Penguatkan "Operasi"

Sunrise Of bulak (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Penguatkan "Operasi"

Bab 8 - Penguatkuasaan Operasi


Lama sebelum kedatangan teknologi elektronik digital, komputer dibina untuk membuat pengiraan secara elektronik dengan menggunakan tegangan dan arus untuk mewakili kuantiti berangka. Ini amat berguna untuk simulasi proses fizikal. Contoh voltan, misalnya, mungkin mewakili halaju atau daya dalam sistem fizikal. Melalui penggunaan pembahagi voltan rintangan dan penguat voltan, operasi pembahagian dan pendaraban matematik mudah dilakukan dengan isyarat ini.

Sifat-sifat reaktif kapasitor dan induktor meminjamkan diri dengan baik untuk simulasi pembolehubah yang berkaitan dengan fungsi kalkulus. Ingat bagaimana semasa melalui kapasitor ialah fungsi perubahan voltan, dan bagaimana kadar perubahan itu ditetapkan dalam kalkulus sebagai derivatif "//www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/ 13003.png ">

Pengiraan elektronik analog dalam fungsi derivatif kalkulus ini secara teknikal dikenali sebagai pembezaan, dan merupakan fungsi semulajadi dari kapasitor saat ini sehubungan dengan voltan yang digunakan di seluruhnya. Perhatikan bahawa litar ini tidak memerlukan "pengaturcaraan" untuk melaksanakan fungsi matematik yang agak maju ini seperti komputer digital.

Litar elektronik sangat mudah dan murah untuk dibuat berbanding dengan sistem fizikal yang kompleks, jadi jenis simulasi elektronik analog ini digunakan secara meluas dalam penyelidikan dan pembangunan sistem mekanik. Untuk simulasi realistik, walaupun, rangkaian penguat ketepatan yang tinggi dan konfigurasi yang mudah diperlukan di komputer awal ini.

Ia dijumpai dalam reka bentuk komputer analog yang penguat pembezaan dengan keuntungan voltan yang sangat tinggi memenuhi keperluan ketepatan dan konfigurasi yang lebih baik daripada penguat tunggal yang berakhir dengan keuntungan direka khas. Menggunakan komponen mudah yang disambungkan kepada input dan keluaran penguat kebolehubah tinggi, hampir mana-mana keuntungan dan sebarang fungsi boleh didapati dari litar, secara keseluruhan, tanpa menyesuaikan atau mengubah litar dalaman penguat itu sendiri. Penguat pembezaan tinggi ini dikenali sebagai penguat operasi, atau op-amp, kerana penggunaannya dalam operasi matematik komputer analog.

Op-amp moden, seperti model popular 741, adalah litar bersepadu yang berprestasi tinggi dan murah. Impedans input mereka agak tinggi, input arus menggambar dalam julat separuh microamp (maksimum) untuk 741, dan jauh lebih rendah untuk op-amp menggunakan transistor input kesan medan. Output impedance biasanya agak rendah, kira-kira 75 Ω untuk model 741, dan banyak model mempunyai terbina dalam perlindungan litar pintas output, yang bermaksud bahawa output mereka boleh secara langsung dipintas ke tanah tanpa menyebabkan kerosakan kepada litar dalaman. Dengan gandingan terus di antara tahap transistor dalaman op-amp, mereka dapat menguatkan isyarat DC sama sahaja dengan AC (sehingga had maksimum jangka panjang voltan). Ia akan membelanjakan lebih banyak wang dan masa untuk merekabentuk litar penguat diskrit-transistor setanding untuk memadankan jenis prestasi itu, kecuali keupayaan kuasa tinggi diperlukan. Atas sebab-sebab ini, op-amp mempunyai semua tetapi penguat isyarat transistor diskret-diskret dalam banyak aplikasi.

Rajah berikut menunjukkan sambungan pin untuk satu op-amp tunggal (741 dimasukkan) apabila ditempatkan dalam litar bersepadu 8-pin DIP ( D ual I nline P ackage):

Sesetengah model op-amp datang ke dua pakej, termasuk model popular TL082 dan 1458. Ini dipanggil unit "dwi", dan biasanya ditempatkan dalam pakej DIP 8-pin juga, dengan sambungan pin berikut:

Penguat operasi juga boleh didapati empat untuk satu pakej, biasanya dalam susunan 14-pin DIP. Malangnya, tugasan pin tidak setaraf untuk "amp;" op-amp ini kerana mereka adalah "dwi" atau unit tunggal. Rujuk kepada datasheet pengeluar (s) untuk maklumat lanjut.

Penguat voltan penguat kendalian praktikal berada dalam lingkungan 200, 000 atau lebih, yang membuat mereka hampir tidak berguna sebagai penguat perbezaan analog dengan diri mereka sendiri. Untuk op-amp dengan gain voltan (A V ) sebanyak 200, 000 dan swing voltan keluaran maksima + 15V / -15V, semua yang diperlukan ialah voltan input perbezaan 75 μV (microvolts) untuk memandu ke tepu atau ! Sebelum kita melihat bagaimana komponen luar digunakan untuk membawa keuntungan ke tahap yang munasabah, mari kita siasat aplikasi untuk op-amp "kosong" dengan sendirinya.

Satu aplikasi dipanggil comparator . Untuk semua tujuan praktikal, kita boleh mengatakan bahawa output op-amp akan tepu sepenuhnya positif jika input (+) lebih positif daripada input (-), dan tepu sepenuhnya negatif jika input (+) kurang positif daripada input (-). Dengan kata lain, keuntungan voltan yang sangat tinggi op-amp menjadikan ia berguna sebagai peranti untuk membandingkan dua voltan dan menukar keadaan voltan output apabila satu input melebihi yang lain dalam magnitud.

Dalam litar di atas, kita mempunyai op-amp yang disambungkan sebagai pembanding, membandingkan voltan input dengan voltan rujukan yang ditetapkan oleh potensiometer (R 1 ). Sekiranya V jatuh di bawah voltan yang ditetapkan oleh R1, output op-amp akan menembusi + V, dengan itu menyala LED. Jika tidak, jika V di atas voltan rujukan, LED akan kekal. Sekiranya V in adalah isyarat voltan yang dihasilkan oleh instrumen ukur, litar komparator ini boleh berfungsi sebagai penggera "rendah", dengan titik perjalanan yang ditetapkan oleh R1. Daripada LED, output op-amp boleh memandu relay, transistor, SCR, atau mana-mana peranti lain yang mampu menukar kuasa ke beban seperti injap solenoid, untuk mengambil tindakan sekiranya penggera rendah.

Satu lagi aplikasi bagi litar komparator yang ditunjukkan adalah penukar gelombang persegi. Katakan voltan masukan yang digunakan untuk input terbalik (-) ialah gelombang sinus dan bukannya voltan DC stabil. Dalam hal ini, voltan keluaran akan beralih antara keadaan bertentangan tepu apabila voltan masukan adalah sama dengan voltan rujukan yang dihasilkan oleh potensiometer. Hasilnya akan menjadi gelombang persegi:

Pelarasan kepada tetapan potensiometer akan mengubah voltan rujukan yang digunakan untuk input noninverting (+), yang akan mengubah titik di mana gelombang sinus akan menyeberang, mengubah masa hidup / mati, atau kitaran tugas gelombang persegi:

Perlu jelas bahawa voltan input AC tidak akan menjadi gelombang sinus khusus untuk litar ini untuk melaksanakan fungsi yang sama. Voltan masukan boleh menjadi gelombang segitiga, gelombang gergaji, atau sebarang jenis gelombang lain yang melonjak lancar dari positif kepada negatif hingga positif sekali lagi. Litar pembanding semacam ini amat berguna untuk menghasilkan gelombang persegi kitaran tugas yang berbeza-beza. Teknik ini kadang-kadang dirujuk sebagai modulasi lebar denyut, atau PWM (mengubah, atau memodulasi bentuk gelombang mengikut isyarat pengawasan, dalam kes ini isyarat yang dihasilkan oleh potensiometer).

Satu lagi aplikasi pembanding ialah pemandu bargraph. Jika kita mempunyai beberapa op-amps yang disambungkan sebagai pembanding, masing-masing dengan voltan rujukan sendiri disambungkan kepada input pembalik, tetapi setiap satu mengawasi isyarat voltan yang sama pada input tidak mengalihkan mereka, kita boleh membina meter bergaya gaya seperti biasa di muka penala stereo dan penyamakan grafik. Oleh kerana voltan isyarat (mewakili kekuatan isyarat radio atau tahap bunyi audio) meningkat, setiap komparator akan "menghidupkan" dalam urutan dan menghantar kuasa kepada LED masing-masing. Dengan setiap penyongsang bertukar "pada" pada tahap bunyi audio yang berbeza, bilangan LED yang diterangi akan menunjukkan betapa kuat isyarat itu.

Dalam litar yang ditunjukkan di atas, LED 1 akan menjadi yang pertama menyala kerana voltan input meningkat dalam arah yang positif. Oleh kerana voltan masukan terus meningkat, LED yang lain akan menerangi secara berturut-turut, sehingga semua diterangi.

Teknologi yang sama ini digunakan dalam beberapa penukar isyarat analog-ke-digital, iaitu penukar kilat, untuk menterjemahkan kuantiti isyarat analog ke dalam siri voltan hidup / mati yang mewakili nombor digital.

  • ULASAN:
  • Bentuk segitiga adalah simbol generik untuk litar penguat, hujung luas menandakan input dan hujung sempit yang menandakan output.
  • Kecuali dinyatakan sebaliknya, semua tegangan dalam litar penguat dirujuk kepada titik tanah biasa, biasanya disambungkan kepada satu terminal bekalan kuasa. Dengan cara ini, kita boleh bercakap mengenai voltan tertentu yang "menghidupkan" wayar tunggal, sambil menyedari bahawa voltan sentiasa diukur di antara dua titik.
  • Penguat perbezaan adalah satu menguatkan perbezaan voltan antara dua input isyarat. Dalam litar seperti itu, satu input cenderung untuk menggerakkan voltan output kepada kekutuban yang sama dengan isyarat masukan, manakala input lain hanya bertentangan. Oleh itu, input pertama dipanggil input noninverting (+) dan yang kedua dipanggil input pembalik (-).
  • Penguat operasi (atau op-amp untuk pendek) adalah penguat perbezaan dengan keuntungan voltan yang sangat tinggi (A V = 200, 000 atau lebih). Namanya berasal dari penggunaan asalnya dalam litar komputer analog (melaksanakan operasi matematik).
  • Op-amp biasanya mempunyai impedan input yang sangat tinggi dan impedans keluaran yang agak rendah.
  • Kadang-kadang op-amp digunakan sebagai penyusun isyarat, beroperasi dalam mod cutoff atau tepu penuh bergantung kepada input (penyongsangan atau penyusutan) yang mempunyai voltan terhebat. Perbandingan berguna dalam mengesan keadaan isyarat "lebih besar daripada" (membandingkan satu dengan yang lain).
  • Satu aplikasi komparator dipanggil modulator lebar pulsa, dan dibuat dengan membandingkan isyarat AC gelombang sinus terhadap voltan rujukan DC. Oleh kerana voltan rujukan DC diselaraskan, output gelombang persegi penyusun mengubah kitaran tugasnya (positif berbanding masa negatif). Oleh itu, voltan rujukan DC mengawal, atau memodulasi lebar denyut voltan keluaran.