротивления предыдущего каскада. В этом случае сигнал не искажается.
Параметры операционных усилителейСовременные операционные усилители обладают огромным входным сопротивлением. Такой же дешевый и распространенный TL062 имеет входное сопротивление 10 12 Ом.Для сдвоенного операционного усилителя (TL062, TL072, NE5532, LM833 …) в корпусе DIP-8 или SO-8 включение по схеме репитера показано ниже:
В операционных усилителях как усиление увеличивается, частотный диапазон сужается, а верхняя передаваемая частота уменьшается. Но в режиме репитера, работая с единичным усилением, операционный усилитель способен работать до максимально возможных для него частот.
Так или иначе, при выборе ОУ для репитера желательно иметь запас по частоте в несколько раз, лучше 10.В этом случае можно точно не беспокоиться о каких-либо фазовых искажениях, вносимых самим операционным усилителем.
При выборе микросхемы для повторителя, помимо ширины частотного диапазона, важной характеристикой является также выходной ток, который ОУ может подавать на нагрузку. Если операционный усилитель не в состоянии обеспечить необходимый для нагрузки выходной ток, то начинаются проседания и искажения. Поэтому если мы говорим о низкоомной нагрузке, для которой требуется ток более 100 мА, то с этим справится не каждый операционный усилитель.
Как рассчитать величину тока, которую должен обеспечивать операционный усилитель?Очень просто! Предположим, что в качестве нагрузки выступает резистор сопротивлением 10 Ом. На репитер поступает напряжение 5 вольт, которое он должен передать на нагрузку. В этом случае, применив закон Ома (I = U / R), выясняем, что для поддержания на резисторе 5 вольт оперативнику необходимо обеспечить ток 0,5 ампер. ( Это приблизительная оценка, но вполне применима на практике.)
Обычные операционные усилители не справятся с такой задачей. Конечно, выход может быть усилен транзистором, но тогда использование повторителя на операционном усилителе становится менее оправданным.
Для таких целей предлагается использовать TDA2030, TDA2040 или TDA2050, включенные в схему репитера. Микросхемы готовые, операционные, усиленные на транзисторах, операционные усилители, которые отличаются максимальной выходной мощностью.
TDA2030 в качестве повторителя напряженияДля примера рассмотрим микросхему TDA2030, потому что два других — ее более мощные братья.Изначально микросхема была разработана и использовалась в усилителях звука. Подавляющее большинство бытовых усилителей, особенно систем 2.1 и 5.1, построено на этой микросхеме. Что логично и понятно — чип дешевый и в то же время имеет хорошие характеристики.
Чип выполнен в пятиконтактном корпусе и требует для работы минимум деталей. При включении по схеме репитера для нормальной работы требуются только силовые конденсаторы. Лучше оставить на входе резистор, чтобы связать вход с землей при постоянном напряжении, хотя это и не требуется.
Стандартная схема включения микросхемы в качестве усилителя звуковой частоты:
При стандартном включении микросхемы (показанной выше) предложенная дата с экраном, усиление установлено примерно на 20. Причем рабочая полоса частот ограничена той же датой с экраном 140 кГц. Однако при работе по цепи повторителя напряжения с единичным усилением микросхема может работать до частот 0,5 … 1 МГц. По крайней мере, микросхема отлично показала себя при работе на частоте 100 кГц, подаваемой от генератора синусоидального сигнала на мосту Вина, к которому она использовалась для усиления на выходе.
Шикарно, красиво, а главное — работает. Чип солидно греется и желательно использовать радиатор с достаточной площадью поверхности. Радиатор процессора ПК идеален. Однако тепловыделение зависит от режима работы и сопротивления нагрузки. Не рекомендуется включать микросхему без радиатора.
В исходном варианте микросхема питается стабилизированным напряжением ± 9В для обеспечения стабильности амплитуды сигнала.Работа микросхемы предполагалась при мощности 2-3 Вт, по этой причине стабилизация мощности производилась на банках 7809 и 7909, способных обеспечивать ток до 1А (при наличии радиаторов). Диапазон напряжений для микросхемы TDA2030 — ± 6 … ± 18 Вольт .
Заключение Повторитель на операционном усилителе, пожалуй, самый простой, но в то же время очень важный каскад. При разработке электронных устройств, когда один из операционных усилителей остается неиспользованным, определенно лучше построить на нем ретранслятор, чем оставлять его неиспользованным.Повторитель напряжения также может использоваться в качестве усилителя выходного тока.
БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, ИНТЕГРАТОР, КОМПАРАТОР, СУММАТОР, ЛИММИТЕР … Эти слова неразрывно связаны с аудиоаппаратурой и, хотя на первый взгляд между ними нет ничего общего, на самом деле у них есть общий «рабочий инструмент» — операционный усилитель. (операционный усилитель).
Чтобы понять, какую роль выполняет Убежище, стоит разобраться, что это такое на самом деле.
По сути, это набор транзисторов, соединенных определенным образом и состоящий из пятиполюсника, выполняющего функции усилителя постоянного напряжения.На рисунке 1 показаны некоторые из наиболее популярных обозначений OA:
Рисунок 1
Как и ожидалось, входы усилителя слева, их два — один инвертирующий, т.е. напряжение на выходе будет иметь противоположную фазу, чем на этом входе, второй неинвертирующий, т.е. синхронно с входом. Справа — выход усилителя, вверху и внизу — выводы для питания операционного усилителя напряжением питания, обычно вверху «+ Uip», внизу «-Uip».
К тому же усилитель дифференциальный, т.е. усиливается только разница напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах. В принципе, это объясняется даже логически, без анализа принципиальной схемы. Если напряжение на неинвертирующем входе составляет 5 В, а на инвертирующем 3 В, то, поскольку фаза инвертирующего входа перевернута, будет верно вычесть 3 вольта из 5 вольт. Следовательно, входное напряжение будет 2 В, и это напряжение будет усиливаться операционным усилителем.
Изначально операционные усилители были разработаны для выполнения математических операций в аналоговых компьютерах и, конечно, выглядели несколько иначе:
Рисунок 2. Один из первых операционных усилителей
Однако с развитием микроэлектроники операционные усилители кардинально изменили свой внешний вид и размеры до таких значений, что корпус ДИП-8 выглядит гигантским:
Рисунок 3. Внешний вид современных операционных усилителей для поверхностного монтажа в сравнении с DIP-8
Осталось выяснить, что внутри этого устройства, так как и как это обозначено, и как выглядит немного понятно.Принципиальная схема операционного усилителя К140УД1 представлена на рисунке 4.
Рисунок 4
Для большей наглядности смоделируем эту схему в симуляторе, хотя номиналы резисторов нужно было подбирать опытным путем, однако работоспособности из схемы добиться удалось:
Рисунок 5. Принципиальная схема модели k140UD1
Поскольку это изначально усилитель постоянного напряжения, эксперименты следует начинать с постоянного напряжения.Для этого нужно добавить в схему два источника постоянного напряжения и накрыть усилитель ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (DUS).
Рис. 6. Тестирование работы операционного усилителя при усилении напряжения.
Теперь установите напряжение 0,5 В на V4 и запустите симулятор РАСЧЕТА ПОСТОЯННОГО ТОКА. В результате получится следующая картинка:
Рисунок 7. Карта напряжений.
А теперь немного подробнее. Практически во всех учебниках написано, что коробка усилителя усилителя находится в «прямом» включении, т.е.е. когда сигнал подается на неинвертирующий вход, он пропорционален отношению резисторов OOS плюс один. В нашем случае это будет R17 / R18 + 1 = 1,02 + 1 = 2,02. Откуда взялось 0,02? Дело в том, что К140УД1 имеет довольно низкий входной импеданс, и для получения необходимой точности R18 пришлось уменьшить до 9,76 кОм.
Тогда непонятно — на входе 0,5 В и на выходе почти 0,5 В где усиление? Здесь следует внести поправку, чтобы 0,5 В было на входе сумматора, а не на входе операционного усилителя, который является базой транзистора Q1, а на базе 0.24 В. А если так, то получается 0,24 х 2,02 = 0,4848 В. По показаниям симулятора 0,496 В, что опять же является неточностью нашей модели, однако у оригинального К140УД1 плохого не было. вариация параметров.
Но если входное напряжение 0,5 В, то почему половина этого значения основана на Q1? Напряжение на V5 равно нулю, поэтому R16 и R15 образуют делитель напряжения, и, поскольку номиналы совпадают, тогда напряжение будет разделено на два, конечно, базовый ток Q1 сделает свое дело.Так получается на входе ОУ 0,24 В.
Однако это только следствия каскадов этой схемы; коснемся нескольких причин:
Как только на базе Q1 появляется напряжение, отличное от нуля, в нашем случае оно равно 0,24 В, Q1 начинает открываться, что в свою очередь приводит к снижению напряжения на его коллекторе. . Уменьшение напряжения на коллекторе Q1 уменьшает ток, протекающий через базу Q6, и он начинает закрываться, в результате чего увеличивается напряжение на его коллекторе, что увеличивает напряжение на эмиттерном повторителе на Q9 через эмиттерный повторитель на Q7. и напряжение на выходе операционного усилителя (точка OUT) начинает расти.
Увеличение напряжения на выходе операционного усилителя увеличивает напряжение в точках соединения R17 и R18, и эта точка подключена к базе Q2, которая является инвертирующим входом нашего операционного усилителя (рисунок 6). Q2 начинает слегка открываться, и на его эмиттере возрастает напряжение. Это влечет за собой закрытие транзистора Q1 и, в дальнейшем, схема влияет на последующие каскады. Транзистор Q1 закрывается ровно настолько, чтобы на базе Q2 сформировалось напряжение, максимально близкое к напряжению на базе самого Q1, а величина этого напряжения напрямую зависит от номиналов резисторов R17 и R18.Чем меньше R18, тем большее напряжение необходимо сформировать на выходе операционного усилителя, чтобы восстановить баланс базовых токов каскада на Q1 и Q2. Если не менять сопротивление R18, а увеличивать R17, таким же образом потребуется увеличение выходного напряжения операционного усилителя, так как на Q17 снова упадет довольно большое напряжение.
Теперь осталось увеличить напряжение на источнике V5 и убедиться, что значения напряжений действительно складываются.
Рисунок 8.Математическое сложение двух членов V4 и V5.
Как видно из рисунка, при двух слагаемых V4 и V5 по 0,5 В каждое на выходе сумматора получается сумма в один вольт, т.е. математическое действие верно.
Для большей ясности мы отходим от старинного K140UD1 и моделируем сумматор для трех членов на основе широко используемого операционного усилителя TL071. В результате получился следующий «калькулятор»:
Рисунок 9. Математическое сложение трех членов.
Здесь следует обратить внимание на номиналы резисторов ООС. Разница в номиналах почти в два раза, т.е. коробка усиления ОУ будет R5 / R4 + 1 = 3. ПОЧЕМУ? В предыдущей схеме коэффициент усиления был 2, а здесь 3? В предыдущей схеме было ДВА члена, следовательно, было два входных делителя (R15 и R16 Рисунок 6), следовательно, начальное входное напряжение было разделено на два и для восстановления значений пришлось удвоить. В схеме на Рисунке 9 членов ТРИ, следовательно, входной делитель делит значение на три, и для восстановления необходимо утроение.Для большей надежности посмотрим на сумматор с четырьмя членами и уже самостоятельно вычислим получившуюся коробку усиления:
Рисунок 10. Сумматор четырех членов.
И какое, собственно, отношение эта математика к звуковой инженерии?
Самый прямой. В звукорежиссуре напряжение, конечно, переменное, но в любой, ОЧЕНЬ короткий промежуток времени его можно рассматривать как постоянное напряжение, поэтому математическая обработка сигнала с помощью ОУ вполне приемлема:
Рисунок 11.Представление переменного напряжения как постоянного.
Исходя из того, что переменное напряжение в определенный момент времени можно считать постоянным, вводится дополнительное понятие — МГНОВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ, так же можно апеллировать мгновенными значениями токов и мощностей. Как это будет выглядеть на самом деле, показано на рисунке 12:
.
Рисунок 12. Сумматор четырех аналоговых членов.
Имеется 4 источника синусоидального сигнала V1-V4, напряжения которых суммируются резисторами R1-R4 и выравниваются по амплитуде операционного усилителя X1.Выходной сигнал сумматора в зависимости от входа показан на рисунке 13:
.
Рисунок 13. Зависимость выходного сигнала от входного.
А в чем практическая польза от этого сумматора? Если этот сумматор немного модифицировать, то в финале получается простейший четырехвходовой СМЕСИТЕЛЬ, причем количество входов может быть самым разным — от двух до двадцати:
Рисунок 14. Принципиальная схема четырехвходового смесителя.
В этой схеме конденсаторы C1-C4 играют роль развязки и предотвращают попадание постоянного напряжения на вход операционного усилителя, что иногда случается.TL071 выступает в этой схеме как операционный усилитель, однако можно использовать практически любые современные операционные усилители — их параметров вполне достаточно для оборудования средней ценовой категории. Переменные резисторы X1-X4 регулируют уровень каждого из входных сигналов, что позволяет быстро изменять громкость любого из входных источников.
Источник питания — два последовательно включенных источника 15 В. Точка подключения подключается к общему проводу и относительно него получается два напряжения относительно общего провода — ПЛЮС ПЯТНАДЦАТЬ и МИНУС ПЯТНАДЦАТЬ вольт.Такой двойной источник называется биполярным источником напряжения и обычно значения плюсового и минусового проводов совпадают.
Однако операционный усилитель может питаться от одного источника, единственное, что вы не должны забывать, это то, что в той документации ОС обычно указывается значение биполярного источника напряжения и указываются минимальное и максимальное значения , например, Uip min ± 5 В, Uip max ± 20 В. Это означает, что операционный усилитель может работать с биполярным источником питания в диапазоне напряжений ± 5… ± 20 В, однако при питании от униполярного источника диапазон напряжений будет иметь вид +10 … + 40 В.
Рисунок 15. Варианты питания OU.
Питание от биполярного источника несколько предпочтительнее — схема несколько упрощена, так как входы подключаются либо «автоматически», как в схеме на рисунке 14, где нулевое напряжение на входе операционного усилителя формируется нижние выводы переменных резисторов или ноль на входе образованы отдельным постоянным резистором, один выход которого подключен к общему проводу, а второй выход — ко входу операционного усилителя, обычно не инвертирующего.Таким образом, на выходе ОУ устанавливается начальное напряжение, если не учитывать дрейфы нуля.
При униполярном питающем напряжении выходное напряжение операционного усилителя не может быть отрицательным, но оно должно усиливать как положительную, так и отрицательную полуволны синусоидальной волны. Для решения этой проблемы виртуальный ноль формируется специально для ОУ. Обычно это два последовательно соединенных резистора, подключенных между силовыми клеммами, и половина напряжения питания, сформированная в точке подключения резисторов, действует как виртуальный ноль (рисунок 16).
Рисунок 16. Питание ОУ от униполярного напряжения.
R1 и R4 образуют половину напряжения питания, R3 необходим для уменьшения влияния входного сигнала, генерируемого напряжения, а также для увеличения входного сопротивления устройства, т.к. C2 предназначен для уменьшения импульсных помех и пульсаций мощности. при виртуальном нуле также повлияет на входное переменное напряжение. C1 служит разделительным конденсатором, который отделяет постоянную составляющую на входе операционного усилителя от источника, поскольку понятно, что источник вырабатывает переменное напряжение.R5 и R2 образуют ООС и в этом усилителе коэффициент усиления равен R5 / R2 + 1 = 30k / 10k + 1 = 4. C3 служит изолирующим конденсатором между выходом операционного усилителя и нагрузкой.
Сравнивая рисунки 14, 15 и 16, становится ясно, что операционный усилитель может обойтись без ОБЩЕГО провода, так как выходное напряжение полностью зависит от напряжения на его входах, поэтому для получения нулевого напряжения на выходе при биполярном питании и половину напряжения при униполярном, необходимо «привязать» вход неинвертирующего усилителя к нулю или половине напряжения питания.Только в этом случае будет исключено несанкционированное изменение постоянной составляющей выходного сигнала, так как изменение входного сигнала будет происходить относительно напряжения этой «привязки», т.е. ОБЩИЙ провод для биполярного питания и половина напряжение питания с униполярным питанием будет выступать в качестве опорного напряжения. Такое положение вещей говорит о том, что для правильной работы ОУ приоритетом становится «чистота» опорного напряжения. При разводке печатной платы необходимо учитывать важность этих эталонных напряжений и исключить влияние на такие проводники внешних факторов, таких как наводки блока питания, протекание токов от конденсаторов силового фильтрует через них, поскольку все изменения опорного напряжения приведут к изменениям выходного сигнала операционного усилителя, т.е.е. отдельный провод должен быть изолирован под опорным напряжением на плате, и он должен использоваться только в качестве опорного напряжения для операционного усилителя или группы операционных усилителей, и e для каких других целей .
Принцип работы конденсатора можно объяснить двумя способами:
При нулевом входном переменном напряжении конденсатор заряжается до половины напряжения питания. Когда появляется положительная полуволна, конденсатор начинает перезаряжаться и через него течет ток, а поскольку R6, действующий как нагрузка, соединен последовательно с C3, ток также течет через него, причем ток течет сверху вниз.Как только положительная полуволна проходит свой пик и ее величина начинает уменьшаться, конденсатор начинает разряжаться. Это заставит ток снова течь, но в противоположном направлении. Таким образом, на R6 образуется переменное напряжение.
Второй способ объяснения связан с сопротивлением элементов электрическому току. Для постоянного тока сопротивление конденсатора равно бесконечности (не считая токов утечки), но для переменного тока значение сопротивления конденсатора уже имеет некоторое значение, и это значение зависит от емкости конденсатора и частоты протекающего тока. .Поскольку сопротивление изменяется в зависимости от некоторых условий, необходима формула для точного расчета сопротивления элемента при определенных условиях, а поскольку сопротивление меняется, чтобы отличить его от сопротивления резисторов, вводится понятие РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, рассчитанное. по формуле где PI — число PI, F — частота в герцах, C — емкость конденсатора в фарадах. Исходя из этой формулы несложно рассчитать, каким будет сопротивление конденсатора С3, рисунок 16 на крайних частотах звукового диапазона, а именно на частоте 20 Гц реактивное сопротивление конденсатора на 47 мкФ будет 169 Ом, а на частоте 20 кГц — 0.17 Ом. При сопротивлении нагрузки 2 кОм 169 Ом приведут к небольшому ослаблению сигнала:
Рисунок 17. Ослабление переменного напряжения реактивным сопротивлением C1.
Таким образом, с математической точки зрения на сопротивлении нагрузки R6 рисунка 16 не будет постоянного напряжения, так как для постоянного напряжения сопротивление C3 равно бесконечности, а для переменного напряжения сопротивление уменьшается со 169 Ом до 0,17 Ом в звуковом диапазоне.
Значит, для уменьшения реактивного сопротивления емкость изолирующего конденсатора следует брать как можно большей? Не совсем.Например, варьируя емкость входного конденсатора, можно организовать небольшой фильтр инфранизких частот, например, когда емкость разделительного конденсатора С1 составляет 22 мкФ, буферного усилителя на ОУ X1, частота Отклик усилителя имеет вид синей линии, а при С1 равном 2,2 мкФ — красной. Из рисунка видно, что, несмотря на небольшую засорение в области 20 Гц, все, что ниже, достаточно удачно подрезано, тем самым защищая низкочастотный динамик от перегрузки.
Рисунок 18. Влияние емкости разделительного конденсатора на частотную характеристику всего усилителя.
Кроме того, использование свойств конденсатора для изменения его сопротивления позволяет строить различные фильтры, и для этого на входе операционного усилителя определенным образом подключаются резисторы, а затем он действует как компенсатор напряжения падение или в обратной связи операционного усилителя, а затем операционный усилитель изменяет свой собственный коэффициент усиления в зависимости от частоты.
Но прежде чем рассматривать фильтры, вам следует вернуться к вышеупомянутому БУФЕРНОМУ УСИЛИТЕЛЮ. Фактически буферный усилитель представляет собой промежуточный усилитель, имеющий ровную АЧХ, желательно иметь регулировку усиления усилителей. Введение в схему буферного усилителя обычно оправдано, если усилитель имеет выходную мощность 200 Вт и более. В этом случае собственный усилительный кофр усилителя мощности должен быть достаточно высоким, так как выходное напряжение предварительных усилителей нормализовано и равно 0.75 или 1 В, а для мощности 200 Вт уже необходимо напряжение амплитудой около 40 В (среднеквадратичное значение 28 В), т.е. усилителю нужно усилить сигнал в 28 раз, а это 32 дБ.
Не секрет, что чем больше коэффициент усиления усилителя, тем больше искажений он производит; поэтому для уменьшения искажений необходимо уменьшить коэффициент усиления усилителя, а для получения той же мощности необходимо увеличить амплитуду входного сигнала. Для решения этой проблемы используется буферный усилитель.
Схема буферных усилителей довольно проста — обычно это типичное включение операционного усилителя, охваченное системой защиты окружающей среды, и оно регулируется. Питание операционного усилителя обычно осуществляется от того же источника, что и сам усилитель, поэтому для получения напряжения ± 15 В, необходимого для работы операционного усилителя, используются параметрические стабилизаторы, но сначала рассмотрим схема с питанием от отдельного источника:
Рисунок 19.Принципиальная схема буферного усилителя с питанием от отдельного источника.
В первую очередь следует обратить внимание на отсутствие разделительного конденсатора на выходе усилителя — он не нужен, так как на входе самого усилителя мощности есть конденсатор. Усилитель имеет небольшие засорения по краям звукового диапазона, но, несмотря на очевидный наклон линий, это засорение составляет всего 0,1 дБ с коэффициентом усиления 15 дБ, что более чем приемлемо:
Рисунок 20.Амплитудно-частотная характеристика буферного усилителя на ОУ TL071 от TI.
Уровень THD тоже не большой:
Рисунок 21. Уровень THD для усилителя на ОУ TL071
Здесь 1,2 м означает, что это миллипроценты, т.е. это 0,0012%. Кстати, это значение напрямую зависит от используемого ОУ. Ниже приведены те же графики для того же буферного операционного усилителя, но уже с использованием NE5534 и AD744:
Рисунок 22. Уровень THD для операционного усилителя NE5534 (вверху, на желтом фоне)
и AD744 (внизу, на зеленом фоне)
Как видно из графиков, уровень THD значительно снижается, поэтому при выборе ОУ следует учитывать этот фактор и перед установкой можно более детально изучить свойства планируемого ОУ. .Например, NE5534 имеет биполярный вход, который снижает его входное сопротивление, но имеет большую нагрузочную способность, что позволяет ему стабильно работать с инвертирующими усилителями мощности с большим собственным коэффициентом усиления.
Для более наглядного примера мы используем базовую схему усилителя Холтона:
Рисунок 23. Принципиальная схема усилителя мощности Holton
Уровень THD в этом варианте достигает 0,03% с усилением 32 дБ.
Рисунок 24.
Теперь «прикручиваем» буферный усилитель к усилителю и еще раз проверяем уровень THD:
Рисунок 25.Усилитель Холтона с буферным операционным усилителем на TL071
Рисунок 26. Уровень THD с буферным операционным усилителем на TL071.
Как видно из графика, уровень THD снизился почти в 3 раза (!) И это при использовании обычного ОУ TL071. Однако, если все же уменьшить коробку усиления самого усилителя и увеличить коробку усиления буферного усилителя, а вместо TL071 использовать AD744, можно уменьшить уровень THD в 2 раза.
Рисунок 27.Уровень THD при использовании AD744.
Теперь давайте более подробно рассмотрим схему на рисунке 25:
C3 и C6 — электролитические конденсаторы, которые фильтруют низкочастотную составляющую мощности, а C4 и C5 — пленочные фильтры, фильтрующие высокие частоты;
D1 и D2 — стабилитроны на 1,3 Вт, 15 В;
R3 подразумевается подстроечным резистором, позволяющим быстро изменять коэффициент усиления буферного ОУ;
C7 — это корректирующий конденсатор, который значительно уменьшает усилительную чашку усиления операционного усилителя на ультразвуке и придает стабильность (уменьшая склонность к возбуждению) буферному усилителю;
R17 и R20 изменены по сравнению с аналогичными схемами 23, так как они отвечают за собственный блок усиления усилителя мощности; Резисторы
R4 и R5 действуют как токоограничивающие (балластные) резисторы для параметрического стабилизатора, и чем выше напряжение самого усилителя, тем выше номинал, который они должны иметь, и тем больше тепла они будут рассеивать.Номинал резисторов следует подбирать таким образом, чтобы 0,1 … 0,15 Вт рассеивалось на стабилитронах D1 и D2. Это гарантирует, что стабилизированное напряжение не изменится в случае сбоя питания и не будет зависеть от тока, потребляемого операционным усилителем, или от тока, потребляемого операционным усилителем в нагрузке. Номинальные параметры балластных резисторов для различных напряжений питания усилителей приведены в таблице:
НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ УМЗЧ, В | НОМИНАЛЫ ТОКОЗАЩИТНЫХ (БАЛЛАСТНЫХ) РЕЗИСТОРОВ |
560… 620 Ом 0,25Вт | |
1,5 … 1,7 кОм 0,5 Вт | |
1,7 … 2,2 кОм 1Вт | |
2,2 … 2,7 кОм 1 Вт | |
3,3 … 3,6 кОм 1 Вт | |
4,3 … 4,7 кОм 1 Вт | |
5,1 … 5,6 кОм 1 Вт | |
6.2 … 6,8 кОм 2W | |
6,8 … 7,5 кОм 2Вт |
Следует сразу добавить, что и стабилитроны, и балластные резисторы нагреваются, поэтому на печатной плате должны быть предусмотрены более крупные контактные площадки для этих элементов, чтобы они действовали как небольшие радиаторы. Кроме того, большая площадь контакта намного более надежна для нагрева элементов, и вероятность отхода от припоя значительно снижается со временем.
Завершая тему буферных усилителей, остается только заметить, что раз уж ОУ установлен, то на нем можно организовать дополнительный узел, называемый лимитером. LIMITER — модуль, который измеряет пиковый уровень выходного сигнала и на основе этих измерений регулирует коробку усиления используемого операционного усилителя, что исключает появление клиппинга на выходе усилителя. В оборудовании для магнитной записи нечто подобное называлось АВТОМАТИЧЕСКИМ КОНТРОЛЛЕРОМ УРОВНЯ.
Основная проблема при создании лимитера — выбор постоянной времени реакции лимитера, так как слишком быстрая реакция достаточно сильно изменит динамический диапазон звукового сигнала, а если он будет слишком большим, лимитер не успеет для обработки входного сигнала и пропуска клиппирования.На рисунке 28 показан фрагмент схемы ограничителя, организованной на основе буферного операционного усилителя, т.е. это «завершенная» схема рисунка 25:
Рисунок 28. Организация ограничителя.
Схема специально организована наиболее примитивно — сигнал с выхода усилителя поступает на правый вывод резистора R52, затем выпрямляется диодным мостом на диодах D12, D13, D17, D18 и подается на ограничитель амплитуды на D14 и D15. Напряжение стабилитронов D14 и D15 выбрано примерно на 5… На 8 В меньше максимального выходного напряжения усилителя мощности, а R50 ограничивает протекающий ток и вместе с C20 формирует временную цепочку времени реакции ограничителя, т.е. насколько быстро ограничитель будет уменьшать коэффициент усиления буферный усилитель при появлении максимальной амплитуды сигнала. Время, по истечении которого ограничитель «возвращает» исходную коробку усиления в буферный операционный усилитель, зависит от емкости C20 и сопротивления R51. D16 защищает лампу оптопары AOR124 от перегрузки по напряжению.Лампа HL1 «светит» на оптопару фотопроводника R49, которая при освещении снижает его сопротивление, значительно уменьшая коэффициент усиления буферного ОУ.
К сожалению оптопар PHOTO RESISTOR не так уж и много, да и взаимозаменяемость их не очень хорошая, поэтому лучше искать оптопары именно этой серии, а лучше с буквой В в конце, т.е. AOR124B — при включенной лампе , сопротивление фоторезистора уменьшено до 360 Ом, а у остальных из этой серии до 1.2 кОм, хотя для этого ограничителя достаточно.
Однако операционные усилители хороши не только в качестве буферных усилителей — используя наборы резисторов и конденсаторов, вы также можете построить на них регуляторы тембра, многополосные эквалайзеры и фильтры только для определенного диапазона частот. Например, рассмотрим схему на Рисунке 29:
.
Рисунок 29. Фильтр высоких частот.
R1 и C2 образуют фильтр первого порядка, принцип действия которого лучше объяснить через реактивное сопротивление — при достижении определенной частоты реактивное сопротивление начнет уменьшаться, и как только оно станет намного меньше, чем R1, амплитуда входного сигнала сигнал также уменьшится.Для проверки возьмем АЧХ этой схемы, нарисованной симулятором:
Рисунок 30.
Теперь пересчитайте реактивное сопротивление C1 для частот, показанных на графике выше. Частотная характеристика АЧХ начинается примерно с 2 кГц, для этой частоты реактивное сопротивление C2 будет 169 кОм, по отношению к 22 кОм R1 это начинает ощущаться. На частоте 24,1 кГц сопротивление C2 будет 14 кОм, а это в 1,6 раза меньше сопротивления R1, следовательно, и напряжение должно уменьшиться на 1.В 6 раз, что реально происходит при напряжении 1,22 В на низкой частоте 500 Гц на частоте 24 кГц, амплитуда уменьшилась до 0,75 В, т.е. в те же 1,6 раза.
Теперь добавьте еще одну, точно такую же ссылку, как R1-C2, и получите фильтр второго порядка:
Рисунок 31. Фильтр второго порядка
Рисунок 32. Частотная характеристика фильтра второго порядка.
Как видно из рисунка, выходное напряжение на низких частотах уменьшилось, буквально на 0.2 В, но на высокой частоте блокировка намного сильнее — теперь на 24 кГц выходное напряжение составляет 0,3 В, что более чем в 2 раза меньше, чем в предыдущем фильтре. Для большей наглядности переведем эти значения в дБ, поскольку человеческое ухо воспринимает уровень громкости по логарифмическому закону, а АЧХ фильтра второго порядка принимает следующий вид:
Рисунок 33. Частотная характеристика фильтра второго порядка в дБ.
Теперь из графика видно, что на 24 кГц блок частотной характеристики составляет 10 дБ, т.е.е. В 3 раза ниже низкочастотного. Добротность этого фильтра, т.е. зависимость от того, насколько уменьшается усиление в зависимости от изменения частоты, составляет 5 дБ на октаву. Октава — это музыкальное понятие, означающее, что частота изменилась ровно 2 раза. В данном случае за расчетный период были взяты частоты 10 кГц и 20 кГц, а амплитуда на этом участке уменьшилась на 5,2 дБ.
Рассмотрим другой пример — фильтр третьего порядка, т.е. содержащий 3 одинаковых узла:
Рисунок 34.Фильтр третьего порядка.
Рисунок 35. Частотная характеристика фильтра третьего порядка.
В этом фильтре «блокировка» АЧХ составляет 7,5 дБ на октаву, т.е. уменьшение амплитуды намного более интенсивное.
По такому же принципу можно организовать фильтры нижних частот:
Рисунок 36. Фильтр нижних частот
Рисунок 37. Частотная характеристика фильтра нижних частот
Эти фильтры обычно используются в усилителях полной мощности для ограничения границ звукового диапазона.там, где обычно поселяются неприятные неприятности. Однако, используя схему фильтра высоких частот, вы можете организовать фильтр низких частот для сабвуфера:
Рисунок 38. Фильтр для сабвуфера
Рисунок 39. АЧХ фильтра для сабвуфера
Несмотря на полную производительность этого фильтра, рекомендовать его использование было бы не совсем правильно — он не имеет ограничений в области инфранизких частот, и это увеличивает вероятность перегрева катушки динамической головки или ее механического повреждения от ударов магнитная система.
Теперь в качестве фильтра рассмотрим следующую схему:
Рисунок 40.
Здесь операционный усилитель подключен через инвертирующий вход, а сигнал OOS операционного усилителя содержит RC-цепи, которые однозначно влияют на частотную характеристику этой схемы. В схеме также присутствует переменный резистор Х1, в среднем положении двигателя которого компоненты ООС и входной цепи выполнены полностью симметричными, что позволяет предположить, что ООС компенсирует изменения АЧХ элементы ввода.Номинал резистора указан на диаграмме слева от двигателя, в данном случае это 100 кОм, а справа — положение двигателя в процентах относительно его полного хода, т.е. 50 означает, что двигатель находится посередине. . Чтобы проверить суждения об АЧХ, давайте посмотрим на АЧХ этой схемы, сформированной имитатором:
Рисунок 41.
Действительно — красная линия, показывающая форму АЧХ, практически равна нулю.Теперь переместите ползунок переменного резистора в сторону R2:
.
Рисунок 42.
Как видно из рисунка, усилитель начал усиливать определенную часть АЧХ, расположенную в районе 40 Гц, и это указывает на то, что реактивное сопротивление конденсаторов C2 и C3 изменяется настолько сильно, что начинает влиять на ООС. , и форма результирующей частотной характеристики очень похожа на форму частотной характеристики LC-резонансного контура. Однако индуктивности отсутствуют, поэтому резонанс как таковой невозможен.Для определения частоты пакетов вводится дополнительное понятие — КВАЗИРЕЗОНАНС. Квазирезонанс может вызвать как всплеск АЧХ вверх, так и блокировку вниз — просто переместите ползунок переменного резистора в сторону R4:
Рисунок 43
Используя этот фильтр, вы уже можете создать полноценный фильтр для сабвуфера, потому что он имеет хорошие ограничения в области инфранизких частот. Единственное, что может потребоваться, — это изменить номинал частотно-регулирующих конденсаторов, так как добротность фильтра достаточно высока.В результате получается следующая схема и ее АЧХ:
Рисунок 44
Используя несколько фильтров, соединенных параллельно, но имеющих разные конденсаторы для задания частоты, вы можете построить эквалайзер — регулятор тембра, который регулирует четыре или более частей частотной характеристики (полос). На рисунке 45 представлена схема такого эквалайзера на 8 диапазонов:
Рисунок 45. Принципиальная схема эквалайзера на 8 диапазонов.
Однако это далеко не единственный способ построить эквалайзеры с использованием операционных усилителей.На рисунке 47 показана схема полностью пассивного эквалайзера, в котором операционные усилители действуют как буферный усилитель (X1) и компенсатор потерь (X2).
Рисунок 46. Принципиальная схема пассивного эквалайзера №
, опубликованного в журнале «РАДИО» в восьмидесятые годы.
Иногда, чтобы построить эквалайзеры на основе ОУ, отдельные полосовые фильтры включаются в ООС другой ОС. Это позволяет уменьшить влияние полос друг на друга, а также в широком диапазоне изменять нарастание-блокировку участка АЧХ выбранной полосы:
Рисунок 47.
Однако при построении стереоэквалайзера желательно, чтобы оба канала были идентичны друг другу, а это требует использования резисторов и конденсаторов без разброса параметров. Найти такие очень сложно, поэтому приходится выбирать и резисторы, и конденсаторы. Избавиться от этой неприятности позволит изменение схемотехники полосовых фильтров, а именно использование регулируемых фильтров. В восьмидесятые годы схема аналогичного эквалайзера на базе К157УД2 была опубликована в РАДИО.Использование именно этих операционных усилителей было оправдано тем, что они сдвоенные. Однако микросхемы, содержащие в своем случае 4 ОУ, сегодня не редкость, поэтому увеличение количества ОУ для регулируемых фильтров практически не повлияет на увеличение количества микросхем. Схема пятиполосного эквалайзера на основе настраиваемых фильтров показана на рисунке 48, и этот эквалайзер можно легко расширить до 15-полосного:
Рисунок 48.
Кстати вот все вышеперечисленные эквалайзеры были из разряда графических, т.е.е. при использовании ползунковых переменных резисторов рядом с каждым двигателем примените калибровку, затем по положению резистора двигателя вы можете судить о форме частотной характеристики:
Рисунок 49. Передняя панель графического эквалайзера SURF E024C
Однако есть эквалайзер другого вида — параметрический. Эти эквалайзеры позволяют влиять не только на рост-блокировку частотной характеристики в определенной области, но также перемещать эту область и дополнительно регулировать добротность.
Рисунок 50. Передняя панель параметрического эквалайзера Klark Teknik DN410
В быту такие эквалайзеры используются крайне редко, однако именно они позволяют более точно регулировать АЧХ в зависимости от необходимости.
Фактически речь идет о параметрических эквалайзерах, потому что схема на рисунке 48 позволяет вам преобразовать этот эквалайзер в параметрический эквалайзер, для которого необходимо заменить настроечные резисторы полосовых фильтров на последовательно соединенный подстроечный резистор меньшей мощности. номинал и переменный резистор отображаются на передней панели.
С другой стороны, никто не запрещает использовать одну полосу этого эквалайзера для выделения и усиления узкого участка АЧХ, что как раз необходимо для создания многофункционального фильтра для сабвуфера, к которому может быть подключен только фазовращатель. добавлен для устранения изменения фазы, которое происходит в самом фильтре. В результате получается следующая схема фильтра для сабвуфера:
Рисунок 51. Принципиальная схема фильтра сабвуфера
На рисунках 52 и 53 показаны изменения формы частотной характеристики в зависимости от настройки частоты и добротности:
Рисунок 52.Изменение частоты фильтра для сабвуфера
Рисунок 53. Изменение добротности фильтра для сабвуфера.
Все ранее рассмотренные варианты использования ОС основывались на использовании OOS — отрицательная обратная связь. Тем не менее, Shelter может быть покрыт положительной обратной связью — PIC, т.е. обратная связь начинается при НЕИНВЕРТИРУЮЩЕМ ВХОДЕ. Такое включение позволяет «оцифровать» некоторые аналоговые события, например, при достижении определенной температуры должно произойти какое-то событие, например, включится вентилятор принудительного охлаждения, и как только температура упадет ниже определенной температуры, выключить.Аналогичные действия могут предпринять схемы управления вентиляторами, показанные на рисунке 54.
Рисунок 54. Принципиальная схема управления вентилятором.
На схеме R7 действует как вентилятор от компьютерного оборудования, размер и производительность которого зависят от конструкции усилителя. Подстроечный резистор X1 регулирует порог срабатывания. Резистор R8 используется для включения вентилятора на минимальную скорость и должен быть не менее 1 Вт, а сопротивление выбирается в зависимости от производительности. Для большей наглядности подключаем к схеме низкочастотный генератор с малой амплитудой, имитирующий изменение R2 в зависимости от температуры и сравниваем входное и выходное напряжение ОУ:
Рисунок 55.Входное и выходное напряжение операционного усилителя.
Здесь синяя линия указывает входное напряжение на инвертирующем входе, красная на неинвертирующем входе и зеленая на выходе операционного усилителя. Так как выходное напряжение меняется, то через резистор R4 оно также влияет на значение напряжения на неинвертирующем входе, однако зависимость изменений на этом рисунке не очень видна, поэтому отключаем напряжение на выходе ОП. -ампер и присмотримся к напряжению на входах:
Рисунок 56.Напряжение на входе ОУ.
Пока резистор R2 холодный, его сопротивление велико, а напряжение на инвертирующем входе положительное, поэтому напряжение на выходе операционного усилителя будет как можно ближе к отрицательному напряжению питания (синяя линия на рисунке 56), а это, в свою очередь, вызовет небольшое отрицательное напряжение на неинвертирующем входе, примерно -0,3 В (красная линия на рисунке 56). По мере нагрева R2 его сопротивление начнет уменьшаться, что повлечет за собой снижение напряжения на инвертирующем входе ОУ, а затем переход в отрицательное значение.
Как только напряжение на инвертирующем входе становится меньше, чем на неинвертирующем значении, напряжение на выходе операционного усилителя начинает расти, что повлечет за собой увеличение напряжения на неинвертирующем входе и напряжения разница на входах операционного усилителя увеличится еще больше. Поскольку операционный усилитель усиливает только разность напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах, увеличение разницы напряжений вызовет еще большее увеличение выходного напряжения на выходе операционного усилителя, и разница во входных напряжениях станет равной. больше.Таким образом, образуется лавинообразный процесс, который способствует почти мгновенному изменению выходного напряжения на выходе операционного усилителя, что фактически происходит на Рисунке 56 в точке 1 временной шкалы. В конце этого процесса на выходе операционного усилителя генерируется напряжение, близкое по величине к положительному источнику питания, а на неинвертирующем входе появляется положительное напряжение 0,3 В.
Появление положительного напряжения на выходе ОУ открывает транзистор Q1 (2N5551), который в свою очередь открывает Q2 (BD139), и вентилятор увеличивает скорость до максимума.Кстати, напряжение почти 15 В можно подать далеко не на все компьютерные вентиляторы, так как не все вентиляторы имеют устройство управления обмоткой двигателя, способное работать на высоких оборотах. При достижении максимальной скорости и дальнейшем повышении напряжения питания магнитное поле вклеенных магнитов мотора уже успевает «проскочить» нужный датчик Холла и, как следствие, вибрация двигателя возрастает, скорость уменьшается и резко увеличивается нагрев силовых ключей двигателя. Следовательно, при питании схемы от напряжения ± 15 В возникает 0.Необходимо предусмотреть резистор мощностью 5 Вт, подключенный последовательно с вентилятором. Сопротивление этого резистора подбирается так, чтобы на вентилятор было 12-13 В, обычно достаточно 5 … 10 Ом.
Как только начинается охлаждение, логически сопротивление термистора должно увеличиться, но предположим, что тепловое сопротивление радиатора не очень хорошее и термистор продолжает нагреваться, а напряжение на инвертирующем входе продолжает уменьшаться.
Но спустя какое-то время термистор начнет остывать и его сопротивление начнет увеличиваться, а напряжение на инвертирующем входе начнет расти, упадет до нуля и превратится в положительное значение.Как только напряжение достигает значения, равного напряжению на неинвертирующем входе, и сразу начинается лавинный процесс, но в отрицательном направлении, выход начинает уменьшаться, вызывая уменьшение напряжения на неинвертирующем входе, увеличивая разница напряжений на входе операционного усилителя и в конечном итоге приближается к напряжению, максимально приближенному к отрицательному напряжению питания. Что на самом деле происходит в момент времени 2, когда вентилятор выключается.
как видно из графика, что переключение ОУ не происходит при той же температуре — сначала должен произойти небольшой перегрев (напряжение на термисторе должно быть меньше -0.3 В) относительно установленного значения, а затем небольшой переохлаждение (напряжение на термисторе должно превышать + 0,3 В). Исходя из этого, вы можете построить график, показанный на Рисунке 57:
.
Рисунок 57.
Результирующая схема представляет собой одну из возможных реализаций триггера Шмитта или компаратора, а график, показанный на рисунке 57, представляет собой описание контуров гистерезиса, т.е. эту схему можно рассматривать как простейший аналого-цифровой преобразователь — АЦП.
В дополнение к контролю температуры аналогичные схемы могут использоваться для контроля второго уровня мощности в мощных аудиоусилителях класса H.Принцип работы этих усилителей основан на разделении питающего напряжения на две, обычно идентичные части, и хотя уровень выходного сигнала ниже, чем у нижнего источника питания, оконечный каскад использует источник низкого напряжения. Как только амплитуда выходного сигнала начинает приближаться к величине напряжения питания, на оконечный каскад подается «вторая часть» мощности. Для более подробного обсуждения воспользуемся усилителем Holton:
Рисунок 58.Принципиальная схема Холтона в классе H
В данной схеме в качестве компаратора используется специализированный операционный усилитель LM311, имеющий на выходе транзистор и выводимый эмиттером и коллектором, что значительно расширяет возможности этой микросхемы — возможно включение как повторителя, так и открытого коллектора. выход.
Как только напряжение на выходе усилителя достигнет +40 В, компаратор X3 изменит напряжение на своем выходе и транзисторы X9 и X10 откроются и на стоки транзисторов оконечного каскада будет подано напряжение +100 В .Как только выходное напряжение упадет ниже 22 В, компаратор снова изменит свое состояние и «второй этаж» питания отключится. Напряжения, при которых включается и выключается питание «второго этажа», определяется положением двигателя подстроечного резистора R30, а петля гистерезиса формируется резистором R37 и в этой схеме номинал этого резистора равен несколько занижены для большей наглядности. При повторении схемы рекомендуется использовать номинал 2.2 МОм. Если вы уверены, что у вас ПРАВИЛЬНАЯ компоновка печатной платы и вероятность импульсных наводок сведена к минимуму, то от этого резистора можно полностью отказаться — внутреннее устройство микросхемы позволяет.
Тот же процесс происходит для отрицательного плеча, только компаратор X4 контролирует его, а транзисторы M7 и M8 подключают второй уровень мощности.
Рисунок 59. Управление вторым уровнем мощности усилителя класса H.
В качестве транзисторов для подключения второго уровня мощности на схеме используются IRF640 и IRF9640, как наиболее распространенные.Резисторы R63, R64, R69, R71 используются для уменьшения процесса шока, который возникает при открытии транзисторов второго уровня и который неизбежно появляется на выходном сигнале. Чтобы сократить этот же процесс, также используются конденсаторы C13 и C14. Если с конфигурацией проблем нет, то вместо пар силовых транзисторов можно использовать по одному, чтобы использовать больше сильноточных транзисторов IRF5210 для положительного плеча и IRF3710 для отрицательного. Резисторы у источника необходимо уменьшить до 0,1 Ом.Системы управления питаются от параметрических стабилизаторов R53-D8-D9 для положительного плеча и R56-D10-D11 для отрицательного плеча. Два идентичных стабилитрона обеспечивают виртуальную среднюю точку для каждого операционного усилителя, и эта точка является точкой отсчета для компаратора.
Ну что собственно дает такое включение терминального каскада? Прежде всего, уменьшение количества тепла, рассеиваемого оконечным каскадом, поскольку изменение напряжения питания оконечного каскада значительно уменьшает рассеивание тела этим каскадом.А поскольку тепловыделение стало намного меньше, уже можно использовать меньшее количество пар транзисторов для этого самого оконечного каскада, а это уже экономия средств. Кроме того, в качестве транзисторов конечного каскада используются IRFP240-IRFP9240, максимальное напряжение СТОК-ИСТОК составляет 200 В, следовательно, напряжение питания усилителя по традиционной схеме не должно превышать ± 90 В (десять вольт. на технологический резерв, хотя и этого мало). Используя двухуровневый блок питания, можно увеличивать напряжение, так как в любой момент на транзисторы будет подаваться не более 3/4 от общего напряжения питания.Другими словами, даже при питании от двухуровневого источника питания ± 50 В и ± 100 В на транзисторы будет подаваться напряжение не более 150 В, так как даже при максимальной амплитуде выходного сигнала один управляющих транзисторов второго уровня будут закрыты — если положительный полуволновой выход замкнут, то управляющий будет закрыт «второй этаж» отрицательного напряжения и наоборот — если на выходе минус полуволна, то управляющий плюс «второй этаж» будет закрыт.
Схематично можно организовать работу компаратора таким образом, чтобы он отслеживал не один уровень напряжения по сравнению с опорным, а два.Эти компараторы называются двухпороговыми, и вы можете использовать их, например, для управления напряжением усилителя, для управления уровнем постоянного напряжения на выходе усилителя. С защиты от постоянного тока для динамиков и запуска:
Рисунок 60. Защита динамиков от постоянного напряжения.
Здесь на входе ОУ изначально подавалось напряжение смещения, организованное на диодах D3 и D4 (1N4148). Генератор синусоидального сигнала V1 используется в качестве выхода усилителя мощности, и если на нем появляется положительное напряжение постоянного тока, то он не может увеличивать значение на неинвертирующем входе — он не даст D3, но на инвертирующем входе Увеличение положительного напряжения не влияет на выход. Операционный усилитель сформирует почти минус напряжение питания, что повлечет за собой закрытие составного транзистора Q1-Q2 и реле (R12) выключится.Если на выходе усилителя появится минусовое напряжение, то на инвертирующем входе оно не сможет увеличиваться, а точнее уменьшаться — не даст D4, а на неинвертирующем входе запросто может принимать отрицательные значения, что также приведет к появлению почти минусового напряжения на выходе ОУ и реле снова выключится. Например, подадим от генератора напряжение амплитудой 9 В и частотой 0,1 Гц, которое можно рассматривать как имитирующее постоянное напряжение:
Рисунок 61.Временные диаграммы срабатывания защиты АС длительностью 10 сек.
Синяя линия — сигнал от генератора, красная линия — напряжение на коллекторах Q1 и Q2.
Цепочка C2 и R13 служит для задержки подключения динамиков в момент включения усилителя и на короткое время (пока C2 заряжается) подает небольшое положительное напряжение на вход устройства.
А чем эта схема лучше популярных транзисторных аналогов? Есть один нюанс, который рано или поздно может привести к неприятностям.Например, возьмем одну из популярных схем защиты от постоянного напряжения:
Рисунок 62. Принципиальная схема защиты динамиков от постоянного напряжения.
Плюс, на выходе усилителя открывает Q1- Q3 замыкает, минус на выходе усилителя открывает Q2 — Q3 закрывается, вроде все верно, но как это происходит? Емкость С2 достаточно велика и не позволит мгновенно включать и выключать реле, поэтому скорость замыкания и размыкания контактов реле снижается, что вызывает подгорание контактов и, в конечном итоге, выход реле из строя.Для наглядности рассмотрим графики напряжений на коллекторах управляющих транзисторных реле:
Рисунок 63. Осциллограммы на коллекторах силовых транзисторов.
Здесь синяя линия — это напряжение на коллекторе Q2 на рисунке 62, а красная линия на коллекторе транзистора Q2 на рисунке 60. Как видно из рисунка для традиционной защиты, напряжение питания для реле изменяется. в пределах 0,1 с, в то время как для защиты с операционным усилителем время переключения зависит только от скорости самого операционного усилителя и скорости силовых транзисторов, т.е.е. практически мгновенно, по сравнению с традиционным.
По такому же принципу можно организовать плавный пуск усилителя мощности, причем помимо самого плавного старта схема будет управлять еще и напряжением питания. Если напряжение вторичного питания меняется выше или ниже установленного предела, например, когда сварка ведется на той же фазе сетевого напряжения, или в ветреную погоду, провода сетевой линии перекрываются и в цепи появляются 280-340 В розетка, эта схема автоматически включит усилитель.Если ситуация продлится довольно долго, это приведет к перегоранию токоограничивающего резистора и усилителю отключится вовсе. Принципиальная схема показана на рисунке 64:
.
Рисунок 64.
Здесь V1 и V1 имитируют вторичные обмотки силового трансформатора, V3 — имитируют скачки сетевого напряжения, R1 и R2 — имитируют ОДИН резистор, соединенный последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора и шунтируемый контактами реле, обмотка которого имитирует резистор R15, R 3 — имитирует ток покоя усилителя мощности.Для получения более узкого рабочего диапазона в схеме используются диоды Шоттки, так как они имеют меньшее падение напряжения, их можно заменить на 1N4144.
В момент включения С3 разряжается и реле выключено, конденсаторы вторичных силовых фильтров заряжаются через резистор, установленный последовательно с первичной обмоткой трансформатора. Часто время зарядки вторичных силовых конденсаторов превышает время зарядки C3, поэтому контакты реле остаются разомкнутыми.Как только напряжение достигает определенного уровня на верхнем выводе С1, срабатывает компаратор и включается реле — схема перешла в рабочий режим. как только напряжение на С1 станет меньше или больше установленного подстроечным резистором R5, компаратор снова сработает и выключит реле — питание будет подаваться через токоограничивающий резистор. Мощности трансформатора уже не хватает, чтобы сжечь оконечные транзисторы усилителя, в которых во время скачков напряжения начнут образовываться переходные процессы.Однако если конденсаторы достаточно большие, то запасенной в них энергии может хватить, чтобы что-то вышло из строя, поэтому рекомендуется использовать сильноточное высоковольтное реле с тремя группами коммутации контактов. Одна группа шунтирует резистор в первичной обмотке трансформатора, а вторая — токоограничивающие резисторы, установленные на силовых шинах после основных вторичных силовых конденсаторов:
Рисунок 65. Наиболее оптимальное использование релейных контактных групп.
В качестве дополнительной услуги эта схема по-прежнему может контролировать техническое состояние C1 (Рисунок 64), и если ее мощность снизится из-за «высыхания», устройство даже не позволит подавать питание на усилитель мощности.Но здесь необходимо будет добавить точно такую же схему для контроля технического состояния конденсаторов отрицательного плеча питания, однако использование ОУ типа TL072 (в одном корпусе 2 ОУ) снизит количество используемых деталей. .
Наконец, осталось рассмотреть еще один способ использования операционных усилителей, который обычно используется в качественных усилителях мощности, причем он используется как усилитель постоянного напряжения.
Для того, чтобы на выходе усилителя мощности постоянного напряжения, максимально приближенного к нулю, использовались интеграторы — модули, которые контролируют величину постоянного напряжения и, исходя из величины постоянной составляющей, вносят коррективы в режимы усилитель, тем самым доведя уровень постоянного напряжения до нуля.Для примера возьмем тот же усилитель Holton:
Рисунок 66. Принципиальная схема усилителя Холтона с буферным усилителем и интегратором.
Выходное напряжение усилителя мощности через резистор R49 падает на конденсатор С21, который отфильтровывает переменную составляющую сигнала. Встроенные диоды D12 и D13 устраняют превышение входного напряжения для операционного усилителя, защищая его от перегрузки. Затем напряжение поступает на инвертирующий вход операционного усилителя X7 и сравнивается с нулем, который подается на неинвертирующий вход операционного усилителя.Операционный усилитель покрыт глубоким OOS, но только по отношению к переменному напряжению это конденсатор C20, поэтому он усиливает только постоянное напряжение, которое выводится с операционного усилителя через резистор R47 на вход усилителя. . Если постоянное напряжение на выходе усилителя положительное, то интегратор генерирует отрицательное напряжение на своем выходе, так что напряжение на выходе усилителя становится равным нулю OA интегратора, входное напряжение сравнивается точно с нулем. Если на выходе усилителя отрицательное напряжение, то на выходе операционного усилителя формируется положительное напряжение, снова выравнивая выходное напряжение самого УМ с нулем.
Введение интегратора позволяет более точно контролировать наличие постоянной составляющей на выходе усилителя и автоматически корректировать ее, что позволило значительно увеличить входное сопротивление самого усилителя — на рисунке 25 R8 — это 10 кОм, номинал этого резистора на выходе усилителя выставлялся равным нулю.
Вот собственно и все основные способы использования операционного усилителя в звукорежиссуре, если придумаете свой — честь и хвала вам.
Можно, конечно, упрекнуть в том, что не упомянули мощные операционные усилители, которые можно использовать самостоятельно в качестве усилителей мощности, например, TDA2030, TDA2050 и т. Д. Но это спорный вопрос. С одной стороны, это уже интегрированные усилители мощности, как сидячая ветка, с другой — им подходят все варианты включения ОУ, и так же, как и ОУ, они могут суммировать сигналы, менять их частотная характеристика, и они могут работать как компараторы, а стоимость TDA2030 меньше, чем стоимость операционного усилителя и реле, необходимых для управления вентилятором, и все же TDA2030 способен управлять вентилятором компьютера без дополнительных элементов, и не один, а несколько, соединенных последовательно, с увеличивающимся питанием, а параллельно — диапазон напряжений плавления позволяет.Опять же, подавляющее большинство дискретных усилителей можно рассматривать как операционные усилители, поскольку они имеют как инвертирующий вход, так и инвертирующий вход, поэтому все законы обратной связи операционного усилителя вполне применимы к ним. Так что подумайте дальше сами — ЭТО БУДЕТ ТВОРЧЕСКИЙ ПОДХОД.
Предвидя упрек в том, что можно было бы добавить небольшую справочную листовку по наиболее популярным ДЦ, отвечу — аналогичный буклет находится в разработке и появится в середине или конце октября как приложение к этой статье.
Одним из недостатков данной статьи является отсутствие фотографий и чертежей печатных плат, однако здесь предлагаются схемы, некоторые из которых были собраны отдельными модулями более двадцати лет назад, а если установка необходима сегодня, то их просто интегрированы непосредственно в плату устройства и не используются как отдельный модуль. Так что проектируйте печатные платы самостоятельно или ищите дальше.
Приложение к статье
Операционные усилители делятся на несколько категорий, наиболее популярными являются операционные усилители широкого применения, которые имеют неплохие параметры, но на сегодняшний день считаются средними.Существуют прецизионные операционные усилители, предназначенные для использования в измерительной технике. И есть специально для аудиоустройств.
Чем они отличаются кроме цены? Прежде всего, концепция. Для примера возьмем принципиальную схему операционного усилителя широкого применения TL071, который считается исправным:
Рисунок 1. Принципиальная схема операционного усилителя TL071
Рисунок 2. Принципиальная схема операционного усилителя AD744
Помимо различий в схемотехнике, эти операционные усилители отличаются друг от друга используемыми транзисторами — AD774 имеет более быстрые транзисторы, что, конечно, влияет на частоту единичного усиления.AD744 имеет частоту единичного усиления не менее 13 МГц, а TL071 — 3 МГц. У них также другой уровень THD — AD744 составляет 0,0003%, TL071 от Texas Instruments — 0,003% и TL071 от STMicroelectronics — 0,01%, и, наконец, на принципиальной схеме AD744 есть два подстроечных резистора в генераторе тока, да, да , это именно тюнинг. Разумеется, в микросхемах нет слотов для настройки. Эти резисторы выравниваются лазером после изготовления кристалла операционного усилителя для получения оптимального режима работы дифференциального каскада и, как следствие, минимального уровня THD.
Даже не углубляясь в экономику, должно быть понятно, что стоимость приведенной в качестве примера ОС будет отличаться во много раз, а точнее почти в 20 раз. Кроме того, исходные параметры компонентов объясняют доминирование на рынке STMicroelectronics TL071, потому что эти популярные операционные усилители продаются по той же цене, что и операционные усилители Texas Instruments — не каждый покупатель может объяснить разницу. Большинство ориентируется только на название и не понимает, что одни и те же микросхемы от разных производителей отличаются даже точностью используемых резисторов, не говоря уже о полупроводниках.На рисунке 3 показана принципиальная схема TL071 от STMicroelectronics, номиналы пассивных компонентов отличаются от оценок, показанных на рисунке 1:
Рисунок 3. Принципиальная схема операционного усилителя TL071 от STMicroelectronics
Учитывая тот факт, что разброс параметров резисторов рассчитывается от последней цифры и обычно составляет 5%, получаем, что разброс резисторов в дифференциальном каскаде для микросхемы от STMicroelectronics Операционные усилители от Analog Devices имеют следующие размеры:
SOIC_N (R8) длина корпуса 4 мм, ширина 5 мм, шаг выводов 1.27 мм, длина вывода более 1 мм
MSOP (RM8) длина корпуса 3 мм, ширина 3 мм, шаг выводов 0,65 мм, длина выводов менее 1 мм
Для сравнения включен ОУ широкого применения TL071 от различных производителей в таблице.
Однако использование дорогих операционных усилителей для усилителя имеет смысл только при наличии соответствующих акустических систем и, в первую очередь, не забывает об источнике звука.
Конечно, использование хороших операционных усилителей в усилителе, который работает со среднечастотными динамиками и бюджетным источником, будет заметно, но полностью раскрыть все особенности этого операционного усилителя не получится — тракт должен полностью соответствуют цене выбранной категории.
Теги:
Повторитель напряжения — это самый простой из возможных усилителей с отрицательной обратной связью (OOS). Выходное напряжение в точности равно входному. Если ничем не отличается, то вы можете спросить — зачем это нужно, если от этого ничего не меняется?
Суть в том, что речь идет о напряжении, а не о токе. Итак, повторитель напряжения практически не потребляет ток от источника сигнала, а позволяет получить с его выхода достаточно большой ток.
Нам часто приходится иметь дело с активными радиодетелями, у которых очень малый выходной ток.Примером такого компонента является или. Подключение к ним элементов с малым сопротивлением приведет к снижению напряжения выходного сигнала, создаваемого этими источниками.
В такой ситуации имеет смысл использовать повторитель напряжения. Он имеет высокое входное сопротивление, поэтому он не уменьшает и не искажает входной сигнал, а также имеет низкий выходной импеданс, что позволяет подключать энергоемкие компоненты, например, светодиод.
Чтобы понять, как работает повторитель напряжения, нам нужно знать три элементарных правила, регулирующих работу операционного усилителя:
Правило №1 — операционный усилитель подает свой выход на вход через OOS (отрицательная обратная связь), в результате чего напряжения на обоих входах, как инвертирующих (-), так и неинвертирующих (+), выравниваются.
Правило №2 — входы усилителя не потребляют ток
Правило № 3 — напряжение на входах и выходах должно находиться в диапазоне между положительным и отрицательным напряжением питания ОС.
Предположим, что входное напряжение стало 3В, а на выходе у нас 1В. Что случится? Усилитель определяет, что разница между инвертирующим входом (-) и неинвертирующим входом (+) составляет 2 В.
Следовательно, в соответствии с правилом No.1, выходное напряжение увеличивается до тех пор, пока напряжение на входах не выровняется. Ситуация дополнительно упрощается тем, что выход подключается непосредственно к инвертирующему входу (-), и это неизбежно приводит к тому, что напряжение на этих двух клеммах становится одинаковым.
Часто в цепи повторителя напряжения можно встретить дополнительный резистор в цепи обратной связи. Он нужен там, где требуется повышенная точность. Правила №1 и №2 относятся к идеальному операционному усилителю, которого на самом деле нет.
Входные напряжения не могут быть полностью идентичными, через них протекает небольшой ток, поэтому выходное напряжение может отличаться от входного на несколько милливольт. Резистор R призван уменьшить влияние этих недостатков. Он должен иметь сопротивление, равное сопротивлению источника сигнала.
Coalition pour la conciliation famille-travail-études — Concilier pour la vie
La Coalition représente près de deux Miles de Femmes et d’hommes au Québec.Elle est composée des принципиальных организаций, синдикалистов, феминистов, communautaires et populaires œuvrant à l’élioration des conditions de vie, de travail et d’études des travaillemers et travailleurs, et des studiantes et al.
Depuis plus de vingt ans, chaque organization member de la Coalition a porté des rendications concrètes, réalisé des actions et plaidé la cause de la conciliation famille-travail-études auprès de personnes dirigeant diversorganismes et deresponsables gouvernementaux.В 2013 году члены организации коалиции приняли участие в голосовании и укрепили потенциал действий, связанных с происходящими изменениями. La Coalition souhaite donner une réponse коллективные отношения и новые реальные отношения с населением, живущим в конфликте.
Notre коалиция porte donc un projet commun, endossé par tous ses members, pour que les Québécoises et les Québécois fassent des gains important en matière de conciliation famille-travail-études.
- Альянс профессионального персонала и техники для санте и социальных услуг (APTS)
- Au bas de l’échelle
- Ассоциация родителей-студентов Университета Лаваля (APETUL)
- Association féminine d’éducation et d Социальное действие (AFEAS)
- Carrefour d’aide aux non-Syndiqués-ées (CANOS)
- Conseil d’intervention pour l’accès des femmes au travail (CIAFT)
- Centrale des Syndicats démocratiques148 (
- ) синдикатов Квебека (CSQ)
- Comité de soutien aux parent etudiants de l’UQAM (CSPE-UQAM)
- Конфедерация национальных синдикатов (CSN)
- Федерация автономных образовательных ассоциаций (FAE) 90 Familles monoparentales et remposées du Québec (FAFMRQ)
- Fédération des femmes du Québec (FFQ)
- Fédération des travailleurs et travailleuses du Québec (FTQ)
- Fédération ductudian collération Квебек (FECQ)
- Fédération interprofessionnelle de la santé du Québec (FIQ)
- Fédération québécoise des organismes communautaires Famille (FQOCF)
- Regroupement des aidantes et al.
