Как проверить операционный усилитель мультиметром: пошаговая инструкция

Как правильно проверить работоспособность операционного усилителя с помощью мультиметра. Какие измерения нужно провести. На что обратить внимание при тестировании ОУ. Типичные неисправности операционных усилителей и как их выявить.

Что такое операционный усилитель и принцип его работы

Операционный усилитель (ОУ) — это многокаскадный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами. Основные особенности ОУ:

• Очень большой коэффициент усиления (десятки и сотни тысяч)
• Высокое входное и низкое выходное сопротивление
• Широкая полоса пропускания
• Малый уровень шумов

Принцип работы ОУ заключается в усилении разности напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами. При этом выходное напряжение стремится свести разность входных напряжений к нулю за счет отрицательной обратной связи.

Необходимые инструменты для проверки ОУ

Для базовой проверки работоспособности операционного усилителя понадобятся:

• Мультиметр (тестер)
• Источник питания +/- 15В
• Резисторы 10-100 кОм
• Макетная плата
• Соединительные провода

Желательно также иметь осциллограф для более детальной проверки характеристик усилителя.

Подготовка ОУ к проверке

Перед началом тестирования необходимо:

1. Определить цоколевку и назначение выводов проверяемого ОУ по даташиту
2. Установить микросхему ОУ на макетную плату
3. Подключить источники питания +15В и -15В к соответствующим выводам
4. Подключить общий провод (землю)

Проверка питающих напряжений

В первую очередь следует проверить правильность подключения и величину питающих напряжений:

1. Установите мультиметр в режим измерения постоянного напряжения
2. Измерьте напряжение между выводами питания +Vs и -Vs
3. Убедитесь, что оно составляет около 30В (±15В)
4. Проверьте полярность подключения источников питания

Неправильное питание — частая причина выхода ОУ из строя.

Измерение токов потребления

Для оценки общей работоспособности ОУ измеряют токи потребления по цепям питания:

1. Включите мультиметр в режим измерения постоянного тока
2. Разорвите цепь +15В и подключите мультиметр последовательно
3. Измерьте ток потребления (обычно 1-5 мА для ОУ общего применения)
4. Повторите измерение для цепи -15В

Значительное превышение тока потребления указывает на неисправность ОУ.

Проверка входного сопротивления

Входное сопротивление исправного ОУ должно быть очень большим:

1. Отключите питание ОУ
2. Установите мультиметр в режим измерения сопротивления
3. Измерьте сопротивление между инвертирующим входом и общим проводом
4. Повторите для неинвертирующего входа

Типичные значения входного сопротивления — единицы или десятки МОм. Низкое сопротивление свидетельствует о пробое входных каскадов.

Проверка дифференциального усиления

Основная характеристика ОУ — коэффициент усиления разностного сигнала:

1. Подайте на инвертирующий вход напряжение +1мВ
2. На неинвертирующий вход подайте 0В (землю)
3. Измерьте напряжение на выходе ОУ
4. Рассчитайте коэффициент усиления K = Uвых / Uвх

Для большинства ОУ коэффициент усиления составляет 20000-200000.

Проверка работы ОУ в линейном режиме

Для оценки линейности усиления ОУ:

1. Соберите схему неинвертирующего усилителя с Ku = 10
2. Подайте на вход напряжение 0.1В
3. Измерьте выходное напряжение (должно быть около 1В)
4. Повторите для входных напряжений 0.2В, 0.5В, 1В

Отклонение от линейной зависимости указывает на искажения в ОУ.

Проверка смещения нуля

Важный параметр ОУ — напряжение смещения нуля:

1. Замкните оба входа ОУ на землю
2. Измерьте напряжение на выходе

Для прецизионных ОУ смещение нуля не должно превышать единиц мВ.

Типичные неисправности операционных усилителей

Наиболее распространенные дефекты ОУ:

• Пробой входных каскадов (низкое входное сопротивление)
• Выход из строя выходного каскада (отсутствие усиления)
• Повышенное смещение нуля
• Самовозбуждение, генерация
• Асимметрия питания

При обнаружении любой из этих неисправностей ОУ подлежит замене.

Заключение

Проверка операционного усилителя мультиметром позволяет оценить его общую работоспособность и выявить наиболее грубые дефекты. Для полноценного тестирования характеристик ОУ необходимо использовать специализированное измерительное оборудование. При любых сомнениях в исправности усилителя рекомендуется заменить его на заведомо исправный.

Как проверить операционный усилитель мультиметром. Методы проверки операционного усилителя

В радиолюбительской практике нередко приходится применять ОУ, извлеченные из старых конструкций или печатных плат. Как показывает практика, совсем нелишней оказывается проверка и микросхем, приобретенных на радиорынке.

Первый метод тестирования основан на использовании ОУ как повторителя напряжения. Рассмотрим его на примере простейшего ОУ с внутренней коррекцией LM358N.

Подключение внешних выводов показано на рис. 1 а на рис.2 — схема тестирования. Для установки ОУ используется панелька DIP-8, но можно использовать и DIP-14/I6. Все детали подлаивают к панельке по возможности короткими выводами. Поскольку в одном корпусе LM358N содержится два ОУ, первоначально проверяют первый (выводы 1, 2, 3). а далее второй (5, 6, 7). Конденсатор СЗ монтируют непосредственно на панельке. Далее собирают тест-схему рис.2, подают на нее питание. Резистор R2 используется в случае, если в применяемом БП отсутствует регулировка тока защиты.

ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Если же она есть, то R2 не устанавливают, но ток защиты БП включают на важность тока к.з. 10…20 мА. К выходу ОУ подключают вольтметр постоянного напряжения PV с пределом 20 В. В ряде случаев элементы R1, CI, C2 можно не устанавливать. После включения переводим SA1 из одного положения в другое и наблюдаем за вольтметром. Если ОУ исправен, то в положении «1» переключателя вольтметр должен показывать почти напряжение питания, а в положении «О» — близкое к нулю.
Второй метод тестирования базируется на основе схемы включения ОУ как компаратора, т.е. сравнения двух напряжений (рис.3). К монтажу этой схемы предъявляются те же требования, что и предыдущей. С помощью R1 устанавливают напряжение в несколько волы, которое контролируют высокоомным вольтметром PV1. Примерно такое же напряжение надобно установить и резистором R2, контролируемое также высокоомным PV2.

ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Напряжение на выходе ОУ контролируют вольтметром PV3, причем для исправного ОУ оно будет скачкообразно изменяться от практически питающего до почти нуля при небольшом перемещении движка R1 в ту или другую сторону. Номиналы резисторов R1, R2 можно избирать любые в диапазоне от 10 кОм до 1 МОм, но они должны быть одинаковыми. Разумеется, совсем необязательно применять в рассмотренной схеме три вольтметра, это может быть один, подключаемый попеременно в три точки.
В заключение отметим, что вторая схема более универсальна, т.к. позволяет испытывать ОУ, не содержащие встроенной коррекции («противовозбудной»), без установки последней внешними элементами.

Владислав Артеменко, UT5UDJ, г Киев

Операционный усилитель (ОУ) англ. Operational Amplifier (OpAmp), в народе – операционник, является усилителем постоянного тока (УПТ) с очень большим коэффициентом усиления. Словосочетание «усилитель постоянного тока» не означает, что операционный усилитель может усиливать только постоянный ток. Имеется ввиду, начиная с частоты в ноль Герц, а это и есть постоянный ток.

Термин «операционный» укрепился давно, так как первые образцы ОУ использовались для различных математических операций типа интегрирования, дифференцирования, суммирования и тд. Коэффициент усиления ОУ зависит от его типа, назначения, структуры и может превышать 1 млн!

Схема операционного усилителя

На схемах операционный усилитель обозначается вот так:

или так

Чаще всего ОУ на схемах обозначаются без выводов питания

Вход со знаком «плюс» называют НЕинвертирующий, а вход со знаком «минус» инвертирующий. Не путайте эти два знака с полярностью питания! Они НЕ говорят о том, что надо в обязательном порядке подавать на инвертирующий вход сигнал с отрицательной полярностью, а на НЕинвертирующий сигнал с положительной полярностью, и далее вы поймете почему.

Питание операционных усилителей

Если выводы питания не указаны, то считается, что на ОУ идет двухполярное питание +E и -E Вольт. Его также помечают как +U и -U, V CC и V EE , Vc и V E . Чаще всего это +15 и -15 Вольт. Двухполярное питание также называют биполярным питанием. Как это понять – двухполярное питание?

Давайте представим себе батарейку

Думаю, все вы в курсе, что у батарейки есть “плюс” и есть “минус”. В этом случае “минус” батарейки принимают за ноль, и уже относительно нуля считают батарейки. В нашем случае напряжение батарейки равняется 1,5 Вольт.

А давайте возьмем еще одну такую батарейку и соединим их последовательно:

Итак, общее напряжение у нас будет 3 Вольта, если брать за ноль минус первой батарейки.

А что если взять на ноль минус второй батарейки и относительно него уже замерять все напряжения?

Вот здесь мы как раз и получили двухполярное питание.

Идеальная и реальная модель операционного усилителя

Для того, чтобы понять суть работы ОУ, рассмотрим его идеальную и реальную модели.

1) идеального ОУ бесконечно большое.

В реальных ОУ значение входного сопротивления зависит от назначения ОУ (универсальный, видео, прецизионный и т.п.) типа используемых транзисторов и схемотехники входного каскада и может составлять от сотен Ом и до десятков МОм. Типовое значение для ОУ общего применения – несколько МОм.

2) Второе правило вытекает из первого правила. Так как входное сопротивление идеального ОУ бесконечно большое, то входной будет равняться нулю.

На самом же деле это допущение вполне справедливо для ОУ с на входе, у которых входные токи могут быть меньше пикоампер. Но есть также ОУ с на входе. Здесь уже входной ток может быть десятки микроампер.

3) Выходное сопротивление идеального ОУ равняется нулю.

Это значит, что напряжение на выходе ОУ не будет изменяться при изменении тока нагрузки. В реальных ОУ общего применения составляет десятки Ом (обычно 50 Ом).
Кроме того, выходное сопротивление зависит от частоты сигнала.

4) Коэффициент усиления в идеальном ОУ бесконечно большой. В реальности он ограничен внутренней схемотехникой ОУ, а выходное напряжение ограничено напряжением питания.

5) Так как коэффициент усиления бесконечно большой, следовательно, разность напряжений между входами идеального ОУ равняется нулю. Иначе если даже потенциал одного входа будет больше или меньше хотя бы на заряд одного электрона, то на выходе будет бесконечно большой потенциал.

6) Коэффициент усиления в идеальном ОУ не зависит от частоты сигнала и постоянен на всех частотах. В реальных ОУ это условие выполняется только для низких частот до какой-либо частоты среза, которая у каждого ОУ индивидуальна. Обычно за частоту среза принимают падение усиления на 3 дБ или до уровня 0,7 от усиления на нулевой частоте (постоянный ток).

Схема простейшего ОУ на транзисторах выглядит примерно вот так:

Принцип работы операционного усилителя

Давайте рассмотрим, как работает ОУ

Принцип работы ОУ очень прост. Он сравнивает два напряжения и на выходе уже выдает отрицательный, либо положительный потенциал питания. Все зависит от того, на каком входе потенциал больше. Если потенциал на НЕинвертирующем входе U1 больше, чем на инвертирующем U2, то на выходе будет +Uпит, если же на инвертирующем входе U2 потенциал будет больше, чем на НЕинвертирующем U1, то на выходе будет -Uпит. Вот и весь принцип;-).

Давайте рассмотрим этот принцип в симуляторе Proteus. Для этого выберем самый простой и распространенный операционный усилитель LM358 (аналоги 1040УД1, 1053УД2, 1401УД5) и соберем примитивную схему, показывающую принцип работы

Подадим на НЕинвертирующий вход 2 Вольта, а на инвертирующий вход 1 Вольт. Так как на НЕинвертирующем входе потенциал больше, то следовательно, на выходе мы должны получить +Uпит. Мы получили 13,5 Вольт, что близко к этому значению

Но почему не 15 Вольт? Виновата во всем сама внутренняя схемотехника ОУ. Максимальное значение ОУ не всегда может равняться положительному либо отрицательному напряжению питания. Оно может отклоняться от 0,5 и до 1,5 Вольт в зависимости от типа ОУ.

Но, как говорится, в семье не без уродов, и поэтому на рынке уже давно появились ОУ, которые могут выдавать на выходе допустимое напряжение питания, то есть в нашем случае это значения, близкие к +15 и -15 Вольтам. Такая фишка называется Rail-to-Rail, что в дословном переводе с англ. “от рельса до рельса”, а на языке электроники “от одной шины питания и до другой”.

Давайте теперь на инвертирующий вход подадим потенциал больше, чем на НЕинвертирущий. На инвертирующий подаем 2 Вольта, а на НЕинвертирующий подаем 1 Вольт:

Как вы видите, в данный момент выход “лег” на -Uпит, так как на инвертирующем входе потенциал был больше, чем на НЕинвертирующем.

Чтобы не качать лишний раз программный комплекс Proteus, можно в онлайне с помощью программы Falstad сэмулировать работу идеального ОУ. Для этого выбираем вкладку Circuits—Op-Amps—>OpAmp. В результате на вашем экране появится вот такая схемка:

На правой панели управления увидите бегунки для добавления напряжения на входы ОУ и уже можете визуально увидеть, что получится на выходе ОУ при изменении напряжения на входах.

Итак, мы рассмотрели случай, когда напряжение на входах может различаться. Но что будет, если они будут равны? Что нам покажет Proteus в этом случае? Хм, показал +Uпит.

А что покажет Falstad? Ноль Вольт.

Кому верить? Никому! В реале, такое сделать невозможно, чтобы на два входа загнать абсолютно равные напряжения. Поэтому такое состояние ОУ будет неустойчивым и значения на выходе могут принимать значения или -E Вольт, или +E Вольт.

Давайте подадим синусоидальный сигнал амплитудой в 1 Вольт и частотой в 1 килоГерц на НЕинвертирующий вход, а инвертирующий посадим на землю, то есть на ноль.

Смотрим, что имеем на виртуальном осциллографе:

Что можно сказать в этом случае? Когда синусоидальный сигнал находится в отрицательной области, на выходе ОУ у нас -Uпит, а когда синусоидальный сигнал находится в положительной области, то и на выходе имеем +Uпит. Также обратите внимание на то, что напряжение на выходе ОУ не может резко менять свое значение. Поэтому, в ОУ есть такой параметр, как скорость нарастания выходного напряжения V Uвых .

Этот параметр показывает насколько быстро может измениться выходное напряжение ОУ при работе в импульсных схемах. Измеряется в Вольт/сек. Ну и как вы поняли, чем больше значение этого параметра, тем лучше ведет себя ОУ в импульсных схемах. Для LM358 этот параметр равен 0,6 В/мкс.

При участии Jeer

Всем привет. Сегодня предлагаю вашему вниманию краткую заметку по покупке OPA627U.
Бродя по ebay и прицениваясь к качественным ОУ, наткнулся на достаточно дешёвые OPA627U (2шт/лот), в состоянии б/у.
Так как это вполне ходовой и при этом дорогой ОУ, китайцы подделывают его не стесняясь. Вот например разбор такой ситуации:

В связи с этим, брать в таких местах дорогие компоненты, будь это операционник или например мощный драйвер для Mosfet, стрёмно (проверено на собственном негативном опыте).

При этом, продавцы либо продают ОУ за бесценок (тут 99% подделка), либо очень дорого (тогда какой смысл тогда брать у них, если в оффлайне цена примерно такая же?). Про Aliexpress лучше промолчать… Хоть и выиграешь диспут, но время потратишь.

Цена на новый ОУ, в надёжных магазинах, около 25$ за штуку: , здесь же два за 6.5$ (доставка платная 4$).

Сабж привлёк меня тем что он вроде как б/у, и при этом у продавца достаточно много заказов без негативных отзывов.
Продавец шлёт сразу два ОУ, что весьма удобно. Судя по всему, они у него уже заканчиваются.

Итак, что же прислали (извиняюсь за плохенькое качество фото):

Насколько можно видеть, ОУ действительно б/у, по крайней мере паянные (на глаз кстати сложно заметить), но в очень хорошем состоянии. Насколько я понимаю, год выпуска — 2000.

Проверка ОУ.

В поисках информации о проверке оригинальности таких ОУ, я наткнулся на следующий топик с вегалаба:

Наверное, самым правильным способом проверки тут было бы тестирование на заявленные шумы, с использованием осциллографа (насколько я понимаю с учётом шумов по питанию). К сожалению, у меня такой возможности пока нет.
В итоге проверил сопротивление между 1 и 5 ногами микросхемы, на каждом ОУ, вот что получилось:

Как видим, в сопротивление в районе 50кОм, типо оригинал).

Данные ОУ, я проверил, они работают нормально. Про аудио тесты я писать не стану, дабы не разводить споры, да и не успел я ещё их погонять серьёзно, только проверил работоспособность.

Кроме этого, пока что жду переходники под них (to DIP8): , что бы погонять этот хвалёный ОУ в разных тестах, именно при прослушивании музыки.

Надеюсь, тем кто искал этот ОУ за вменяемые деньги эта заметка поможет, так как сабж похож на оригинал.

Планирую купить +13 Добавить в избранное Обзор понравился +26 +42

Существует большое разнообразие данных микросхем, и они несовместимы между собой по расположению выводов. Эти микросхемы можно проверить, задав рабочий режим, что можно сделать на специально собранном для конкретного случая стенде, куда микросхема подключается при помощи универсальной контактной панельки, либо же проверку проводить уже в составе собранной на них схеме. Второе более удобно, так как требуег меньше времени.

Теперь непосредственно о проверке. Прежде всего, надо измерить уровни питающих напряжений, напряжения на входах микросхемы, атакже на выходе (цифровым вольтметром). Обычно, если известны номиналы резисторов отрицательной обратной связи, то, посчитав коэффициентусиления, можно сделать выводы о том, что должно быть на выходе и с каким знаком, конечно, если это линейный усилитель.

Сомнения могут возникнуть при проверке более сложных схем (интеграторов, автогенераторов и др.). В этом случае можно воспользоваться другим методом. Как вы знаете, любой операционный усилитель легко заставить работать в режиме компаратора. Для этого мы можем временно подать поочередно на прямой и инверсный входы микросхемы от внешнего источника небольшое напряжение через ограничивающий ток резистор (рис. 6.17). Напряжение на выходе «операционника» при этом надо контролировать цифровым вольтметром или осциллографом (при нормальной работе мы увидим переключение выхода).

Рис. 6.17. Принцип проверки операционных усилителей

Осциллограф для проведения таких измерений более удобен, так как он дает возможность обнаружить не только изменение уровней на выходе, но и наличие непредусмотренного самовозбуждения каскадов (автогенерацию).

Источник: Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 6. — M / СОЛОН-Пресс, 2005. 240 с.

В табл. 1.4 и 1.5 представлены электрические характеристики сол­нечных модулей и батарей. Таблица 1.4. Электрические характеристики солнечных модулей отечественного производства ФСМ-50 50 21 2,95 10720 ФСМ-55 55 21 3,15 1028x450x28…….

В исправном элементе при прозвонке между силовыми цепями должно быть бесконечно большое сопротивление, а между управляющим электродом и одним из выводов (катодом у тиристо- pa) небольшое сопротивление (от 30 до…….

Чтобы в труднодоступных местах быстро закрутить маленькие винты (и не потерять их при отвинчивании) потребуется отвертка с магнитом. Такую отвертку несложно сделать из обычной. Достаточно намотать на стержень отвертки 100-200…….

Будьте осторожны, обезопасьте себя от ударов током или разъединения разъемов и частей стиральной машины при поиске неисправностей. Соблюдайте меры электробезо­пасности! Прежде всего, проверьте соединения каждого разъема. Если вы заменяете PWB…….

дистанционного управления (ПДУ) В пультах 90% занимают дефекты двух типов: 1) некоторые кнопки не работают (обычно те, которые часто нажимали). В этом случае необходимо вырезать кусочек фольги и…….

При налаживании различных схем с применением операционных усилителей (ОУ) возникает необходимость предварительно, до установки на плату, проверить ОУ на работоспособность по принципу годен.негоден. Как видно из схемы, приведенной на рис.1, проверяемый ОУ включен повторителем напряжения, на неинвертирующий вход которого с выхода усилителя подается напряжение через трехзвенный цепочечный RC-четырехполюсник с нулевым сдвигом фазы.

Этот генератор вырабатывает колебания, близкие по форме к прямоугольным. Так как выходной ток ОУ широкого применения обычно недостаточен для яркого свечения светодиодов, то на выходе ОУ включен усилитель тока, выполненный по двухконтактной схеме на транзисторах с разным типом проводимости. При исправном ОУ светодиоды поочередно светятся. Если горит один из светодиодов, то такой усилитель негоден.
Для питания схемы использован двуполярный источник питания с номинальным напряжением для большинства типов ОУ.
В данной схеме можно проверить операционные усилители КР140УД608 (К140УД6), КР140УД708 (К140УД7), К140УД18, К544УД1, а также другие с учетом их цоколевки и при необходимости цепей частотной коррекции.
Схему проверки можно смонтировать на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 55х42,5 мм и толщиной 1,5 мм. Расположение токопроводящих дорожек на плате и радиоэлементов показано на рис.2. Пассивные элементы любого типа, например, конденсаторы С1.С3 типа К73-17, конденсаторы С4, С5 типа К10-17, резисторы мощностью 0,125 или 0,25 Вт. Светодиоды любого типа видимого излучения с любым цветом свечения. Яркость свечения их устанавливают подбором R4.
Данную схему можно использовать как «мигалку» даже с лампами накаливания.
Для этого при необходимости транзисторы VT1, VT2 выполняют составными и подбирают напряжение питания под тип применяемых ламп.
Литература РАДІОАМАТОР 6.2000

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 05.10.2014

  Данный предусилитель прост и имеет хорошие параметры. Эта схема основана на TCA5550, содержащий двойной усилитель и выходы для регулировки громкости и выравнивания ВЧ, НЧ, громкости, баланса. Схема потребляет очень малый ток. Регуляторы необходимо как можно ближе расположить к микросхеме, чтобы уменьшить помехи, наводки и шум. Элементная база R1-2-3-4=100 Kohms C3-4=100nF …

• 16.11.2014

  На рисунке показана схема простого 2-х ваттного усилителя (стерео). Схема проста в сборке и имеет низкую стоимость. Напряжение питания 12 В. Сопротивление нагрузки 8 Ом. Схема усилителя Рисунок печатной платы (стерео)

• 20.09.2014

  Его смысл pазличен для pазных моделей винчестеpов. В отличие от высокоуpовневого фоpматиpования — создания pазделов и файловой стpуктуpы, низкоуpовневое фоpматиpование означает базовую pазметку повеpхностей дисков. Для винчестеpов pанних моделей, котоpые поставлялись с чистыми повеpхностями, такое фоpматиpование создает только инфоpмационные сектоpы и может быть выполнено контpоллеpом винчестеpа под упpавлением соответствующей пpогpаммы. …

Интегральный стабилизатор 78L05: описание, примеры подключения, datasheet

Автор: Voltmarket

Время прочтения: 5 мин

Рейтинг статьи: (330)

Для некоторых жителей Украины стабилизатор напряжения стал неотъемлемым помощником, позволяющим забыть о проблемах, связанных с качеством электроснабжения. Многие игнорируют данную проблему, считая, что и без стабилизатора все прекрасно работает. Только вот значительный процент неисправностей электрооборудования связан именно с перепадами напряжения в питающей сети.

Иногда, установив стабилизатор, пользователи хотят убедиться, что он действительно работает и, соответственно, защищает. Именно поэтому в интернете можно встретить вопросы по типу “как проверить стабилизатор напряжения мультиметром”. Попробуем разобраться, о чем идет речь и как это сделать.

Схема включения и принцип работы

Принцип работы довольно прост. В стабилизаторе есть постоянная величина опорного напряжения, и если подаваемое напряжение меньше этого номинала, то транзистор будет закрыт и не допустит прохождение тока. Это отчетливо можно наблюдать на следующей схеме.

Если же эту величину превысить, регулируемый стабилитрон откроет P-N переход транзистора, и ток потечет дальше к диоду, от плюса к минусу. Выходное напряжение будет постоянным. Соответственно, если ток упадет ниже величины опорного напряжения, управляемый операционный усилитель закроется.

Как проверить электрический стабилизатор

Эта проверка выполняется довольно просто. Для этого необходимо взять следующие устройства:

• Две настольные лампы.
• Стабилизатор.
• Электрическую плитку.
• Удлинитель питания с 3-мя гнездами.

1. Вставить вилку удлинителя в домашнюю розетку.
2. Стабилизатор подключить к удлинителю.
3. К стабилизатору подключить настольную лампу на 60 Вт.
4. Подключить электрическую плитку к удлинителю.

Если стабилизатор функционирует нормально, то работа плитки не повлияет на свет лампочки, а ели лампу подключить напрямую к удлинителю, то при включении плитки свет станет слабее. Это объясняется тем, что мощный потребитель в виде плитки значительно снижает напряжение и лампа, подключенная к сети до прибора, станет выдавать меньше света. Но лампа, питающаяся после стабилизатора напряжения, не будет реагировать на повышение нагрузки.

Случается, и такая ситуация, когда люди не понимают работу стабилизатора, и сетуют на его плохую работу, хотя дело совершенно не в этом. Это получается так, что стабилизатор обесточивает нагрузку неожиданно, при стирке белья в машине автомате. Но в этом нет никаких неисправностей. Стиральная машина-автомат является мощным потребителем электрической энергии, но ее мощность распределяется неравномерно. При нагревании воды мощность может достигать до 5 кВт, а при обычной стирке уменьшается до 2 кВт. Из уроков физики средней школы известно, что если на входе трансформатора уменьшить напряжение, а на выходе увеличить напряжение, то выходная мощность также значительно снизится. Смотрите статью про стабилизатор для стиральной машины.

Цоколевка и технические параметры

Операционный усилитель выпускается в разных корпусах. Изначально это был корпус ТО-92, но со временем его сменил более новый вариант SOT-23. Ниже изображена распиновка и виды корпусов начиная с самого “древнего” и заканчивая обновлённой версией.

На рисунке можно наблюдать, что у tl431 цоколевка изменяется в зависимости от типа корпуса. У tl431 имеются отечественные аналоги КР142ЕН19А, КР142ЕН19А. Существуют и зарубежные аналоги tl431: KA431AZ, KIA431, LM431BCM, AS431, 3s1265r, которые ничем не уступают отечественному варианту.

Схема простейшего метода проверки напряжения стабилитрона

Радиолюбители и все те, кто хорошо дружит с электроникой знают, что задача нахождения стабилитрона с нужными характеристиками (рабочим напряжением) скучная и кропотливая. Случается, что нужно перебрать очень много разных экземпляров, пока не найдётся нужное значение Vz. Проверка состояния стабилитрона обычно делается с помощью обычной шкалы мультиметра для измерения диодов, этот тест дает нам точное представление о состоянии компонента, но не дает нам определить значение Vz. В общем тестер стабилитронов это действительно удобный прибор, когда мы хотим быстро выяснить значение напряжения Vz.

Характеристика TL431

Этот операционный усилитель работает с напряжением от 2,5 до 36В. Ток работы усилителя колеблется от 1А до 100 мА, но есть один важный нюанс: если требуется стабильность в работе стабилизатора, то сила тока не должна опускаться ниже 5 мА на входе. У тл431 имеется величина опорного напряжения, которая определяется по 6-й букве в маркировке:

• Если буквы нет, то точность равняется – 2%.
• Буква А в маркировке свидетельствует о – 1% точности.
• Буква В говорит о – 0,5% точности.

Более развернутая техническая характеристика изображена на рис. 4

В описании tl431A можно увидеть, что величина тока довольна мала и составляет заявленные 100мА, а величина мощности, которую рассеивают эти корпуса, не превышает сотен милливатт. Этого мало. Если предстоит работать с более серьезными токами, то будет правильнее воспользоваться мощными транзисторами с улучшенными параметрами.

Емкость стабилитрона

Как правило, информация о том, сколько вольт имеет стабилитрон, указана на корпусе самого аппарата. Также эти данные указываются в технической документации. В случае, если надписи и документации нет, есть третий вариант того, как узнать, на сколько вольт стабилитрон — поискать эту информацию в интернете. Старые модели можно отыскать в интернет-справочниках. Зарубежные модели имеют более простую маркировку, нежели российские аналоги. Все сведения отражаются на корпусе устройства под буквой V.

Проверка стабилизатора

Сразу возникает уместный вопрос о том, как проверить tl431 мультиметром. Как показывает практика, одним мультиметром проверить не получится. Для проверки tl431 мультиметром следует собрать схему. Для этого понадобятся: три резистора (один из них подстроечный), светодиод или лампочка, источник постоянного тока 5В.

Резистор R3 необходимо подобрать таким образом, чтобы он ограничил ток до 20мА в цепи питания. Его номинал составляет примерно 100Ом. Резисторы R2 и R3 выполняют роль балансира. Как только напряжение будет 2,5 В на управляющем электроде, то переход светодиода откроется, и напряжение пойдет через него. Эта схема хороша тем, что светодиод выполняет роль индикатора.

Источник постоянного тока – 5В является фиксированным, а управлять микросхемой tl431 можно с помощью переменного резистора R2. Когда питание на микросхему не подается, то диод не горит. После того как сопротивление изменяется при помощи подстроечного резистора, светодиод загорается. После этого мультиметр нужно включить в режим измерения постоянного тока и замерить напряжение на управляющем выводе, которое должно составлять 2,5. Если напряжение присутствует и светодиод горит, то элемент можно считать рабочим.

Можно и нужно ли проверять стабилизатор мультиметром

Со стабилитроном разобрались, а вот как проверить электрический стабилизатор? Тот самый, который устанавливается дома для защиты бытовой техники и электроники.

Стабилизатор напряжения является устройством комплексным, работающим под управлением микроконтроллера. Наличие в схеме “мозгов” позволяет прибору самостоятельно контролировать свое состояние, сообщив об ошибке и обесточив нагрузку в случае неисправности. Сообщения об ошибке могут иметь самый разный формат: красный светодиод, шифр на LED-дисплее, либо полноценное сообщение на графическом или ЖК дисплее. Если со стабилизатором что-то случится, Вы об этом обязательно узнаете и без мультиметра.

Наиболее часто неисправности возникают в релейных и сервоприводных стабилизаторах, так как в первом случае что-то может случиться с реле, а во втором — с токосъемной щеткой или сервомотором. Максимум, что в этой ситуации может сделать рядовой пользователь с мультиметром в руках — это прозвонить контакты и катушки реле, хотя, по-хорошему, следует сразу же обратиться в сервис за помощью специалистов. Неумелыми действиями можно навредить не только стабилизатору, но и себе. О вмешательстве в схему управления и говорить не стоит.

Стабилизатор тока на tl431

На базе операционного усилителя тока tl431 можно создать простой стабилизатор. Для создания нужной величины U этого понадобятся три резистора. Необходимо высчитать номинал запрограммированного напряжения стабилизатора. Расчет можно произвести при помощи формулы: Uвых=Vref( 1 + R1/R2 ). Согласно формуле U на выходе зависит от величины R1 и R2. Чем больше сопротивление R1 и R2, тем ниже напряжение выходного каскада. Получив номинал R2, величину R1 можно высчитать следующим образом: R1=R2( Uвых/Vref – 1 ). Регулируемый стабилизатор возможно включить тремя способами.

Необходимо учесть немаловажный нюанс: сопротивление R3 можно рассчитать по той формуле, по которой рассчитывался номинал R2 и R2. В выходной каскад не стоит устанавливать полярный или неполярный электролит, во избежание помех на выходе.

Немного теории:

Стабилизаторы бывают линейные
и
импульсные
.
Линейный стабилизатор
представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади.
Преимущество
линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.
Недостаток
— низкий КПД, большое тепловыделение.
Импульсный стабилизатор
напряжения — это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть бо́льшую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, либо в режиме насыщения — с минимальным сопротивлением, а значит, может рассматриваться как ключ. Плавное изменение напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи её в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели, однако имеет свои особенности.
Преимущество
импульсного стабилизатора — высокий КПД, низкое тепловыделение.
Недостаток
— бОльшее количество элементов, наличие помех.

ЗУ для мобильного телефона

Стабилизатор можно применить как своеобразный ограничитель тока. Это свойство будет полезным в устройствах для зарядки мобильного телефона.

Если напряжение в выходном каскаде не достигнет 4,2 В, происходит ограничение тока в цепях питания. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор уменьшает величину напряжения – следовательно, падает и величина тока. За ограничение величины тока в схеме отвечают элементы схемы VT1 VT2 и R1-R3. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения показателя в 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.

На базе транзистора VT3 резко уменьшается величина тока. Происходит постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, что приводит к падению силы тока. Как только U подходит к отметке 4,2 В, стабилизатор tl431 начинает уменьшать его величину в выходных каскадах устройства, и заряд прекращается. Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:

• DA1 – TL431K – если нет в наличии этого элемента, то его можно заменить на tl4311, tl783ckc ;
• R1 – 2,2 Ом;
• R2 – 470 Ом;
• R3 – 100 кОм;
• R4 – 15 кОм;
• R5 – 22 кОм;
• R6 – 680 Ом;
• VT1, VT2 – BC857B;
• VT3 – az431 или az339p ;
• VT4 – BSS138.

Необходимо обратить особое внимание на транзистор az431. Для равномерного уменьшения напряжения в выходных каскадах желательно поставить транзистор именно az431, datasheet биполярного транзистора можно наблюдать в таблице.

Именно этот транзистор плавно уменьшает напряжение и силу тока. Вольт-амперные характеристики этого элемента хорошо подходят для решения поставленной задачи.

Операционный усилитель TL431 является многофункциональным элементом и дает возможность конструировать различные устройства: зарядные для мобильных телефонов, системы сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель обладает хорошими характеристиками и не уступает зарубежным аналогам.

Герой обзора:

Лот состоит из 10 микросхем в корпусе ТО-220. Стабилизаторы пришли в полиэтиленовом пакете, обмотанным вспененным полиэтиленом. Сравнение с наверно самым известным линейным стабилизатором 7805 на 5 вольт в таком же корпусе.

Тестирование:
Подобные стабилизаторы выпускаются многими производителями, вот ссылка на руководство от Texas Instruments. Расположение ножек следующее:

1 — регулировка; 2 — выход; 3 — вход. Собираем простейший стабилизатор напряжения по схеме из руководства:Вот что удалось получить при 3 положениях переменного резистора:

Результаты, прямо скажем так, не очень. Стабилизатором это назвать язык не поворачивается. Далее я нагрузил стабилизатор 25 Омным резистором и картина полностью преобразилась:

Далее я решил проверить зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, для чего задал входное напряжения 15В, подстроечным резистором выставил выходное напряжение около 5В, и выход нагрузил переменным 100 Омным проволочным резистором. Вот что получилось:

Ток более 0,8А получить не удалось, т.к. начало падать входное напряжение (БП слабый). В результате этого тестирования, стабилизатор с радиатором нагрелся до 65 градусов:

Для проверки работы стабилизатора тока, была собрана следующая схема:

Вместо переменного резистора я использовал постоянный, вот результаты тестирования:

Стабилизация по току тоже хорошая. Ну и как обзор может быть без сжигания героя? Для этого я собрал снова стабилизатор напряжения, на вход подал 15В, выход настроил на 5В, т.е. на стабилизаторе упало 10В, и нагрузил на 0,8А, т.е. на стабилизаторе выделялось 8Вт мощности. Радиатор убрал. Результат продемонстрировал на следующем видео:

⚡️Операционный усилитель как работает | radiochipi.ru

На чтение 7 мин Опубликовано 18.05.2015 Обновлено 07.07.2019

Во многих аналоговых схемах применяются операционные усилители.

В данной статье на сайте radiochipi.ru речь пойдёт именно об этом. Изучая цифровую электронику мы привыкли воспринимать логические элементы, как некие “черные ящички”, “кулики” из которых складываются схемы. Мы знаем их свойства, но не задумываемся над их внутренним содержанием.

Так и есть, давно принято, что цифровая схема состоит из логических элементов, а не из транзисторов и диодов. Такое отношение сформировалось и к операционным усилителями, таким элементам аналоговой техники.

Конструируя схему на ОУ или собирая готовую конструкцию, мы воспринимаем операционный усилитель (ОУ) как «ящик» с известными свойствами, и редко задумываемся над ого содержимым. Именно по этому, на схемах с ОУ уже давно никто не рисует схемы самих ОУ, а только их графическое обозначение (рис.1).

Если операционный усилитель подробно описывать, нажав на теорию, то получится хороший материал, если не для диссертации, то для дипломной работы ВУЗа (впрочем, как и в случае с простым транзисторным ключом). Мы же преследуем другую задачу, понять как он работает и что мы с этого можем иметь. Если, же кому-то не хватит теории, то можно обратиться к ВУЗовским учебникам.

— это элемент аналоговой электроники, так и будем его изучать. А в качестве «подопытного кролика» возьмем наиболее распространенную на нынешний день “модель” — КРН0УД608 (рис.1). Корпус КР140УД608 похож на разломанный пополам 16-вы водный корпус какой-то цифровой микросхемы (рисунок 1).

Он как раз в два раза короче чем, например, К561ИЕ10. С каждой из сторон по четыре вывода Ключ (точка, углубление, паз) расположен у торца от первого вывода. У любого операционного усилителя есть два входа и один выход. Входы разнополярные, у нашего “кролика” на вывод 3 выведен ПРЯМОЙ вход, а на вывод 2 — ИНВЕРСНЫЙ (выход — вывод 6).

Операционный усилитель усиливает сигнал приложенный к одному из его входов относительно другого, вернее, получается, что входной сигнал и есть разность потенциалов между его входами (или ток между его входами). Чтобы понять как этот выглядит на практике, можно собрать схему, показанную на рисунке 2.

В качестве элементов питания используем две “плоские” батарейки по 4.5 В каждая; включив их последовательно, и сделав вывод от середины (питание двуполярное). Контролировать напряжение будем все тем же мультиметром, а еще лучше двумя мультиметрами (типа М-838 или другими).

И так, в схеме на рисунке 2 инверсный вход (вывод 2) соединен с общим проводом (с средним выводом источника питания), а на прямой вход (вывод 3) подаем напряжение от переменного резистора R1. Вращая R1 и измеряя напряжение на выходе ОУ и на движке R1 можно понять, что установить R1 в такое положение, чтобы как выходе был 0V очень сложно (почти невозможно).

Если напряжение на движке R1 чуть больше 0V (чуть больше напряжения на инверсном входе), то на выходе будет около +4V, а если это напряжение чуть меньше 0V (отрицательное относительно общей точки источника питания), то на выходе будет (-4V). Теперь сменим точку подключения минусового провода мультиметра (рис. 3).

Теперь получается, что если напряжение на движке резистора R1 чуть больше 4,5 V. то на выходе будет примерно 8.5V, а если напряжение на движке R1 чуть меньше 4,5V, то на выходе будет примерно 0,5V. Таким образом, мы вернулись обратно к цифровой технике если на прямом входе напряжение больше чем на инверсном, то на выходе получается логическая единица, а если напряжение на прямом входе ниже чем на инверсном, то на выходе логический ноль (вот так от аналоговой до цифровой один шаг).

Теперь ради чистоты эксперимента, можно поменять местами подключения входов ОУ, и опять все проверить. Зависимость, изложенная выше подтвердится. Таким образом, если напряжение на прямом входе больше, то и на выходе оно тоже больше, а если напряжение на инверсном входе больше, то на выходе оно меньше. В этом и состоит разница между прямым и инверсным входами.

Так работает аналоговый компаратор, он служит для сравнения разных напряжений, поданных на его входы. В таком включении (рис.2, рис.3) коэффициент усиления ОУ стремится к бесконечности (около 30000). Но для работы в аналоговых схемах обычно требуется не компаратор, а усилитель, причем нужно чтобы коэффициент усиления этого усилитель можно было устанавливать “по вкусу”.

Чтобы операционный усилитель перестал быть компаратором необходимо ввести отрицательную обратную связь между его выходом и инверсным входом. Так и поступим, отключим инверсный вход от общего провода источника питания и подсоединим его к выходу (рисунок 4).

Теперь от огромного коэффициента усиления не осталось и следа. Коэффициент усиления в схеме на рис. 4 равен 1. То есть напряжение на выходе меняется точно так же как и напряжение на прямом входе. ОУ только повторяет входной сигнал и по напряжению его не усиливает. Все дело в том, что ООС стопроцентная.

Чтобы можно было установить любой желаемый коэффициент усиления нужно включить ОУ по схеме, показанной на рисунке 5 (или на рисунке 6). А коэффициент усиления будет определяться соотношением левой и правой (по схеме) частей переменного резистора R3 (рис. 5, рис 6) относительно точки расположения его движка. То есть, коэффициент усиления ОУ будет равен, для рисунка 5:

Ку =1*(R3np / R3n)
для рисунка 6:
Ку = —(R3np/R3n)
Где R3np — сопротивление правой части R3, а R3n — сопротивление левой части R3.

Входное сопротивление усилителя по рис. 6 будет равно R3n.
Входное сопротивление усилителя по рис. 5 определяется, в основном, входным сопротивлением прямого входа ОУ. И так, две типовые схемы включения любого операционного усилителя рисунок 7.

Эти схемы рассчитаны на работу с постоянным входным напряжением приложенным относительно общего провода питания, хотя конечно, они будут работать и с переменным входным напряжением, если оно не имеет постоянной составляющей.

Если переменное входное напряжение имеет постоянную составляющую (например, снимается с коллектора транзистора предварительного усилительного каскада), её необходимо удалить включив на входе разделительный конденсатор (рис. 8).

Существенный недостаток схем, показанных на рисунках 7 и 8 это необходимость в двухполярном источнике питания. Чтобы питать ОУ от однополярного источника, нужно его немного “обмануть”, сделать такую схему, в которой будет некоторое постоянное напряжение, равное половине напряжения питания, и подключать к этому напряжению его входы, как-бы к общему проводу питания. Если нужно усиливать только переменное напряжение, то такой “обман” вполне проходит.

На рисунке 9 показана схема инвертируеющего усилителя на ОУ, работающем с однопопярным питанием. Резисторы R3 и R4 имеют одинаковые сопротивления, и напряжение в точке их соединения будет равно половине напряжения питания. Эту точку соединяем в прямым входом ОУ, а конденсатор С2 подавляет различные помехи, которые могут иметь место в этой цепи.

Если нам нужен неинвертирующий усилитель, схема будет такая как на рисунке 10. В этом случае входное сопротивление будет практически равно сопротивлению каждого из резисторов R3 и R4.
Конденсатор С2 выполняет роль разделительного. Он пропускает переменный ток, и ООС зависит от сопротивлений R1 и R2. по переменному току, устанавливая требуемый коэффициент усиления по переменному току.

По постоянному току R1 как бы отсутствует, и инверсный вход соединен с выходом через R2, поэтому глубина ООС по постоянному току почти равна 100%, а, следовательно, коэффициент усиления по постоянному току такой схемы равен 1. Следует учесть, что в схемах на рис. 9 и 10 коэффициент усиления зависит не только от соотношения R1 и R2, но и от емкости разделительного конденсатора (С1 для рис. 9, С2 для рис. 10), поскольку С2 (рис. 10)

имеет реактивное сопротивление, складывающееся с сопротивлением R1, так что, коэффициент усиления будет зависеть от частоты входного сигнала, увеличиваться при её увеличении и уменьшаться при её уменьшении. Компаратор тоже может быть с однополярным питанием (рис.11).

Для экспериментов кроме операционного усилителя КР140УД608 можно использовать и другие ОУ, на рисунке 12 приводятся цоколевки других популярных ОУ. В качестве источника питания можно использовать две “батарейки” по 4,5 В каждая, например, 312S. 3R12. Переменные резисторы могут быть от 100 килоом до 1 мегаома.

Hardware

Всем привет!
В последнее время я по большей части ушел в цифровую и, отчасти, в силовую электронику и схемы на операционных усилителях использую нечасто. В связи с этим, повинуясь неуклонному закону полураспада памяти, мои знания об операционных усилителях стали постепенно тускнеть, и каждый раз, когда все-таки надо было использовать ту или иную схему с их участием, мне приходилось гуглить ее расчет или искать его в книгах. Это оказалось не очень удобно, поэтому я решил написать своего рода шпаргалку, в которой отразил наиболее часто используемые схемы на операционных усилителях, приведя их расчет, а также результаты моделирования в LTSpice.

Введение

В рамках данной статьи будет рассмотрено десять широко используемых схем на операционных усилителя. При написании данной статьи я исходил из того, что читатель знает, что такое операционный усилитель и хотя бы в общих чертах представляет, как он работает. Также предполагается, что ему известны базовые вещи теории электрических цепей, такие как закон Ома или расчет делителя напряжения.
Не следует воспринимать эту статью как законченное руководство по применению операционных усилителей в любых ситуациях. Для большого количества задач, действительно, этих схем может быть достаточно, однако в сложных проектах всегда может потребоваться что-то нестандартное.

1. Неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель наверное, наиболее часто встречающаяся схема включения операционного усилителя, она приведена на рисунке ниже.

В этой схеме усиливаемый сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя, а сигнал с выхода через делитель напряжения попадает на инвертирующий вход.
Расчет этой схемы прост, он строится исходя из того, что операционный усилитель, охваченный петлей обратной связи, отрабатывает входное воздействие таким образом, чтобы напряжение на инвертирующем входе было равно напряжению на неинвертирующем:

Из этой формулы легко получается коэффициент усиления неинвертирующего усилителя:

Рассчитаем и промоделируем неинвертирующий усилитель со следующими параметрами:

• Операционный усилитель LT1803
• Коэффициент усиления
• Частота входного сигнала
• Амплитуда входного сигнала
• Постоянна составляющая входного сигнала

Выберем из ряда Е96 и . Тогда коэффициент усиления будет равен

Результат моделирования данной схемы приведен на рисунке (картинка кликабельна):

Давайте теперь рассмотрим граничные случаи этого усилителя. Допустим, величина сопротивления резистора . При этом мы получим, что коэффициент усиления будет стремиться к бесконечности. На самом деле, конечно, это хоть и очень большая, но все-таки конечная величина, она обычно приводится в документации на микросхему конкретного операционного усилителя. С другой стороны, величина выходного напряжения реального операционного усилителя даже при бесконечно большом коэффициенте усиления не может быть бесконечно большой: она ограничена напряжением питания микросхемы. На практике она зачастую даже несколько меньше, за исключением некоторых типов усилителей, которые отмечены как rail-to-rail. Но в любом случае не рекомендуется загонять операционные усилители в предельные состояния: это приводит к насыщению их внутренних выходных каскадов, нелинейным искажениям и перегрузкам микросхемы. Поэтому данный предельный случай не несет какой-то практической пользы.
Гораздо больший интерес представляет собой другой предельный случай, когда величина сопротивления . Его мы рассмотрим в следующем разделе.

2. Повторитель

Как уже говорилось ранее, включение операционного усилителя по схеме повторителя это предельный случай неинвертирующего усилителя, когда один из резисторов имеет нулевое сопротивление. Схема повторителя приведена на рисунке ниже.

Как видно из формулы, приведенной в прошлом разделе, коэффициент передачи для повторителя равен единице, то есть выходной сигнал в точности повторяет входной. Зачем же вообще нужен операционный усилитель в таком случае? Он выступает в роли буфера, обладая высоким входным сопротивлением и маленьким выходным. Когда это бывает нужно? Допустим, мы имеем какой-то источник сигнала с большим выходным сопротивлением и хотим этот сигнал без искажения передать на относительно низкоомную разгрузку. Если мы это сделаем напрямую, без каких бы то ни было буферов, то неизбежно потеряем какую-то часть сигнала. Убедимся в этом с помощью моделирования схемы со следующими основными параметрами:

• Выходное сопротивление источника сигнала 10 кОм
• Сопротивление нагрузки 1 кОм
• Частота входного сигнала
• Амплитуда входного сигнала
• Постоянна составляющая входного сигнала

Моделирования будем проводить для двух случаев: в первом случае пусть источник сигнала работает на нагрузку через повторитель, а во втором случае напрямую.
Результаты моделирования приведены на рисунке ниже (картинка кликабельна): на верхней осциллограмме выходной и входной сигналы в точности совпадают друг с другом, тогда как на нижней сигнал на выходе в несколько раз меньше по амплитуде относительно сигнала на входе.

Вместо повторителя на операционном усилителе можно также использовать и эмиттерный повторитель на транзисторе, не забывая, однако, про присущие ему ограничения.

3. Инвертирующий усилитель (классическая схема)

В схеме инвертирующего усилителя входной сигнал подается на инвертирующий вывод микросхемы, на него же заведена и обратная связь. Неинвертирующий вход при этом подключается к земле (иногда к источнику смещения). Типовая схема инвертирующего усилителя приведена на рисунке ниже.

Для входной цепи инвертирующего усилителя можно записать следующее выражение:

Где напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя.
Поскольку операционный усилитель, охваченный петлей обратной связи, стремится выровнять напряжения на своих входах, то , и при заземленном неинвертирующем входе получаем

Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен

По инвертирующему усилителю можно сделать следующие выводы:

1. Инвертирующий усилитель инвертирует сигнал. Это значит, что необходимо применение двухполярного питания.
2. Величина модуля коэффициента усиления инвертирующего усилителя равна отношению резисторов цепи обратной связи. При равенстве номиналов двух резисторов коэффициент усиления равен -1, т.е. инвертирующий усилитель работает просто как инвертор сигнала.
3. Величина входного сопротивления инвертирующего усилителя равна величине резистора R1. Это важно, потому что при маленьких значениях R1 может сильно нагружаться предыдущий каскад.

Для примера рассчитаем инвертирующий усилитель со следующими параметрами:

• Операционный усилитель LT1803
• Коэффициент усиления
• Частота входного сигнала
• Амплитуда входного сигнала
• Постоянна составляющая входного сигнала

В качестве резисторов в цепи обратной связи выберем резисторы номиналами и : их отношение как раз равно десяти.
Результаты моделирования усилителя приведены на рисунке (картинка кликабельна).

Как видим, выходной сигнал в 10 раз больше по амплитуде, чем входной, и при этом проинвертирован.
Входное сопротивление данной схемы равно . А что будет, если источник сигнала будет иметь значительное выходное сопротивление, допустим, эти же 10 кОм? Результат моделирования этого случая представлен на рисунке ниже (картинка кликабельна).

Амплитуда выходного сигнала просела в два раза по сравнению с предыдущим случаем! Очевидно, что это все из-за того, что выходное сопротивление генератора в этом случае равно входному сопротивлению инвертирующего усилителя. Таким образом, стоит всегда помнить про эту особенность инвертирующего усилителя. Как же быть, если все-таки требуется обеспечить работу источника сигнала с высоким выходным сопротивлением на инвертирующий усилитель? В теории надо увеличивать сопротивление R1. Однако одновременно с эти будет расти и сопротивление R2. Если мы хотим обеспечить входное сопротивление схемы в 500 кОм при коэффициенте усиления 10, резистор R2 должен иметь сопротивление в 5 МОм! Такие большие номиналы сопротивлений применять не рекомендуется: схема будет очень чувствительной к наводкам, пыли и флюсу на печатной плате. Есть ли какие-то выходы из этой ситуации? На самом деле да. Можно, например, использовать буфер-повторитель, который мы рассмотрели в прошлом разделе. А можно еще применить схему с Т-образным мостом в обратной связи, про нее поговорим в следующем разделе.

4. Инвертирующий усилитель с Т-образным мостом в цепи ОС

Схема инвертирующего усилителя с Т-образным мостом в цепи обратной связи приведена на рисунке ниже.

Коэффициент усиления этой схемы равен

Рассчитаем усилитель со следующими параметрами:

• Операционный усилитель LT1803
• Коэффициент усиления
• Частота входного сигнала
• Амплитуда входного сигнала
• Постоянна составляющая входного сигнала
• Входное сопротивление

Расчет показывает, что следящие номиналы резисторов должны сформировать усилитель с Т-образным мостом, отвечающий заявленным требованиям:

Результаты моделирования схемы усилителя приведены на рисунке ниже (картинка кликабельна).

Попробуем теперь подключить источник с выходным сопротивлением 10 кОм, как мы это сделали в предыдущем разделе. Получим такую картинку (кликабельно):

Выходной сигнал практически не изменился по амплитуде по сравнению с предыдущим моделированием, и это ни в какое сравнение не идет с тем, насколько он проседал в схеме простого инвертирующего усилителя без Т-моста. Кроме того, как мы видим, эта схема позволяет обойтись без мегаомных резисторов даже при больших коэффициентах усиления и значительном входном сопротивлении.

5. Инвертирующий усилитель в схемах с однополярным питанием

Схемы с однополярным питанием распространены гораздо больше, чем схемы с двухполярным. Вместе с тем, как мы выяснили в прошлых двух разделах, при использовании схемы инвертирующего усилителя у нас меняется знак выходного напряжения, что влечет за собой обязательное применение двухполярного источника питания. Можно ли как-то обойти это ограничение и использовать инвертирующий усилитель в схемах с однополярным питанием? На самом деле можно, для этого надо на неинвертирующий вход усилителя подать напряжение смещения как показано на рисунке ниже

Примечание

Позиционные обозначения R1 и R2 показаны условно. Они одни и те же для разных резисторов на схеме, что, конечно, невозможно для реальной схемы, однако допускается на рисунке для подчеркивания того, что эти резисторы имеют одинаковые номиналы.

Расчет этой схемы строится все на том же принципе равенства напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах усилителя. Ток через цепочку резисторов R1-R2 инвертирующего плеча равен

Отсюда напряжения на инвертирующем входе равно

Напряжение на неинвертирующем входе равно

Исходя из принципа равенства напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах получаем

Таким образом, напряжение на выходе операционного усилителя равно

Отсюда делаем вывод, что для корректной работы напряжения смещения должно быть больше максимального входного напряжения с учетом подаваемого на вход напряжения смещения.
Промоделируем схему инвертирующего усилителя со следующими параметрами:

• Операционный усилитель LT1803
• Коэффициент усиления
• Частота входного сигнала
• Амплитуда входного сигнала
• Постоянна составляющая входного сигнала
• Напряжение источника смещения

Результаты моделирования приведены на рисунке ниже (картинка кликабельна)

Как видим, мы получили усиленный в 10 раз инвертированный сигнал, при этом сигнал проинвертировался, однако, не залез в отрицательную область.

6. Инвертирующий сумматор

Операционный усилитель можно использовать для суммирования различных сигналов. С помощью резисторов можно задавать вес каждого из сигнала в общей сумме. Схема инвертирующего сумматора приведена на рисунке ниже.

Расчет инвертирующего сумматора очень прост и основывается на принципе суперпозиции: суммарный выходной сигнал равен сумме отдельных составляющих:

Рассчитаем и произведем моделирование инвертирующего сумматора со следующими параметрами:

• Операционный усилитель LT1803
• Частота входного сигнала
• Амплитуда входного сигнала 1
• Амплитуда входного сигнала 2
• Амплитуда входного сигнала 3
• Вес сигнала 1
• Вес сигнала 2
• Вес сигнала 3

Для обеспечения требуемых весов , и выберем сведущие номиналы резисторов из ряда Е96:

Результат моделирования приведен на рисунке ниже (картинка кликабельна).

Видим, что выходной сигнал проинвертирован и усилен в соответствии с выражением, приведенным выше. Однако стоит всегда помнить, что приведенное выше выражение верно для постоянных напряжений (либо же мгновенных значений переменного сигнала). Если же сдвинуть сигналы по фазе или если они будут обладать разной частотой, то результат будет совершенно другим. Аналитически его можно рассчитать, воспользовавшись формулами преобразования тригонометрических выражений (в случае, если мы имеем дело с синусоидальными сигналами). В качестве примера на рисунке ниже приведен результат моделирования инвертирующего сумматора для случая сдвинутых по фазе входных сигналов (изображение кликабельно).

Как видим, итоговый сигнал не превышает по амплитуде сигнал , а также имеет в начальной части артефакты, вызванные постепенным появлениями сигналов на входах.
Необходимо также помнить, что инвертирующий сумматор по сути все тот же инвертирующий усилитель, и его входное сопротивление определяется величиной резистора в цепи обратной связи, поэтому его надо аккуратно применять в случаях, если источник сигнала имеет большое выходное сопротивление.

7. Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель предназначен для усиления разности сигналов, поступающих на его входы. Такое включение усилителей широко используется, например, для усиления сигнала с резистора-шунта-датчика тока. Что немаловажно, операционный усилитель в таком включении помимо, собственно, усиления сигнала, давит синфазную помеху.
Схема дифференциального усилителя приведена на рисунке.

Для дифференциального усилителя можно записать следующие выражения:

Решая эту систему уравнений, получаем

Если мы примем, что

то данное выражение упрощается и преобразуется в

Таким образом, коэффициент усиления дифференциального сигнала определяется отношением R2 к R1.
Эта формула (да и сама схема включения дифференциального усилителя) очень похожа на рассмотренный ранее случай инвертирующего усилителя в схеме с однополярным питанием. Действительно, все так и есть: схема инвертирующего усилителя с однополярным питанием и напряжением смещения есть частный случай дифференциального усилителя, просто в ней на один из входов подается не какой-то переменный сигнал, а постоянное напряжение.
Произведем моделирование схемы со следующими параметрами:

• Операционный усилитель LT1803
• Коэффициент усиления
• Частота входного сигнала
• Амплитуда входного сигнала 1
• Амплитуда входного сигнала 2
• Величина усиливаемого сигнала

Результаты моделирования приведены на рисунке ниже (изображение кликабельно).

Как видим, разница между сигналами и в 5 мВ оказалась усиленной в 50 раз и стала 250 мВ.
Посмотрим теперь, как дифференциальный усилитель давит синфазную помеху. Для этого подключим к сигналам и общий генератор белого шума и произведем моделирование, его результаты представлены на рисунке (картинка кликабельна).

На верхней осциллограмме приведены сигналы и с добавленной помехой: самого сигнала уже даже не видно за шумами. На нижней осциллограмме приведен результат работы дифференциального усилителя. Поскольку помеха одна и та же для инвертирующего и неинвертирующего входа, дифференциальный усилитель ее убирает, и в результате мы имеем чистый сигнал, не отличающийся от случая без помехи. Однако стоит все же помнить, что способность операционного усилителя давить синфазную помеху не бесконечна, данный параметр обычно приводится в документации на операционный усилитель. Кроме того, нельзя забывать и про величину входного сопротивления дифференциального усилителя со стороны инвертирующего входа: оно по-прежнему может быть невелико.

8. Источник тока

Операционный усилитель при определенном включении может работать как источник тока. Источник тока поддерживает постоянный ток вне зависимости от величины сопротивления нагрузки (в идеальном источнике нагрузка может быть вообще любая, в реальном не больше какой-либо величины, пропорциональной максимально возможному напряжению, которое может сформировать на ней источник тока). Возможно как минимум две схемы источника тока на операционном усилителе: с плавающей нагрузкой и с заземленной нагрузкой. Схема источника тока с плавающей нагрузкой предельно проста и приведена на рисунке ниже

Как видим, на неинвертирующий вход подается опорное напряжение, а в роли нагрузки выступает один из элементов обратной связи. Величина тока при этом определяется следующим выражением

Однако все-таки чаще требуется, чтобы нагрузка была заземлена. В этому случае схема немного усложняется: потребуется дополнительный транзистор. Для этих целей лучше брать полевой транзистор: у биполярного транзистора токи коллектора и эмиттера немного отличаются из-за тока базы, что приведет к менее стабильной работе источника тока. Схема источника тока на операционном усилителе с заземленной нагрузкой приведена на рисунке ниже

Величина тока рассчитывается так:

Произведем расчет и моделирование источника тока со следующими параметрами:

• Операционный усилитель LT1803
• Величина силы тока
• Величина сопротивления нагрузки

Для обеспечения заданных характеристик подойдут следующие номиналы сопротивлений резисторов:

Результат моделирования источника тока с заданными параметрами представлен на рисунке ниже (изображение кликабельно).

На рисунке приведено два графика. Верхний график показывает величину тока через сопротивление нагрузки, и она равна 10 мА. Нижний график показывает напряжение на нагрузке, оно равно 100 мВ. Попробуем теперь изменить сопротивление нагрузки: вместо 10 Ом возьмем 100 Ом и промоделируем (изображение кликабельно):

Как мы видим, через нагрузку течет все тот же самый ток в 10 мА: операционный усилитель отработал изменение нагрузки, повысив на ней напряжение, оно теперь стало равным 1 В. Но в реальности операционный усилитель не сможет поднимать напряжение бесконечно: оно ограничено напряжением источника питания (а зачастую еще и несколько меньше него). Что же будет, если задать сопротивление нагрузки слишком высоким? По сути, источник тока перестает работать. На рисунке ниже пример моделирования источника с сопротивление нагрузки в 1 кОм (изображение кликабельно).

Согласно графику, ток через нагрузку теперь уже никакие не 10 мА, а всего лишь 4 мА. При дальнейшем повышении сопротивления нагрузки ток будет все меньше и меньше.
Дополнительно по приведенным схемам источников тока на операционных усилителях надо отметить, что стабильность выходного тока в них зависит от стабильности напряжения , в связи с этим оно должно быть хорошо стабилизированным. Существуют более сложные схемы, которые позволяют уйти от этой зависимости, но в рамках данной статьи мы их рассматривать не будем.

9. Интегратор на операционном усилителе

Думаю, что все читатели знакомы с классической схемой интегратора на RC-цепочке:

Эта схема чрезвычайно широко используется на практике, однако имеет в себе один серьезный недостаток: выходное сопротивление этой схемы велико и, как следствие, входной сигнал может существенно ослабляться. Для устранения этого недостатка возможно использование операционного усилителя.
Простейшая схема интегратора на операционном усилителе, встречающаяся во всех учебниках, приведена на рисунке ниже.

Как видно из рисунка это инвертирующий интегратор, т.е. помимо интегрирования сигнала, он меняет также и его полярность. Следует отметить, что это требуется далеко не всегда. Еще один серьезный недостаток этой схемы конденсатор интегратора накапливает в себе заряд, который надо как-то сбрасывать. Для этого можно либо применять резистор, включенный параллельно с конденсатором (однако необходимо учитывать также его влияние на итоговый сигнал), либо же сбрасывать заряд с помощью полевого транзистора, открывая его в нужные моменты времени. По этой причине я решил рассмотреть более подробно другую схему интегратора с использованием операционного усилителя, которая, на мой взгляд, заслуживает больший практический интерес:

Как видно из рисунка, эта схема представляет собой классический интегратор на RC-цепочке, к которому добавлен повторитель на операционном усилителе: с помощью него решается проблема выходного сопротивления.
Интегратор можно также рассматривать как фильтр нижних частот. Частота среза АЧХ фильтра высчитывается по формуле

Тут стоит обратить внимание на один очень важный момент. Надо всегда помнить, что частота среза, рассчитанная выше, верна только для RC-цепочки и не учитывает частотных свойств самого операционного усилителя. Частотными свойствами операционного усилителя можно пренебречь, если мы попадаем в его рабочий диапазон частот, но если мы вдруг выйдем за него, то итоговая частотная характеристика схемы будет совсем не такой, как мы ожидали. Грубо говоря, если у нас RC-цепочка настроена на 1 МГц, а операционный усилитель позволяет работать до 100 МГц все хорошо. Но если у нас цепочка на 10 МГц, а операционный усилитель работает до 1 МГц все плохо.
В качестве примера рассчитаем ФНЧ со следующими параметрами частотой среза АЧХ в 1 МГц. Для такой частоты можно выбрать

• Частота среза АЧХ
• Операционный усилитель LT1803 (Максимальная частота 85 МГц)

Для заданной частоты среза АЧХ подойдут следующие номиналы сопротивления и емкости RC-цепочки:

Результат моделирования приведен на рисунке ниже (изображение кликабельно). На этом рисунке показаны две частотные характеристики: отдельно для RC-цепочки (красная линия) и для всей схемы целиком (RC-цепочка+операционный усилитель, зеленая линия).

Как видно из рисунка, красная и зеленая линии сначала совпадают, а начиная с определенной частоты зеленая идет вниз гораздо круче. Это как раз и объясняется тем, что на частотные свойства схемы начинает оказывать влияние уже сам операционный усилитель.
Ну и поскольку все-таки мы рассматриваем интегратор, то на следующем рисунке (кликабельно) приведена классическая картинка из учебников: интегрирование прямоугольных импульсов. Параметры интегратора те же, какие были в предыдущем моделировании частотной характеристики.

10. Дифференциатор на операционном усилителе

Схема простейшего дифференциатора на RC-цепочке известна ничуть не меньше, чем схема интегратора:

Эта схема имеет все тот же недостаток, связанный с высоким выходным сопротивлением, и для его устранения можно аналогичным образом применить операционный усилитель. Схема инвертирующего дифференциатора получается из схемы инвертирующего интегратора путем замены конденсаторов на резисторы и резисторов на конденсаторы, она приведена на рисунке ниже.

Однако и в этом случае более подробно рассмотрим другую схему, состоящую из классического дифференциатора на RC-цепочке и повторителя на операционном усилителе:

Если интегратор мы рассматривали как простейший фильтр нижних частот, то дифференциатор наоборот фильтр верхних частот. Частота среза АЧХ считается все по той же формуле

В случае дифференциатора также нельзя забывать про частотные свойства самого операционного усилителя: здесь они выражены даже более ярко, чем в случае с интегратором. Как мы уже убедились в прошлом разделе, начиная с определенной частоты операционный усилитель работает как фильтр нижних частот, тогда как дифференциатор это фильтр верхних частот. Вместе они будут работать как полосовой фильтр.
В качестве примера рассчитаем ФВЧ с частотой среза АЧХ равной тем же 1 МГц. Для такой частоты можно выбрать все те же номиналы компонентов, которые были в случае ФНЧ:

Результат моделирования приведен на рисунке ниже (картинка кликабельна). На этом рисунке показаны две частотные характеристики: отдельно для RC-цепочки (красная линия) и для всей схемы целиком (RC-цепочка + операционный усилитель, зеленая линия).

Как видно из рисунка, красная и зеленая линии сначала совпадают, а начиная с определенной частоты, зеленая линия идет резко вниз, тогда как красная линия, отражающая работу непосредственно самой RC-цепочки, горизонтальна.
Работа дифференциатор при подаче на его вход прямоугольных импульсов приведена на рисунке ниже (изображение кликабельно).

Заключение

В данной статье мы рассмотрели десять наиболее часто встречающихся схем на операционных усилителях. Операционный усилитель мощный инструмент в умелых руках, и количество схем, которые можно создать с его помощью, конечно, многократно превосходит то, что было рассмотрено, однако, надеюсь, данный материал будет кому-то полезен и поможет более уверенно использовать этот компонент в своих разработках.

Полезные ссылки

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Изд. 2-е. М.: Издательство БИНОМ 2014. 704 с
2. Картер Б., Манчини Р. Операционные усилители для всех М.: Издательский дом Додэка XXI 2011. 509 с
3. LT1803

MOSFET — проверка и прозвонка » PRO-диод

24.10.2013 | Рубрика: Статьи

Проверка и определение цоколевки MOSFET

Как показывает опыт, новички, сталкивающиеся с проверкой элементной базы подручными средствами, без каких-либо проблем справляются с проверкой диодов и биполярных транзисторов, но затрудняются при необходимости проверить столь распространенные сейчас MOSFET-транзисторы (разновидность полевых транзисторов).  Я надеюсь, что данный материал поможет освоить этот нехитрый способ проверки полевых транзисторов.

Очень кратко о полевых транзисторах

На данный момент понаделано очень много всяких полевых транзисторов. На рисунке показаны  графические обозначения некоторых разновидностей полевых транзисторов.

Типы MOSFET

G-затвор, S-исток, D-сток. Сравнивая полевой транзистор с биполярным, можно сказать, что затвор соответствует базе, исток – эмиттеру, сток полевого транзистора – коллектору биполярного транзистора.

Наиболее распространены n-канальные MOSFET – они используются в цепях питания материнских млат, видеокарт и т.п. У MOSFET имеется встроенный диод:

MOSFET n-канальный (слева) и p-канальный (справа).

Транзисторы лучше рисовать с диодом — чтобы потом было проще в схеме ориентироваться. Этот диод является паразитным и от него не удается избавиться на этапе изготовления транзистора. Вообще при изготовлении MOSFET возникает паразитный биполярный транзистор, а диод – один из его переходов. Правда нужно признать, что по схемотехнике этот диод все равно частенько приходится ставить, поэтому производители транзисторов этот диод шунтируют диодом с лучшими показателями как по быстродействию, так и по падению напряжения. В низковольтные MOSFET обычно встраивают диоды Шоттки. А вообще в идеале этого диода не должно было бы быть.

Типовое включение полевого (MOSFET) транзистора:

MOSFET типовое включение

Напряжение на затворе!

У подавляющего большинства полевых транзисторов нельзя на затвор (G) подавать напряжение больше 20В относительно истока (S), а некоторые образцы могут убиться при напряжении выше пяти вольт!

Проверка полевых транзисторов (MOSFET)

И вот, иногда наступает момент, когда необходимо полевой транзистор проверить, прозвонить или определить его цоколевку. Сразу оговоримся, что проверить таким образом можно «logic-level» полевые транзисторы, которые можно встретить в цепях питания на материнских платах и видеокартах. «logic-level» в данном случае означает, что речь идет о приборах, которые управляются, т.е. способны полностью открывать переход D-S, при приложении к затвору относительно небольшого, до 5 вольт, напряжения. На самом деле очень многие MOSFET способны открыться, пусть даже и не полностью, напряжением на затворе до 5В.

В качестве примера возьмем N-канальный MOSFET IRF1010N для его проверки (прозвонки). Известно, что у него такая цоколевка: 1 – затвор (G), 2 – сток (D), 3 – исток (S). Выводы считаются как показано на рисунке ниже.

Распиновка корпуса TO-220

1. Мультиметр выставляем в режим проверки диодов, этот режим очень часто совмещен с прозвонкой. У цифрового мультиметра красный щуп «+», а черный «–», проверить это можно другим мультиметром.
На любом уважающем себя мультиметре есть такая штуковина

Прозвонка диодов, да и вообще полупроводниковых переходов на мультиметре.

2. Щуп «+» на вывод 3, щуп «–» на вывод 2. Получаем на дисплее мультиметра значения 400…700 – это падение напряжения на внутреннем диоде.

3. Щуп «+» на вывод 2, щуп «–» на вывод 3. Получаем на дисплее мультиметра бесконечность. У мультиметров обычно обозначается как 1 в самом старшем разряде. У мультиметров подороже, с индикацией не 1999 а 4000 будет показано значение примерно 2,800 (2,8 вольта).

4. Теперь удерживая щуп «–» на выводе 3 коснуться щупом «+» вывода 1, потом вывода 2. Видим, что теперь щупы стоят так же, как и в п.3, но теперь мультиметр показывает 0…800мВ – у MOSFET открыт канал D-S. Если продолжать удерживать щупы достаточно долго, то станет заметно, что падение напряжения D-S увеличивается, что означает, что канал постепенно закрывается.

5. Удерживая щуп «+» на выводе 2, щупом «–» коснуться вывода 1, затем вернуть его на вывод 3. Как видим, канал опять закрылся и мультиметр показывает бесконечность.

Поясним, что же происходит. С прозвонкой внутреннего диода все понятно. Непонятно почему канал остается либо закрытым, либо открытым? На самом деле все просто. Дело в том, что у мощных MOSFET емкость между затвором и истоком достаточно большая, например у взятого мной транзистора IRF1010N измеренная емкость S-G составляла 3700пФ (3,7нФ). При этом сопротивление S-G составляет сотни ГОм (гигаом) и более. Не забыли – полевые транзисторы управляются электрическим полем, а не током в отличие от биболярных. Поэтому в п.4 касаясь “+” затвора (G) мы его заряжаем относительно истока (S) как обычный конденсатор и управляющее напряжение на затворе может держаться еще достаточно долго.

Помой транзистор!

Если хвататься за выводы транзистора руками, особенно жирными и влажными, емкость транзистора будет разряжаться значительно быстрее, т.к. сопротивление будет определяться не диэлектриком у затвора транзистора, а поверхностным сопротивлением. Не смытый флюс также сильно снижает сопротивление. Поэтому рекомендую помыть транзистор, перед проверкой, например, в спирто-бензиновой смеси.

P.S. Спирто-бензиновая смесь при испарении может генерировать статическое электричество, которое, как известно, негативно действует на полевые транзисторы.

Небольшие пояснения о мультиметрах

1. У цифровых мультиметров режим проверки диодов проводится измерением падения напряжения на щупах, при этом по щупам прибор пропускает стабильный ток 1мА. Именно поэтому в данном режиме прибор показывает не сопротивление, а падение напряжения. Для германиевых диодов оно равно 0,3…0,4В, для кремниевых 0,6…0,8В. Но что бы там не измерялось напряжение на щупах прибора редко превышает 3В – это ограничение накладывается схемотехникой мультиметров.
2. В п.4 при измерении падения напряжения открытого канала величина, отображаемая мультиметром может сильно меняться от различных факторов: напряжения на щупах, температуры, тока стабилизации, характеристик самого полевого транзистора.

Тренировка =)

Теперь можно потренироваться в определении цоколевки мощного транзистора. Перед нами транзистор IRF5210 и его цоколевка мне неизвестна.

1. Начну с поиска диода. Попробую все варианты подключения к мультиметру. После каждого измерения корочу ножки транзистора фольгой чтобы обеспечить разряд емкостей транзистора. Возможные варианты показаны в таблице:

Т.е. диод находится между выводами 2 и 3, соответственно затвор (G) находится на выводе 1.

2. Осталось определить, где находятся сток (D) и исток (S) и полярность (n-канал или p-канал) полевого транзистора.

2.1. Если это n-канальный транзистор, то сток (D) – 3 вывод, исток (S) – 2 вывод. Проверяем. Прикладываем «–» щуп мультиметра к выводу 2, «+» к выводу 3 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «–» от вывода 2 щупом «+» касаемся вывода 1, затем «+» опять прикладываем к выводу 3. Канал не открылся – значит, наше предположение о том, что IRF5210 n-канальный транзистор оказалось неверным.

2.2. Если это p-канальный транзистор, то сток (D) – 2 вывод, исток (S) – 3. Проверяем. Прикладываем «+» щуп мультиметра к выводу 3, «–» к выводу 2 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «+» от вывода 3 щупом «–» касаемся вывода 1, затем «–» опять прикладываем к выводу 2. Канал открылся – значит, что IRF5210 p-канальный транзистор, вывод 1 – затвор, вывод 2 – сток, вывод 3 – исток.

На самом деле все не так сложно. Буквально пол часа тренировки – и вы сможете без каких-либо проблем проверять MOSFETы и определять их цоколевку!

Метки:: MOSFET, Цоколевка

Как проверить операционный усилитель мультиметром

Содержание

• Проверка работоспособности операционных усилителей
• Способы проверки
  • Влияние разновидности микросхем
  • Работоспособность транзисторов
  • Конденсаторы, резисторы и диоды
  • Индуктивность, тиристор и стабилитрон

Где вы берёте радиодетали для Ваших схем?

Проверка работоспособности операционных усилителей

В радиолюбительской практике нередко приходится применять ОУ, извлеченные из старых конструкций или печатных плат. Как показывает практика, совсем нелишней оказывается проверка и микросхем, приобретенных на радиорынке.
Первый метод тестирования основан на использовании ОУ как повторителя напряжения. Рассмотрим его на примере простейшего ОУ с внутренней коррекцией LM358N.

Подключение внешних выводов показано на рис. 1 а на рис.2 — схема тестирования. Для установки ОУ используется панелька DIP-8, но можно использовать и DIP-14/I6. Все детали подлаивают к панельке по возможности короткими выводами. Поскольку в одном корпусе LM358N содержится два ОУ, первоначально проверяют первый (выводы 1, 2, 3). а далее второй (5, 6, 7). Конденсатор СЗ монтируют непосредственно на панельке. Далее собирают тест-схему рис.2, подают на нее питание. Резистор R2 используется в случае, если в применяемом БП отсутствует регулировка тока защиты.

Если же она есть, то R2 не устанавливают, но ток защиты БП включают на важность тока к.з. 10. 20 мА. К выходу ОУ подключают вольтметр постоянного напряжения PV с пределом 20 В. В ряде случаев элементы R1, CI, C2 можно не устанавливать. После включения переводим SA1 из одного положения в другое и наблюдаем за вольтметром. Если ОУ исправен, то в положении «1» переключателя вольтметр должен показывать почти напряжение питания, а в положении «О» — близкое к нулю.
Второй метод тестирования базируется на основе схемы включения ОУ как компаратора, т.е. сравнения двух напряжений (рис.3). К монтажу этой схемы предъявляются те же требования, что и предыдущей. С помощью R1 устанавливают напряжение в несколько волы, которое контролируют высокоомным вольтметром PV1. Примерно такое же напряжение надобно установить и резистором R2, контролируемое также высокоомным PV2.

Напряжение на выходе ОУ контролируют вольтметром PV3, причем для исправного ОУ оно будет скачкообразно изменяться от практически питающего до почти нуля при небольшом перемещении движка R1 в ту или другую сторону. Номиналы резисторов R1, R2 можно избирать любые в диапазоне от 10 кОм до 1 МОм, но они должны быть одинаковыми. Разумеется, совсем необязательно применять в рассмотренной схеме три вольтметра, это может быть один, подключаемый попеременно в три точки.
В заключение отметим, что вторая схема более универсальна, т.к. позволяет испытывать ОУ, не содержащие встроенной коррекции («противовозбудной»), без установки последней внешними элементами.

Не все знают, как проверить микросхему на работоспособность мультиметром. Даже при наличии прибора не всегда удается это сделать. Бывает, выявить причину неисправности легко, но иногда на это уходит много времени, и в итоге нет никаких результатов. Приходится заменять микросхему.

Способы проверки

Проверка микросхем — это трудный, иногда невыполнимый процесс. Все дело в сложности микросхемы, которая состоит из огромного количества различных элементов.

Есть три основных способа, как проверить микросхему, не выпаивая, мультиметром или без него:

1. Внешний осмотр микросхемы. Если внимательно на нее посмотреть и изучить каждый элемент, то не исключено, что удастся найти какой-либо видимый дефект. Это может быть, например, перегоревший контакт (возможно, даже не один). Также при проведении внешнего осмотра микросхемы можно обнаружить трещину на корпусе. При таком способе проверки микросхемы нет необходимости пользоваться специальным устройством мультиметром. Если дефекты видны невооруженным глазом, можно обойтись и без приспособлений.
2. Проверка микросхемы с использованием мультиметра. Если причиной выхода из строя детали стало короткое замыкание, то можно решить проблему, заменив элемент питания.
3. Выявление нарушений в работе выходов. Если у микросхемы есть не один, а сразу несколько выходов, и если хотя бы один из них работает некорректно или вовсе не работает, то это отразится на работоспособности всей микросхемы.

Разумеется, самым простым способом проверки микросхемы является первый из вышеописанных: то есть осмотр детали. Для этого достаточно внимательно посмотреть сначала на одну ее сторону, а затем на другую, и попытаться заметить какие-то дефекты. Самый же сложный способ — проверка с помощью мультиметра.

Влияние разновидности микросхем

Сложность проверки во многом зависит не только от способа, но и от самих схем. Ведь эти детали электронно-вычислительных устройств хоть и имеют один и тот же принцип построения, но нередко сильно отличаются друг от друга.

Например:

1. Наиболее простыми для проверки являются схемы, относящиеся к серии «КР142″. Они имеют только 3 вывода, следовательно, как только на один из входов подается какое-либо напряжение, можно использовать проверяющий прибор на выходе. Сразу же после этого можно делать выводы о работоспособности.
2. Более сложными типами являются «К155″, «К176″. Чтобы их проверить, приходится применять колодку, а также источник тока с определенным показателем напряжения, который специально подбирается под микросхему. Суть проверки такая же, как и в первом варианте. Необходимо лишь на вход подать напряжение, а затем посредством мультиметра проверить показатели на выходе.
3. Если же необходимо провести более сложную проверку — такую, для которой простой мультиметр уже не годится, на помощь радиоэлектронщикам приходят специальные тестеры для схем. Способ называется прозвонить микросхему мультиметром-тестером. Такие устройства можно либо изготовить самостоятельно, либо купить в готовом виде. Тестеры помогают определить, работает ли тот или иной узел схемы. Данные, получаемые при проведении проверки, как правило, выводятся на экран устройства.

Важно помнить, что подаваемое на микросхему (микроконтроллер) напряжение не должно превышать норму или, наоборот, быть меньше необходимого уровня. Предварительную проверку можно провести на специально подготовленной проверочной плате.

Нередко после тестирования микросхемы приходится удалять некоторые ее радиоэлементы. При этом каждый из узлов должен быть проверен отдельно.

Работоспособность транзисторов

Перед проверкой радиодетали мультиметром, не выпаивая, нужно обязательно определить, к каким из двух типов относится транзистор — полевым или биполярным. Если к первым, то можно применять следующий способ проверки:

1. Установить прибор в режим «прозвонки», а затем использовать красный щуп, подключая его к проверяемому элементу. Другой — черный — щуп должен быть приставлен к выводу коллектора.
2. Сразу после выполнения этих несложных действий на экране устройства появится число, которое будет обозначать пробивное напряжение. Аналогичный уровень можно будет увидеть и при проведении «прозвона» электрической цепи, заключенной между эмиттером и базой. Важно при этом не перепутать щупы: красный должен соприкасаться с базой, а черный — с эмиттером.
3. Далее можно проверять все эти же выходы транзистора, но уже в обратном подключении: нужно будет поменять местами красный и черный щупы. Если транзистор работает хорошо, то на экране мультиметра должна быть показана цифра «1″, которая говорит о том, что сопротивление в сети является бесконечно большим.

Если транзистор является биполярным, то щупы должны меняться местами. Разумеется, цифры на экране прибора в этом случае будут обратные.

Конденсаторы, резисторы и диоды

Работоспособность конденсатора микросхемы также проверяется путем прикладывания щупов к его выходам. За очень короткий промежуток времени значение показываемого прибором сопротивления должно увеличиться от нескольких единиц до бесконечности. При изменении мест щупов должен наблюдаться тот же самый процесс.

Чтобы узнать, работает ли резистор схемы, необходимо определить его сопротивление. Значение этой характеристики должно быть больше нуля, однако не являться бесконечно большим. Если при проверке на дисплее прибора отображается не ноль и не бесконечность, значит, резистор работает корректно.

Не отличается особой сложностью и процесс проверки диодов. Сначала нужно определить сопротивление между катодом и анодом в одной последовательности, а затем, поменяв местоположение черного и красного щупов прибора, в другой. Об исправности диода будет говорить стремление отображаемого на экране числа к бесконечности в одном из этих двух случаев и нахождение его на отметке в несколько единиц — в другом.

Индуктивность, тиристор и стабилитрон

Проверяя микросхему на наличие неисправностей, возможно, придется также использовать мультиметр на катушке с током. Если где-то ее провод оборван, то прибор обязательно даст об этом знать. Главное, конечно, правильно его применить.

Все, что необходимо сделать для проверки катушки — замерить ее сопротивление: оно не должно быть бесконечным. Стоит помнить, что не каждый из имеющихся сегодня в продаже мультиметров может проверять индуктивность. Если нужно определить, является ли исправным такой элемент микросхемы, как тиристор, то следует выполнить следующие действия:

1. Сначала соединить красный щуп с анодом, а черный, соответственно, с катодом. Сразу после этого на экране прибора появится информация о том, что сопротивление стремится к бесконечности.
2. Выполнить соединение управляющего электрода с анодом и смотреть за тем, как значение сопротивления будет падать от бесконечности до нескольких единиц.
3. Как только процесс падения завершится, можно отсоединять друг от друга анод и электрод. В результате этого отображаемое на экране мультиметра сопротивление должно остаться прежним, то есть равным нескольким Ом.

Если при проверке все будет именно так, значит, тиристор работает правильно, никаких неисправностей у него нет.

Чтобы проверить стабилитрон, нужно его анод соединить с резистором, а затем включить ток и постепенно поднимать его. На экране прибора должен отображаться постепенный рост напряжения. Через некоторое время этот показатель останавливается в какой-то точке и прекращает увеличиваться, даже если проверяющий по-прежнему увеличивает его посредством блока питания. Если рост напряжения прекратился, значит, проверяемый элемент микросхемы работает правильно.

Проверка микросхемы на исправность — это процесс, который требует серьезного подхода. Иногда можно обойтись без специального прибора и попробовать обнаружить дефекты визуально, используя для этого, например, увеличительное стекло.

1. Сдохла микросхема УНЧ
2. Сдох ФНЧ
3. Сдох диодный мост/электролитические конденсаторы фильтра питания

выбираем, что нравится, и ковыряем.

А лучше поподробнее инфо по визуальному осмотру платы на предмет подгорания/запаха гари/надлома деталей/ целостности микросхем. Короче все аномалии замеченные. И фото со стороны дорожек. Иначе на ТНТ отправить придется.

Там ведь пара 2030 и одна 1875 установлены?

WOLF Project

10.02.2014 21:15

ЗвукОпсиХ

11.02.2014 00:39

DemoN66

11.02.2014 15:19

WOLF Project

11.02.2014 15:24

Фото со стороны дорожек можно? Та что перепаяна ИМС, от радиатора изолирована прокладкой?

4558 это ОУ (Операционный Усилитель) На вашей плате их два, называются F4558 стоят в качестве предусилителей 🙂

DemoN66

11. 02.2014 17:39

Фото со стороны дорожек можно? Та что перепаяна ИМС, от радиатора изолирована прокладкой?

4558 это ОУ (Операционный Усилитель) На вашей плате их два, называются F4558 стоят в качестве предусилителей 🙂

Focus 016

11.02.2014 17:41

DemoN66

11.02.2014 18:57

WOLF Project

11.02.2014 19:03

shaman-ivan

11.02.2014 19:23

ЗвукОпсиХ

11.02.2014 20:09

DemoN66

11. 02.2014 20:20

DemoN66

11.02.2014 20:23

WOLF Project

11.02.2014 20:33

Вопрос: это точно SPS-820? схема из мануала на данную АС вообще не совпадает с реальностью.
Вложение 174149

Волосы дыбом встали, когда глядел на схему, китайцы отмочили как обычно 😀

WOLF Project

11.02.2014 20:36

shaman-ivan

11.02.2014 20:40

ЗвукОпсиХ

11.02.2014 20:43

Вопрос: это точно SPS-820? схема из мануала на данную АС вообще не совпадает с реальностью.
Вложение 174149

Волосы дыбом встали, когда глядел на схему, китайцы отмочили как обычно 😀

Василий, ну это же китайцы:) им простительно:)

топ.стартеру. 4558 проверить можно. Выше писали как. Вот:

WOLF Project

11.02.2014 20:47

DemoN66

11.02.2014 20:56

Вопрос: это точно SPS-820? схема из мануала на данную АС вообще не совпадает с реальностью.
Вложение 174149

Волосы дыбом встали, когда глядел на схему, китайцы отмочили как обычно 😀

shaman-ivan

11.02.2014 20:56

DemoN66

11.02.2014 20:58

ЗвукОпсиХ

11. 02.2014 21:07

Уфф.. Подай питание, возьми в руки мультиметр, установи регулятор на нем в положение измерения 20в постоянного напряжения (DCV), касайся щупами ног, указанных ранее (1 и 3, потом 5 и 7), и если будет постоянное напряжение — микросхема померла.

И лучше пока выпаяй микросхемы усиления — на радиаторах которые. Сейчас они погоды не сделают. А вот поберечь их, Василий верно подсказал, — будет разумно.

Focus 016

11.02.2014 22:14

DemoN66

12.02.2014 14:00

Уфф.. Подай питание, возьми в руки мультиметр, установи регулятор на нем в положение измерения 20в постоянного напряжения (DCV), касайся щупами ног, указанных ранее (1 и 3, потом 5 и 7), и если будет постоянное напряжение — микросхема померла.

И лучше пока выпаяй микросхемы усиления — на радиаторах которые. Сейчас они погоды не сделают. А вот поберечь их, Василий верно подсказал, — будет разумно.

DemoN66

12.02.2014 20:08

Уфф.. Подай питание, возьми в руки мультиметр, установи регулятор на нем в положение измерения 20в постоянного напряжения (DCV), касайся щупами ног, указанных ранее (1 и 3, потом 5 и 7), и если будет постоянное напряжение — микросхема померла.

И лучше пока выпаяй микросхемы усиления — на радиаторах которые. Сейчас они погоды не сделают. А вот поберечь их, Василий верно подсказал, — будет разумно.

ЗвукОпсиХ

12.02.2014 20:34

1. Мерял обе микросхемы?
2. 4 и 8 ноги оставь в покое — это питание, оно и должно быть 9. 15в.
3. 4558 в нч узле точно сдохла — ее под замену. Проверяй и вторую, перед этим выверни громкость на всю. Колонки НЕ ПОДКЛЮЧАЙ. Напряжение меряй на парах 1 и 3, 5 и 7.

DemoN66

13.02.2014 00:07

1. Мерял обе микросхемы?
2. 4 и 8 ноги оставь в покое — это питание, оно и должно быть 9. 15в.
3. 4558 в нч узле точно сдохла — ее под замену. Проверяй и вторую, перед этим выверни громкость на всю. Колонки НЕ ПОДКЛЮЧАЙ. Напряжение меряй на парах 1 и 3, 5 и 7.

ЗвукОпсиХ

13.02.2014 00:39

DemoN66

13.02.2014 13:32

WOLF Project

13.02.2014 13:41

ЗвукОпсиХ

13.02.2014 22:04

WOLF Project

13. 02.2014 22:10

ЗвукОпсиХ

13.02.2014 22:40

DemoN66

14.02.2014 15:21

WOLF Project

14.02.2014 15:28

ЗвукОпсиХ

14.02.2014 22:53

Часовой пояс GMT +4, время: 02:27 .

Powered by vBulletin® Version 4.5.3
Copyright ©2000 — 2019, Jelsoft Enterprises Ltd.

как лучше проверить неисправный операционный усилитель

Тимвебб

Участник

15. 11.2012 16:53

#1

• 15.11.2012 16:53
• #1

я ищу лучший способ найти неисправные операционные усилители.

 

Торденгуден

Запрещено

15.11.2012 17:45

#2

• 15. 11.2012 17:45
• #2

Если он не смонтирован, то для начала можно поискать 3 простых вещи.
Используйте простой омметр и измерьте следующее.
1. Ветка питания не должна замыкаться на землю и иметь сопротивление в несколько кОм.
2. Входное сопротивление должно быть высоким,
3. Выходное сопротивление должно быть низким.

Прочтите техпаспорт, он даст вам большинство необходимых значений для конкретного чипа.

Может быть и по-другому, но это то, что пришло мне в голову

 

Эндрю Экхардт

Участник

15.11.2012 19:02

#3

• 15. 11.2012 19:02
• #3

Правильно работающая схема операционного усилителя будет иметь почти одинаковое напряжение на входных контактах + и -, если усилитель не перегружен. Если вы измеряете разницу более чем в пару милливольт (измеряйте от + до -), определенно что-то не так с операционным усилителем или окружающей схемой. Если вы можете проверить источники питания и отключить входной сигнал и нагрузку, не прерывая цепь смещения и обратной связи, это может помочь изолировать операционный усилитель для тестирования.

Будьте очень осторожны, чтобы не закоротить контакты цепи под напряжением, особенно если операционный усилитель управляет цепью высокой мощности под напряжением.

 

Последнее редактирование: 15. 11.2012 19:17

Перри Бабин

Участник

16.11.2012 6:24

#4

• 16.11.2012 6:24
• #4

Я хотел бы добавить одну вещь к предыдущему заявлению. Это правда, что операционный усилитель при использовании для звука будет работать, чтобы напряжение на инвертирующем входе соответствовало напряжению на неинвертирующем входе.

Однако должно быть ясно, что многие операционные усилители используются в качестве компараторов, и для этих схем инвертирующие и неинвертирующие входы могут иметь существенно разные напряжения при нормальных рабочих условиях.

Не существует единого способа устранения неполадок в операционных усилителях. Искать различия во входных напряжениях — это один из способов.

Поиск выходного напряжения, не согласующегося с напряжением на двух входах, является другим. Например, если напряжение на инвертирующем входе значительно меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе, а выходное напряжение операционного усилителя не близко к положительному напряжению питания для операционного усилителя, относительно определенно, что операционный усилитель неисправен.

Если операционный усилитель нагревается сильнее, чем другие операционные усилители с таким же номером детали, скорее всего, он неисправен.

Если все операционные усилители горячее, чем должны быть, проверьте напряжение питания.

 

кдс9591

Участник

20. 11.2012 23:46

#5

• 20.11.2012 23:46
• #5

Для операционных усилителей, используемых в качестве компараторов для общего теста «годен/не годен», вы можете заземлить один из входных контактов, чтобы заставить выход измениться или использовать напряжение. Без изменений — неисправный операционный усилитель. Некоторые техники, в том числе и я, имеют и используют разъем 5 В постоянного тока, установленный на полке стола или на задней панели, питаемый от зарядного устройства 5 В постоянного тока от старого сотового телефона, радиоприемника и т. д. с номиналом 250-500 мА или около того.

Подключите запасной измерительный провод к разъему 5 В постоянного тока, приложите его к одному из входных контактов, чтобы изменить состояние выхода. Это полезно для тестирования логических элементов, замены отсутствующих напряжений питания 5 В постоянного тока и т. Д., А 5 В постоянного тока всегда готовы.

 

Дж. М. Фейи

Участник

20.01.2013 17:35

#6

• 20-01-2013 17:35
• #6

1) timwebb спрашивал об операционных усилителях, а не о компараторах, так что давайте придерживаться этого.
2) включите питание схемы, измерьте напряжение на +/- шинах, выходе и +/- контактах.
3) напряжение шины должно соответствовать ожидаемому от блока питания
4) напряжения + In и -In должны отличаться друг от друга в пределах пары мВ, как указано выше.
5) если линии +/- V кажутся разрушенными из-за короткого замыкания операционного усилителя, потребляющего весь ток, используйте «Thermo_Finger_O_Meter», чтобы найти его.
6) под вопросом, замена очень дешевая.
Просто используйте хорошую присоску для припоя, доделайте фитилем, чтобы вытянуть последнюю каплю припоя, и вообще побалуйте печатную плату, самую дорогую и недоступную деталь.

 

Тестирование операционных усилителей

Поскольку операционный усилитель может работать по-разному, он может быть определяющим элементом электронных схем любой сложности. Приложения выходят далеко за рамки усиления. Поскольку они являются почти идеальными усилителями постоянного тока, операционные усилители подходят для фильтрации, преобразования сигналов и выполнения таких математических операций, как сложение, вычитание, дифференцирование и интегрирование.

Операционные усилители имеют практически бесконечное входное сопротивление, а это означает, что ток, протекающий через их входы, исчезающе близок к нулю. Устройство смотрит на напряжение на этих контактах, а затем решает, что делать с единственной выходной клеммой, выходной импеданс которой практически равен нулю.

Принимая во внимание разницу в напряжении сигнала на входных клеммах, операционный усилитель умножает ее на любой коэффициент усиления, присущий конкретному устройству. Характерной чертой операционного усилителя является то, что этот коэффициент усиления, когда устройство находится в конфигурации без обратной связи, удивительно высок, целых миллион. Этот параметр существенно снижается при использовании устройства в замкнутом контуре с отрицательной обратной связью. Тем не менее, при таком высоком коэффициенте усиления остается много места как для отрицательной обратной связи, так и для усиления.

Когда операционный усилитель подключается извне в конфигурации с отрицательной обратной связью, всегда применяются два простых принципа:

• Выход будет реагировать на разницу напряжений между двумя входами, чтобы сделать его равным нулю. Важно понимать, что фактическое напряжение на входах не изменяется. Что происходит, так это то, что устройство принимает к сведению состояния напряжения на входах, а затем регулирует выходную клемму так, чтобы внешняя сеть стремилась свести разность напряжений на входах к нулю.

•Входы с бесконечным импедансом не потребляют ток.

Из двух входов с высоким импедансом один называется инвертирующим и отмечен знаком минус, а другой — неинвертирующим, отмечен знаком плюс. Важно понимать, что эти контакты не обязательно являются положительными или отрицательными по отношению друг к другу, как контакты источника питания. Знаки обозначают только инвертирующие (-) и неинвертирующие (+), поскольку они относятся к (обычно) одиночному выходу.

Выходная клемма может принимать или подавать напряжение или ток. Выходной сигнал равен входному сигналу, умноженному на усиление. Существует четыре возможных режима работы в зависимости от состояния входа и выхода:
• Напряжение, когда входное и выходное напряжения различаются. Это, безусловно, самый распространенный режим работы.
• Ток, когда входной и выходной токи различаются.
• Крутизна, когда входное напряжение и выходной ток изменяются.
• Поперечное сопротивление, когда входной ток и выходное напряжение изменяются.
Некоторые из распространенных применений операционных усилителей:

• В качестве буфера: между цепями или каскадами можно вставить операционный усилитель в качестве повторителя напряжения, чтобы выполнять функцию полировки с единичным коэффициентом усиления. Инверсии и усиления сигнала нет. Единственная цель состоит в том, чтобы обеспечить изоляцию и предотвратить нагрузку на цепь. В этой конфигурации выход соединен непосредственно с входом, поэтому V _{на входе} = V _{на выходе} . Если бы в этой линии был резистор или какой-либо импеданс, коэффициент усиления стал бы высоким, и схема не работала бы как буфер.

• В качестве инвертора: когда вход + подключен к земле, а вход – подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, конечные точки которого находятся в точках V _на и V _{на выходе} . Эта схема инвертирует сигнал, но не усиливает его, то есть усиление = 1, когда два резистора равны.

• В качестве неинвертирующего усилителя: когда выходной сигнал подключен к неинвертирующему (+) входу, а инвертирующий вход подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, идущего от земли к выходу. Есть усиление без инверсии.

• В качестве инвертирующего усилителя: когда вход + заземлен, а вход – подключен к средней точке аналогичного делителя напряжения.

• В качестве мостового усилителя: в этой интересной схеме инвертирующие и неинвертирующие схемы усилителя объединяются в мостовой усилитель. Два выхода подключены к нагрузочному резистору.

В идеальном операционном усилителе с разомкнутым контуром коэффициент усиления бесконечен, но всегда существует некоторая внутренняя обратная связь, поэтому на самом деле этот бесконечный уровень никогда не возникает. Реальная сумма, вероятно, будет любой из 100 000. Тем не менее, это астрономическая величина по сравнению с миром транзисторов.

Входное сопротивление операционного усилителя также бесконечно, но этот параметр зависит от входного тока утечки, иногда в миллиамперном диапазоне. Этого высокого показателя достаточно, чтобы предотвратить загрузку предыдущей схемы, что является одним из больших преимуществ операционного усилителя.
Точно так же низкий (идеальный нулевой) выходной импеданс при бесконечной полосе пропускания обеспечивает общую стабильность и надежность оборудования.

Две важные реализации операционных усилителей — это дифференцирующий усилитель и интегрирующий усилитель. Дифференцирование — это математическая операция, в которой зависимая переменная прямо пропорциональна скорости изменения независимой переменной во времени. Придерживаясь этого определения, если вместо независимой переменной ввести вход, а вместо зависимой переменной выход, мы можем построить электронную схему, которая будет имитировать описанную выше математическую операцию — дифференциатор, построенный с использованием операционного усилителя.

Аналогичная ситуация существует в отношении интегрирования, математического процесса, реализованного в электронном виде, при котором выход реагирует на изменения во входе во времени. Интеграцию можно легко продемонстрировать графически, нарисовав во временной области форму волны, видимую на экране осциллографа. Амплитуда представлена ​​относительно оси Y, а время представлено относительно оси X. Интегрирование — это процесс измерения площади под полученной кривой. При этом мы находим произведение амплитуды и времени.

Схема интегратора аналогична инвертирующему усилителю на операционном усилителе, за исключением того, что чисто резистивный элемент обратной связи заменен частотно-зависимым импедансом, т. е. конденсатором. Поскольку интегрирование зависит от времени, RC-цепь, находящаяся в цепи отрицательной обратной связи, создает интегрирующую функцию.

Усилитель-дифференциатор аналогичен усилителю-интегратору, за исключением того, что емкость находится перед инвертирующим входом. Дифференциатор операционного усилителя по своей природе нестабилен на высоких частотах и ​​подвержен влиянию гармоник и шумов, исходящих от предыдущего каскада.

Если на вход дифференциатора на основе операционного усилителя подается синусоида, на выходе будет косинусоидальная волна. Прямоугольная волна на входе дает всплески там, где происходят входные переходы, а треугольная волна проявляется на выходе как прямоугольная волна.

Существует множество важных параметров операционных усилителей. К ним относятся ток смещения, напряжение и ток смещения, а также передаточная функция операционного усилителя. В частности, измерения передаточной функции операционного усилителя можно настроить с помощью осциллографа, генератора сигналов или сигналов произвольной формы и простой схемы. AWG формирует треугольную волну, используемую в качестве входного сигнала для тестируемого операционного усилителя (DUT) и для управления горизонтальным отклонением осциллографа. Выход ИУ подается на вертикальный вход осциллографа.

Тестируемое устройство управляется треугольной волной с частотой 16 Гц ± 2,5 мВ, полученной из выходного сигнала генератора сигналов произвольной формы ± 5 В с помощью резисторов делителя напряжения. Другой операционный усилитель в схеме работает и как повторитель напряжения, и как интегратор. Когда S1 замкнут, на типичной передаточной функции операционного усилителя возникает напряжение 0,1

А, как показано на тестовой схеме. Емкость конденсатора

мкФ равна напряжению смещения усилителя, умноженному на коэффициент усиления контура обратной связи. Когда ключ размыкается, заряд, хранящийся в конденсаторе, продолжает обеспечивать напряжение смещения. Операционный усилитель также суммирует тестовый сигнал треугольной формы с напряжением коррекции смещения и подает эту сумму на вход ИУ через сеть ослабляющих резисторов. Этот вход свипирует вход ИУ на ± 2,5 мВ вокруг его напряжения смещения.

Результирующий дисплей осциллографа представляет собой график зависимости V _{на выходе} от V _{на выходе} и предоставляет информацию об усилении, линейности усиления и размахе выходного сигнала. Усиление отображается как наклон ΔV _из / ΔV _из передаточной функции. Линейность усиления — это изменение наклона кривой V _из /V _из в зависимости от выходного напряжения. Такой дисплей полезен для обнаружения кроссоверных искажений в выходном каскаде класса B. Размах выходного сигнала измеряется как вертикальное отклонение передаточной функции в крайних точках дисплея по горизонтали.

Усилитель подключен как неинвертирующий усилитель с единичным усилением. Выход усилителя управляет дифференциальными входными резисторами тестируемого устройства. Усилитель выполняет две функции; для обеспечения коррекции напряжения смещения на входе ИУ и подачи на вход ИУ треугольной волны ±2,5 мВ с центром вокруг напряжения смещения.

В схеме есть еще несколько компонентов. Резистор и два диода необходимы для управления функцией интегратора при отсутствии ИУ или при неисправности ИУ. Резистор обеспечивает цепь обратной связи по постоянному току при отсутствии ИУ и сбрасывает интегратор 9. 0057 на ноль. Два диода фиксируют вход интегратора примерно до ±0,7 В, если тестируемое устройство неисправно.

Основы, структура усилителя, тестирование 741 IC

Усилитель представляет собой схему, которая может создавать выходное напряжение, которое является произведением входного напряжения на значение, называемое коэффициентом усиления по напряжению. Операционный усилитель ( операционный усилитель ) представляет собой схему усилителя, которая может выполнять операцию (сложение, вычитание и т. Д.) Над входными напряжениями, помимо простого усиления входного сигнала. Это электронная схема, состоящая из нескольких активных устройств (транзисторы) и пассивных устройств (резистор, конденсаторы) и т. д., которая способна реализовать следующие общие черты:

— чрезвычайно высокий коэффициент усиления по напряжению

— может усиливать входной ток на выходе

— может инвертировать входное напряжение на выходе

— может давать сумму входных напряжений на выходе

— может давать сумму входных токи на выходе

История операционного усилителя

Для каждого значительного изобретения в истории должно быть время, предшествующее такому изобретению, когда возникла необходимость в такой вещи. До операционных усилителей тоже были усилители. Но они были созданы только для постоянной выгоды. Они были сделаны с использованием электронных ламп и других компонентов. Более того, максимальное усиление конкретного усилителя ограничивалось характеристиками вакуумной лампы.

Это была действительно проблема, особенно в телефонной сети раннего дня. Раньше телефонные линии имели длину в тысячи метров, и для усиления сигнала необходимо было использовать усилители. Усилители того времени имели меньшее усиление и были очень чувствительны к температуре и влажности. В каждой точке сети отдельно были спроектированы и реализованы усилители с разным коэффициентом усиления.

Инженеры по телефонной связи в лаборатории Белла пытались найти решение этой проблемы. Наконец инженеру по имени Гарри Блэк пришла в голову идея. Разработайте общую схему усилителя с усилением, во много раз превышающим любое из обычных требований, а затем уменьшите усиление в соответствии с требуемыми уровнями, используя систему отрицательной обратной связи с этим усилителем. Лаборатории Белла успешно разработали такую ​​схему с использованием электронных ламп до 19 века.40с. Эта гениальная идея положила начало эре операционных усилителей.

Термин операционный усилитель впервые появился в патенте, выданном Карлом Д. Шварцелем из Bell Labs в 1941 году. Этот усилитель мог выполнять операцию суммирования входных напряжений.

Рис. 1: Принципиальная схема первого в мире операционного усилителя

История операционного усилителя, продолжение…

Вышеупомянутая схема была способна добавлять входные напряжения, отмеченные как A, B и C. Отрицательная обратная связь была подается через переменный резистор, отмеченный в цепи цифрой 16. Эта схема операционного усилителя имела только одну входную клемму, инвертирующую вход. Мы обсудим инвертирующий вход и неинвертирующий вход позже в этой статье.

В 1947 году Лебе Джули разработала операционный усилитель с двумя входными клеммами (инвертирующий и неинвертирующий), как мы видим в современных операционных усилителях. Первый коммерческий операционный усилитель был выпущен компанией GAP/R на основе дизайна Лоебе Джули. Название модели было GAP/R K2-W.

Рис. 2: Изображение первого коммерческого ОУ

Ранние аналоговые компьютеры работали на основе суммирования напряжений, и операционные усилители широко использовались в них для операций с напряжением. Это сделало термин операционный усилитель очень популярным в электронной промышленности.

После изобретения транзисторов они заменили электронные лампы во всех возможных схемах. Следовательно, и в операционных усилителях громоздкие электронные лампы были заменены транзисторами. Это было началом разработки модулей схемы операционного усилителя . Они были встроены в печатную плату небольшого размера, которую можно легко подключить к другим большим печатным платам. Это приводит к тому, что операционный усилитель рассматривается как электронный компонент, даже если он построен с помощью других основных компонентов. GAP/R также производила коммерческий полупроводниковый операционный усилитель под названием GAP/R P45.

Рис. 3: Изображение первого серийного твердотельного операционного усилителя

Позднее было обнаружено, что в один кремниевый кристалл можно интегрировать несколько транзисторов и таким образом можно уменьшить размер всей схемы в несколько раз. Примерно в 1960-х годах были разработаны интегральные микросхемы (ИС) на основе транзисторов. Операционные усилители были самой ранней схемой на основе транзисторов, встроенной в ИС. Именно Fairchild Semiconductor выпустила первую коммерческую микросхему операционного усилителя ?A702. Это был 1968 год, классический и самый успешный ИС операционных усилителей всех времен, ?A741 был выпущен Fairchild. Он был разработан Дэйвом Фуллагаром. Даже сегодня тот же дизайн производится Fairchild и другими производителями.

Рис. 4: Изображение микросхемы операционного усилителя UA741

Основные функциональные блоки операционного усилителя

Основные функциональные блоки операционного усилителя

Усилитель считается электронным компонентом, на самом деле он состоит из нескольких других основных электронных компонентов, таких как транзисторы, резисторы, конденсаторы и т. д. Почти все ИС операционных усилителей внутри имеют одни и те же основные функциональные блоки, построенные из основных электронных компонентов. Эти функциональные блоки, а именно,

— Входной дифференциальный усилитель

— Усилитель напряжения

— Выходной усилитель мощности

Входной дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель — это самый важный модуль внутри операционного усилителя. Входные напряжения подаются на выводы блока дифференциального усилителя. Давайте подробно обсудим дифференциальный усилитель.

Обычный усилитель усиливает все напряжение сигнала относительно земли и подается на выход. И эти усилители обычно имеют один вход и, очевидно, один выход. Например, если мы подаем 5 В в качестве входа по отношению к земле на обычный усилитель, а усиление по напряжению усилителя, скажем, равно 2, то на выходе будет 10 В, при условии, что на схему подается напряжение питания более 10 В.

Рис. 5: Блок-схема усилителя напряжения

В схеме, показанной выше, вы можете видеть усилитель, который подключен к источнику питания 20 В и имеет коэффициент усиления по напряжению подается на единственный входной контакт, на выходе будет 10 В. GND считается общей точкой отсчета как для входного, так и для выходного напряжения.

Дифференциальный усилитель, с другой стороны, усиливает только разницу между двумя входными напряжениями. Например, если коэффициент усиления дифференциального усилителя, скажем, равен 2, и если мы подаем напряжение 3 В на один из его входных контактов, а на другой контакт мы подаем напряжение, скажем, 5 В. Теперь разница между этими двумя напряжениями, то есть (3~5=2), усиливается и будет доступна на выходе. Следовательно, выходное напряжение составляет 2 В * 2 = 4 В.

Таким образом, типичный дифференциальный усилитель подавляет или маскирует эффект синфазного напряжения на своем выходе. Синфазное напряжение означает напряжение, общее для обоих входных контактов. Например, если мы подаем напряжение 5 В на один вход и 3 В на другой входной контакт, то синфазное напряжение составляет 3 В. Таким образом, если входные напряжения равны0009

Рис. 6: Блок-схема, показывающая разность напряжений

Дифференциальный усилитель просто подавляет синфазное напряжение и усиливает только разность напряжений.

Рис. 7: Блок-схема дифференциального усилителя

Дифференциальные усилители в основном имеют два источника питания, два входа и два выхода. Два выхода затем объединяются в один выход с помощью схемы, называемой токовыми зеркалами. Напряжения на входных контактах называются дифференциальным входным напряжением, а напряжения на двух выходных контактах называются дифференциальными выходами.

Рис. 8: Принципиальная схема транзисторного дифференциального усилителя

Входной дифференциальный усилитель, продолжение…

В приведенной выше схеме есть две входные клеммы, обозначенные как Vin+ и Vin-. Выходное напряжение получается дифференциально на коллекторах двух транзисторов.

Два выходных контакта могут быть объединены в один выходной контакт с помощью преобразования дифференциального сигнала в несимметричный. Мы называем такую ​​схему преобразования токовым зеркалом.

Рис. 9: Принципиальная схема токового зеркала в дифференциальном усилителе

Инвертирующий вход создает отрицательное усиленное напряжение на своем выходе, а неинвертирующий вход создает положительное усиленное напряжение на своем выходе. Дифференциальный преобразователь в несимметричный преобразователь преобразует это дифференциальное напряжение в несимметричное напряжение.

Рис. 10: Блок-схема несимметричного преобразования

Рассмотрим пример на рисунке: 7. Предположим, что 5 В подается на неинвертирующий вывод, а 3 В подается на инвертирующий вывод дифференциального усилителя. Коэффициент усиления усилителя равен 2, поэтому неинвертирующий вывод дает выходное напряжение 2*5=10 В, а инвертирующий вывод дает напряжение -2*3=-6 В. После несимметричного преобразования выходное напряжение будет 10-6, т.е. 4В.

Рис. 11: Изображение, показывающее пример однотактного преобразования

Как показано на рисунках 6 и 7, одним из основных преимуществ дифференциального усилителя среди обычных типов усилителей является подавление синфазного напряжения. Предположим, у нас есть двухлинейный вход, и мы применяем две входные линии к входным контактам дифференциального усилителя. Предположим, что каким-то образом шум попадает во входные линии и воздействует на обе линии одинаково. Поскольку шум является общим для обоих входов, он будет подавляться на усиленном выходе. Таким образом, мы получаем на выходе усиленный сигнал без помех.

Поскольку дифференциальный усилитель выдает на выходе только сигнальное напряжение, мы можем избежать громоздкого разделительного конденсатора на выходе.

Дифференциальный усилитель обычно реализуется с использованием BJT или MOSFET с двумя идентичными устройствами, и мы называем их дифференциальной парой. входное напряжение или ток со значением, называемым коэффициентом усиления. Следовательно, усилитель напряжения — это усилитель, который может создавать усиление по напряжению на выходе. Коэффициент усиления представляет собой отношение выходного напряжения к заданному входному напряжению и выражается в децибелах (дБ).

усиление = выходное напряжение/входное напряжение

усиление = 10 log (выходное напряжение/входное напряжение) дБ

обычно используются усилители класса А.

Усилитель выходной мощности

Усилитель выходной мощности

На выходе усилителя напряжения могут быть усиленные напряжения, но их сила тока очень мала. Такие сигналы будут легко загружаться на выходе. Значит надо усиливать их мощность за счет усиления тока, поддерживая на выходе одинаковое напряжение. Такие усилители называются усилителями тока, буферными усилителями, эмиттерными повторителями и т. д. В модели 741 класса AB используется двухтактный эмиттерный повторитель.

Внутренняя архитектура 741

Рис. 12: Схема внутренней схемы 741 OPAMP IC

дифференциальный усилитель. Этот раздел отмечен внутри синего прямоугольника.

Выходной контакт происходит от двухтактного усилителя мощности, образованного транзисторами Q14 и Q20. Этот раздел отмечен прямоугольником голубого цвета. Усилитель напряжения отмечен внутри пурпурного прямоугольника. Прямоугольник красного цвета, который включает транзисторы от Q8 до Q13, выделяет токовые зеркала.

Символ операционного усилителя и двойного источника питания

Символ операционного усилителя

Наиболее важным функциональным блоком операционного усилителя является дифференциальный усилитель. Уместно сказать, что ОУ есть не что иное, как дифференциальный усилитель с очень высоким коэффициентом усиления. Следовательно, символ для операционного усилителя — это тот же символ, который мы используем для обозначения дифференциального усилителя. Следующий символ используется как для дифференциального усилителя, так и для операционных усилителей.

Рис. 13: Символ операционного усилителя

Двойной блок питания

Из приведенного выше рисунка видно, что используются два блока питания. +Vsupply представляет собой положительное напряжение, а –Vsupply представляет собой отрицательное питание. Предполагается, что эти напряжения источника питания имеют одинаковую величину относительно общей точки (земля GND), но противоположную полярность. Такой источник питания мы называем двойным источником питания.

Для правильной работы большинства интегральных схем операционных усилителей требуется двойное питание.

Итак, прежде чем мы приступим к любой схеме операционного усилителя, мы должны разработать двойной источник питания. Давайте посмотрим, как спроектировать двойной источник питания.

Имейте в виду, что двойной источник питания имеет не только положительное и отрицательное напряжение, но и клемму заземления. Также величина положительного и отрицательного напряжения по отношению к земле должна быть точно такой же.

Мы можем реализовать такую ​​схему, используя простой делитель потенциала, как показано ниже.

Рис. 14: Принципиальная схема простого двойного питания

Резисторы должны быть одного типа и одного номинала. Единственная проблема с приведенной выше схемой — эффект нагрузки. Если положительная или отрицательная сторона нагружены слишком сильно по сравнению с другой стороной, цепь может стать несбалансированной.

Также, если вам интересно, откуда взять эти положительные и отрицательные напряжения питания, давайте посмотрим на следующую схему. Он имеет понижающий трансформатор, выпрямитель и интегральные схемы положительного и отрицательного стабилизатора.

Схема регулируемого двойного источника питания показана на следующем рисунке 9.0009

Рис. 15: Схема регулируемого двойного источника питания +/-5 В

Спецификация компонентов:

100 мкФ, 25 В, электролитический

R1=R2=1KE, 1/4 Вт

U1=LM7805

U2=LM7905

D1=светодиод (красный), 3 мм

D2=светодиод (зеленый),

903 значение

Значение компонента:

T1: Если вы используете трансформатор с выходным напряжением более 7,5 В, например 9В, 12 В и т. д., вы получите больше регулирования напряжения. Микросхема 7805 может безопасно использоваться с трансформатором до 14 В. Если вы используете трансформатор с номинальным током больше 1 А, например, 2 А, 3 А и т. д., вы можете управлять большей нагрузкой.

С1 по С5: Стабилизация выходного сигнала может быть улучшена за счет дальнейшего увеличения номинала этих конденсаторов. Экстремальную стабильность можно получить, используя конденсаторы емкостью 1000 мкФ.

R1, R2: Яркость индикаторных светодиодов можно увеличить, уменьшив номинал этих резисторов. Светодиоды можно безопасно использовать с номиналами резисторов выше 220 Ом при напряжении питания 5 В.

U1, U2: Если нам нужно любое другое напряжение на выходе, просто замените эти микросхемы. Регулируемые ИС обычно доступны до 12 В, 7812 и 7912.

Изображение выше на самом деле представляет собой двойной блок питания, созданный мной. Схема точно такая же. Дело в том, что я построил схему внутри распределительной коробки с выключателем питания и розеткой, чтобы она была безопасной и простой в обращении.

Новичкам следует учесть, что просто подключить схему в соответствии с принципиальной схемой и заставить ее работать — это одно, а встроить схему в форму продукта — это совершенно другое. В этом уроке я покажу вам только базовую рабочую схему и изображение или видео готового прототипа, а остальное зависит от читателя.

На следующем рисунке показано, как я подключаю блок питания к макетной плате с помощью соединительных проводов.

Рис. 17. Изображение, показывающее регулируемый двойной источник питания +/-5 В, подающий питание на макетную плату

Особенности операционного усилителя 741

Характеристики операционного усилителя 741

741 — это универсальная ИС для операционных усилителей, и это лучшая ИС для начинающих. Дизайн был впервые выпущен Fairchild и все еще находится в производстве. В настоящее время другие производители также выпускают ИС на операционных усилителях с таким же названием и дизайном.

Широко доступный 741 представляет собой восьмивыводную микросхему операционного усилителя в двухрядном корпусе. Он имеет только один модуль операционного усилителя внутри и требует двойного источника питания.

Рис. 18: Изображение 741 OPAMP IC

Выводы

Выводы операционного усилителя 741 показаны ниже. Контакты 2 и 3 являются входными, а контакт 6 — выходным. Контакты 4 и 7 предназначены для двойного питания.

         Рис. 19. Схема контактов ОУ 741 IC

Предполагается, что операционный усилитель имеет нулевое выходное напряжение, когда разность входных напряжений равна нулю. Но практически этого добиться трудно из-за определенного рассогласования токов на входных клеммах. 741 имеет две клеммы для установки нулевого выходного напряжения, когда входное напряжение равно нулю. Выводы, предусмотренные для этой функции, называются нулевыми смещениями.

В этой статье мы не заинтересованы в использовании этих смещенных нулевых контактов. Современные операционные усилители имеют внутренний механизм для регулировки напряжения смещения.

Среди входных контактов контакт 2 называется инвертирующим входом, а контакт 3 называется неинвертирующим входом. Эти термины очень важны по отношению к операционному усилителю, и мы подробно обсудим их в следующих разделах.

Тестирование микросхемы 741

Тестирование микросхемы 741

Важно убедиться, что имеющийся у нас операционный усилитель работает правильно, прежде чем переходить к дальнейшим экспериментам. Вот простой метод тестирования микросхемы 741 с минимальным количеством компонентов и подключением схемы 9.0009

.

Рис. 20: Схема для тестирования неинвертирующего вывода микросхемы LM741

Здесь мы замкнули 6 и 2 операционный усилитель. Эта схема обычно называется повторителем напряжения. На контакт 3 ОУ через переменный резистор (10К) подается напряжение. Все, что нам нужно сделать, это проверить, одинаковы ли напряжения V1 и V2 или нет. Проверьте их с помощью мультиметра. Если они точно совпадают, то у вас есть прекрасно работающий операционный усилитель, и теперь он готов к дальнейшим экспериментам.

Ту же проверку можно выполнить, подав входное напряжение V1 на инвертирующий контакт и проверив выходное напряжение V2, как показано ниже.

Рис. 21: Схема проверки инвертирующего вывода микросхемы LM741

Проверка микросхемы 741, продолжение…

Изображения выполненных испытаний показаны на следующих рисунках.

Рис. 22: Изображение схемы, используемой для тестирования неинвертирующего вывода микросхемы LM741

Рис. 23: Изображение схемы, используемой для тестирования инвертирующего вывода микросхемы LM741

---

Рубрики: Featured Contributions, Tutorials
С тегами: 741, усилитель, схема, электроника, операционный усилитель
 

---

Советы по устранению неполадок: Операционные усилители — размах выходного сигнала

1. 17 Домашняя страница TI
2. Экономьте время по требованию с Demystify
3. Советы по поиску и устранению неисправностей: Линейные усилители
4. Советы по поиску и устранению неисправностей: Операционные усилители
5. Советы по поиску и устранению неисправностей: операционные усилители — размах выходного сигнала

Экономьте время по требованию с Demystify

МЕНЮ

• Советы по поиску и устранению неисправностей: интегральные схемы (4)

• Советы по поиску и устранению неисправностей: Линейные усилители (6)

  • Советы по поиску и устранению неисправностей: Операционные усилители (5)

  • Советы по поиску и устранению неисправностей: полностью дифференциальные усилители (1)

• Советы по устранению неполадок: высокоскоростные данные и часы (1)

• Советы по поиску и устранению неисправностей: Преобразователи данных (4)

• Советы по устранению неполадок: Начало работы (4)

Электронная почта

Здравствуйте. При работе со всеми устройствами TI важно обращаться к техническому описанию продукта TI, которое можно найти на странице продукта. Страницу продукта можно найти на сайте ti.com. Дополнительную информацию об устранении неполадок см. на странице ti.com/troubleshooting. При отладке потенциальных ошибок вывода АЦП это может оказаться сложной задачей. В сегодняшней демонстрации мы рассмотрим спецификацию операционного усилителя, известную как размах выходного сигнала. Измерение этой спецификации может помочь вам определить основную причину аномалии АЦП. Прежде чем мы начнем, давайте рассмотрим некоторые дополнительные обучающие материалы, которые TI размещает на ti.com. Некоторые из предварительных условий, на которые важно ссылаться, — это курсы TI-Precision Lab, такие как ограничения вывода и ввода. Кроме того, TI предоставляет бесплатное программное обеспечение для моделирования, известное как TINA-TI. Это программное обеспечение можно бесплатно загрузить с сайта ti.com/tina-ti. Теперь, когда мы рассмотрели предварительные требования к операционным усилителям, давайте поговорим о тестовых контурах операционных усилителей. Тест операционного усилителя, который мы рассмотрим, — это ложный суммирующий переход. Большинство параметров постоянного тока могут быть измерены с использованием показанной на экране схемы ложного суммирующего перехода. Большинство параметров постоянного тока можно измерить, используя всего четыре резистора в цепи. Некоторые из спецификаций операционных усилителей, которые следует использовать для этой демонстрации, — это VOS, который определяется как дифференциальное входное напряжение, необходимое для перевода выходного напряжения в среднее положение, и выходной размах. Размах выходного сигнала можно измерить, приблизив выходное напряжение к положительному или отрицательному источнику питания, подав напряжение на вывод VOC, обозначенный на схеме на слайде. Теперь, когда мы рассмотрели тестовые контуры операционных усилителей, давайте более подробно рассмотрим эту спецификацию, называемую размахом выходного сигнала. Первая и очень важная вещь, о которой следует упомянуть перед подробным обсуждением размаха выходного сигнала, заключается в том, что размах выходного сигнала — это не то же самое, что напряжение смещения усилителя. Напряжение смещения усилителя строго определено в наших спецификациях, когда Vout и синфазное напряжение равны среднему напряжению питания. Когда мы обсуждаем выходной размах, мы можем описать его как близкое выходное напряжение операционного усилителя к положительному или отрицательному напряжению питания. Например, это когда Vвых не равно средней подаче. Таким образом, мы находимся за пределами того, что VOS определено в спецификации продукта TI. Давайте продемонстрируем, как выглядит выходной размах с визуальной точки зрения, используя анимированный график. На этом графике мы видим, что по оси X отложено Vout, а по оси Y — напряжение питания. Между средней областью графика мы видим, что это линейная область. Здесь выходное напряжение отслеживается в линейной прогрессии. Когда мы выходим за пределы этой выходной области, мы видим, что выходное напряжение имеет тенденцию к насыщению до значения, известного как VOL или выходной размах. Это находится на некотором расстоянии от отрицательного источника питания, но не достигает отрицательного напряжения питания. Поэтому перед тестированием размаха выходного сигнала важно ознакомиться с техническими данными продукта TI для условий тестирования. Рассматривая выдержку из таблицы данных ниже, мы видим, что спецификация выходного колебания имеет разные значения для каждой отдельной нагрузки, указанной в таблице данных. Теперь, когда мы подробно рассмотрели выходной сигнал, давайте приступим к демонстрации. Для этой демонстрации мы будем использовать условия, показанные на слайде. Для этой демонстрации мы собираемся измерить размах выходного сигнала от положительной шины, как указано в техническом описании продукта TI. Прежде чем закончить демонстрацию, измерим выходное напряжение усилителя. Для этой демонстрации мы будем использовать три единицы оборудования — два источника питания постоянного напряжения. Блок питания наверху будет использоваться для подачи входного напряжения, чтобы на выходе было 12 вольт. И мы будем использовать цифровой мультиметр для измерения выходного напряжения усилителя. Мы воссоздали схему ложного суммирующего соединения, используя универсальную макетную плату, также известную как универсальная макетная плата. Теперь давайте начнем демонстрацию, подав плюс-минус 12 вольт на наш операционный усилитель, используя нижний блок питания. Важно отметить, что мы используем нагрузочный резистор 10 кОм, как указано в техническом описании продукта TI. Цифровой мультиметр измеряет выходное напряжение качания на белом проводе, показанном здесь. Цифровой мультиметр показывает 11,9.04 вольта, что составляет 95 милливольт от положительной шины питания операционного усилителя. Теперь, когда я показал вам этот метод измерения размаха выходного сигнала операционного усилителя, важно применить этот метод при устранении ошибок на выходе АЦП в вашем приложении. Дополнительные советы по устранению неполадок см. на странице ti.com/troubleshooting. Спасибо за просмотр.

Предыдущий Далее

Описание

11 декабря 2019 г.

Понимание того, как проверить технические характеристики, такие как смещение входного напряжения, имеет решающее значение для процесса устранения неполадок и отладки приложения. В этом обучении схема ложного суммирующего соединения используется для демонстрации того, как определить входное напряжение смещения линейного усилителя. На системном уровне аномалия выходного напряжения может иметь следующие признаки:

• Повышенное или пониженное выходное напряжение по сравнению с номинальным
• ADC обнаружил аномальные показания
• Неожиданные показания датчика

Загрузить слайды вебинара

Дополнительная информация

Как проверить операционный усилитель мультиметром?

1. Дом
2. Блог
3. Как проверить операционный усилитель с помощью мультиметра?

Как проверить операционный усилитель с помощью мультиметра?

• 25 сентября 2022 г.
• 4,5

Что делают операционные усилители в цепи?

Операционный усилитель, или сокращенно операционный усилитель, равен представляет собой устройство усиления напряжения, предназначенное для использования с внешними компонентами обратной связи, такими как резисторы и конденсаторы, между его выходной и входной клеммами .

Как я узнаю, хороший у меня IC или плохой?

Он в основном измеряет значение рабочего напряжения постоянного тока каждого контакта на землю; Затем по сравнению с номинальным значением можно судить о качестве интегральной схемы. Это один из наиболее часто используемых методов оценки того, хороша или плоха интегральная схема по с использованием метода измерения напряжения .30 октября 2018 г.

Как мне проверить мой 741 IC?

Тестирование микросхемы 741

На контакт 3 операционного усилителя через переменный резистор (10 кОм) подается напряжение. Все, что нам нужно сделать, это проверить, одинаковы ли напряжения V1 и V2 или нет. Проверьте их с помощью мультиметра .10 августа 2021 г.

Как операционные усилители выходят из строя?

Вышедшие из строя транзисторы на инвертирующем входе обоих ОУ . Измерения низкого импеданса на обоих операционных усилителях предполагают проблему с инвертирующим входом с землей (Vss). Два транзистора были закорочены из-за скачка напряжения на инвертирующем входе. 2 декабря 2012 г.

Родственный

Что такое повторитель напряжения в операционном усилителе?

Повторитель напряжения — это схема операционного усилителя , выходное напряжение которой сразу следует за входным напряжением . … Повторитель напряжения используется в качестве буферного усилителя, развязывающего усилителя, усилителя с единичным коэффициентом усиления, поскольку выход следует за входом. Повторитель напряжения не обеспечивает ни чередования, ни усиления, а только буферизацию.

Родственные

Почему для IC 741 требуется двойной источник питания?

Операционные усилители имеют две шины питания , поскольку им обычно требуется колебание биполярных выходных напряжений , которые становятся положительными или отрицательными в зависимости от нормального диапазона входных сигналов . Без двойного питания выходной сигнал будет ограничиваться потенциалом земли. …

Связанные

Почему операционные усилители важны?

Операционные усилители по-прежнему являются основным конструктивным элементом аналоговых систем , выполняя такие задачи, как усиление, активная фильтрация и преобразование сигналов. В цифровых системах операционные усилители используются в буферах, аналого-цифровых преобразователях, цифро-аналоговых преобразователях и регулируемых источниках питания, и это лишь некоторые из приложений. 1 октября 1996 г.

Почему операционный усилитель так называется?

Op-amp означает операционный усилитель. … Первоначально операционные усилители назывались так , потому что они использовались для моделирования основных математических операций сложения, вычитания, интегрирования, дифференцирования и т. д. . в электронных аналоговых компьютерах. В этом смысле настоящий операционный усилитель является идеальным элементом схемы.

Связанные

Каковы преимущества операционного усилителя?

Преимущества: повышенная стабильность схемы, ▪ увеличенный входной импеданс, ▪ уменьшенный выходной импеданс , увеличенная полоса частот при постоянном усилении.

Связанные

Каковы области применения операционного усилителя?

• Операционные усилители используются в самых разных областях электроники. Некоторые из наиболее распространенных применений: повторитель напряжения , схема селективной инверсии, преобразователь тока в напряжение, активный выпрямитель, интегратор, широкий спектр фильтров и компаратор напряжения .

Родственные

Что такое дифференциальный операционный усилитель?

• Усилитель op — представляет собой дифференциальный усилитель , который имеет высокий импеданс i/p, высокое дифференциальное усиление в режиме и низкий импеданс o/p. Когда к этой схеме применяется отрицательная обратная связь, можно построить ожидаемое и стабильное усиление. Обычно некоторые типы дифференциала 9Усилитель 0311 состоит из различных более простых дифференциальных усилителей .

Родственные

Что такое тестер нагрузки цепи?

• НАГРУЗКА ТЕСТЕРЫ . Для специалиста по электронике/инженера или электрика тест load подтверждает наличие, качество и безопасность питания, подаваемого на электронное устройство или прибор. это просто 9Тест 0310 load быстро выявляет аномальные (часто опасные) условия в цепи .

Родственные

Как проверить усилитель на микросхеме?

Все, что вам нужно сделать, чтобы протестировать операционный усилитель, это добавить его в гнездо микросхемы, включить схему и посмотреть, мигают ли светодиоды или нет . Если светодиоды продолжают гореть или гаснуть, значит, у вас неисправность в микросхеме. Если ИС тоже начнет греться, то у вас тоже будет неисправность.

Родственный

Операционные усилители выходят из строя?

Некоторые операционные усилители умирают от этого . Это обычная проблема для старых операционных усилителей в стиле «741», когда внезапное умирание является единственным признаком мертвого эффекта. Во многих случаях это вполне может быть связано с накопленным входным уроном. Это легко — не позволяйте входным соединениям ломаться в обратном направлении.

Связанные

Что такое схема повторителя единства?

Повторитель напряжения также известен как усилитель с единичным усилением, буфер напряжения или развязывающий усилитель. В цепи повторителя напряжения выходное напряжение равно входному напряжению ; таким образом, он имеет усиление, равное единице, и не усиливает входящий сигнал. 5 мая 2017 г.

Как определить, что конденсатор неисправен?

С помощью мультиметра измерьте напряжение на выводах конденсатора . Напряжение должно быть около 9 вольт. Напряжение быстро разряжается до 0 В, потому что конденсатор разряжается через мультиметр. Если конденсатор не удерживает это напряжение, он неисправен и должен быть заменен.

Связанные

Как повреждаются операционные усилители?

Чрезмерный входной ток в течение длительного периода времени или даже короткие промежутки времени, если ток достаточно высок, могут повредить операционный усилитель. Это повреждение может привести к сдвигу параметров электрических характеристик за пределы, гарантированные паспортом; это может даже привести к необратимому отказу операционного усилителя.

Связанные

Что такое дрейф в операционном усилителе?

Операционные усилители, будучи полупроводниковыми устройствами, чувствительны к колебаниям температуры. Любые отклонения в характеристиках усилителя, вызванные изменениями температуры , называются дрейфом.

Связанные

Что такое идеальный операционный усилитель?

Операционный усилитель: Идеальным операционным усилителем является усилитель с бесконечным входным импедансом, бесконечным коэффициентом усиления без обратной связи, нулевым выходным импедансом, бесконечной полосой пропускания и нулевым шумом . Он имеет положительные и отрицательные входы, которые позволяют схемам, использующим обратную связь, выполнять широкий спектр функций.

Родственный

Как тестировать операционные усилители с очень высоким коэффициентом усиления без обратной связи?

• При тестировании операционных усилителей с очень высоким коэффициентом усиления без обратной связи необходимо убедиться, что разрешение источника напряжения меньше микровольта, чтобы гарантировать любую степень повторяемости. Вы также должны использовать итеративный подход, чтобы свести выход к нулю.

Родственные

Как проверить операционный усилитель?

• Да фиолетовый, у многих возникают сомнения при тестировании своих схем. Вот что я узнаю от своего старшего по тестированию на операционном усилителе, это самый быстрый и простой способ, и он работал у меня каждый раз. Просто подключите операционный усилитель в режиме повторителя напряжения и убедитесь, что входное напряжение равно выходному напряжению.

Родственные

Как измерить передаточную функцию операционного усилителя?

• В частности, измерения передаточной функции операционного усилителя можно настроить с помощью осциллографа, генератора сигналов или генератора сигналов произвольной формы и простой схемы. AWG формирует треугольную волну, используемую в качестве входного сигнала для операционного усилителя в тесте (DUT) и для управления горизонтальным отклонением прицела.

Родственные

Как работает операционный усилитель с тестом треугольной волны?

• Когда переключатель размыкается, заряд конденсатора продолжает обеспечивать напряжение смещения. Операционный усилитель также суммирует треугольный сигнал test с напряжением коррекции смещения и подает эту сумму на вход ИУ через сеть ослабляющих резисторов.

Родственные

Как узнать, повреждена ли моя ИС?

Коснитесь ИС пальцем, просто подав на нее напряжение . Обратите внимание, нагревается ли микросхема, как это происходит естественным образом, или если вы не можете прикоснуться к ней через несколько 10-12 секунд. Если микросхема нагревается очень быстро, она наверняка будет повреждена. 18 декабря 2017 г.

Связано

Что такое напряжение насыщения операционного усилителя?

Операционный усилитель не может выдавать более 85 % напряжения, подаваемого на него (±15 В) . Мы говорим, что операционный усилитель насыщается. … Операционный усилитель будет насыщаться, если входное напряжение будет слишком сильно увеличено или если усиление будет слишком сильно увеличено.

Связанные

Старые транзисторы портятся?

Нет никакой реальной причины старения транзисторов . Кусочек кремния 10-летней давности должен быть таким же, как 1-летний. Однако старые системы, содержащие транзисторы, начинают доставлять больше проблем. … Вот тогда и могут выйти из строя транзисторы.

Связанные

Как узнать, является ли операционный усилитель инвертирующим или неинвертирующим?

Усилитель, у которого выходной сигнал сдвинут по фазе на 180 градусов по отношению к входному, называется инвертированным усилителем, тогда как 9Усилитель 0310, у которого o/p совпадает по фазе с i/p , известен как неинвертирующий усилитель.

Связанные

Как измеряется полоса пропускания операционного усилителя?

Полоса пропускания неинвертирующего усилителя U1 рассчитывается по формуле путем деления произведения ширины полосы усиления на неинвертирующее усиление . Таким образом, для этого примера полоса пропускания составляет 22 мегагерца, деленное на 1, что равно 22 мегагерцам.

Родственный

Как работает ИС?

Интегральные схемы представляют собой комбинацию диодов, микропроцессоров и транзисторов в уменьшенной форме на кремниевой пластине. … Транзисторы — эти компоненты используются для хранения напряжения или стабилизатора цепи. Их можно использовать для усиления данного сигнала и использовать в качестве переключателей , работающих в цифровых схемах .6 января 2020 г.

Связанные

Как узнать свой ne555?

Как проверить микросхему таймера 555? Прежде всего, вставьте микросхему в гнездо (если используется) очень осторожно, чтобы не повредить контакты таймера 555. Теперь, чтобы увидеть результат, включите питание. Если ваш таймер 555 работает правильно, то оба светодиода (в моем случае красные) будут светиться попеременно. 13 апреля 2018 г.

Как проверить электронную схему?

Самый простой способ — подключить к розетке цепи , которая, как вы знаете, находится под напряжением (имеет питание). Вставьте провода тестера или датчик в выходные пазы. Если тестер загорается, значит все в порядке. Если он не загорается, тестер неисправен или ему нужны новые батареи. 9 июня 2021 г.

Похожие

Сколько существует типов микросхем?

Есть примерно 600 типов стандартных логических ИС, от базовых микросхем до высокофункциональных арифметико-логических устройств. Существует два разных типа реализации: TTL и CMOS. ИС с транзисторно-транзисторной логикой: основная схема построена на биполярных транзисторах. Эти чипы работают от питания 5 В.

Связанные

Каковы наиболее распространенные типы отказов микросхем?

Вероятно, наиболее распространенными из всех дефектов ИС являются дефекты, связанные с на электрическое перенапряжение или EOS . Электрическое перенапряжение является результатом воздействия на устройство уровней напряжения и тока, намного превышающих те, на которые устройство рассчитано.

Связанные

Для чего используются буферы операционных усилителей?

Несмотря на то, что усиление, равное 1, не дает никакого усиления по напряжению, буфер чрезвычайно полезен, поскольку он не позволяет входному импедансу одного каскада нагружать выходной импеданс предыдущего каскада , что вызывает нежелательную потерю передачи сигнала. …

Связанные

Что такое суммирующий усилитель?

Суммирующий усилитель — это другой тип конфигурации схемы операционного усилителя , который используется для объединения напряжений, присутствующих на двух или более входах, в одно выходное напряжение. 4 октября 2020 г.

Связанные

Зачем нужен буферный усилитель?

Буферный усилитель (иногда называемый просто буфером) — это усилитель, который обеспечивает преобразование электрического импеданса от одной цепи к другой, целью которого является предотвращение влияния на источник сигнала любых токов (или напряжений, для токового буфера ), с которым может быть произведена нагрузка.

Связанные

Какое напряжение может усиливать операционный усилитель?

Операционный усилитель — это усилитель напряжения с очень высоким коэффициентом усиления. Он используется для усиления сигналов за счет увеличения их амплитуды. Операционные усилители могут усиливать как сигналы постоянного, так и переменного тока .

Связанные

Что такое ACL в операционном усилителе?

ACL= 1+ (R1/R2)

Уравнение коэффициента усиления по напряжению в приведенном выше положительном значении означает, что o/p будет в фазе с поданным сигналом i/p. Соотношение двух резисторов, используемых в цепи R1 и R2, называется коэффициентом усиления по напряжению неинвертирующего усилителя. 14 декабря 2015 г.

Родственный

Что такое неинвертирующий усилитель?

Неинвертирующий операционный усилитель — это схема операционного усилителя с выходным напряжением, синфазным с входным напряжением . Его дополнением является инвертирующий операционный усилитель, который выдает выходной сигнал, сдвинутый по фазе на 180 ^o .

Связанные

Что такое операционный усилитель?

• Операционный усилитель — это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень высоким коэффициентом усиления. …

• Op -амперы могут быть сконфигурированы через одну или несколько внешних обратных связей и смещений напряжения для получения желаемых откликов и характеристик.

• Базовая конструкция op — amp представляет собой устройство с тремя клеммами, за исключением силовых разъемов. …

Родственные

Что такое смещение операционного усилителя?

• Оп ампер вход смещения . op amp представляет собой дифференциальный усилитель. Это означает, что когда нет разницы между двумя входами, например. когда входы закорочены, на выходе не должно быть напряжения. К сожалению, при таких обстоятельствах всегда есть небольшое смещение 9.0311 потому что нет оп амп никогда не бывает идеальным и полностью сбалансированным.

Родственные

Что такое схема операционного усилителя?

• op — Усилитель (операционный усилитель) представляет собой электронную схему , состоящую из нескольких активных устройств (транзисторов) и пассивных устройств (резисторов, конденсаторов) и т. д., которая способна реализовать следующие общие черты :

общий Информация СМИ Нажмите галерея иллюстрация

Поделиться этой записью:

⇐ Что значит быть уполномоченным?

Что такое генетика тестирования рефлексов? ⇒

ПОВЕДЕННАЯ КНИГА ОУ — Часть 4

---

» Перейти к дополнительным материалам

В первом эпизоде ​​этой серии статей об операционных усилителях, состоящей из четырех частей, были описаны основные принципы работы обычных операционных усилителей с разностью напряжений (тип 741) и показаны некоторые основные схемы, в которых они могут использоваться.

В заключительном выпуске этого месяца рассматриваются практические способы использования таких операционных усилителей в различных измерительных приборах и испытательном оборудовании, в том числе в прецизионных выпрямителях, преобразователях переменного/постоянного тока, драйверах электронных аналоговых счетчиков, а также источниках переменного опорного напряжения и источниках постоянного тока. схемы.

При чтении этого эпизода обратите внимание, что наиболее практичные схемы показаны на основе стандартных операционных усилителей типа 741, 3140 или LF351 и работают от двух источников питания 9 В, но эти схемы обычно работают (без модификации) с большинством напряжений. -дифференциальные операционные усилители и от любого источника постоянного тока в пределах рабочего диапазона этого операционного усилителя. Также обратите внимание, что все схемы на базе 741 имеют очень ограниченную частотную характеристику, которую можно значительно улучшить, используя альтернативный «широкополосный» операционный усилитель.

СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Простые диоды являются плохими выпрямителями сигналов переменного тока низкого уровня и не начинают проводить до тех пор, пока приложенное напряжение не превысит определенное значение «колена»; кремниевые диоды имеют коленные значения около 600 мВ и, таким образом, дают незначительное выпрямление сигнальных напряжений ниже этого значения. Эту слабость можно преодолеть, подключив диод к контуру обратной связи операционного усилителя таким образом, чтобы эффективное напряжение колена уменьшилось на коэффициент, равный коэффициенту усиления по напряжению операционного усилителя без обратной связи; комбинация затем действует как почти идеальный выпрямитель, который может реагировать на входные сигналы всего лишь доли милливольта. На рис. 1 показан простой однополупериодный выпрямитель этого типа.

РИСУНОК 1. Схема простого однополупериодного выпрямителя.


Схема Рис. 1 подключена как неинвертирующий усилитель с обратной связью через кремниевый диод D1, а выходной сигнал схемы подключен к нагрузочному резистору R1. Когда на схему подаются положительные входные сигналы, выход операционного усилителя также становится положительным; входного напряжения всего в несколько микровольт достаточно, чтобы привести выход операционного усилителя к напряжению колена D1 600 мВ, после чего D1 становится смещенным в прямом направлении. Затем отрицательная обратная связь через D1 заставляет инвертирующий вход (и, следовательно, выход схемы) точно следовать всем положительным входным сигналам выше нескольких микровольт. Таким образом, схема действует как повторитель напряжения на положительные входные сигналы.

Когда входной сигнал отрицательный, выходной сигнал операционного усилителя колеблется в отрицательном направлении и смещает D1 в обратном направлении. При этом обратное сопротивление утечки D1 ​​(обычно сотни МОм) действует как делитель потенциала с R1 и определяет коэффициент усиления схемы по отрицательному напряжению; как правило, с показанными значениями компонентов отрицательное усиление составляет примерно -60 дБ. Таким образом, схема «следит» за положительными входными сигналами, но отклоняет отрицательные и, следовательно, действует как почти идеальный выпрямитель сигналов.

РИСУНОК 2. Пиковый детектор с буферизованным выходом.


На рис. 2 показано, как вышеприведенная схема может быть модифицирована для работы в качестве детектора пикового напряжения путем подключения C1 параллельно R1. Этот конденсатор быстро заряжается через D1 до пикового положительного значения входного сигнала, но медленно разряжается через R1, когда сигнал падает ниже пикового значения. IC2 используется в качестве буферного каскада, следящего за напряжением, чтобы гарантировать, что резистор R1 не шунтируется внешними нагрузочными эффектами.

Обратите внимание, что базовые схемы Рисунок 1 и 2 имеют очень высокое входное сопротивление. В большинстве практических приложений входной сигнал должен быть связан по переменному току, а вывод 3 операционного усилителя должен быть подключен к общей шине через резистор 100 кОм.

ЦЕПИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Схема выпрямителя (рис. 1) имеет довольно ограниченную частотную характеристику и может давать небольшой отрицательный выходной сигнал, если D1 имеет плохие характеристики обратного сопротивления. На рис. 3 показан альтернативный тип схемы однополупериодного выпрямителя, который имеет значительно улучшенные характеристики выпрямителя за счет значительного снижения входного импеданса.

РИСУНОК 3. Прецизионный однополупериодный выпрямитель.


В рис. 3 операционный усилитель подключен как инвертирующий усилитель с входным сопротивлением 10 кОм (= R1). Когда входной сигнал отрицательный, выходной сигнал операционного усилителя колеблется в положительном направлении, смещая D1 в прямом направлении и формируя выходной сигнал на R2. При этом коэффициент усиления по напряжению равен (R2+R _D )/R1, где R _D — активное сопротивление этого диода. Таким образом, когда D1 работает ниже значения колена, его сопротивление велико, и схема дает высокий коэффициент усиления, но когда D1 работает выше значения колена, его сопротивление очень мало, и коэффициент усиления схемы равен R2/R1. Таким образом, схема действует как прецизионный инвертирующий выпрямитель для отрицательных входных сигналов.

Когда входной сигнал становится положительным, выходной сигнал операционного усилителя становится отрицательным, но отрицательный размах ограничивается значением -600 мВ через D2, а выходной сигнал на стыке D1-R2 в этом случае незначительно смещается от нуля. Таким образом, эта схема производит положительное полуволновое выпрямление на выходе. Базовую схему можно сделать так, чтобы она давала однополупериодный выпрямленный отрицательный выходной сигнал, просто поменяв местами полярности двух диодов.

РИСУНОК 4. Прецизионный двухполупериодный выпрямитель.


На рис. 4 показано, как вариант приведенной выше схемы с отрицательным выходом можно объединить с инвертирующим «суммером» для создания прецизионного двухполупериодного выпрямителя. Здесь IC2 инвертирует и дает усиление x2 (через R3-R5) полуволновому выпрямленному сигналу IC1, а также инвертирует и дает единичное усиление (через R4-R5) исходному входному сигналу (E _в ). Таким образом, при подаче отрицательных входных сигналов выход IC1 равен нулю, поэтому выход IC2 равен +E _в . Когда применяются положительные входные сигналы, IC1 дает отрицательный выход, поэтому IC2 генерирует выход +2E _в через IC1 и -E _в через исходный входной сигнал, таким образом, давая фактический выход +E _в . Таким образом, выход этой схемы положительный и всегда имеет значение, равное абсолютному значению входного сигнала.

СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ AC/DC

Схемы Рис. их выходы для преобразования переменного/постоянного тока, как показано на рис. 9.0294 Фигуры 5 и 6 соответственно. Обратите внимание, что эти схемы предназначены для использования только с синусоидальными входными сигналами.

РИСУНОК 5. Прецизионный полуволновой преобразователь переменного тока в постоянный.


В полуволновом преобразователе переменного/постоянного тока в Рисунок 5 схема дает усиление по напряжению x2,22 через R2/R1 для коррекции форм-фактора, а интегрирование выполняется через C1-R2 . Обратите внимание, что эта схема имеет высокий выходной импеданс, и выход должен быть буферизован, если он должен подаваться на нагрузку с низким импедансом.

РИСУНОК 6. Прецизионный двухполупериодный преобразователь переменного тока в постоянный.


В двухполупериодном преобразователе переменного тока в постоянный в Рисунок 6 схема имеет коэффициент усиления по напряжению x1,11 для коррекции форм-фактора, а интегрирование осуществляется через C1-R5. Эта схема имеет низкоимпедансный выход.

СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ DVM

Прецизионные 3-1/2-разрядные модули цифровых вольтметров (DVM) легко доступны по умеренной цене и могут легко использоваться в качестве основы для индивидуальных многодиапазонных и многофункциональных измерителей. Эти модули обычно питаются через 9V, имеют базовую полномасштабную чувствительность измерения 200 мВ постоянного тока и почти бесконечное входное сопротивление. Они могут работать как многодиапазонные вольтметры постоянного тока, просто подавая испытательное напряжение на модуль через подходящую сеть «умножителей» (резистивный аттенюатор), или как многодиапазонные измерители постоянного тока, подавая испытательный ток на модуль через коммутируемый токовый шунт.

РИСУНОК 7. Преобразователь переменного тока в постоянный для использования с модулем DVM.


Модуль DVM можно использовать для измерения напряжения переменного тока, подключив соответствующий преобразователь переменного тока в постоянный к его входным клеммам, как показано на рис. 7 . Этот конкретный преобразователь имеет почти бесконечное входное сопротивление. Операционный усилитель используется в неинвертирующем режиме, с обратной связью по постоянному току через R2 и обратной связью по переменному току через C1-C2 и цепь диод-резистор.

Коэффициент усиления преобразователя регулируется в ограниченном диапазоне (для коррекции форм-фактора) через RV1, а выпрямленный выход схемы интегрируется через R6-C3 для преобразования постоянного тока. Клемма COMMON модуля DVM имеет внутреннее смещение примерно на 2,8 В ниже V _DD (положительная клемма питания), а операционный усилитель CA3140 использует клеммы V _DD , COMMON и V _SS модуля в качестве точек питания.

РИСУНОК 8. Преобразователь вольтметра переменного тока с пятью диапазонами для использования с модулями DVM.


На рис. 8 показана простая сеть аттенюаторов с частотной компенсацией, используемая в сочетании с вышеуказанным преобразователем переменного/постоянного тока для преобразования стандартного модуля DVM в пятидиапазонный вольтметр переменного тока, и

РИСУНОК 9. Преобразователь амперметра переменного тока с пятью диапазонами для использования с модулями DVM.


На рис. 9 показано, как можно использовать коммутируемую шунтирующую сеть для преобразования модуля в измеритель переменного тока с пятью диапазонами.

РИСУНОК 10. Преобразователь омметра с пятью диапазонами для использования с модулями DVM.


На рис. 10 показана схема, которую можно использовать для преобразования модуля DVM в пятидиапазонный омметр. Эта схема фактически работает как многодиапазонный генератор постоянного тока, в котором постоянный ток поступает (от коллектора Q1) в R _X , а результирующее падение напряжения R _X (которое прямо пропорционально R _{X значение} ) считывается модулем DVM.

Здесь Q1 и операционный усилитель подключены как составной повторитель напряжения, в котором эмиттер Q1 точно соответствует напряжению, установленному на ползунке RV1. На практике это напряжение устанавливается ровно на 1V0 ниже V9.0234 DD , а токи эмиттера и коллектора (R _X ) Q1, таким образом, равны 1V0, деленному на значение резистора диапазона R3-R7, например, 1 мА с R3 в цепи и т. д. Фактический модуль DVM считывает полную шкалу, когда напряжение R _X равно 200 мВ, и это показание получается, когда R _X имеет значение, составляющее одну пятую от значения резистора диапазона, например, 200 Ом в диапазоне 1 или 2M0 в диапазоне 5 и т. д.

АНАЛОГОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ

Операционный усилитель можно легко использовать для преобразования стандартного измерителя с подвижной катушкой в ​​чувствительный аналоговый измеритель напряжения, тока или сопротивления, как показано на практических схемах в Цифры 11 — 16 . Все шесть схем работают от двух источников питания 9 В и построены на основе операционного усилителя LF351 JFET с очень высоким входным сопротивлением и хорошими дрейфовыми характеристиками. Все схемы имеют функцию обнуления смещения, позволяющую установить показания счетчика точно на нуль при нулевом входе, и предназначены для работы со счетчиком с подвижной катушкой с базовой чувствительностью 1 мА полной шкалы.

При желании эти схемы можно использовать в сочетании с диапазоном 1 мА постоянного тока существующего мультиметра, и в этом случае эти схемы работают как «преобразователи диапазонов». выход его операционного усилителя, чтобы ограничить доступный выходной ток до пары миллиампер и, таким образом, обеспечить счетчик автоматической защитой от перегрузки.

РИСУНОК 11. Схема милливольтметра постоянного тока.


На рис. 11 показан простой способ преобразования измерителя 1 мА в милливольтметр постоянного тока с фиксированным диапазоном и полной чувствительностью 1 мВ, 10 мВ, 100 мВ или 1 В0. Схема имеет входную чувствительность 1M0/вольт, и в таблице показано соответствующее значение R1 для различных значений чувствительности fsd. Чтобы первоначально настроить схему, закоротите ее входные клеммы и отрегулируйте RV1, чтобы получить нулевое отклонение на измерителе. После этого схема готова к использованию.

РИСУНОК 12. Измеритель напряжения или тока постоянного тока.


На рис. 12 показана схема, которую можно использовать для преобразования измерителя тока 1 мА либо в вольтметр постоянного тока с фиксированным диапазоном с любой полной чувствительностью в диапазоне от 100 мВ до 1000 В, либо в амперметр постоянного тока с фиксированным диапазоном. с полной чувствительностью в диапазоне от 1 мкА до 1 А. В таблице показаны альтернативные значения R1 и R2 для разных диапазонов.

РИСУНОК 13. Четырехдиапазонный милливольтметр постоянного тока.


На рис. 13 показано, как можно изменить приведенную выше схему, чтобы получить четырехдиапазонный милливольтметр постоянного тока с диапазонами полной шкалы 1 мВ, 10 мВ, 100 мВ и 1 В0, а . На рис. 14 показано, как ее можно изменить. сделать четырехдиапазонный микроамперметр постоянного тока с диапазонами fsd 1 мкА, 10 мкА, 100 мкА и 1 мА. Резисторы диапазона, используемые в этих схемах, должны иметь точность 2% или выше.

РИСУНОК 14. Четырехдиапазонный микроамперметр постоянного тока.


На рис. 15 показана схема простого, но очень полезного четырехдиапазонного милливольтметра переменного тока. Входное сопротивление схемы равно R1 и изменяется от 1 кОм в режиме 1 мВ полной шкалы до 1 МОм в режиме 1 В полной шкалы. Схема дает полезные характеристики на частотах примерно до 100 кГц при использовании в режимах от 1 мВ до 100 мВ полной шкалы. В режиме 1V fsd частотная характеристика расширяется до нескольких десятков кГц. Такая хорошая частотная характеристика обеспечивается операционным усилителем LF351, имеющим очень хорошие характеристики полосы пропускания.

РИСУНОК 15. Четырехдиапазонный милливольтметр переменного тока.


Наконец, На рис. 16 показана схема линейного омметра с пятью диапазонами, который имеет полномасштабную чувствительность в диапазоне от 1k0 до 10M. Диапазонные резисторы R5 — R9 определяют точность измерения. Q1-ZD1 и связанные с ним компоненты просто подают фиксированное 1V0 (номинальное) на «общую» сторону цепи резисторов диапазона, а коэффициент усиления схемы операционного усилителя определяется отношениями выбранного резистора диапазона и R _X и равно единице, когда эти компоненты имеют равные значения. Измеритель показывает полную шкалу в этих условиях, поскольку он откалиброван для индикации полной шкалы, когда на клеммах R _X появляется 1V0 (номинальное значение).

РИСУНОК 16. Пятидиапазонный омметр с линейной шкалой.


Для первоначальной настройки схемы Рисунок 16 установите SW1 в положение 10k и закоротите R _X клеммы вместе. Затем отрегулируйте регулятор «установить ноль» RV1, чтобы задать нулевое отклонение на измерителе. Затем устраните короткое замыкание, подключите точный резистор 10 кОм в положение R _X и отрегулируйте RV2, чтобы получить точное отклонение на полную шкалу на измерителе. После этого схема готова к использованию и не требует дополнительной настройки в течение нескольких месяцев.

ЦЕПИ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Операционный усилитель можно использовать в качестве фиксированного или переменного источника опорного напряжения, подключив его как повторитель напряжения и подав на его вход соответствующий источник опорного напряжения. Операционный усилитель имеет очень высокий входной импеданс при использовании в режиме «повторителя» и, таким образом, потребляет почти нулевой ток от входного источника опорного напряжения, но имеет очень низкий выходной импеданс и может подавать ток в несколько миллиампер на внешнюю нагрузку. Изменения выходной нагрузки вызывают небольшие изменения значения выходного напряжения.

РИСУНОК 17. Переменное положительное опорное напряжение.


На рис. 17 показано практическое положительное опорное напряжение с полностью изменяемым выходным сигналом от +0,2 В до +12 В через RV1. Стабилитрон ZD1 формирует стабильное напряжение 12В, которое подается на неинвертирующий вход ОУ через RV1. Здесь используется операционный усилитель CA3140, поскольку его вход и выход могут отслеживать сигналы в пределах 200 мВ от отрицательного напряжения на шине питания. Вся схема питается от нестабилизированного несимметричного источника питания 18 В.

РИСУНОК 18. Переменное опорное отрицательное напряжение.


На рис. 18 показано отрицательное опорное напряжение, которое дает полностью регулируемый выходной сигнал от -0,5 В до -12 В через RV1. В этой схеме используется операционный усилитель LF351, поскольку его вход и выход могут отслеживать сигналы с точностью до 0,5 В от положительного значения шины питания. Обратите внимание, что операционные усилители, используемые в этих двух схемах стабилизатора, являются широкополосными устройствами, а резистор R2 используется для повышения стабильности их схемы.

ЦЕПИ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Основные схемы , рис. 17 и 18 , можно использовать в качестве сильноточных цепей регулируемого напряжения (мощности) путем подключения к их выходам транзисторных схем, повышающих ток.

РИСУНОК 19. Простой источник питания с регулируемым напряжением.


Рисунок 19 показывает, как работает Рисунок 17 можно изменить, чтобы она работала как регулируемый источник питания от 1 В до 12 В с выходным током (ограниченным номинальной мощностью Q1) около 100 мА. Обратите внимание, что переход база-эмиттер транзистора Q1 включен в цепь отрицательной обратной связи, чтобы свести к минимуму эффекты смещения. Схема может быть сделана так, чтобы выходной сигнал был регулируемым вплоть до нуля вольт, подключив контакт 4 операционного усилителя к источнику питания с отрицательным напряжением не менее 2 В.

РИСУНОК 20. Стабилизированный блок питания от 3 В до 15 В, от 0 до 100 мА.


На рис. 20 показан альтернативный тип схемы источника питания, в которой выходное напряжение изменяется от 3 В до 15 В при токах до 100 мА.

В этом случае фиксированное опорное напряжение 3 В подается на неинвертирующий вход операционного усилителя 741 через ZD1 и сеть R2-C1-R3, а операционный усилитель плюс Q1 подключаются как неинвертирующий усилитель с регулируемым усилением через RV1.

Когда ползунок RV1 установлен в верхнее положение, схема дает единичное усиление и дает выходное напряжение 3 В; когда ползунок RV1 установлен в нижнее положение, схема дает усиление x5 и, таким образом, дает выходное напряжение 15 В. Усиление полностью варьируется между этими двумя значениями. RV2 позволяет установить максимальное выходное напряжение точно на 15 В.

РИСУНОК 21. Стабилизированный блок питания от 3 В до 30 В, от 0 до 1 А.


На рис. 21 показано, как вышеприведенная схема может быть модифицирована для работы в качестве стабилизированного блока питания (БП) от 3 В до 30 В, от 0 до 1 А. Здесь доступный выходной ток увеличивается за счет пары транзисторов Q1-Q2, соединенных Дарлингтоном, коэффициент усиления схемы полностью регулируется от единицы до x10 через RV1, а стабильность опорного входа 3 В на операционный усилитель повышается за счет Сеть предрегулятора ZD1.

РИСУНОК 22. Стабилизированный блок питания от 3 до 30 В с защитой от перегрузки.


На рис. 22 показано, как вышеприведенная схема может быть дополнительно модифицирована для включения автоматической защиты от перегрузки. Здесь R6 определяет величину выходного тока, и когда он превышает 1 А, результирующее падение напряжения начинает смещать транзистор Q3, тем самым шунтируя базовый ток транзистора Q1 и автоматически ограничивая выходной ток схемы.

РИСУНОК 23. Простой блок питания от 0 до 30 В с центральным выводом.


Наконец, На рис. 23 показана схема простого блока питания с отводом от средней точки от 0 до 30 В, который может обеспечить максимальный выходной ток около 50 мА. Блок питания имеет три выходные клеммы и может обеспечивать от 0 до +15 В между общей и +ve клеммами и от 0 до -15 В между общей и -ve клеммами или от 0 до 30 В между -ve и +ve клеммами.