Операционный усилитель для чайников
Тема 15.Операционные усилители
2.5. Линейные схемы на основе операционных усилителей (оу)
Приветствую вас дорогие друзья! А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель. Что такое операционный усилитель? Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают. Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:. Входы операционника обладают высоким входным сопротивлением или иначе говорят высоким импедансом. Усилитель просто оценивает величину напряжений на входах и в зависимости от этого выдает сигнал на выходе усиливая его. Из-за этого свойства операционники практически никогда не используют без обратной связи ОС. Действительно какой смысл во входном сигнале если на выходе мы всегда получим максимальное напряжение, но об этом поговорим чуть позже. Действительно операционный усилитель может выдавать значения напряжений как положительной так и отрицательной полярности. У новичка может возникнуть вопрос о том как же такое возможно? Давайте рассмотрим питание операционника чуток подробнее. Наверное не будет секретом, что для того, чтобы операционник работал, его нужно запитать, то есть подключить его к источнику питания. Но есть интересный момент, как мы убедились чуток ранее операционный усилитель может выдавать на выход напряжения как положительной так и отрицательной полярности. Как такое может быть? А такое быть может! Это связано с применением двуполярного источника питания, конечно возможно использование и однополярного источника но в этом случае возможности операционного усилителя будут ограничены. Вообще в работе с источниками питания многое зависит от того что мы взяли за точку отсчета то есть за 0 ноль. Давайте с этим разберемся. Допустим у нас есть обычная пальчиковая батарейка батарейка типа АА. У нее есть два полюса плюсовой и минусовой. Здесь все просто и логично. Теперь немножко усложним задачу и возьмем точно такую же вторую батарейку. Если за точку отсчета будет принят положительный полюс батарейки а измеряющий щуп был подключен к минусу то любой вольтметр нам покажет В. Но если за точку отсчета будет принята точка между двумя батарейками то в результате мы сможем плучить простой источник двуполярного питания. И вы можете в этом убедиться, мультиметр нам подтвердит что так оно и есть. Примеры на батарейках я привел для примера, чтобы было более понятно. И первая схема источника питания для ОУ перед вами. Она достаточно простая но я немножко поясню принцип ее работы. Затем трансформатор преобразует переменный ток В в такой же переменный но уже в 30В. Да на вторичной обмотке будет переменное напряжение в 30В но обратите внимание на отвод от средней точки вторичной обмотки. На вторичной обмотке сделано ответвление, причем количество витков до этого ответвления равно числу витков после ответвления. Благодаря этому ответвлению мы можем получить на выходе вторичной обмотки переменное напряжение как в 30 В так и переменку в 15В. Это знание мы берем на вооружение. Далее нам нужно переменку выпрямить и превратить в постоянку поэтому диодный мост нам в помощь. Диодный мост с этой задачей справился и на выходе мы получили не очень стабильную постоянку в 30В. Это ответвление мы ведем далее и подключаем между электролитическими конденсаторами и затем между следующией парой высокочастотных кондерчиков. Чего мы этим добились? Мы добились нулевой точки отсчета между полюсами потенциалов положительной и отрицательной полярности. Эту схему конечно можно еще более улучшить если добавить стабилитроны или интегральные стабилизаторы но тем не менее приведенная схема уже вполне может справиться с задачей питания операционных усилителей. Эта схема на мой взгляд проще, проще в том ключе, что нет необходимости искать трансформатор с ответвлением от середины или формировать вторичную обмотку самостоятельно. Но здесь придется раскошелиться на второй диодный мост. Диодные мосты включены так, что положительный потенциал формируется с катодов диодиков первого моста, а отрицательный потенциал выходит с анодов диодов второго моста. Упомяну также, что здесь используются разделительные конденсаторы, они оберегают один диодный мост от воздействий со стороны второго. Эта схема также легко подвергается различным улучшениям, но самое главное она решает основную задачу — с помощью нее можно запитать операционный усилитель. Как я уже упоминал операционные усилители почти всегда используют с обратной связью ОС. Но что представляет собой обратная связь и для чего она нужна? Попробуем с этим разобраться. С обратной связью мы сталкиваемся постоянно: Если на дороге стало скользко? Ага мы среагировали, сделали коррекцию и дальше двигаемся более осторожно. Без обратной связи при подаче на вход определенного сигнала на выходе мы всегда получим одно и тоже значение напряжения. Оно будет близко напряжению питания так как коэффициент усиления очень большой. Мы не контролируем выходной сигнал. Но если часть сигнала с выхода мы отправим обратно на вход то что это даст? Мы сможем контролировать выходное напряжение. Надо бы разобраться в чем суть. Положительная обратная связь это когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход причем она часть выходного суммируется с входным. Положительная обратная связь в операционниках применяется не так широко как отрицательная. Более того положительная обратная связь чаще бывает нежелательным побочным явлением некоторых схем и положительной связи стараются избегать. Она является нежелательной потому, что эта связь может усиливать искажения в схеме и в итоге привести к нестабильности. С другой стороны положительная обратная связь не уменьшает коэффициент усиления операционного усилителя что бывает полезно. Отрицательная обратная связь это такая связь когда часты выходного сигнала поступает обратно на вход но при этом она вычитается из входного. А вот отрицательная обратная связь просто создана для операционных усилителей. Несмотря на то, что она способствует некоторому ослаблению коэффициента усиления, она приносит в схему стабильность и управляемость. В результате схема становится независимой от коэффициента усиления, ее свойства полностью управляются отрицательной обратной связью. При использовании отрицательной обратной связи операционный усилитель приобретает одно очень полезное свойство. Операционник контролирует состояния своих входов и стремится к тому, потенциалы на его входах были равны. ОУ подстраивает свое выходное напряжение так, чтобы результирующий входной потенциал разность Вх. Подавляющая часть схем на операционниках строится с применением отрицательной обратной связи! Так что для того чтобы разобраться как работает отрицательная связь нам нужно рассмотреть схемы включения ОУ. Схема компаратора обладает высоким входным сопротивлением импедансом и низким выходным. Эта схема включения лишена обратной связи. В результате где было 3В так и остается 3В а где был 1В будет -1В. Но стабилитрон отработает и на выход пойдет 5В что соответствует логической единице. Теперь представили, что на вход 2 мы кинули 3В а на вход 1 приложили 1В. Но у нас стоит стабилитрон и он это не пропустит и на выходе у нас будет величина близкая нулю. Это и будет логический ноль для цифровой схемы. Чуть ранее мы рассматривали такую схему включения ОУ как компаратор. В компараторе сравниваются два напряжения на входе и выдается результат на выходе. Но чтобы сравнивать входное напряжение с нулем нужно воспользоваться схемой представленной чуть выше. Здесь сигнал подается на инвертирующий вход а прямой вход посажен на землю, на ноль. Но что случится если мы захотим подать напряжение равное нулю? Такое напряжение никогда не получится сделать, ведь идеального нуля не бывает и сигнал на входе хоть на доли микровольт но обязательно будет меняться в ту или другую сторону. Для избавления от подобного хаоса вводит гистерезист — это некий зазор в пределах которого сигнал на выходе не будет меняться. Этот зазор позволяет реализовать данная схема посредством положительной обратной связи. Представим, что на вход мы подали 5В , на выходе в первое мгновение получится сигнал напряжением в В. Далее начинает отрабатывать положительная обратная связь. Обратная связь образует делитель напряжения в результате чего на прямом входе операционника появится напряжение -1,36В. Внутри него сигнал в 5В инвертируется и становится -5В, далее два сигнала складываются и получается отрицательное значение. Сигнал на выходе не изменится пока сигнал на входе не опустится менее -1,36В. Пусть сигнал на входе изменился и стал -2В. Теперь чтобы изменить значение на выходе на противоположное нужно подать сигнал более 1,36В. Такая зона нечувствительности носит название гистерезис. Наиболее простой обладатель отрицательной обратной связи это повторитель. Повторитель выдает на выходе то напряжение, которое было подано на его вход. Но в этом есть смысл, ведь вспомним свойство операционника, он обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным. Чтобы понять как он работает отмотаете чуток назад, там где мы обсуждали отрицательную обратную связь. Там я упоминал, что в случае с отрицательной обратной связью операционник всеми возможными способами стремится к равному потенциалу по своим входам. Так допустим на входе у нас 1В. Чтобы потенциалы на входах были раны на инвертирующем входе должен быть также 1В. Схема неинвертирующего усилителя очень похожа на схему повторителя, только здесь обратная связь представлена делителем напряжения и посажена на землю. Посмотрим как все это работает. Чтобы напряжение на входах были равны, операционник вынужден поднять напряжение на выходе так, чтобы потенциал на инверсном входе сравнялся с прямым. И сейчас мы рассмотрим работу такой схемы включения как инвертирующий усилитель. Инвертирующий усилитель позволяет усиливать сигнал одновременно инвертируя меняя знак его. Причем коэффициент усиления мы можем задать любой. Этот коэффициент усиления мы формируем посредством отрицательной обратной связи, которая представляет собой делитель напряжения. Допустим сигнал на выходе невероятным образом стал 0В. Ведь операционник стремится уравнять потенциалы на своих входах. Поэтому потенциал в точке А будет равен нулю и равен потенциалу в точке B. К сожалению инвертирующий усилитель обладает одним явным недостатком — низким входным сопротивлением, которое равняется резистору R1. А эта схема включения позволяет складывать множество входных напряжений. Причем напряжения могут быть как положительными так и отрицательными. По истине на операционниках можно строить аналоговые компьютеры. Так чтож давайте разбираться. Основой сумматора служит все тот же инвертирующий усилитель только с одним отличием, вместо одного входа он может иметь этих входов сколько угодно. Вспомним формулку и инвертирующего усилка. Потенциал точки Х будет равен нулю поэтому сумма токов входящих с каждого входа будет выглядеть вот так: Если нашей целью является чистое сложение входных напряжений то все резисторы в этой схеме выбираются одного номинала. Это приводит также что коэффициент усиления для каждого входа будет равен 1. Тогда формула для инвертирующего усилителя принимает вид: Ну чтож, я думаю что с работой сумматора и других схем включения на операционниках разобраться не трудно. Достаточно немножко попрактиковаться и попробовать собрать эти схемы и посмотреть что происходит с входными и выходными сигналами. Если вас заинтересовали другие схемы включения и хотите с ними разобраться то советую полистать книжку П. Кстати друзья, у меня возникла одна классная идея и мне очень важно слышать ваше мнение. Так вот, напишите пожалуйста в комментариях какую информацию вы хотели бы видеть в этом обучающем материале чтобы я мог выдавать не просто полезную информацию а информацию которая действительно востребована. А на этом у меня все, поэтому я желаю вам удачи, успехов и прекрасного настроения, даже не смотря на то что за окном зима! Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок! Теория изложена довольно позитивно, благодаря человеческому языку хорошо бы добавить пару схемок — примеров, в смысле что то практическое, ходовое. Скажем такое предложение — Копеечный сверхрегенерат АМ приемник со спаренным ОУ, типа таких. Считай будет 3 примера в одном. Очень бы хотелось узнать как это работает человеческо- аналоговым языком. Автору нужно поупражняться с правилами Кирхгофа. Это к разговору о сумматорах. Три источника по 5 В включенных параллельно не дадут на выходе 15 В. Валерий, согласен, в правилах Кирхгофа нужно регулярно упражняться, чем я и занимаюсь. В статье это правило соблюдается ведь сумма токов входящих в узел равна сумме выходящих. Сумма напряжений 15в получается на выходе сумматора то есть оу. Обратите на это внимание. Попробовал вашу схемку неинвертирующего усилителя в протеусе 8. Что не так делаю? Схема не раз проверена мной и является рабочей, применял ее как на работе так и в своих самоделках. Советую для проверки схемы не использовать программы типа протеусов, мультисимов так как будет сложно понять ошибка в схеме или глюк в программе, рожденный интеллектом программистов. Если монтаж выполнен правильно и учтены все нюансы, то в таком случае возможно что неисправен какой-либо элемент в схеме. А если я в режиме компаратора ОУ запитаю однополярным током, то в случае, если напряжение на инверсном входе будет больше чем на прямом, я на выходе получу ноль вольт? Руслан, конечно получите, ведь он сравнивает уровни сигнала. Если например на инверсный вход подать 2в, а на не инвесный 1в,то на выходе будет логический 0, А наоборот — будет 1. Кстати, отличная статья, прежде читал на других сайтах мало было понятно, пока не пропал к вам. Забыл сказать спасибо Владимиру за статью, доходчиво, по полочкам. Когда учился в универе, преподы за курс про ОУ не могли объяснить то, что я поня после прочтения статьи. И книжечку с удовольствием полистаю. При чтении Вашей статьи у меня возник вопрос по схеме питания с двумя диодными мостами. Когда на схеме есть разветвление на несколько цепей, если не влазить в дебри формул, то можно упрощённо сказать что чем больше сопротивление цепи по сравнению с другими цепями то тем меньший ток будет через неё течь. Если проанализировать направления токов схемы, то видно что при подключении любой нагрузки в схему диодный мост незадействованной ветки всегда соединяет цепь мимо подключённой нагрузки через один из диодов которые расположены слева в верхнем диодном мосту и будет иметь мизерное сопротивление по сравнению с нагрузкой, а значит практически весь ток будет идти мимо нагрузки через него. Так как на входе диодных мостов переменное напряжение то конденсаторы не могут изолировать их друг от друга. Подскажите пожалуйста в чём я ошибаюсь и почему ток всё же попадает на нагрузку? You can use these tags: Главная Обратная связь Все статьи блога Реклама Об авторе. Операционный усилитель для чайников 10 декабря, 13 коммент. Узнавайте О Новых Статьях По Почте. Как выпаять микросхему из платы паяльником? Трансформатор напряжения Биполярный транзистор Как работают диоды и что такое диодный мост? Электронный конструктор Знаток — то что нужно новичку. Оставить комментарий Нажмите, чтобы отменить ответ. Как делать платы Как паять Как пользоваться мультиметром Книга "Искусство схемотехники" Программатор громова Мигалка — мультивибратор Электрический ток, напряжение Печатные платы на заказ Операционный усилитель для чайников Биполярный транзистор для чайников. Главная Контакты Все статьи блога Реклама Об авторе. Ру Радиолюбительский сайт Владимира Васильева - Авторский блог посвящённый электронике и радиолюбительскому творчеству. Печатные платы на заказ. Операционный усилитель для чайников. Биполярный транзистор для чайников.
Организационная структура и ее свойства
Схемы вязания ажурных шалей
Сколько стоит выложить декоративный камень
Алиэкспресс на русском открыть спор
Словарь строительных слов
Не капитальное строительство понятие
Где учат на хореографа
Сколько человек ходит в день
Идеи дачных участковсвоими руками фото
Козий сыр с ферментом в домашних условиях
11 неправильных глаголов английского языка
Карта коррупционных рисков организации образец
Домашние сапожки крючком описание
Приказ минюста 165
Гдз по музыкальной литературе тесты по русскому