Операционный усилитель для чайников. Операционный усилитель: принцип работы, характеристики и применение

Что такое операционный усилитель и как он работает. Каковы основные характеристики и параметры операционных усилителей. Где применяются операционные усилители в электронике. Какие существуют типы и виды операционных усилителей.

Что такое операционный усилитель и принцип его работы

Операционный усилитель (ОУ) — это интегральная микросхема, предназначенная для усиления электрических сигналов. ОУ имеет два входа (инвертирующий и неинвертирующий) и один выход. Основные особенности ОУ:

• Очень высокий коэффициент усиления (до 1 000 000)
• Высокое входное сопротивление
• Низкое выходное сопротивление
• Широкий диапазон рабочих частот

Принцип работы ОУ основан на усилении разности напряжений между входами. Если напряжение на неинвертирующем входе выше, чем на инвертирующем, то выходное напряжение будет положительным. В обратном случае — отрицательным.

Основные характеристики и параметры операционных усилителей

К ключевым характеристикам ОУ относятся:

• Коэффициент усиления по напряжению
• Входное сопротивление
• Выходное сопротивление
• Полоса пропускания
• Скорость нарастания выходного напряжения
• Напряжение смещения нуля
• Входной ток смещения

Каковы типичные значения этих параметров для современных ОУ? Коэффициент усиления может достигать 1 000 000 и выше. Входное сопротивление — до сотен мегаом. Выходное сопротивление — единицы или десятки ом. Полоса пропускания — от сотен килогерц до сотен мегагерц.

Области применения операционных усилителей

Благодаря своим уникальным свойствам, ОУ нашли широкое применение в электронике:

• Усилители аудио и видеосигналов
• Фильтры и корректоры АЧХ
• Генераторы сигналов
• Компараторы напряжения
• Преобразователи сигналов (интеграторы, дифференциаторы)
• Стабилизаторы напряжения
• Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
• Измерительные приборы

Как видно, сферы использования ОУ чрезвычайно разнообразны — от бытовой техники до сложного измерительного оборудования.

Типы и виды операционных усилителей

Существует несколько основных типов ОУ:

• Общего назначения — универсальные ОУ для широкого круга задач
• Прецизионные — с минимальными погрешностями
• Быстродействующие — с высокой скоростью нарастания выходного сигнала
• Микромощные — с низким энергопотреблением
• Мощные — способные отдавать в нагрузку большой ток
• Программируемые — с возможностью настройки параметров

По типу питания ОУ делятся на однополярные и двухполярные. Существуют также специализированные ОУ для конкретных применений.

Схемы включения операционных усилителей

Базовые схемы включения ОУ:

• Инвертирующий усилитель — инвертирует входной сигнал
• Неинвертирующий усилитель — усиливает сигнал без инверсии
• Повторитель напряжения — обеспечивает единичный коэффициент усиления
• Дифференциальный усилитель — усиливает разность двух сигналов
• Суммирующий усилитель — суммирует несколько входных сигналов

Выбор конкретной схемы зависит от решаемой задачи. Часто используются комбинации базовых схем для реализации более сложных функций.

Особенности работы ОУ с однополярным питанием

Большинство схем с ОУ рассчитаны на двухполярное питание. Но иногда требуется работа с однополярным питанием. Каковы особенности такого включения?

• Необходимо создать искусственную среднюю точку, обычно равную половине напряжения питания
• Входной сигнал должен быть смещен относительно этой средней точки
• Выходной сигнал также будет смещен относительно средней точки
• Уменьшается динамический диапазон выходного сигнала

Для работы с однополярным питанием часто используются специализированные ОУ rail-to-rail, способные работать во всем диапазоне напряжения питания.

Проблемы и ограничения при работе с ОУ

При проектировании схем на ОУ следует учитывать ряд факторов:

• Ограниченная полоса пропускания может искажать высокочастотные сигналы
• Напряжение смещения нуля вызывает появление постоянной составляющей на выходе
• Входные токи смещения могут создавать паразитные напряжения на входах
• При больших коэффициентах усиления возможна самовозбуждение схемы
• Выходной ток и напряжение ограничены характеристиками ОУ

Для преодоления этих ограничений используются различные схемотехнические решения и выбор ОУ с подходящими параметрами.

Операционный Усилитель Схемы Подключения — tokzamer.ru

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


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

Обычно Rвых не превосходит сотен Ом.
Операционный усилитель для чайников

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

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

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

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

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

Предварительный усилитель на отечественной …

Однополярное питание операционных усилителей

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

Поэтому интегратор может действовать в качестве активного фильтра низких частот.

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

Как следует из схемы на рис.

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

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

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

LM358 цоколевка

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

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

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

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

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

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

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

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

Управление нагревом

Аналоги LM358

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

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

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

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

Читайте дополнительно: Сп по прокладке кабельных линий

Аналоги LM358

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

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

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

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

что это такое, принцип работы, схемы включения

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

Что такое операционный усилитель

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

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

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

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

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

Виды и обозначения на схеме

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

Классификация по сферам применения:

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

По входным сигналам ОУ делятся на 2 типа:

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

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

Основные обозначения выводов ИМС:

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

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

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

Основные характеристики

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

1. Усилительные.
2. Входные.
3. Выходные.
4. Энергетические.
5. Дрейфовые.
6. Частотные.
7. Быстродействие.

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

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

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

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

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

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

Где применяются

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

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

Можно выделить устройства, в которых применяются ОУ:

1. Предусилители.
2. Усилители звуковых и видеочастотных сигналов.
3. Компараторы U.
4. Дифусилители.
5. Диференциаторы.
6. Интеграторы.
7. Фильтрующие элементы.
8. Выпрямители (повышенная точность выходных параметров).
9. Стабилизаторы U и I.
10. Вычислители аналогового типа.
11. АЦП (аналого-цифровые преобразователи).
12. ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи).
13. Устройства для генерации различных сигналов.
14. Компьютерная техника.

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

Операционный усилитель, принцип работы для чайников!

Инвертирующий усилитель с однополярным питанием

В некоторых случаях нам даже иногда нужно переместить нулевой уровень на более высокий “пьедестал”, чтобы мы могли полностью усиливать сигнал, если дело касается однополярного питания. Работать с однополярным питанием всегда проще и удобнее, чем с двухполярным. Поэтому, в этом случае надо поднять нулевой уровень на некоторый пьедестал, чтобы полностью усиливать переменный сигнал. То есть добавить постоянную составляющую в сигнал. В этом случае схема примет чуть-чуть другой вид:

Как можно увидеть, сейчас мы питаем наш ОУ однополярным питанием. Что будет, если мы НЕинвертирующий выход посадим на землю?

То есть мы получили базовую схему инвертирующего усилителя, но только с однополярным питанием. Давайте ппросимулируем такую схему. Коэффициент усиления в данном случае будет равен-10, так как мы взяли соотношение резисторов 10 килоом и 1 килоом. Загоняю на вход сигнал амплитудой в 1 В.

Что имеем в итоге на виртуальном осциллографе?

Как вы видите, в этом случае усиленная полуволна сигнала вырезается полностью. Оно и понятно, так как напряжение питания у нас однополярное и проломить “пол” нулевого потенциала невозможно. Но можно сделать одну хитрость: поднять “уровень пола” и дать сигналу место для размаха.

В этом случае нам надо добавить U_см , для того, чтобы поднять сигнал над уровнем “пола”. Но не все так просто, дорогие друзья!

Здесь уже будет использоваться более хитрая формула, а не просто вольтдобавка. Приблизительная формула выглядит вот так:

Итак, мы хотим усилить наш сигнал полностью без среза. Какое же должно быть значение U_вых ? Оно должно иметь значение половины U_пит , чтобы сигнал ходил туда-сюда без срезов. Но также надо учитывать и коэффициент усиления, иначе получится насыщение выхода, о чем мы писали выше.

В нашем случае мы хотим увеличить сигнал амплитудой в 1 В в 10 раз. То есть U_пит должно быть как минимум 20 Вольт. Так как ОУ поддерживают однополярное питание до 32 В, то давайте для красоты выставим U_пит = 30 В. Рассчитываем U_см :

Проверяем симуляцию, все ок!

Как здесь можно увидеть, желтый выходной сигнал поднялся над нулевым уровнем и усилился без искажений. В данном случае желтый сигнал – это сумма постоянного напряжения и переменного синусоидального сигнала.

То есть получилось что-то типа вот этого:

Хорошо это или плохо, когда в переменном сигнале есть постоянная составляющая, то есть постоянное напряжение? В некоторых случаях это плохо, потому как такой сигнал трудно использовать, и поэтому чаще всего его прогоняют через конденсатор, так как он пропускает через себя только переменный ток и блокирует прохождение постоянного тока. А еще лучше поставить фильтр из , с помощью которого можно отсекать лишние частоты.

Логарифмирующий преобразователь

Одной из схем на операционном усилителе, которые нашли применение, является логарифмирующий преобразователь. В данном схеме используется свойство диода или биполярного транзистора. Схема простейшего логарифмического преобразователя представлена ниже

Логарифмирующий преобразователь.

Данная схема находит применение, прежде всего в качестве компрессора сигналов для увеличения динамического диапазона, а так же для выполнения математических функций.

Рассмотрим принцип работы логарифмического преобразователя. Как известно ток, протекающий через диод, описывается следующим выражением

где I_O – обратный ток диода,
е – число е, основание натурального логарифма, e ≈ 2,72,
q – заряд электрона,
U – напряжение на диоде,
k – постоянная Больцмана,
T – температура в градусах Кельвина.

При расчётах можно принимать I_O ≈ 10-9 А, kT/q = 25 мВ. Таким образом, входной ток данной схемы составит

тогда выходное напряжение

Простейший логарифмический преобразователь практически не используется, так как имеет ряд серьёзных недостатков:

1. Высокая чувствительность к температуре.
2. Диод не обеспечивает достаточной точности преобразования, так как зависимость между падением напряжения и током диода не совсем логарифмическая.

Вследствие этого вместо диодов применяют транзисторы в диодном включении или с заземлённой базой.

Пара Дарлингтона

Рисунок 1 – Схема для буферизации выходного тока операционного усилителя на паре Дарлингтона

Условное обозначение на схеме рассказывает большую часть истории. Пара Дарлингтона – это два биполярных транзистора с общим коллектором, объединенных в один корпус. В результате получается устройство, которое работает очень похоже на обычный биполярный транзистор, но с чрезвычайно высоким h_FE – общий коэффициент усиления по току приблизительно равен h_FE первого транзистора, умноженному на h_FE второго транзистора. В этот момент вы можете подумать: «У меня много транзисторов 2N2222, я просто подключу их в стиле Дарлингтона и скажу, что это круто». Ну, это не так просто. Взгляните на эквивалентную схему для транзистора Дарлингтона TIP142T от Fairchild:

Рисунок 2 – Эквивалентная схема транзистора Дарлингтона TIP142T от Fairchild

В дополнение к биполярным транзисторам у нас тут защитный диод и два резистора. Резисторы уменьшают время выключения, обеспечивая путь разряда для емкости перехода база-эмиттер правого транзистора, и они обеспечивают определенное состояние для базы правого транзистора, которая в противном случае висела бы в воздухе, когда пара Дарлингтона находится в режиме отсечки. Они также приводят к снижению h_FE, потому что часть тока базы идет в обход переходов база-эмиттер. Это уменьшение усиления на самом деле во многих ситуациях выгодно, потому что оно уменьшает влияние тока утечки – и дело в том, что вам на самом деле не нужен весь коэффициент усиления по току, который был бы примерно равен 10 000, если предположим, что каждый биполярный транзистор имеет h_FE = 100. Суть в том, что, вероятно, лучше купить устройство Дарлингтона, а не делать свое собственное из двух отдельных биполярных транзисторов.

Вот схема LTspice с парой Дарлингтона вместо одного биполярного транзистора.

Рисунок 3 – Схема для буферизации выходного тока операционного усилителя на паре Дарлингтона в LTspice

В LTspice по умолчанию нет устройств Дарлингтона, но вы можете зайти , чтобы скачать файлы подсхем и условных обозначений для TIP142.

Вот график входного напряжения V_IN, выходного напряжения V_OUT и напряжения, приложенного к базе транзистора Дарлингтона (выходного напряжения ОУ), V_BASE.

Рисунок 4 – График входного напряжения схемы, выходного напряжения схемы и напряжения, приложенного к базе транзистора Дарлингтона (выходного напряжения ОУ)

Как и в схеме с одним биполярным транзистором, выходное напряжение повторяет входное напряжение (график входного напряжения VIN скрыт под графиком выходного напряжения VOUT)

Обратите внимание, что напряжение на базе транзистора Дарлингтона VBASE приблизительно на 1,3–1,4 В выше напряжения на нагрузке; это потому, что теперь у нас есть два падения напряжения база-эмиттер вместо одного. Таким образом, вы должны быть особенно осторожны, чтобы убедиться, что ваши напряжения питания транзистора Дарлингтона и операционного усилителя достаточно высоки, чтобы обеспечить весь диапазон напряжений нагрузки (более подробно об этом см

раздел «Просто, но без “защиты от дурака”» в конце предыдущей статьи).

Следующий график показывает ток нагрузки и ток, протекающий через базу транзистора Дарлингтона.

Рисунок 5 – График ток нагрузки и тока базы первого транзистора пары Дарлингтона

Таким образом, при токе нагрузки 360 мА ток базы составляет 169 мкА, что соответствует h_FE ≈ 2130. Техническое описание указывает, что коэффициент усиления по току должен быть около 1000; возможно, эта конкретная модель SPICE не так точна, как могла бы быть. В любом случае нам удалось значительно снизить выходной ток, требующийся от операционного усилителя.

Другой способ справиться с операционным усилителем, который не может обеспечить достаточный выходной ток, – это использовать MOSFET-транзистор вместо биполярного транзистора. Мы рассмотрим реализацию с MOSFET в следующей статье.

Подача опорного напряжения на ОУ, ИУ и АЦП

На рис. 7 приведена схема с однополярным питанием, в которой напряжение на несимметричный вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) подается с инструментального усилителя. Опорное напряжение усилителя обеспечивает напряжение смещения, соответствующее нулевому дифференциальному входному напряжению, а опорное напряжение АЦП обеспечивает коэффициент масштабирования. Для снижения внеполосного шума между выходом ИУ и входом АЦП часто применяется простой сглаживающий RC-фильтр нижних частот. Разработчики часто соблазняются простыми решениями — например, для подачи опорного напряжения на ИУ и АЦП применяют резистивные делители вместо низкоомного источника. Для некоторых ИУ это может послужить причиной появления погрешности.

Рис. 7. Типичная схема подачи сигнала с ИУ на АЦП с однополярным питанием

Основные характеристики

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

1. Усилительные.
2. Входные.
3. Выходные.
4. Энергетические.
5. Дрейфовые.
6. Частотные.
7. Быстродействие.

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

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

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

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

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

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

Интегрирующий усилитель на ОУ

Схема интегратора, в которой в цепи ООС установлен конденсатор, показана на рисунке:

Пусть на вход подается прямоугольный импульс Uвх
. На интервале t1…t2 амплитуда Uвх
равна U. Так как входной ток ОУ равен нулю, то |iвх
| = |-ic
|, iвх
= Uвх
/R1, ic
= C · dUвых
/dt.

Uвх
/R1 = C · dUвых
/dt или

где Uвых
(0) – напряжение на выходе (конденсаторе С) к моменту начала интегрирования (к моменту t1).

τ = R1 · C – постоянная времени интегрирования, т.е. время, в течение которого Uвых
изменится на величину ΔUвых
= U.

Таким образом выходное напряжение на интервале t1…t2 изменяется по линейному закону и представляет интеграл от входного напряжения. Постоянная времени должна быть такой, чтобы до конца интегрирования Uвых

Повторитель напряжения

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

Усилитель с единичным усилением (повторитель напряжения).

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

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

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

Тогда для повторителя напряжения входное сопротивление будет иметь вид

Выходное сопротивление ОУ с обратной связью представляет собой следующее выражение

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

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

Экспоненциальный преобразователь

Схема экспоненциального преобразователь получается из логарифмического преобразователя путём перемены места диода и резистора в схеме. А работа такой схемы так же как и логарифмического преобразователя основана на логарифмической зависимости между падение напряжения на диоде и током протекающим через диод. Схема экспоненциального преобразователя показана ниже

Экспоненциальный преобразователь.

Работа схемы описывается известными выражениями

Таким образом, выходное напряжение составит

Также как и логарифмический преобразователь, простейший экспоненциальный преобразователь с диодом на входе применяют редко, вследствие вышеописанных причин, поэтому вместо диодов на входе используют биполярные транзисторы в диодном включении или с общей базой.

Схемы включения операционных усилителей, описанные выше, не являются исчерпывающими, а лишь только призваны дать основные понятия. Более подробно схемы включения операционных усилителей я рассмотрю в следующих статьях. Всем удачи.

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

Однополярное питание операционных усилителей

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

И в результате мы получаем К сожалению инвертирующий усилитель обладает одним явным недостатком — низким входным сопротивлением, которое равняется резистору R1.
Как следует из схемы на рис.
Скорее она связана с неприятностями, так как в схеме с отрицательной ОС на высокой частоте могут возникать достаточно большие сдвиги по фазе, приводящие к возникновению положительной ОС и нежелательным автоколебаниям. Усилитель с единичным коэффициентом усиления называют иногда буфером, так как он обладает изолирующими свойствами большим входным импедансом и малым выходным.
Более подробно смещение ОУ при однополярном питании рассматривается в . Сигнала поступает на усилитель с бесконечным входным сопротивлением, а напряжение на неинвертирующем входе имеет такое же значение, как и на инвертирующем входе.
Здесь было бы уместно вспомнить транзистор включенный по схеме с ОЭ. В современной измерительной аппаратуре в качестве линейных усилителей используются операционные усилители.
Электроника от простого к сложному. Урок 8. Первые схемы на оу. (PCBWay)

TDA2030 как повторитель напряжения

Для примера рассмотрим микросхему TDA2030, т.к. две другие являются её более мощными собратья. Исходно микросхема разрабатывалась и применяется в усилителях звука. Подавляющее большинство бытовых усилителей, особенно систем 2.1 и 5.1 построено на этой микросхеме. Что логично и понятно — микросхема дешевая и при этом обладает хорошими характеристиками.

Микросхема реализована в пяти-выводном корпусе и требует минимум деталей для работы. При включении по схеме повторителя для нормальной работы требуются только конденсаторы по питанию. Лучше оставить еще и резистор по входу для привязки входа к земле по постоянному напряжению, хотя и он не обязателен.

Стандартная схема включения микросхемы в качестве усилителя звуковой частоты:

В штатном включении микросхемы (показанном выше), предлагаемом дата шитом, коэффициент усиления задается около 20. При этом полоса рабочих частот ограничивается тем же дата шитом в 140кГц. Однако при работе по схеме повторителя напряжения с единичным коэффициентом усиления микросхема может работать до частот в 0,5…1 МГц. По крайней мере микросхема отлично себя проявила, при работе на частоте 100кГц, подаваемой с генератора синусоидального сигнала на мосту Вина, для умощнения выхода которого она и была применена.

Изящно, красиво, а главное — работает. Микросхема солидно греется и желательно применять радиатор с достаточной площадью поверхности. Отлично подойдет радиатор процессора ПК. Однако тепловыделение зависит от режима работы и сопротивления нагрузки. Не рекомендуется включение микросхемы без радиатора.

В авторском варианте микросхема запитанна стабилизированным напряжением ±9Вольт для обеспечения стабильности амплитуды сигнала. Работа микросхемы предполагалась с мощностью 2-3 Ватта, по этой причине стабилизация питания выполнена на кренках 7809 и 7909, способных обеспечивать ток до 1А(при условии наличия радиаторов). Диапазон питающих напряжений для микросхемы TDA2030 составляет ±6 … ±18 Вольт.

Неинвертирующий усилитель на оу.

Схема
неинвертирующего усилителя показана
на рис. 9.6. Выражение для коэффициента
усиления по напряжению для этой схемы
получим, так же, как и для предыдущей,
из уравнений, составленных по закону
Кирхгофа

С
учетом (9.13) выражение для коэф- фициента
усиления будет иметь вид

Из
следует, что коэффициент усиления по
напряжению в схеме неин- вертирующего
усилителя всегда больше 1. В отличие от
схемы инвертирующего усилителя в данной
схеме ОУ охвачен цепью ООС по напряжению,
последовательной по входу. Поэтому
входное сопро- тивление этой схемы
значительно больше входного сопротивления
ОУ без ОС:

Выходное
сопротивление определяется, как и для
инвертирующего усилителя, согласно
(9.16).

Высокочастотные операционные усилители

EL5166,EL5167 – операционные усилители с полосой частот до 1400 МГц

Микросхемы рассчитаны на работу в сверхшироком диапазоне частот – до 1.4GHz при единичном усилении и 800MHz при усилении, равном 2.

Области применения – видеооборудование, мониторы, аппаратура RF и IF диапазонов.

Основные характеристики

Напряжение питания	От 5 до 12 В
Ток потребления	8.5 мА
Низкий уровень шумов	1.7 нВ/ÖHz
Полоса частот	12 МГц (на уровне -3 дБ)
Рабочий диапазон температур	от -40 до +125°C

Наличие входа разрешения (только в EL5166), потребляемый ток уменьшается до 13 мкА

EL5160,EL5161,EL5260,EL5261,EL5360 – серия недорогих 200-МГц ОУ

В данную группу входят также следующие микросхемы ОУ:

• EL5164 и EL5165 — полоса частот до 600 МГц
• EL5162 и EL5163 — полоса частот до 400 МГц
• EL5160 и EL5161- полоса частот до 200 МГц

Микросхема ISL55211 характеризуется также низкими уровнями собственных шумов и искажений сигнала. Имеется вход Power Down.

Основные характеристики

Напряжение питания	от 3 до 4,5 В
Ток потребления	37 мА
Выходной ток	±30 мА
Полоса частот	до 1600 МГц (на уровне -3 дБ при к-те усиления 2)
Фиксированные значения коэффициентов усиления	2, 4, или 5 В/В
Уровень собственных шумов	12 nV/√Hz
Корпус	TQFN-16

EL5111T – недорогой RRIOОУ с полосой частот 60 МГц и большим выходным током

Основные характеристики

Напряжение питания	от 4,5 до 19 В
Ток потребления	3 мА
Выходной ток	±70 мА
Полоса частот	60 МГц (на уровне -3 дБ)

Идеальный операционный усилитель и его свойства

Так как наш мир не является идеальным, так и идеальных операционных усилителей не существует. Однако параметры современных ОУ находятся на достаточно высоком уровне, поэтому анализ схем с идеальными ОУ даёт результаты, очень близкие к реальным усилителям.

Для понимания работы схем с операционными усилителями вводится ряд допущений, которые приводят реальные операционные усилители к идеальным усилителям. Таких допущений всего пять:

1. Ток, протекающий через входы ОУ, принимается равным нулю.
2. Коэффициент усиления ОУ принимается бесконечно большим, то есть выходное напряжение усилителя может достичь любых значений, однако в реальность ограничено напряжением питания.
3. Разность напряжений между входами идеального ОУ равна нулю, то есть если один из выводов соединён с землёй, то и второй вывод имеет такой же потенциал. Отсюда также следует, что входное сопротивление идеального усилителя бесконечно.
4. Выходное сопротивление идеального ОУ равно нулю.
5. Амплитудно-частотная характеристика идеального ОУ является плоской, то есть коэффициент усиления не зависит от частоты входного сигнала.

Близость параметров реального операционного усилителя к идеальным определяет точность, с которой может работать данный ОУ, а также выяснить ценность конкретного операционного усилителя, быстро и правильно сделать выбор подходящего ОУ.

Исходя из вышеописанных допущений, появляется возможность проанализировать и вывести соотношения для основных схем включения операционного усилителя.

Экспоненциальный преобразователь

Схема экспоненциального преобразователь получается из логарифмического преобразователя путём перемены места диода и резистора в схеме. А работа такой схемы так же как и логарифмического преобразователя основана на логарифмической зависимости между падение напряжения на диоде и током протекающим через диод. Схема экспоненциального преобразователя показана ниже

Экспоненциальный преобразователь.

Работа схемы описывается известными выражениями

Таким образом, выходное напряжение составит

Также как и логарифмический преобразователь, простейший экспоненциальный преобразователь с диодом на входе применяют редко, вследствие вышеописанных причин, поэтому вместо диодов на входе используют биполярные транзисторы в диодном включении или с общей базой.

Схемы включения операционных усилителей, описанные выше, не являются исчерпывающими, а лишь только призваны дать основные понятия. Более подробно схемы включения операционных усилителей я рассмотрю в следующих статьях. Всем удачи.

Неинвертирующий сумматор

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

Схема двухвходового неинвертирующего сумматора.

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

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

А сопротивление резисторов должны соответствовать следующему условию

Коэффициенты усиления по разным каналам определяются следующим выражением

R_N – сопротивление входного резистора,

K_N – коэффициент усиления соответствующего канала усиления.

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

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

Радиоэлектроника для чайников. Страница 172

Радиоэлектроника для чайников. Страница 172 Такой усилитель, его еще сокращенно называют ОУ, работает значительно эффективнее, чем усилитель, собранный на одном транзисторе. К примеру, ОУ может усиливать сигнал с единичным коэффициентом усиления в много более широком частотном диапазоне, чем каскад с общим эмиттером. Базовый пример включения в схему операционного усилителя приведен на рис. 7.13. Как видно из схемы, достаточно подать на вход ОУ сигнал (скажем, с микрофона), и он появится на выходе ИС, усиленный в заданное число раз. Усиленный выходной сигнал может управлять, например, колонками. Коэффициент усиления операционного усилителя (напомним— так называется параметр, характеризующий, во сколько раз усилится сигнал при прохождении усилительного каскада) зависит от соотношения сопротивлений резисторов R1 и R2: Ку = R2 / R1 Таким образом, если R2 будет в 10 раз больше, чем R1, то коэффициент усиления будет равен 10. Это означает, что сигнал с амплитудой 1 В, поданный на вход ОУ, на выходе усилится до 10 В. Операционные усилители часто требуют питания как от положительного источника, так и от отрицательного. (На самом деле сейчас в основном применяются однополярные ОУ, т.е. с питанием от одного источника. — Примеч. ред.) Положительный источник питания обычно должен обеспечивать напряжение +8…+12 В, отрицательный, соответственно, -8..-12 В. В схеме, показанной на рис. 7.13, операционный усилитель используется в инвертирующем режиме; это значит, что входной сигнал меняет свою полярность перед тем, как попасть на выход. Такой режим работы используется потому, что в неинвертирующем режиме часто можно столкнуться с проблемами появления паразитных шумов. Упрощение устройств при помощи интегральных схем Если кто-то говорит, что меньше иногда бывает больше, он либо глупец, либо ярый сторонник применения ИМС в электронике. Предыдущая страница      Следующая страница

---

Подборка документации

Паспорт на акустическую систему 35АС-015 с пассивным излучателем

Руководство по эксплуатации на электропроигрыватель Вега ЭП-122 С (со схемами)

Паспорт со схемой на немецкую магнитолу Intel, год выпуска 1970 +/- немного (никто точно не помнит)
из особенностей магнитолы можно указать часы/будильник с камертоновым тактированием и транзисторно-трансформаторный усилитель
звучала она по тем временам очень неплохо

Схема на Intel в jpg

Схема на магнитолу Sharp WF-T380H в jpg
магнитола ничем не примечательна, за исключением одного кассетоприемника на 2 кассеты.

Паспорт со схемой на магнитофон «Комета МГ-201м»
ламповый катушечный магнитофон, год выпуска 1972

Сигма-дельта АЦП и ЦАП

---

Очень рекомендую вместо задавания вопросов начального и среднего уровня в форумах скачать этот архив. Вы найдете ответы на многие вопросы, такие как апгрейд колонок и усилителей произведенных в СССР, поиск схем ламповых усилителей, параметров динамиков, рекомендации по выбору резисторов/конденсаторов/трансформаторов, усилители на микросхемах TDA, вопросы по УМЗЧ ВВ Н.Сухова, вопросы по проигрывателям виниловых дисков, кабелям в звукотехнике… И это я перечислил лишь малую часть того, что вы можете найти.

---

Используются технологии uCoz

РадиоКот :: Операционные усилители. Часть 1.

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

Операционные усилители. Часть 1.

Итак, как же это чудо выглядит на картинке. А примерно вот так (Ну почему же примерно, Мяу?! Так и выглядит. — здесь и далее прим. Кота). Мы видим у него два входа (обозначены + и — ) и один выход (на самом деле я лукавлю, и не показываю остальные выводы операционника, коих ещё как минимум два — +Uпит и -Uпит, но сейчас они нам не нужны).
Для ясности дальнейшего изложения назовем вход, обозначенный значком «+» — неивертирующим, а вход со значком «-« — инвертирующим.
А теперь давайте посмотрим как это работает.
Если напряжение на входе «+», больше чем на «-«, то на выходе установится напряжение +Uпит. Если ситуация обратная, то на выходе будет напряжение -Uпит. Хм, если у него на выходе всего два состояния, то зачем нужен такой усилитель? Правильно, без обратной связи он нам и не нужен, ибо она-то и позволяет придать операционному усилителю такие приятные свойства.
Что такое обратная связь, спросите вы? Непонятное какое-то слово.
Ну в общем это когда часть сигнала с выхода подается на вход, чтоб скорректировать самого себя. Непонятно? Ну тогда будем разбираться на примерах. А для начала выучим два правила работы с «идеальными» операционными усилителями. С реальными мы познакомимся чуть позже.

1. Выход операционного усилителя всегда стремится сделать так, чтоб напряжение между входами было равно 0.
2. Входы операционного усилителя ток не потребляют.
Ну что-то ты совсем нас запутал, скажите вы. Тогда начинам смотреть примеры.

На рисунке изображена схема классического инвертирующего усилителя. Почему инвертирующего. А вот сейчас прям и разберемся. Применяем правило №1 мы видим, что потенциал инвертирующего входа будет равен 0В (потенциал земли). А это значит, что через резистор R2 протечет ток равный Uвх(на схеме 1 В)/R2. Ну ладно, течет и течет, а дальше то что. А дальше начинается применение правила №2. Раз входы операционного усилителя не потребляют ток, значит так просто на землю он не стекает, а поскольку деваться ему собственно некуда, то он продолжает течь через резистор R1. Ну а раз так, то на резисторе R1 создается падение напряжения, равное IR1. То есть на выходе будет напряжение равное Uвх(R1/R2). Браво. Только давайте разбираться со знаком этого напряжения: поскольку у нас входное напряжение было больше чем потенциал земли, то потенциал инвертирующего входа должен быть выше чем потенциал выхода, то есть на выходе мы должны получить напряжение -Uвх(R1/R2). То есть мы усилили входное напряжение в R1/R2 раз, ну и сменили его полярность. Поэтому такой усилитель называется инвертирующим.

Теперь попробуем рассмотреть схему неинвертирующего усилителя. Она немного отличается от этой схемы. Опять начинаем применять те правила, которые мы уже выучили. Потенциал инвертирующего входа должен быть равен потенциалу неинвертирующего -> через резистор R2 протекает ток Uвх(опять 1В)/R2. Ну а поскольку входы ток не потребляют и не отдают, то придется этот ток брать с резистора R1, напряжение на котором будет IR1, а с учетом того, что инвертирующий вход имеет напряжение, равное напряжению на входе, то напряжение выхода будет равно Uвых=Uвх(1+R1/R2). То есть мы усилили напряжение, не изменяя его полярности. Отлично. Если эти вещи мы освоили, то можно переходить к следующей части нашего повествования. В заключение этой части хочется лишь назвать микросхемы операционных усилителей. Из отечественных это серия К140УДxx. Самый ходовой это видимо К140УД6, хотя я могу и ошибаться. Из зарубежных, их так много, что перечислять их я не считаю возможным, скажу лишь, что в основном на этом деле специализируется фирма Analog Devices.

—Поехали дальше—>>

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Измерительный (инструментальный) усилитель

Добавлено 28 ноября 2018 в 05:54

Сохранить или поделиться

Что такое измерительный (инструментальный) усилитель?

Измерительный усилитель (или инструментальный усилитель, или электрометрический вычитатель) позволяет инженеру регулировать коэффициент усиления схемы усилителя без изменения значения более одного резистора. Сравните это с дифференциальным усилителем, который мы рассмотрели ранее, и который требует регулировки номиналов нескольких резисторов.

Приведем так называемый измерительный усилитель, построенный на базе последней версии дифференциального усилителя:

Схема измерительного усилителя

Анализ схемы измерительного (инструментального) усилителя

Эта устрашающая схема построена из буферизированного дифференциального усилителя с тремя новыми резисторами, соединяющими две буферные цепи вместе. Предполагаем, что все резисторы, кроме R_усил, имеют одинаковые номиналы,

Отрицательная обратная связь верхнего левого операционного усилителя приводит к тому, что напряжение в точке 1 (верхняя часть R_усил) будет равно V₁. Аналогично, напряжение в точке 2 (нижняя часть R_усил) удерживается на значении, равном V₂. Это устанавливает падение напряжения на R_усил, равное разности напряжений между V₁ и V₂. Это падение напряжения вызывает ток через R_усил, и поскольку петли обратной связи двух входных операционных усилителей не потребляют ток, то такая же величина тока, как через R_усил, должна проходить и через два резистора «R» выше и ниже R_усил.

Это вызывает падение напряжения между точками 3 и 4, равное:

\[V_{3-4}=(V_2 — V_1)(1 + {2R \over R_{усил}})\]

Обычный дифференциальный усилитель в правой части схемы затем берет это падение напряжения между точками 3 и 4 и усиливает его на коэффициент усиления 1 (предполагаем, что все резисторы «R» имеют одинаковую величину).

Преимущества измерительного (инструментального) усилителя

Хотя это выглядит громоздким способом создания дифференциального усилителя, у него есть явные преимущества: наличие чрезвычайно высоких входных импедансов на входах V₁ и V₂ (потому что они подключаются прямо к неинвертирующим входам соответствующих операционных усилителей) и регулируемый коэффициент усиления, который может быть установлен с помощью одного резистора.

Немного преобразовав приведенную выше формулу, мы получим общее выражение для общего коэффициента усиления по напряжению измерительного усилителя:

\[A_V = \left( 1 + {2R \over R_{усил}} \right)\]

Хотя, если посмотреть на схему, это может быть не очевидно, но мы можем изменить дифференциальный коэффициент усиления измерительного усилителя просто путем изменения значения одного резистора: R_усил.

Да, мы всё еще могли бы изменить общий коэффициент усиления, изменив значения нескольких других резисторов, но, чтобы схема оставалась симметричной, потребовалось бы сбалансированное изменение значений резисторов. Обратите внимание, что наименьший возможный коэффициент усиления для приведенной выше схемы получается при полностью разорванном R_усил (бесконечное сопротивление), и это значение коэффициента усиления равно 1.

Резюме

• Измерительный усилитель представляет собой схему дифференциального усилителя на операционных усилителях, обеспечивающую высокие входные импедансы с простой регулировкой коэффициента усиления путем изменения одного резистора.

Оригинал статьи:

Теги

Измерительный усилительИнструментальный усилительКоэффициент усиления по напряжениюОбучениеОУ (операционный усилитель)Электроника

Сохранить или поделиться

Операционные усилители и схематический анализ — манекены 2021

ОУ-схема является мощной в современных приложений. Вы можете собрать основные схемы ОУ для построения математических моделей, которые предсказывают сложное, реальное поведение. Коммерческие операционные усилители впервые вышли на рынок в качестве интегральных схем в середине 1960-х годов, а к началу 1970-х годов они доминировали на рынке активных устройств в аналоговых схемах.

Сам операционный усилитель состоит из сложного расположения транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов, собранных вместе и построенных на крошечной кремниевой микросхеме, называемой интегральной схемой. Вы можете моделировать операционный усилитель с помощью простых уравнений, не заботясь о том, что происходит внутри чипа. Вам просто нужны базовые знания об ограничениях на напряжения и токи на внешних терминалах устройства.

Как нарисовать цепи ОУ

В отличие от конденсаторов, индукторов и резисторов, операционные усилители требуют работы. Операционные усилители имеют следующие пять терминалов ключей, показанных здесь:

• Положительный терминал, называемый неинвертирующим входом v _P

• Отрицательный терминал, называемый инвертирующим входом v _N

• Выходной терминал в результате напряжения, подаваемого между неинвертирующими и инвертирующими входами: v _O = A ( v _P — v _N )

• Положительные и отрицательные клеммы питания, обычно обозначенные как + V _CC и — V _CC и требуемые для операционного усилителя правильно работать

Хотя многие операционные усилители имеют более пяти терминалов, эти терминалы обычно не отображаются символически. Кроме того, чтобы уменьшить беспорядок, когда вы исследуете схему ОУ, источники питания обычно не отображаются.

Если источники питания не показаны на схеме ОУ, не забывайте, что источники питания обеспечивают верхний и нижний пределы выходного напряжения, ограничивая его диапазон напряжения. Запрещая потусторонние силы, вы не можете получить больше выходной мощности, чем вы поставляете.

Идеальная схема ОУ и ее характеристики передачи

Вы можете смоделировать операционный усилитель с зависимым источником, если вам нужны точные результаты, но идеальный операционный усилитель достаточно хорош для большинства приложений.

ОУ усиливает разницу между двумя входами, v _P и v _N , с коэффициентом усиления A , чтобы дать вы выход напряжения v _O :

Усиление напряжения A для операционного усилителя очень велико — больше 10 ⁵ .

Когда выходное напряжение превышает поданную мощность, операционный усилитель насыщает . Это означает, что выход сжимается или максимизируется при подаваемых напряжениях и больше не может увеличиваться.Когда это происходит, поведение ОУ больше не линейно, а работает в нелинейной области.

Вы можете увидеть эту идею здесь; на левой диаграмме показана передаточная характеристика, а на правой диаграмме показана идеальная передаточная характеристика ОУ с бесконечным коэффициентом усиления. На графике показаны три режима работы для ОУ.

У вас есть положительные и отрицательные насыщенные области, показывающие нелинейные и линейные области. Если вы хотите увеличить сигналы, вам необходимо работать в линейной области. Вы можете описать три области математически следующим образом

Для выполнения математических функций (таких как сложение и вычитание) операционный усилитель должен работать в линейном режиме. Все приведенные здесь схемы ОУ работают в линейной активной области.

Модель операционного усилителя с зависимым источником

Если вам нужны точные результаты, вы можете смоделировать операционный усилитель с зависимым от напряжения источником, как показано на рисунке. Эта модель состоит из большого коэффициента усиления A, большого входного сопротивления R _I и небольшого выходного сопротивления R _O . В таблице показаны идеальные и типичные значения этих свойств ОУ.

Высокое усиление (или усиление) упрощает анализ, позволяя вам не беспокоиться о том, что происходит внутри операционного усилителя. Пока ОУ имеет высокий коэффициент усиления, будут работать математические схемы ОУ. Сопротивление с высоким входным током потребляет мало тока от схемы источника входного сигнала, что увеличивает срок службы батареи для портативных приложений. Сопротивление низкому или без выходного напряжения обеспечивает максимальное напряжение на выходной нагрузке.

Здесь также показан зависимый от напряжения источник тока. Выходной сигнал ограничен между положительным и отрицательным напряжениями, когда операционный усилитель работает в линейной области.

Изучите основные уравнения для анализа идеальных цепей ОУ

Идеальные свойства ОУ производят два важных уравнения:

Эти уравнения анализируют операционные усилители и дают вам ценную информацию о поведении схемы. Зачем? Поскольку обратная связь с выходными терминалами на один или оба входа гарантирует, что v _P и v _N равны.

Чтобы получить первое ограничение, рассмотрим, что линейная область операционного усилителя определяется, когда выход ограничен напряжениями питания следующим образом:

Вы можете изменить уравнение для ограничения ввода на v _P — v _N :

Для идеального ОУ коэффициент усиления A является бесконечностью, поэтому неравенство становится

идеальный операционный усилитель (с бесконечным усилением) должен иметь это ограничение:

ОУ с бесконечным коэффициентом усиления всегда будет иметь неинвертирующие и инвертирующие напряжения. Это уравнение становится полезным при анализе ряда схем ОУ, таких как инвертор ОУ, инвертор, лето и вычитатель.

Другое важное уравнение ОУ рассматривает входное сопротивление R _I . Идеальный ОУ имеет бесконечное сопротивление. Это означает, что никакие входные токи не могут войти в операционный усилитель:

Уравнение говорит, что входные терминалы ОУ действуют как разомкнутые цепи.

Вам необходимо подключить выходной терминал к инвертирующему терминалу, чтобы обеспечить отрицательную обратную связь, чтобы заставить операционный усилитель работать. Если вы подключите выход к положительной стороне, вы получаете положительную обратную связь, что не подходит для линейной работы. С положительной обратной связью операционный усилитель будет либо насыщаться, либо вызывать его выход для колебаний.

Операционные усилители

: Руководство для начинающих | ОРЕЛ

Мы все живем в мире, окруженном чудесными усилителями. Если вы когда-нибудь были на концерте и слышали громкий электрический визг гитарного звука по стадиону, значит, это усилитель в действии. Или динамики, воспроизводящие музыку через ваше радио ленивым воскресным днем, снова усилители. В этом мире усиления цель проста — повысить электрический ток и напряжение на ступеньку выше. Но все ли усилители созданы одинаково или используются для одних и тех же целей? Точно нет.Мы здесь, чтобы узнать о таинственном черном ящике семейства усилителей и о том, как он играет гораздо большую роль, чем просто звуки. Это операционный усилитель, и он здесь, чтобы усилить вас!

Краткий обзор усилителей

Прежде чем погрузиться в тонкости операционного усилителя, давайте сначала разберемся, что делают усилители как общая категория компонентов для мира электроники. Вы когда-нибудь получали слуховой аппарат? Они прекрасный пример. Слуховые аппараты используют микрофон для улавливания звуков из внешней среды, которые затем преобразуются в электрический сигнал.Внутри этого слухового аппарата есть усилитель, который принимает этот сигнал, усиливает его, чтобы сделать его громче, и отправляет его в динамик, расположенный внутри вашего слухового прохода. Это не магия, а просто инженерия!

Благодаря усилителям слуховые аппараты возможны. (Источник изображения)

Весь этот процесс приема входного сигнала, его усиления и отправки в качестве выходного сигнала является сутью схем усилителя. Повышение, которое усилитель производит для данного сигнала, измеряется коэффициентом усиления или коэффициентом усиления.Это просто разница в напряжении между входным и выходным сигналами. Например, если вы начинаете с 1 вольт на входе и получаете 5 вольт на выходе, тогда у вас есть усиление 5. Для усиления, связанного со звуком, это усиление измеряется в децибелах (дБ).

Так что же делает операционный усилитель особенным?

Хотя все усилители могут иметь одно и то же общее назначение, когда вам нужен идеальный усилитель, вы можете использовать операционный усилитель. В аналоговой электронике ничто не может сравниться с идеальными характеристиками усилителя, подобного этому устройству.Прекрасная особенность операционного усилителя заключается в том, что вы можете смешивать и сопоставлять активные части, такие как транзисторы, с пассивными компонентами, такими как резисторы, конденсаторы и т. Д., Чтобы получить некоторые полезные характеристики усиления, например:

• Высокое усиление . Одна из самых известных особенностей операционных усилителей — их очень высокий коэффициент усиления, который может варьироваться от 10 000 до 100 000! Конечно, такой уровень усиления, используемый в усилителе с разомкнутым контуром, немного бесполезен и избыточен, поэтому вы добавите источники обратной связи для управления уровнями усиления и искажениями.
• Высокое входное сопротивление . Еще один ключевой атрибут — это высокий импеданс, и производимые в наши дни операционные усилители поставляются с практически бесконечным входным сопротивлением, измеряемым на уровне 0,25 МОм или даже сотнях миллионов Ом.
• Низкое выходное сопротивление . В идеальном усилителе вы получите нулевой выходной импеданс, а операционный усилитель — единственный физический компонент, который приближается к этому. Вы найдете большинство операционных усилителей на базе микросхем с выходным сопротивлением менее одной сотой ома.
• Ограниченная пропускная способность . Операционные усилители также имеют ограниченную полосу пропускания, что может работать в вашу пользу. Многие микросхемы операционных усилителей, используемые для аудиоприложений, испытывают полное усиление только в небольшой полосе пропускания. Но в других схемах вам может понадобиться уменьшить это усиление, и здесь может пригодиться ограниченная полоса пропускания.

Внутреннее устройство операционного усилителя

Самое замечательное в операционных усилителях то, что они используются не только для усиления звука, как традиционный усилитель.Вы также увидите, что они используются для:

• Предварительные усилители и буферы звуковой и видеочастоты
• Регуляторы напряжения и тока
• Аналоговые калькуляторы
• Прецизионные пиковые детекторы
• Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
• И многое другое!

Независимо от своего конкретного назначения, операционный усилитель всегда стремится обеспечить выходное напряжение, повышающее или понижающее входные напряжения до тех пор, пока они не станут равными. Но как это сделать? Давайте посмотрим на типичное схематическое обозначение операционного усилителя, чтобы объяснить, как он работает.Вот что вам нужно знать:

Идеальное схемное обозначение операционного усилителя само по себе без добавления обратной связи.

Входные сигналы

Есть два входных сигнала: инвертирующий вход, отмеченный отрицательным (-) символом, и неинвертирующий вход, обозначенный положительным (+) символом. Когда у вас есть положительный сигнал на инвертирующем входе, вы получите усиленный выход, который является инверсным или противоположным этому сигналу. Таким образом, если поступает положительный сигнал, то ваш выходной сигнал будет отрицательным.Неинвертирующий вход работает наоборот. Если вы отправите положительный сигнал на неинвертирующий вход, то вы получите выход, который соответствует входному сигналу, только что усиленному.

Тип используемого входа напрямую влияет на выходные сигналы в схеме операционного усилителя. (Источник изображения)

Выходные сигналы

На другой стороне условного обозначения этого операционного усилителя находится выход. Этот выходной сигнал использует разницу между вашими инвертирующими и неинвертирующими входными сигналами для создания усиленного выходного сигнала до тех пор, пока входные напряжения не станут равными.Вот почему операционный усилитель обычно называют дифференциальным усилителем, поскольку он обеспечивает выходной результат, основанный на разнице между двумя входными сигналами.

Силовые сигналы

Вам необходимо запитать ваше устройство. Вверху и внизу символа операционного усилителя у вас есть V + и V-, которые отмечают положительную и отрицательную стороны подключения к источнику постоянного тока. Эти шины питания часто не отображаются на принципиальных схемах, поскольку предполагается, что они всегда будут подключены. Независимо от того, видите вы их или нет, вы найдете операционные усилители, подключенные к шине питания + 5-15 В и -5-15 В, и все это основано на характеристиках микросхемы операционного усилителя, которую вы планируете использовать.

Самые распространенные схемы операционных усилителей

Операционные усилители

имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления, который вы не сможете изменить. Вот почему вы добавляете обратную связь в схему операционного усилителя с добавлением резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности для управления усилением и получения различных результатов от вашей схемы. Это добавление контуров обратной связи также позволяет легко создавать вариации схемы операционного усилителя для получения совершенно разных результатов. Вот наиболее распространенные схемы, которые вы будете строить, когда только начнете:

• Триггер Шмитта операционного усилителя .Эта конфигурация схемы обеспечивает невосприимчивость к шуму и различным уровням переключения, которые зависят от того, находится ли ваша схема операционного усилителя в состоянии высокого или низкого напряжения.
• Суммирующий усилитель ОУ . Эта конфигурация схемы идеально подходит для суммирования аудиовходов и обычно используется в аудиомикшерах.
• Компаратор ОУ . Это конфигурация выбора, когда вам нужно обеспечить высокий или низкий сигнал в зависимости от состояния ваших двух входов.
• Инвертирующий усилитель ОУ . Эта схема является наиболее распространенной конфигурацией операционного усилителя и хорошо известна тем, что обеспечивает усиление, а также используется в качестве усилителя виртуального заземления.
• Неинвертирующий усилитель операционного усилителя . Эта конфигурация схемы обеспечивает высокое усиление и высокое входное сопротивление и используется во многих входных каскадах усилителей.

Инвертирующая и неинвертирующая схемы операционного усилителя, расположенные рядом. (Источник изображения)

Покупка операционных усилителей

Вы найдете множество различных типов операционных усилителей от вашего любимого поставщика запчастей.Большинство из них классифицируются по многим значениям, в том числе:

• Номинальная скорость нарастания
• Количество каналов
• Максимальное входное напряжение смещения
• Максимальное напряжение питания
• Тип упаковки
• Полоса пропускания с номинальным усилением

Наиболее распространенные диапазоны номинального усиления операционного усилителя, которые вы найдете, составляют 1 МГц, 1,3 МГц и 4 МГц. Вы также найдете количество каналов от 1 до 8, причем наиболее распространенные операционные усилители имеют 1, 2 или 4 канала.

Среди типов корпусов самый известный операционный усилитель, с которым вы встретитесь, — это 741, который поставляется в 8-контактном корпусе mini-DIP. Этот операционный усилитель состоит из 20 транзисторов и 11 резисторов и является предпочтительной конфигурацией операционного усилителя с 1968 года. Кроме того, он является самым дешевым из всех и стоит менее доллара.

UA741 ИС операционного усилителя, готовая к установке в вашу макетную плату или пайке!

Вы также увидите ИС операционных усилителей, доступные в корпусах SOIC, что позволяет легко добавлять их в схему, не занимая слишком много места.Однако чаще операционные усилители будут доступны в виде DIP-пакетов с восемью, четырнадцатью или шестнадцатью контактами. Этот пакет позволяет легко паять их вручную на следующем прототипе или быстро вставлять в макетную плату.

Усиление

Вот и все, что вам может понадобиться знать об операционных усилителях как новичку в проектировании электроники! Эта ИС является предпочтительным компонентом, когда вам нужен высокопроизводительный усилитель с высоким коэффициентом усиления, высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.А благодаря возможности поменять местами различные компоненты обратной связи, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, вы можете собрать вместе массу различных вариантов для создания собственного мультивибратора, аналого-цифрового преобразователя или схемы точного таймера.

Вы готовы спроектировать свою собственную схему операционного усилителя? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Основы операционных усилителей

: Введение в операционный усилитель

Инженеры в настоящее время имеют доступ к тысячам различных ИС операционных усилителей.В некоторой степени ошибочно называть все эти устройства термином «операционный усилитель», поскольку на самом деле они образуют разнородную группу компонентов. С другой стороны, операционные усилители постоянно демонстрируют различные фундаментальные характеристики и, таким образом, представляют собой довольно единую категорию компонентов.

Почему мы используем операционные усилители?

Прежде чем мы начнем исследовать определяющие электрические характеристики операционных усилителей, нам нужно понять, почему эти компоненты так популярны и эффективны.

• Операционные усилители производятся в больших количествах на протяжении десятилетий, и, следовательно, инженеры имеют доступ к большому и разнообразному набору деталей, которые предлагают как низкую стоимость, так и высокие характеристики.
• Операционные усилители чрезвычайно универсальны. Трудно представить аналоговую схему, которая не может быть реализована с использованием операционного усилителя или улучшена путем добавления операционного усилителя.
• Проектировать схемы на базе операционных усилителей намного проще, чем на дискретных транзисторах.Электрические характеристики операционных усилителей приводят к упрощению допущений, и во многих приложениях эти допущения не вносят существенных различий между теоретической схемой и реальной схемой.

Обозначение схемы операционного усилителя

Упрощенный, идеализированный операционный усилитель представляет собой устройство с тремя выводами.

Две клеммы слева — это входы, а клемма справа — выход.Обратите внимание, что входные клеммы имеют разные метки: знак плюс указывает на неинвертирующую входную клемму , а знак минус указывает на инвертирующую входную клемму .

Настоящему операционному усилителю требуется как минимум пять клемм — два входа, один выход и два подключения источника питания:

Схема операционного усилителя с двойным питанием (слева) использует положительное напряжение питания и отрицательное напряжение питания. В конфигурации с однополярным питанием (справа) отрицательная клемма питания подключена к земле.

Мы часто опускаем клеммы источника питания, когда рисуем операционный усилитель, потому что мы предполагаем, что устройство подключено к источникам напряжения, которые обеспечивают правильную работу в контексте данного приложения. Однако важно помнить, что диапазон выходного напряжения операционного усилителя ограничен его питающими напряжениями.

Электрическая модель операционного усилителя

Идеализированное соотношение входа и выхода типичного операционного усилителя представлено на следующей диаграмме:

Несмотря на сложную схему, которая присутствует в реальном операционном усилителе, мы можем успешно выполнять многие задачи проектирования на основе операционных усилителей, предполагая, что операционный усилитель представляет собой источник напряжения , управляемый напряжением, (VCVS).6 \]. Как мы увидим в будущем видео, это высокое (в идеале бесконечное) усиление чрезвычайно важно — не потому, что нам часто нужно увеличивать амплитуду сигнала на пять или шесть порядков, а потому, что усилитель, сочетающий высокое усиление с Дифференциальный входной каскад обеспечивает удобное средство использования полезных свойств, связанных с отрицательной обратной связью.

Давайте посмотрим на несколько дополнительных характеристик, которые подразумевает модель VCVS, показанная выше.

• Операционный усилитель — это дифференциальный усилитель : он усиливает разницу между двумя входными напряжениями.
• Из предыдущего утверждения следует, что операционные усилители демонстрируют подавление синфазного сигнала . Операционный усилитель будет отклонять (т.е. игнорировать) любую составляющую напряжения, такую ​​как шум или смещение постоянного тока, которые присутствуют в обоих входных сигналах.
• Операционный усилитель имеет дифференциальный входной каскад и несимметричный выход; таким образом, его можно рассматривать как преобразователь дифференциального сигнала в несимметричный. Однако оказывается, что реальные приложения на операционных усилителях гораздо более тесно связаны с несимметричными входными сигналами.Фактически, у нас есть другое название устройств, которые разработаны специально для дифференциальных входных сигналов: они называются инструментальными усилителями.

Сводка

• Операционные усилители используются в бесчисленных схемах аналоговых и смешанных сигналов.
• Эти чрезвычайно популярные ИС доступны по цене, универсальны и просты в использовании.
• Идеализированный операционный усилитель имеет три клеммы: два входа и один выход.
• Функциональные возможности операционного усилителя аналогичны функциям источника напряжения, управляемого напряжением, который применяет чрезвычайно высокий коэффициент усиления к разнице между напряжением на неинвертирующей входной клемме и напряжением на инвертирующей входной клемме.

Основы операционных усилителей »Электроника

Операционные усилители — одни из самых полезных схемных блоков для проектирования аналоговых электронных схем. Они просты в использовании и могут обеспечить почти идеальные аналоговые схемы.

---

Учебное пособие по операционному усилителю Включает:
Введение Усиление операционного усилителя Пропускная способность Скорость нарастания операционного усилителя Смещение null Входное сопротивление Выходное сопротивление Понимание спецификаций Как выбрать операционный усилитель Сводка схем операционного усилителя

---

Интегральные схемы, ИС оказали огромное влияние на сцену электроники — как аналоговые, так и цифровые схемы изменили лицо электроники.

На арене аналоговой электроники нет ничего лучше, чем операционный усилитель или операционный усилитель. Операционный усилитель представляет собой дифференциальный усилитель и представляет собой блок схемы усилителя с очень высокими характеристиками, который позволяет проектировать множество различных схем электронного усилителя с добавлением всего лишь нескольких других компонентов.

Операционный усилитель может служить основой для множества других схем, от фильтров до таймеров и генераторов до компараторов и нестабильных устройств.Таким образом, операционный усилитель является одним из самых универсальных строительных блоков, доступных инженерам-проектировщикам аналоговой электроники и любителям.

Одним из преимуществ использования схем операционного усилителя является то, что конструкция электронной схемы часто очень проста, но при этом позволяет получить готовые схемы с высокими характеристиками.

Обозначение схемы операционного усилителя с ИС

Разработка ОУ

Хотя термин «операционный усилитель» теперь полностью интегрирован в сегодняшнюю терминологию электроники, можно не понимать, что он восходит к статье, опубликованной в 1947 году.Здесь описывалась работа, которая проводилась с использованием этих усилителей в аналоговых компьютерах того времени.

Обозначение схемы операционного усилителя

Однако только в 1960-х годах концепция этих усилителей могла быть полностью реализована с повсеместным внедрением технологии интегральных схем.

В 1963 году был представлен первый операционный усилитель на монолитной интегральной схеме. Это был µA702 от Fairchild Semiconductor, разработанный их инженером Бобом Видларом.

Позже, в 1965 году, была выпущена усовершенствованная модель µA702.Снова произведенный Fairchild, это был µA709, и это был первый операционный усилитель, получивший широкое распространение. Он работал хорошо, преодолев некоторые проблемы micro; A702, хотя необходимо было внешнюю компенсацию усилителя, чтобы предотвратить его переход в колебания.

В 1968 году был впервые представлен очень известный µA741. Этот операционный усилитель решил проблему нестабильности за счет включения небольшого конденсатора 30 пФ в микросхему внутри кристалла. Это означало, что никаких внешних компонентов компенсации не требовалось.Это различие позволило 741 использовать особенно широко, и на самом деле он все еще производится некоторыми компаниями по сей день. Кроме того, конфигурация выводов была перенесена на многие современные микросхемы операционных усилителей.

С тех пор было выпущено множество микросхем операционных усилителей, предлагающих улучшенные характеристики с точки зрения входного импеданса, малых смещений, низкого уровня шума и т.п., и они стали использоваться в схемах аналоговой электроники.

Теперь операционные усилители стали фундаментальным строительным блоком, используемым во всей электронной промышленности.Несмотря на то, что они существуют уже некоторое время, вероятность того, что их использование снизится, невелика.

Что такое операционный усилитель? Основы

Операционный усилитель — это очень близкое приближение к идеальному усилителю, который имеет бесконечное усиление, бесконечный входной импеданс и нулевой выходной импеданс. На самом деле операционные усилители не совсем достигают совершенства, но с коэффициентом усиления часто в районе 100000 или более, уровнями входного импеданса в мегом и более и очень низкими уровнями выходного импеданса они подходят достаточно близко, чтобы можно было игнорировать недостатки в большинство случаев.

Посмотрите наше видео по основам операционных усилителей

Операционный усилитель имеет два входа. Один из них называется инвертирующим входом и отмечен знаком «-» на принципиальных схемах. Другой — неинвертирующий вход, отмеченный знаком «+».

Операционный усилитель — это в основном дифференциальный усилитель, поскольку выходной сигнал пропорционален разнице напряжений между двумя входами.

Эквивалентная схема операционного усилителя

Два входа получили свои названия из-за способа, которым они усиливают сигналы:

• Неинвертирующий вход: Неинвертирующий вход операционного усилителя отмечен знаком «+» на принципиальной схеме.Обнаружено, что положительное напряжение, приложенное к неинвертирующему входу, вызывает положительный размах на выходе. Если изменяющаяся форма волны, например синусоида, применяется к неинвертирующему входу, то она будет отображаться в том же смысле на выходе. Он не был перевернут. Сигнал, подаваемый на неинвертирующий вход, появляется на выходе в том же смысле. Подавая входной сигнал на неинвертирующий вход и отрицательную обратную связь на инвестиционный вход, можно разработать схему, которая не инвертирует смысл входного сигнала.
• Инвертирующий вход: & nbsp Инвертирующий вход операционного усилителя отмечен знаком «-» на принципиальной схеме. Положительное напряжение, приложенное к инвертирующему входу, приведет к отрицательному размаху на выходе. Таким образом, на инвертирующий вход был подан синус, на выходе он будет перевернут. Сигнал, подаваемый на инвертирующий вход, появляется на выходе в противоположном смысле. Подавая сигнал и отрицательную обратную связь на инвертирующий вход операционного усилителя, можно спроектировать схему, в которой выходной сигнал является обратным входному.

Если на оба входа одновременно подается одинаковое напряжение, то на выходе не должно быть никаких изменений. Фактически выход пропорционален разнице между инвертирующим и неинвертирующим входами. По этой причине эти усилители часто называют дифференциальными усилителями.

Как и любая электронная схема, те, кто использует операционные усилители, должны иметь источник питания. Обычно операционные усилители питаются от двух источников: положительного и отрицательного.Кроме того, линии питания часто не показаны, поскольку они вносят путаницу в принципиальную схему.

В большинстве случаев операционному усилителю для работы потребуется всего пять подключений — инвертирующий, неинвертирующий, выходной и две шины питания. Изредка можно использовать еще три. Обычно они предназначены для возможности «нулевого смещения». Это используется для уменьшения любых возможных смещений постоянного тока, и для большинства приложений их можно игнорировать и оставлять отключенными.

Характеристики операционного усилителя

Операционные усилители, операционные усилители имеют ряд основных функций, некоторые из которых обеспечивают преимущества, другие ограничивают их производительность:

Характеристики операционных усилителей

• Очень высокий коэффициент усиления: Одним из ключевых атрибутов операционных усилителей является их очень высокий коэффициент усиления.Типичные цифры простираются от примерно 10 000 и выше — обычные цифры от 100 000 и более. Хотя усилитель с разомкнутым контуром с уровнем усиления этого порядка будет мало полезен, операционные усилители могут использовать преимущества очень высоких уровней усиления за счет использования отрицательной обратной связи. Таким образом, уровни усиления очень управляемы, а уровни искажений могут быть очень низкими.

  Использование отрицательной обратной связи является ключом к разблокировке мощности операционных усилителей. Высокое усиление операционного усилителя в сочетании с умным использованием отрицательной обратной связи означает, что сеть отрицательной обратной связи способна управлять общей производительностью блока схемы операционного усилителя, что позволяет ему выполнять множество различных функций.

• Высокое входное сопротивление: Высокое входное сопротивление — еще один ключевой аспект операционных усилителей. Теоретически их входное сопротивление должно быть бесконечным, а используемые сегодня операционные усилители очень близки к этому с импедансом от 0,25 МОм и выше. Некоторые входные каскады, использующие полевые МОП-транзисторы, имеют импеданс в сотни МОм.
• Низкое выходное сопротивление: Выходное сопротивление операционного усилителя также важно. Как и следовало ожидать, он должен быть низким.В идеальном усилителе он должен быть равен нулю, но на самом деле многие усилители имеют выходной импеданс менее 100 Ом, а многие намного меньше этого. Тем не менее, возможности управления многими операционными усилителями на базе ИС естественным образом ограничены.
• Подавление синфазного сигнала: Другой важной особенностью операционного усилителя является подавление синфазного сигнала. Это относится к ситуации, когда на оба входа подается один и тот же сигнал. Для идеального дифференциального усилителя в этих условиях не должно быть выхода на выходе, однако усилитель никогда не будет идеальным.

  Фактический коэффициент подавления синфазного сигнала, CMMR, представляет собой отношение между уровнем выходного сигнала, когда сигнал подается на оба входа, по сравнению с выходным уровнем, когда он применяется только к одному. Это число выражается в децибелах и обычно составляет около 70 дБ.

  Используя подавление синфазного сигнала операционного усилителя, можно разработать схему, которая снижает уровень помех для сигнала низкого уровня. Сигнальная и обратная линии подаются на два входа, и только дифференциальные сигналы усиливаются, любые шумы или помехи, обнаруженные и появляющиеся на обеих линиях, будут подавлены.Это часто используется в инструментальных усилителях.

• Ограниченная полоса пропускания: Полоса пропускания операционного усилителя может варьироваться в довольно широких пределах. Идеальный усилитель имел бы бесконечную полосу пропускания, но, как можно себе представить, это было бы невозможно создать, а также очень сложно использовать и приручить на практике. На самом деле операционные усилители имеют ограниченную полосу пропускания. Многие микросхемы, используемые для аудиоприложений, могут демонстрировать полное усиление только в относительно небольшой полосе пропускания, после чего усиление падает.Несмотря на это, большинство схем уменьшают усиление и позволяют поддерживать этот меньший уровень усиления в большей полосе пропускания.

Базовые схемы операционных усилителей

Хотя операционные усилители широко используются в качестве усилителей, они также могут быть основой многих других схем.

Поскольку схемы операционного усилителя создают обратную связь вокруг усилителя, ее изменение изменяет свойства всей схемы. Изменение обратной связи может не только изменить уровень усиления, но также может изменить функцию схемы — можно сделать дифференциаторы, интеграторы, фильтры, генераторы, нестабильные, мультивибраторы и многие другие схемы, просто изменив уровни обратной связи и конфигурация.

Существует множество различных схем, основанных на операционных усилителях. Как правило, их легко спроектировать и построить.

Операционные усилители разновидностей

Как и любой другой вид электронных компонентов, операционные усилители доступны во многих вариантах.

Операционные усилители доступны во многих корпусах IC. Ранние операционные усилители, такие как µA709, были доступны в круглых 8-контактных металлических корпусах, тогда как более поздние операционные усилители были доступны в 8-контактных двойных линейных корпусах. Несколько операционных усилителей также были доступны в 14-контактных DIL-корпусах — были даже двойные операционные усилители в 8-контактных DIL-модулях, хотя доступа к возможностям смещения нуля не было, так как на корпусе было недостаточно контактов.

По мере того, как электронные компоненты перемещались на страницы для поверхностного монтажа, операционные усилители стали доступны в небольших корпусах, что позволяло легко подключать их к различным схемам, где это необходимо.

Также доступны операционные усилители с широким спектром рабочих параметров. Частично из тех, которые предлагают общие рабочие характеристики, есть другие, которые обеспечивают низкий уровень шума, малое смещение, высокое входное сопротивление, высокочастотные характеристики, а также множество других улучшенных характеристик.

Соответственно, эти электронные компоненты можно получить в форматах и ​​с характеристиками, которые удовлетворяют почти любым требованиям.

Операционный усилитель — очень полезный строительный блок для аналоговой электроники. Будучи схемой дифференциального усилителя, она подходит для очень многих областей или схем аналоговой электроники. Ввиду широкого распространения микросхемы очень дешевы и могут использоваться для самых разных функций.

Ввиду их производительности, простоты использования и разнообразия различных схем, в которых они могут использоваться, операционные усилители используются в огромном количестве схем, как в качестве самостоятельных интегральных схем, так и в качестве схемных блоков в интегральных схемах. микросхемы, содержащие большое количество аналоговых функций.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Дифференциальный усилитель — обзор

3.5 Усилители

При правильном смещении преобразователя на выходных клеммах получается небольшой сигнал дифференциального напряжения, часто связанный с большим синфазным сигналом постоянного тока.Задача усилителя — усилить этот слабый дифференциальный сигнал, подавляя большой синфазный сигнал. Основной схемой для выполнения этой задачи является дифференциальный усилитель (рис. 3-13), также известный как инструментальный усилитель (или усилитель).

Рисунок 3-13. Инструментальный усилитель.

Типичный дифференциальный усилитель имеет положительную и отрицательную входную клемму и выходную клемму. К сожалению, условное обозначение на схеме очень похоже на обозначение операционного усилителя, что иногда приводит к некоторой путанице.Некоторые дифференциальные усилители имеют дополнительную входную клемму опорного сигнала, на которую рассчитывается выходное напряжение. Для большинства приложений этот терминал будет заземлен. В идеале выходное напряжение — это разница двух входных напряжений. Поскольку идеальных устройств еще нет, вы должны пойти на компромисс между различными характеристиками, чтобы получить усилитель, соответствующий вашим потребностям. Некоторые из ключевых параметров для дифференциальных усилителей:

•

Дифференциальный коэффициент усиления

•

Стабильность усиления

•

Входное напряжение смещения

•

Входной ток

•

Подавление синфазного сигнала

•

Полоса пропускания

•

Шум

Дифференциальный коэффициент усиления — это коэффициент усиления, с которым усилитель увеличивает разницу входных сигналов.Хотя существуют монолитные инструментальные усилители с фиксированным коэффициентом усиления, этот параметр часто настраивается пользователем в широких пределах, обычно доступны диапазоны 1000: 1.

Стабильность усиления. Для получения точного усиления используется инструментальный усилитель, и это одна из особенностей, которая отличает их от более распространенных операционных усилителей, которые имеют очень большое (> 50 000), но не очень хорошо регулируемое усиление. Ключевые проблемы стабильности усиления связаны с начальной точностью (% ошибки усиления) и стабильностью при изменении температуры (% дрейфа / ° C).

Входное напряжение смещения . Это небольшое напряжение ошибки, которое добавляется к дифференциальному входному сигналу инструментальным усилителем. Это связано с производственными вариациями внутренней конструкции усилителя. Напряжение смещения умножается на коэффициент усиления вместе с интересующим сигналом и может быть значительным источником ошибки измерения.

Входной ток смещения . Входы инструментального усилителя потребляют небольшой входной ток.Сумма сильно зависит от технологии, используемой для реализации усилителя. Устройства, использующие биполярные транзисторы на своих входных каскадах, имеют тенденцию потреблять входные токи в диапазоне наноампер, в то время как устройства, основанные на полевых транзисторах (FET), будут иметь тенденцию потреблять входные токи смещения в пикоампер или даже фемтоампер (10 ⁻¹⁵ ). диапазон. В то время как измерительные усилители на полевых транзисторах имеют более низкие токи смещения, чем их биполярные аналоги, входные напряжения смещения обычно выше, а это означает, что необходимо принять компромиссное решение, чтобы определить, какую технологию использовать для данного приложения.

Подавление синфазного сигнала . Хотя целью дифференциального усилителя является усиление только разницы между входными сигналами, он также проходит через некоторые синфазные или средние компоненты входного сигнала. Способность данного усилителя игнорировать среднее значение двух входных сигналов называется коэффициентом подавления синфазного сигнала , или CMRR. Он определяется как отношение между дифференциальным усилением ( A _Vd ) и синфазным усилением ( A _Vc ) и, как и многие другие электрические параметры, часто выражается логарифмически в децибелах. :

(Уравнение 3-2) CMRR = 20 log (AVdAVc)

Коэффициенты подавления синфазного сигнала 80–120 дБ (10 000–100 000) можно легко получить с помощью монолитных инструментальных усилителей.Кроме того, CMRR для многих устройств увеличивается с увеличением усиления.

Пропускная способность . Если вас не интересуют только очень медленно изменяющиеся сигналы, вас, вероятно, будет интересовать частотная характеристика или полоса пропускания усилителя. Обычно это определяется как произведение коэффициента усиления на полосу пропускания (GBP). Грубо говоря, произведение коэффициента усиления на полосу пропускания можно определить как произведение коэффициента усиления на максимальную частоту, на которой вы можете достичь этого усиления. Для многих типов усилителей коэффициент усиления примерно постоянен в широком диапазоне частот.Например, усилитель с ПБП 1 МГц может обеспечить полосу пропускания 1 МГц при усилении 1 или, наоборот, полосу пропускания только 1000 Гц при усилении 1000. На рисунке 3-14 показано, как усиление этой гипотетической 1 МГц Усилитель GBP различается при установке на различное усиление.

Рисунок 3-14. Амплитудно-частотная характеристика инструментального усилителя в зависимости от коэффициента усиления.

Однако есть одно предостережение: усилитель не просто блокирует сигналы, выходящие за пределы его частотной характеристики; ответ изящно ухудшается. Для точных приложений вам нужно выбрать полосу пропускания так, чтобы она была как минимум в 5–10 раз больше, чем у сигнала, который вас интересует.Таким образом, для случая усилителя с коэффициентом усиления 1000 усиливающих сигналов с полезной информацией примерно до 1000 Гц вы можете использовать инструментальный усилитель с коэффициентом усиления от 5 до 10 МГц для сохранения целостности сигнала.

Шум . В дополнение к шуму от преобразователя усилитель будет добавлять собственный шум. Хотя источники шума усилителя сложны и выходят за рамки этого текста, его можно смоделировать как бесшумный усилитель с источниками шума как по напряжению, так и по току на входе, как показано на рисунке 3-15.Поскольку шум от источника тока преобразуется в напряжение импедансом источника, он также в конечном итоге проявляется как шум напряжения. Для данного входного импеданса R _с общий шум усилителя определяется по формуле:

Рисунок 3-15. Шумовая модель усилителя.

(Уравнение 3-3) νNT = (vN) 2+ (RsiN) 2

Шум указывается для заданной полосы пропускания и обычно выражается в единицах V√Hz для шума напряжения и ампер / √Гц для шума тока. . Как и в случае шума преобразователя, чем больше исследуемая полоса пропускания, тем больше шума будет видно.(См. Рис. 3-15.)

Различные технологии обеспечивают различные компромиссы между величиной источников шума напряжения и тока. Усилители с биполярным входом, как правило, имеют низкий шум напряжения и высокий шум тока, тогда как усилители, использующие технологию полевых транзисторов, как правило, имеют более высокий шум напряжения и более низкий шум тока. Выбор технологии сложен и продиктован как техническими требованиями, так и экономикой приложения. Однако, как правило, усилители с биполярным входом имеют тенденцию давать лучшие шумовые характеристики с преобразователями с низким импедансом (<1 кОм), в то время как устройства с полевым входом вносят меньше шума при использовании с источниками с более высоким импедансом.В таблице 3-1 перечислены параметры напряжения и шума нескольких широко распространенных операционных усилителей.

Таблица 3-1. Типичные шумовые характеристики различных операционных усилителей на частоте 1 кГц.

Устройство	Технология	ВН (нВ / √Гц)	IN (пА / √Гц)
OP27	Биполярный	3					JFET	13	0,007
TLC272	CMOS	25	Не доступен.

Как спроектировать операционный усилитель — PS Audio

Давайте начнем сегодняшний пост с демонстрации того, как легко спроектировать схему усилителя с операционным усилителем.

Когда операционный усилитель используется в цепи в качестве усилителя, все, что вам нужно, это два резистора, операционный усилитель и пара батареек. Вы можете настроить операционный усилитель как инвертирующий, так и неинвертирующий усилитель — это означает, что любой сигнал, который вы вводите, может иметь неизменную полярность или фазу или перевернутый — точно так же, как вы можете поменять местами +/- на клеммах громкоговорителей.

Итак, давайте засучим рукава и разработаем предусилитель вместе с операционным усилителем. Нам нужно, чтобы в нашем операционном усилителе было усиление 20 дБ, а это означает, что все, что мы в него вкладываем, будет звучать в десять раз громче.

Вот как на схеме выглядит операционный усилитель: это простой треугольник с двумя аудиовходами, одним выходом и двумя входами источника питания.

Два аудиовхода помечены + (неинвертирующий, если мы хотим сохранить фазу) и — (инвертирующий — если мы хотим перевернуть фазу), и выход, в общем, является выходом.Просто а? Вы даже не представляете, насколько это просто. Пойдем дальше.

Вот чертеж корпуса ИС операционного усилителя — схема расположения каждого из этих выводов на самом устройстве. На нем вы увидите и другие элементы, например смещение null — не волнуйтесь, нам не нужно это использовать или иметь с этим какое-либо отношение.

-V и + V — это входы батареи, и между двумя батареями, которые мы можем использовать (например, пара 9 вольт), у нас есть так называемая земля — ​​или центр между двумя источниками питания.Вот как могут выглядеть две соединенные вместе батареи. Земля находится посередине между ними, где написано «0V».

На снимке, который я взял, показано 6 вольт — но представьте себе 9 вместо этого — что, кстати, было именно той схемой, которую я впервые использовал для питания прототипа фонокорректора PS Audio — да, две 9-вольтовые батареи и пара операционных усилителей в Roi Tan сигарный ящик для шасси.

Хорошо, теперь сделаем наш предусилитель. Думаю, давайте начнем с инвертирующей версии, а потом займемся неинвертирующей.Как я уже упоминал, все, что нам нужно, это два резистора, и поскольку коэффициент усиления операционного усилителя устанавливается соотношением двух резисторов, все, что мне нужно сделать, это иметь один резистор в 10 раз больше, чем другой. Так что я мог использовать 1 кОм (1000 Ом) и 10 кОм (10000 Ом). Это всего лишь маленькие кусочки, которые я мог бы купить в Radio Shack, если бы захотел — может быть, целых 0,10 доллара за штуку. Вот как будет выглядеть наша схема.

Мы бы поместили 1K на вход и 10K между выходом и входом. Маленький треугольник, который вы видите на входе +, — это земля (точка встречи между двумя батареями).Вот и все. Больше нечего. Просто подключите вход RCA к стороне входа, а другой разъем RCA к выходу, и все готово. Все, что вы подключаете к входу, будет в 10 раз больше на выходе RCA без каких-либо искажений или проблем.

Если бы я использовал качественные детали, печатную плату для всего, блок питания вместо батареи и модное шасси, у меня есть коммерческий предусилитель. Хотите регулятор громкости? Просто приклейте потенциометр ко входу, и он у вас есть. Хотите «высокого класса»? Используйте хороший операционный усилитель, лучший блок питания и модные разъемы.

Но, возможно, мы захотим вместо этого иметь неинвертирующий усилитель. Хорошо, все, что нам нужно сделать, это изменить, где мы соединяем землю и где находится вход. Вот, взгляни.

Видите? R1 — это резистор на 1 кОм, а R2 — на 10 кОм. Все просто, не правда ли?

Но это — несимметричный предусилитель — куда мы можем вставить только выход RCA-коннектора. Давайте пофантазируем и сделаем из него балансный входной усилитель — где вы бы вставили выход балансного кабеля с XLR на его выход — сбалансированным.Мы все это знаем.

Вот как это будет выглядеть — пожалуйста, не обращайте внимания на значения, потому что я только что взял это из Интернета.

Маленький символ, похожий на грабли, отшлифован. Одна сторона сбалансированного сигнала — холодная, а другая — горячая.

Хорошо, это становится все длиннее, и цель не в том, чтобы научить вас, как проектировать операционный усилитель, а в том, насколько это чертовски просто — и я здесь ничего не упрощаю.

Завтра посмотрим, что же внутри этих маленьких жук, благодаря которым все так просто и так широко используется.

ngspice учебник для начинающих

0. Введение
1. Загрузите и установите ngspice (MS Windows)
2. Загрузите и установите ngspice (Linux)
3. Цепь с пассивными элементами, рабочая точка
4. Схема с пассивными элементами, имитация переходных процессов
5. Цепь с пассивными элементами, имитация слабого сигнала переменного тока
6. Загрузите и установите простой графический интерфейс (MS Windows)
7. Биполярный усилитель
8. Инвертирующий усилитель с операционным усилителем

ngspice — это имитатор схем, который численно решает уравнения, описывающие (электронные) схемы: они состоят из пассивных и активных устройств.Моделируются изменяющиеся во времени токи и напряжения, а также поведение шума и слабого сигнала. ngspice является преемником почтенного spice3f5 с открытым исходным кодом от UC в Беркли.

рисунок 1

Как показано на рис. 1, вы начинаете со схемы (здесь: инвертор). Вы должны создать список соединений, описывающий эту схему. Список соединений — это входные данные для ngspice, сообщающие ему о схеме, которую необходимо смоделировать. Вместе с некоторыми командами симуляции этот ввод заботится о чтении и анализе списка соединений, запуске симуляции и построении вывода.Выходное напряжение (показано красным) является обратным входному (зеленому). Оба напряжения показаны в зависимости от времени.

Вход в ngspice считывается из файла, и его можно улучшить с помощью команд, заданных в командной строке. Смоделированные выходные данные могут быть записаны в файл или представлены в виде графика y-x или диаграммы Смита. Не существует графического пользовательского интерфейса со схематическим отображением принципиальных схем и автоматическим созданием списка соединений, однако существуют сторонние инструменты для рисования схемы и создания списка соединений ngspice.

Есть подробный справочное руководство для ngspice. В этом руководстве описаны все команды и процедуры, доступные в ngspice, и приведены многочисленные примеры. Однако это не инструкция по использованию ngspice или вводный текст. Это руководство дает вам некоторую информацию, как начать. Если вы хотите получить более подробную информацию, вы можете обратиться к нашей странице книги или к списку учебных пособий третьих сторон.

Загрузите zip-файл для ngspice-35 (около 8,7 МБ). Разверните этот zip-файл в каталог C: \.В MS Windows 10 для этого могут потребоваться права администратора. Таким образом вы получите C: \ Spice64 с несколькими подкаталогами. Основная программа ngspice.exe находится в папке C: \ Spice64 \ bin.

Если вы хотите использовать модели устройств PSPICE (часто компаниями-производителями полупроводников), поместите текстовый файл с именем .spiceinit в свой каталог пользователя (C: \ users \ ‘ваше имя’, также можно найти в переменная окружения USERPROFILE). Добавьте две строки

 
* предоставленный пользователем файл инициализации
установить ngbehavior = ps
 
 

к .spiceinit. Если имя файла .spiceinit вам не подходит, используйте альтернативное имя файла spice.rc. Вот и все!

После двойного щелчка по C: \ Spice64 \ bin \ ngspice.exe, появляется главное окно ngspice.

Фиг.2

Если вы используете LINUX, проверьте, есть ли в вашем дистрибутиве предлагает для установки пакет ngspice. Вы можете тогда для установки используйте менеджер пакетов дистрибутива (apt, Yast и т. д.).

Если нет, вам нужно будет скачать ngspice-35.tar.gz и скомпилируйте ngspice с

 
./configure --with-x --enable-xspice --enable-cider --with-readline = yes --enable-openmp --disable-debug CFLAGS = "- m64 -O2" LDFLAGS = "- m64 -s "
make -j8
sudo make install
 
 

или запустив скрипт compile_linux.sh из папки ngspice с помощью

 
./compile_linux.sh 64
 
 

Пожалуйста, проверьте гл. 32,1 из ngspice руководство о предпосылках и процедурах для компиляции ngspice-35. После компиляции поместите текстовый файл с именем.добавить в свой каталог home / username (адрес также можно найти в переменная окружения HOME). В админке это может быть рут каталог. Добавьте в файл две строки, как указано выше.

Пользователи

MacOS могут проверить наличие пакета или установить его. ngspice для macOS.

Теперь ввод и вывод через консоль. Ниже приведен типичный вид после переходного моделирования схемы.

 
******
** ngspice-35: программа моделирования на уровне схемы
** The U.C. Berkeley CAD Group
** Авторские права 1985–1994, регенты Калифорнийского университета.
** Авторские права 2001-2020, команда ngspice.
** Получите руководство по ngspice по адресу http://ngspice.sourceforge.net/docs.html.
** Пожалуйста, отправляйте отчеты об ошибках на http://ngspice.sourceforge.net/bugrep.html.
** Дата создания: 8 августа 2021 г., 22:01:36
******
ngspice 6 -> источник /home/holger/software/ngspice/examples/soi/inv_tr.sp

Схема: инвертор soi

Проведение анализа при TEMP = 27,000000 и TNOM = 27,000000


Первоначальное переходное решение
--------------------------

Узел Напряжение
---- -------
vd 1.5
против 0
ворота 0
из 1.49993
vgate # ветка 1.63484e-06
vgnd # ветка 1.64402e-06
vpower # ветка -1.64402e-06

Количество строк данных: 222
ngspice 7 ->
 
 

Теперь давайте сделаем первую схему. Нам нужен источник постоянного напряжения и два резистора, составляющие простой резистивный делитель напряжения.

Рис.3

Какой список соединений у этой схемы? Источник напряжения подключается между 0 (землей) и узлом «вход», значение 1, R1 между «входом» и «выходом» со значением 1k, R2 между «выходом» и землей и значением 2k.

 
список соединений делителя напряжения
V1 в 0 1
R1 на выходе 1k
R2 выход 0 2k
.конец
 
 

Строка 1 — это строка заголовка. .end в строке 5 обозначает конец списка соединений. Поместите эти строки в текстовый файл с именем vdiv.cir и сохраните его в папке C: \ Spice64 \ bin (если вы используете MS Windows).Теперь запустите ngspice, дважды щелкнув ngspice.exe в C: \ Spice64 \ bin. Загрузите список соединений в ngspice, введя команду источник vdiv.cir . ngspice готов к симуляции, список соединений загружен. Какую симуляцию мы теперь хотим иметь? Представляет интерес постоянное напряжение на узле «out». Это рабочая точка схемы. Мы получим это, введя op команда. Затем мы хотим получить значение напряжения в узле «out». Давайте войдем в распечатка команда.Это результат, который вы получите с ngspice для полной последовательности, и вы увидите напряжение на узле «out»:

 
******
** ngspice-31: программа моделирования на уровне схемы
** Группа CAD США в Беркли
** Авторские права 1985–1994, регенты Калифорнийского университета.
** Получите руководство по ngspice по адресу http://ngspice.sourceforge.net/docs.html.
** Пожалуйста, отправляйте отчеты об ошибках на http://ngspice.sourceforge.net/bugrep.html.
** Дата создания: 30 марта 2019 г., 09:37:02
******
ngspice 1 -> источник vdiv.круг

Схема: список соединений делителя напряжения

ngspice 2 -> op
Проведение анализа при TEMP = 27,000000 и TNOM = 27,000000

Количество строк данных: 1
ngspice 3 -> распечатать
out = 6.666667e-01
нгспайс 4 ->
 
 

Если вы используете Linux, вы можете поместить vdiv.cir в папку по вашему выбору. Затем перейдите в эту папку и вызовите ngspice из окна командной строки. Вам не понадобится команда source при прямом вызове

 
ngspice vdiv.cir
 
 

Затем схема загружается немедленно, и следующая команда, которую вы вводите, — op (см. Выше).

Следующий пример представляет собой двойную лестницу RC, и мы хотим сделайте переходное моделирование. Входной сигнал представляет собой форму волны напряжения (импульса) в зависимости от времени, а выходной сигнал также представляет собой форму волны, которую вы можете увидеть на осциллографе. Это наша схема:

Фиг.4

Тогда список соединений

 
.title двойная лестница с дистанционным управлением
R1 int в 10к
V1 in 0 dc 0 PULSE (0 5 1u 1u 1u 1 1)
R2 выход int 1k
C1 int 0 1u
C2 выход 0 100n
.конец
 
 

Речь идет об источнике напряжения V1.В предыдущем примере он просто излучает постоянное 1 В. Теперь все сложнее. В руководстве говорится в гл. 4.1.1: Для импульса мы должны добавить ИМПУЛЬС (VL VH TD TR TF PW PER PHASE) к напряжению постоянного тока нашего источника напряжения, где VL — начальное, VH — конечное напряжение, TD — задержка, TR и TF — время нарастания и спада, PW — ширина импульса, PER — период повторения, PHASE — фазовый сдвиг. У нас есть импульс от 0 до 5 В, задержка перед началом импульса, время его нарастания и спада — всего 1 мкс. Ширина импульса и период импульса составляют 1 с каждый, что намного превышает предполагаемое время моделирования.Фаза здесь не имеет значения, мы ее опускаем. Итак, здесь мы применяем только нарастающий фронт импульса.

Сколько сейчас времени на симуляцию нам понадобится? Постоянная времени нашего фильтра нижних частот определяется R1C1 и составляет около 1 мкФ * 10 кОм = 10 мс. Таким образом, мы могли бы быть успешными, начав с 0 и моделируя до 50 мс. Мы должны использовать 1000 точек, поэтому размер шага составляет 50 мкс. Таким образом, когда вы загрузили схему, теперь команда моделирования

 
Тран 50у 50м
 
 

Результат показан на рис.5 после построения с помощью команды plot in int out . Напряжения в узлах int и out практически не различаются. Это потому, что первый R1C1 доминирует в цепи. Постоянная времени второго R2C2 в 100 раз меньше, поэтому зарядка C2 происходит быстро и легко по сравнению с зарядкой C1. Напряжение на входном узле «in» растет так быстро, что вы не видите его крутизны.

Фиг.5

Теперь мы хотим посмотреть, каким может быть поведение слабого сигнала в этой лестничной сети RC.Слабый сигнал означает, что мы установили рабочую точку постоянного тока для нашей схемы. Затем мы добавляем небольшой сигнал переменного тока на вход и моделируем зависимость выходного переменного напряжения от частоты. Поэтому мы должны изменять частоту этого небольшого входного сигнала. И нас интересует не абсолютное значение выходного напряжения, а его отношение к входу (усилению) и его фазовый сдвиг по отношению к входу (фазе). К счастью, в ngspice есть команда ac, которая упрощает жизнь. Во-первых, мы должны указать ngspice, куда вводить переменное напряжение слабого сигнала.Выбираем узел «in», то есть наш источник напряжения V1. V1 теперь становится

 
V1 in 0 dc 0 ac 1 ИМПУЛЬС (0 5 1u 1u 1u 1 1)
 
 

Мы просто добавили ac 1. «Dc 0» устанавливает рабочую точку (что не имеет значения из-за нашей простой схемы), «PULSE» имеет значение только во время моделирования переходных процессов, поэтому мы сохраняем его для простоты. 1 в ‘ac 1’ просто помогает нам получить соотношение выход / вход, разделив выход на 1, или просто принять его как есть. Команда моделирования

 
ас дек 10 1 100k
 
 

Мы хотим провести симуляцию переменного тока.Мы меняем частоту, как если бы это было логарифмически, с 10 точками на декаду. Начальная частота — 1 Гц, частота останова — 100 кГц. Таким образом, мы получим 51 точку данных. Если теперь построить график с помощью команды из , график будет выглядеть некрасиво (результат ниже 0?). Что ж, мы имеем дело с сигналами переменного тока. Это комплексные числа, состоящие из действительной и мнимой частей (или, что то же самое, состоящие из величины и фазы). Традиционно график доставляет только реальную часть сигнала.Но мы хотим видеть величину (или усиление) и фазу, как на графике Боде. Таким образом, следует использовать график vdb (out), для усиления в дБ и график , ph (out) для фазы. Теперь графики в порядке, но названия и метки еще неудовлетворительны. Процедуры построения графика ngspice здесь требуют некоторой ручной настройки.

Но прежде чем мы продолжим, мы должны упорядочить наш подход. Печатать все в консоли раздражает. ngspice имеет механизм для сборки всех интерактивных команд (тех, которые мы ввели) в файл.control … Раздел .endc. Этот раздел .control может быть добавлен в список соединений, который теперь выглядит как

 
.title двойная лестница с дистанционным управлением
* имя файла rcrcac.cir
R1 int в 10к
V1 in 0 dc 0 ac 1 ИМПУЛЬС (0 5 1u 1u 1u 1 1)
R2 выход int 1k
C1 int 0 1u
C2 выход 0 100n

.контроль
ас дек 10 1 100k
сюжет vdb (выход)
участок ph (выход)
.endc

.конец
 
 

Теперь мы можем запустить ngspice с помощью ngspice rcrcac.cir . Список соединений читается, команды в секции .control (симуляция переменного тока и построение графиков) выполняются автоматически.Тем не менее, хотелось бы улучшить графику сюжета. Мы делаем это с помощью нескольких дополнительных команд, которые мы добавляем в раздел .control. Все они описаны в руководстве по ngspice, глава. 17.5. Полный входной файл теперь гласит:

 
.title двойная лестница с дистанционным управлением
* имя файла rcrcac.cir
R1 int в 10к
V1 in 0 dc 0 ac 1 ИМПУЛЬС (0 5 1u 1u 1u 1 1)
R2 выход int 1k
C1 int 0 1u
C2 выход 0 100n

.контроль
ас дек 10 1 100k
settype децибел на выходе
plot vdb (out) xlimit 1 100k ylabel 'усиление слабого сигнала'
settype поэтапный отказ
plot cph (out) xlimit 1 100k ylabel 'phase (in rad)'
let outd = 180 / PI * cph (out)
settype phase outd
График outd xlimit 1 100k ylabel 'phase'
.конец

.конец
 
 

И вот что мы видим после моделирования и построения графика:

Рис.6 Амплитуда и фаза малых сигналов для двойной RC-цепочки

Я привык к MS Windows, поэтому не хочу вводить все что угодно, но использую мышь для выбора файлов, запуска моделирования и построения графика результатов. Поэтому я использую (и сделал доступным для загрузки) небольшой графический интерфейс, показанный на рис. 7. Чтобы установить, просто разверните четыре файла в папку по вашему выбору. DuSpiceStart.exe — это основной исполняемый файл. DuSpicePlot.exe считывает необработанный файл и готовит печать. DuSpiceStart.ini содержит данные настройки. plot_spex3.xlsm содержит несколько макросов VB, которые позволяют строить графики в EXCEL.

Рис.7 Графический интерфейс MS Windows с окном настройки и графика

Если вы наведете указатель мыши на кнопку или поле редактирования, появится небольшая подсказка с информацией об использовании этого элемента.

Главное окно

Раскрывающийся список вверху: выберите один из последних 5 файлов в качестве входных данных для моделирования.

Start batch: запустить ngspice в пакетном режиме, например ngspice -b -r rcrcac.out -o rcrcac.log rcrcac.cir

Новый файл: выберите новый входной файл (например, rcrcac.cir)

График: откройте окно графика, вызвав DuSpicePlot.exe, полезно, только если было запущено моделирование. до в пакетном режиме

Настройка: откройте окно настройки

Заголовок: показать строку заголовка входного файла

Начать взаимодействие: запустить ngspice в интерактивном режиме

Редактировать ввод: открыть файл ввода в редакторе

Просмотр вывода: откройте файл вывода (например,грамм. rcrcac.out) в редакторе

Просмотр * .log: Откройте файл журнала (например, rcrcac.log) в редакторе

Quit: выйти из GUI

Окно настройки

Viewer: выберите программу просмотра файлов (рекомендуется: Notepad ++)

Редактор

: выберите редактор (рекомендуется: Блокнот ++)

Возврат: возврат в главное окно

Путь к исполняемому файлу ngspice: дважды щелкните поле редактирования, чтобы выбрать путь к ngspice и исполняемый файл

Варианты запуска специй: выберите нгспайс или другую специю

Параметры выбора файла

: автоматический запуск ngspice в интерактивном или пакетном режиме, или не запускать автоматически и ждать, пока пользователь запустит ngspice из главного окна

batch start options: Если в главном окне выбрано «Start batch», начните либо с rawfile (например,грамм. -r rcrcac.out) или без него. Затем вывод попадает только в rcrcac.log (как на древнем принтере)

Параметры интерактивного файла журнала

: запустить интерактивное моделирование либо с выводом в окно вывода ngspice, либо в файл журнала

Окно графика

plot Spice: запустите другой экземпляр ngspice, загрузите файл * .out и начните рисовать

plot gnuplot: запустите gnuplot (если доступно) и начните рисовать

plot EXCEL: запустите MS EXCEL (если доступно) и начните рисовать

все: выберите все выходные векторы для построения

отменить: отменить выбор всех выходных векторов

Команды

: установите флажок и введите любой вектор или разрешенную функцию вектора для построения.Разрешены все параметры, действительные после команды «plot».

входной файл: Показать выходной (необработанный) файл, выбранный для построения

новый файл: выберите новый необработанный файл для печати

quit: выйти из окна графика

Следующий пример — биполярный усилитель. Биполярный транзистор BC546 npn-типа является усилительным устройством. Два резистора R1, R2 определяют ток базы, R3 — резистор нагрузки постоянного тока. RLoad требуется, потому что ngspice не принимает конденсатор, у которого нет подключения постоянного тока на каждой клемме.VCC — источник питания, Vin — источник входного напряжения.

Фиг.8

Даже со всеми собранными устройствами как показано, цепь не завершена. Транзистору Q1 потребуется больше данных для моделирования. Биполярный Модель транзистора (уравнения для расчета токов в зависимости от напряжений на клеммах): жестко запрограммирован в ngspice. Однако для этой модели требуются параметры модели для выполнения этих расчетов. специфичен для выбранного транзистора (BC546). Эти данные не доставляются с ngspice.Они зависят от производителя устройства и могут быть получены с их веб-сайтов или с других сайтов. (здесь, например, из параметров модели BC546, см. также коллекцию моделей специй из нашего страницу параметров модели для многих других). Что мы оттуда получим?

 
.model BC546B npn (IS = 7,59E-15 VAF = 73,4 BF = 480 IKF = 0,0962 NE = 1,2665
+ ISE = 3,278E-15 IKR = 0,03 ISC = 2,00E-13 NC = 1,2 NR = 1 BR = 5 RC = 0,25 CJC = 6,33E-12
+ FC = 0,5 MJC = 0,33 VJC = 0,65 CJE = 1,25E-11 MJE = 0,55 VJE = 0,65 TF = 4,26E-10
+ ITF = 0,6 VTF = 3 XTF = 20 RB = 100 IRB = 0.0001 RBM = 10 RE = 0,5 TR = 1,50E-07)
 
 

Это строка, начинающаяся с .model, за которой следует соответствующее имя BC546B и тип устройства, то есть транзистор npn. В скобках указаны все параметры модели, которые в сочетании с жестко запрограммированной моделью будут определять поведение транзистора при постоянном, переменном токе, переходных процессах или шумах. Вся строка может быть в одной строке. Для удобства чтения вы можете разделить эту слишком длинную строку, например, на четыре. Каждая следующая строка должна начинаться с +.Внутри ngspice складывает все последовательные строки в одну. Результирующий список соединений (файл bipamp.cir) выглядит следующим образом:

 
биполярный усилитель
* файл bipamp.cir
.model BC546B npn (IS = 7,59E-15 VAF = 73,4 BF = 480 IKF = 0,0962 NE = 1,2665
+ ISE = 3,278E-15 IKR = 0,03 ISC = 2,00E-13 NC = 1,2 NR = 1 BR = 5 RC = 0,25 CJC = 6,33E-12
+ FC = 0,5 MJC = 0,33 VJC = 0,65 CJE = 1,25E-11 MJE = 0,55 VJE = 0,65 TF = 4,26E-10
+ ITF = 0,6 VTF = 3 XTF = 20 RB = 100 IRB = 0,0001 RBM = 10 RE = 0,5 TR = 1,50E-07)
R3 vcc intc 10k
R1 vcc intb 68k
R2 intb 0 10к
Cout out intc 10u
Cin intb в 10u
VCC vcc 0 5
Vin in 0 dc 0 ac 1 sin (0 1 м 500)
RLoad out 0 100k
Q1 intc intb 0 BC546B
.тран 10u 10м
* .ac dec 10 10 1Meg
.конец
 
 

Строка .model напрямую соответствует строке Q1 в том смысле, что теперь она предоставляет необходимые параметры модели. В строке .tran 10u 10m список соединений содержит еще один новый элемент, снова команду точки. Это полезно, если вы хотите запустить ngspice в пакетном режиме. Следующая строка * .ac dec 10 10 1Meg предшествует *. Это служит для комментирования строки. Каждая строка, начинающаяся с *, обрабатывается в качестве комментария и игнорируется во время моделирования.Размещение * позволяет выбрать тип моделирования.

Если вы работаете в MS Windows, запустите графический интерфейс, новый файл bipamp.cir, запустите пакет, график, отметьте v (выход) и v (вход), график gnuplot: это результат:

Рис.9 GUI, окно графика и график gnuplot

В Linux вы можете добавить раздел .control, например

 
.контроль
запустить
gnuplot gp v (выход) v (вход)
.endc
 
 

во входной файл bipamp.cir. Затем перейдите в папку, содержащую входной файл, и запустите моделирование. by ngspice bipamp.Cir .

Последний пример — инвертирующий усилитель, использующий операционный усилитель LF356. Его коэффициент усиления задается отношением R2 к R1. Усилитель меняет полярность входа. Таким образом, вывод будет V (выход) = -R2 / R1 * V (дюйм) = -100 * V (дюйм).

Рис.10 Инвертирующий усилитель с операционным усилителем

Нет модели для операционных усилителей, поставляемой с ngspice. Поэтому вам нужно искать в Интернете модель производителя устройства, например от Веб-страницы TI как LF356.mod. В коллекции моделей ngspice и ее подпапках доступно множество моделей для дискретных элементов и микросхем начала 2000-х годов.

Если вы посмотрите на LF356.mod, вы найдете схему, собранную в подсхему (между линиями .subckt и .ends) с именем LF356 / NS и 5 соединительными узлами.

Как добавить модель LF356 в список соединений ngspice? Скопируйте файл LF356.mod в папка, которая также будет содержать список соединений OpAmp.cir. Добавьте строку .include LF356.mod в файл списка соединений OpAmp.cir.

Как вызвать модель в списке соединений? Это делается с помощью X-линии (см. Руководство, глава.2.4) как XU1 3 2 7 4 6 LF356 / NS . Номера контактов соответствуют контактам ИС, указанным в ее технических данных. Мы решили использовать номера контактов в качестве имен узлов для списка соединений. Мы могли бы выбрать другие имена цепей (например, имена выводов схемы). Пары «название вывода цепи» / «номер вывода»: in- / 2, in + / 3, V + / 7, V- / 4 и out / 6. Модель требует последовательности

• неинвертирующий вход
• инвертирующий вход
• положительный источник питания
• отрицательный источник питания
• выход

, как описано в файле модели.Следовательно, узлы в строке X должны быть упорядочены в этой последовательности, то есть 3 2 7 4 6. Теперь полный список соединений выглядит так:

 
.title Инвертирующий усилитель операционного усилителя
* файл OpAmp.cir
.include LF356.MOD
Сюй1 3 2 7 4 6 LF356 / NS
R1 2 в 1k
Vin в 0 постоянного тока 0 переменного тока 1
Вп 7 0 5
Вм 4 0-5
Вин + 3 0 0
R2 6 2 100 тыс.
.конец
 
 

На этот раз мы хотим провести симуляцию постоянного тока, то есть изменить входной сигнал, слегка увеличивая постоянное напряжение. и измерьте выход. Следует помнить, что блок питания выдает + -5 В, поэтому выход не может быть больше, а усиление составляет -100.Поэтому мы используем команду dc Vin -50m 50m 2m для изменения Vin от -50 мВ до 50 мВ с шагом 2 мВ. Мы можем добавить команду

 
.dc Vin -50м 50м 2м
 
 

в наш список соединений и используем графический интерфейс, или мы добавляем секцию .control

 
.контроль
постоянного тока Vin -50м 50м 2м
сюжет v (in) v (6)
.endc
 
 

в список соединений, cd в эту папку ввода и запустите

 
ngspice OpAmp.cir
 
 

в консоли Cygwin или Linux. Построенный результат тогда будет

Рис.11 Имитация постоянного тока операционного усилителя на входе и выходе

Изменение входного напряжения практически незаметно. Выходной сигнал операционного усилителя насыщается уже при + -3 В, далеко от напряжения питания + -5 В, что возможно. с современными операционными усилителями.

Последнее замечание: если вам нужен графический интерфейс со схемой захвата (который вводится через принципиальную схему, а не через список соединений), мы рекомендуем KiCAD. An вводное руководство для ngspice в KiCAD: Ngspice с использованием KiCad / Eeschema GUI для схематического ввода, моделирования и построения графиков.

Проектов электроники для ЧАЙНИКОВ — Livros

 пришло
NPN (отрицательный / положительный / отрицательный): вы включаете транзисторы NPN, применяя-
положительное напряжение; они начинают включаться при подаче примерно 0,7 вольт.
В этой книге мы используем транзисторы NPN, потому что они более прямые.
вперед, чтобы подать положительное напряжение, чтобы все заработало.
PNP (положительный / отрицательный / положительный): вы выключаете транзисторы PNP, применяя-
положительное напряжение; они включаются при подаче отрицательного напряжения или
напряжения вблизи земли.Транзисторы имеют три вывода: эмиттер, базу и коллектор. В главе 4
мы покажем вам, как читать схемы, чтобы вы могли понять, где подключиться
каждая булавка. Для каждого используемого транзистора сверьтесь с таблицей данных (которая содержит
рисунок, называемый распиновкой), чтобы определить, какой штифт какой.
ИС
Интегральные схемы, обычно известные как ИС, похожи на социальных директоров
для компонентов: они собирают множество других компонентов в одном месте
ТО-92 ТО-39 Т0-220
Рисунок 3-5:
Общий
транзистор
пакеты.
42 Часть I: Подготовка проекта
07_009683 ч03.qxp 22.06.06 21:38 Стр.
(шаффлборд по желанию). ИС обычно содержат несколько транзисторов, резистивных
торцы и конденсаторы, подключенные к кремниевой микросхеме, чтобы образовать функциональную схему.
в одной небольшой упаковке.
ИС, а также некоторые другие электрические компоненты могут быть восприимчивы к электрическому
тростатические выделения (иными словами, тростатические выделения). По этой причине не забудьте также
приобретите антистатический браслет (как мы обсудим в главе 2) для вашего
мастерская электроники.
Микросхемы бывают во многих упаковках
Производители делают ИС во многих типах корпусов или контейнеров.(Целое
Долина в Калифорнии посвящена этому типу вещей.) Тип упаковки
который вы используете либо в макете, либо на печатной плате, представляет собой двухрядный корпус
(ОКУНАТЬ). DIP состоит из пластика, который инкапсулирует кремниевый чип с рядом
металлических проводов, идущих по обе стороны от пластика. Вы вставляете эти лиды
в контактные отверстия на макете и соедините компоненты на
макет со схемой на кремниевом чипе. (См. Следующий раздел,
«Основы макетной платы», чтобы узнать больше об этом процессе.)
ИС DIP идентифицируются по количеству выводов, которые у них есть, например, 8-контактный DIP,
14-контактный DIP, 16-контактный DIP, 18-контактный DIP и т. Д. На рис. 3-6 показаны несколько распространенных
Микросхемы DIP.
Рисунок 3-6:
Ассорти-
мент DIP
ИС (8-контактный,
14-контактный, и
28-контактный).
43 Глава 3: Сборка вашего электронного арсенала
07_009683 ch03.qxp 22.06.06 21:38 Страница 43
Заказывая ИС, будьте осторожны, заказывая ИС в DIP-упаковке. Если вы получите
ИС в корпусе без DIP, таком как SOIC (см. Предыдущий раздел «Транзисторы»),
вы можете пробовать бесконечно, но никогда не сможете вставить лиды в доску.Крупные производители используют эти другие микросхемы с техникой, называемой сюрпризом.
торцевой монтаж. В этом методе выводы припаиваются к контакту на
поверхность печатной платы, не вставленная в отверстие. Если вам действительно нужно использовать
ИС, которая поставляется только в корпусе для поверхностного монтажа, ищите адаптеры, к которым
вы можете припаять ИС для поверхностного монтажа, а затем вставить адаптер в свой
доска.
Поскольку ИС - это просто набор компонентов (таких как транзисторы, резисторы)
торцы и конденсаторы), в миниатюре набитые на кремниевый чип, каждый тип ИС
может выполнять другую функцию.Эта функция зависит от того, сколько из каждого
Компонент размещен на микросхеме и как они связаны между собой. Следующий
в двух разделах представлен обзор двух распространенных ИС: операционных усилителей.
и усилители звука.
Выбор операционных усилителей
Операционные усилители (также известные как операционные усилители) - это тип ИС, который
содержит ряд транзисторов; каждый транзистор усиливает напряжение
сигнал еще немного. Вы можете построить многокаскадный транзисторный усилитель, который
может сделать аналогичную работу, используя несколько транзисторов, конденсаторов и резисторов,
но зачем беспокоиться? Эта установка займет примерно в 50 раз больше места на вашем
макетной платы, чем одиночный 8-контактный операционный усилитель DIP.Если вы посмотрите каталог операционных усилителей, вы, вероятно, увидите страницы и страницы
их - они настолько популярны. Тот факт, что мы используем 6-вольтовые батареи для питания
наши схемы значительно сужают список. Многие операционные усилители предназначены для
работать с положительным напряжением питания и отрицательным напряжением питания, например +6
вольт и –6 вольт. В наших проектах мы используем операционные усилители, которые предназначены для работы
с односторонним питанием 6 В или меньше. Операционный усилитель, созданный для работы
при одностороннем питании требуется только положительное напряжение питания и земля.Микросхемы операционных усилителей обычно имеют 8-контактные DIP-разъемы; некоторые из них имеют один контур операционного усилителя.
cuit, а в некоторых есть два операционных усилителя (двойные операционные усилители). В двойном операционном усилителе контакты
которые дают доступ к одному операционному усилителю, находятся на левой стороне DIP, а контакты
дающие доступ к другому операционному усилителю, находятся на правой стороне DIP. Как ты
можно увидеть в проекте в главе 7, это позволяет вам построить одну часть
схему вашего проекта вдоль левой стороны макета и второй пор-
вдоль правой стороны макета, что может пригодиться, если что-то
переполнены.Микросхемы операционных усилителей также выпускаются в 14-контактных DIP-модулях. Они содержат четыре
отдельные операционные усилители и поэтому называются четырехъядерными операционными усилителями.
Вот некоторые распространенные операционные усилители, используемые в проектах электроники с низким напряжением.
возраст батарей:
LM358: двойной операционный усилитель
LM324: четырехъядерный операционный усилитель
44 Часть I: Подготовка проекта
07_009683 ch03.qxp 22.06.06 21:38 Страница 44
MC33171: одиночный операционный усилитель
MC33172: двойной операционный усилитель
MC33174: четырехъядерный операционный усилитель
Усиление звука
Звуковые усилители похожи на операционные усилители, за исключением того, что они предназначены для защиты
видят больше мощности; логически, будучи аудиоусилителями, они обеспечивают достаточную мощность для
привод динамиков.LM386 - широко используемый аудиоусилитель. Есть разные версии LM386.
предназначены для работы с различными напряжениями питания. Например, LM386N-1,
который мы используем в проектах в главах 6 и 7, рассчитан на работу с напряжением 6 вольт.
питание и может работать с напряжением питания до 4 В. MC34119 - это
аудиоусилитель, который может работать при напряжении питания всего 2 вольта.
ИС доступны для многих специализированных применений; вы можете увидеть некоторые из них в
действия в проектах, которые мы включаем в эту книгу.Проекты в главах 11
и 15, например, используют ИС кодера / декодера, соединенные с ИС драйвера двигателя.
В проекте в главе 10 используется микросхема таймера в паре с микросхемой десятичного счетчика, и
в проекте в главе 7 используется ИС синтезатора речи, соединенная с аудио
усилитель IC. В проектах в главах 9 и 14 используется ИС диктофона.
Переключатель включен
Переключатель кажется достаточно простым: вы щелкаете им в одну сторону, а в другую.
способ уйти. Однако понимание того, что происходит за этим переключателем
требует, чтобы мы дали вам немного предыстории.� Разомкнуто: переключатель находится в разомкнутом состоянии, когда нет электрического соединения.
тион. Когда переключатель разомкнут, между проводами очень высокое сопротивление.
входит в переключатель, а провод выходит из переключателя.
Замкнутый: выключатель замкнут, когда есть электрическое соединение. Когда
выключатель замкнут, сопротивление между подводящими проводами очень низкое.
в выключатель и провод, выходящий из выключателя.
Существуют различные типы переключателей, называемые SPST, SPDT и DPDT, а также
показано на рисунке 3-7.Вот что означают эти запоминающиеся сокращения:
 � SPST (однополюсный, одноходовой): этот тип переключателя имеет два выступа для
которые можно паять проводами. Когда переключатель включен, два провода
связаны; когда переключатель выключен, два провода отключены. Мы
как переключатели SPST настолько часто, что мы используем их как переключатели включения / выключения в каждом
проект в этой книге.
SPDT (однополюсный, двухпозиционный): этот тип переключателя имеет три выступа.