Circuito amplificatore operazionale feedback

comparatori

Se usi un amplificatore operazionale senza feedback negativo (OOS), allora possiamo sicuramente dire cosa succede comparatore. Per capire come funziona, puoi fare alcuni esperimenti semplici ma visivi. Ne avrai bisogno un po 'per questo: l'amplificatore operazionale stesso, un alimentatore con una tensione di 9 ... 25 V, diverse resistenze, una coppia di LED e un voltmetro (multimetro digitale).

La sonda logica più semplice è assemblata da LED e resistori, come mostrato nella Figura 1.

Quando viene applicata una tensione positiva all'ingresso della sonda (è anche possibile fornire + U), il LED rosso si accende e se l'ingresso è collegato a un filo comune, quello verde si accende. Con l'aiuto di tale sonda, lo stato di uscita dell'amplificatore operazionale testato diventa chiaro e comprensibile.

Come "coniglio" sperimentale è adatto a chiunque non sia di alta qualità e costoso amplificatore operazionale, ad esempio, KR140UD608 (708) in custodie in plastica o K140UD6 (7) in metallo tondo.

Figura 1. Schema di una semplice sonda logica

Va notato che, nonostante i diversi casi, la piedinatura di questi microcircuiti è la stessa e corrisponde a quella mostrata negli schemi seguenti. Accade spesso che la piedinatura delle custodie in plastica e metallo non corrisponda, sebbene in realtà siano gli stessi microcircuiti. Ora la maggior parte degli amplificatori operazionali, in particolare quelli importati, sono disponibili in custodie in plastica e tutto funziona bene e perfettamente, e non c'è confusione con i piedini. E prima, tali microcircuiti "di plastica" erano chiamati con disprezzo "beni di consumo" dagli specialisti.

Figura 2. Schema su un amplificatore operazionale

Per i primi esperimenti, assembliamo il circuito mostrato in Figura 2. Qui non è stato fatto molto: l'amplificatore operazionale stesso e la sonda logica mostrati in Figura 1 sono collegati a una fonte di alimentazione unipolare. Tensione di alimentazione + U unipolare 9 ... 30V. L'entità dello stress nei nostri esperimenti non è di particolare importanza.

Qui può sorgere una domanda del tutto legittima: "Perché la sonda è logica, perché l'amplificatore operazionale è un elemento analogico?" Sì, ma in questo caso l'amplificatore operazionale non funziona in modalità guadagno, ma in modalità comparatore, e ha solo due livelli di uscita. Una tensione vicina a 0 V è chiamata zero logico e una tensione vicina a + U è un'unità logica. Nel caso della potenza bipolare, una tensione vicina a –U corrisponde a uno zero logico.

Quando si applica una tensione di alimentazione, uno dei LED deve essere acceso. È impossibile rispondere alla domanda di quale, rosso o verde, poiché tutto dipende dai parametri di un particolare amplificatore operazionale e da condizioni esterne, ad esempio l'interferenza di rete. Se prendi diversi dello stesso tipo di amplificatore operazionale, i risultati saranno molto diversi.

La tensione all'uscita dell'amplificatore operazionale è controllata da un voltmetro: se il LED rosso è acceso, il voltmetro mostrerà una tensione vicina a + U, e se il LED verde è acceso, la tensione sarà quasi zero.

Ora puoi provare ad applicare un po 'di tensione agli ingressi e guardare gli indicatori e il voltmetro come si comporterà l'amplificatore operazionale. Il modo più semplice è applicare la tensione toccando un dito a turno di ciascun ingresso dell'amplificatore operazionale e l'altro di uno dei pin di alimentazione. In questo caso, il bagliore della sonda e la lettura del voltmetro dovrebbero cambiare. Ma questi cambiamenti potrebbero non verificarsi.

Il fatto è che alcuni amplificatori operazionali sono progettati per garantire che la tensione sugli ingressi sia entro certi limiti: leggermente superiore alla tensione sul terminale 4 e leggermente inferiore alla tensione di alimentazione sul terminale 7. Questo "leggermente più basso, più alto" è 1 ... 2B. Per continuare gli esperimenti, avendo soddisfatto la condizione indicata, sarà necessario assemblare un circuito leggermente più complicato, mostrato in Figura 3.

Figura 3 Circuito operativo dell'amplificatore di feedback

Ora la tensione viene fornita agli ingressi usando resistori variabili R1, R2, i cui motori dovrebbero essere installati vicino alla posizione centrale prima di iniziare le misurazioni. Il voltmetro si è ora spostato in un altro posto: mostrerà la differenza di tensione tra gli ingressi diretti e inversi.

È meglio se questo voltmetro è digitale: la polarità della tensione può cambiare, un segno meno apparirà sull'indicatore del dispositivo digitale e il dispositivo puntatore semplicemente "rotolerà" nella direzione opposta. (È possibile utilizzare un voltmetro puntatore con un punto medio sulla scala.) Inoltre, la resistenza di ingresso di un voltmetro digitale è molto superiore a quella di un puntatore, quindi i risultati della misurazione saranno più precisi. Lo stato dell'uscita sarà determinato dall'indicatore LED.

È opportuno dare questo consiglio: è meglio fare questi semplici esperimenti con le proprie mani e non solo leggere e decidere che tutto è semplice e comprensibile. Ecco come leggere un tutorial di chitarra, senza mai prendere una chitarra. Quindi cominciamo.

La prima cosa da fare è impostare i motori a resistenza variabile su circa la posizione centrale, mentre la tensione sugli ingressi dell'amplificatore operazionale è vicina alla metà della tensione di alimentazione. La sensibilità del voltmetro dovrebbe essere massimizzata, ma forse non immediatamente, ma gradualmente, in modo da non bruciare il dispositivo.

Supponiamo che l'uscita dell'amplificatore operazionale sia bassa, il LED verde sia acceso. In caso contrario, è possibile ottenere questo stato ruotando la resistenza variabile R1 in modo tale che il motore si sposti lungo il circuito - può essere praticamente fino a 0 V.

Ora, usando il resistore variabile R1, iniziamo ad aggiungere tensione all'ingresso diretto dell'amplificatore operazionale (pin 3), osservando le letture del voltmetro. Non appena il voltmetro mostra una tensione positiva (la tensione sull'ingresso diretto (terminale 3) è maggiore di quella sull'inverso (terminale 2)), il LED rosso si accende. Pertanto, la tensione all'uscita dell'amplificatore operazionale è alta o, come precedentemente concordato, un'unità logica.

Un piccolo aiuto

Più precisamente, nemmeno un'unità logica, ma un livello elevato: un'unità logica indica la verità del segnale, dicono, si è verificato un evento. Ma questa verità, questa unità logica può essere espressa e di basso livello. Ad esempio, possiamo ricordare l'interfaccia RS-232, in cui una tensione negativa corrisponde a un'unità logica, mentre uno zero logico ha una tensione positiva. Sebbene in altri schemi, l'unità logica sia spesso espressa ad alto livello.

Continuiamo la nostra esperienza scientifica. Iniziamo a ruotare lentamente e lentamente la resistenza R1 nella direzione opposta, seguendo il voltmetro. Ad un certo punto, mostrerà zero, ma il LED rosso si accenderà comunque. È improbabile che raggiunga la posizione in cui entrambi i LED sono spenti.

Con l'ulteriore rotazione del resistore, anche la polarità delle letture del voltmetro cambierà in negativo. Ciò suggerisce che la tensione all'ingresso inverso (2) in valore assoluto è maggiore rispetto all'ingresso diretto (3). Il LED verde si accende, indicando un livello basso all'uscita dell'amplificatore operazionale. Successivamente, puoi continuare a ruotare la resistenza R1 nella stessa direzione, ma non si verificheranno cambiamenti: il LED verde non si spegnerà e non cambierà nemmeno la luminosità.

Questo fenomeno si verifica quando l'amplificatore operazionale è in modalità comparatore, ad es. senza feedback negativo (a volte anche con PIC).Se l'amplificatore operazionale funziona in modalità lineare, è coperto da un feedback negativo (OOS), quindi quando il motore del resistore R1 ruota, la tensione di uscita cambia in proporzione all'angolo di rotazione, leggere la differenza di tensione sugli ingressi e per nulla un passo. In questo caso, la luminosità del LED può essere modificata senza problemi.

Da tutto quanto sopra, possiamo concludere: la tensione all'uscita dell'amplificatore operazionale dipende dalla differenza di tensione sugli ingressi. Nel caso in cui la tensione sull'ingresso diretto sia superiore a quella inversa, la tensione di uscita è alta. Altrimenti (la tensione sull'inverso è superiore a quella diretta), il livello di uscita è uno zero logico.

All'inizio di questo esperimento, è stato raccomandato di installare i motori di resistenza R1, R2 approssimativamente nella posizione centrale. E cosa accadrà se inizialmente li impostassi su un terzo del fatturato o due terzi? Sì, in realtà nulla cambierà, tutto funzionerà come descritto sopra. Da ciò possiamo concludere che il segnale all'uscita dell'amplificatore operazionale non dipende dal valore assoluto delle tensioni sugli ingressi diretti e inversi. E dipende solo dalla differenza di tensione.

Da tutto ciò che è stato detto, si può fare una conclusione più importante: un amplificatore operazionale senza feedback è un comparatore - un comparatore. In questo caso, la tensione di riferimento o di riferimento viene applicata a un ingresso e la tensione, il cui valore deve essere controllato, all'altro. Quale input per fornire la tensione di riferimento viene deciso durante lo sviluppo del circuito.

Ad esempio, la Figura 4 mostra un diagramma. timer integrato NE555all'ingresso del quale sono immediatamente presenti 2 comparatori interni DA1 e DA2.

Figura 4Circuito timer integrato NE555

Il loro scopo è gestire l'interno Grilletto RS. La logica di controllo è abbastanza semplice: l'unità logica dall'uscita del comparatore DA2 imposta il trigger su uno e l'unità logica dall'uscita del comparatore DA1 ripristina il trigger.

Un divisore è assemblato sui resistori R1 ... R3, che fornisce tensioni di riferimento agli ingressi dei comparatori. Tutte e tre le resistenze hanno la stessa resistenza (5K), formando 2/3 e 1/3 della tensione di alimentazione, che sono fornite, rispettivamente, all'ingresso invertente DA1 e all'ingresso non invertente DA2.

In termini di ciò che è stato scritto sopra, si scopre che l'unità logica all'uscita del comparatore DA1 si ottiene se la tensione di ingresso sull'ingresso diretto supera la tensione di riferimento all'inverso (2 / 3Upit), il trigger viene ripristinato a zero.

Per impostare il trigger su 1, è necessario ottenere un livello elevato all'uscita del comparatore interno DA2. Questa condizione sarà raggiunta quando il livello di tensione sull'ingresso invertito DA2 è inferiore a 1 / 3Upit. È una tale tensione di riferimento applicata all'ingresso diretto del comparatore DA2.

Qui l'obiettivo della descrizione del timer integrato NE555 non è impostato, proprio come un esempio dell'utilizzo dell'op-amp, i comparatori di input sono mostrati nascosti all'interno del microcircuito. Per coloro che sono interessati ad usare il timer 555, puoi consigliare di leggere l'articolo "Timer integrato NE555".

Vedi anche: Circuiti dell'amplificatore operativo di feedback

Boris Aladyshkin