ოპერაციული გამაძლიერებელიარის მაღალი მოგების ელექტრონული ძაბვის გამაძლიერებელი, რომელსაც აქვს დიფერენციალური შეყვანა და ჩვეულებრივ ერთი გამომავალი. გამომავალი ძაბვა შეიძლება აღემატებოდეს ძაბვის განსხვავებას შეყვანებზე ასობით ან თუნდაც ათასობით ჯერ.

ოპერაციული გამაძლიერებლები სათავეს იღებს ანალოგური კომპიუტერებიდან, სადაც მათ იყენებდნენ მრავალ წრფივ, არაწრფივ და სიხშირეზე დამოკიდებულ წრეებში. ოპერაციული გამაძლიერებლის სქემების პარამეტრები განისაზღვრება მხოლოდ გარე კომპონენტებით, ასევე მცირე ტემპერატურის დამოკიდებულებით ან პარამეტრების ცვალებადობით მათი წარმოების დროს, რაც ოპერაციულ გამაძლიერებლებს ძალიან პოპულარულ ელემენტებს ხდის ელექტრონული სქემების დიზაინში.

ოპერაციული გამაძლიერებლები ყველაზე პოპულარული მოწყობილობებია თანამედროვე ელექტრონულ კომპონენტებს შორის, ისინი გამოიყენება სამომხმარებლო ელექტრონიკაში, ინდუსტრიაში და სამეცნიერო ინსტრუმენტებში. ბევრი სტანდარტული op-amp IC ღირს მხოლოდ რამდენიმე ცენტი. მაგრამ ზოგიერთი დაბალი მოცულობის ჰიბრიდული ან ინტეგრირებული ოპ-ამპერატორი სპეციალური მახასიათებლებით შეიძლება ას დოლარზე მეტი ღირდეს. ოპერაციული გამაძლიერებლები, როგორც წესი, იწარმოება როგორც ცალკეული კომპონენტები, მაგრამ ისინი ასევე შეიძლება იყოს უფრო რთული ელექტრონული სქემების ელემენტები.

ოპერაციული გამაძლიერებელი არის დიფერენციალური გამაძლიერებლის ტიპი. დიფერენციალური გამაძლიერებლების სხვა ტიპებია:

1. სრულად დიფერენციალური გამაძლიერებელი (ეს მოწყობილობა პრინციპში მსგავსია ოპერატიული გამაძლიერებლის, მაგრამ აქვს ორი გამომავალი);
2. ინსტრუმენტული გამაძლიერებელი (ეს ჩვეულებრივ შედგება სამი ოპერატიული გამაძლიერებლისგან);
3. იზოლირებული გამაძლიერებელი (ეს გამაძლიერებელი ინსტრუმენტული გამაძლიერებლის მსგავსია, მაგრამ მას შეუძლია გაუძლოს მაღალ ძაბვას, რომელსაც შეუძლია გაანადგუროს ჩვეულებრივი ოპ-გამაძლიერებელი);
4. უარყოფითი გამოხმაურების გამაძლიერებელი (ჩვეულებრივ შეიცავს ერთ ან ორ ოპერაციულ გამაძლიერებელს და რეზისტენტულ უკუკავშირის ქსელს).

მიწოდების ძაბვის ტერმინალები (V S+ და V S-) შეიძლება განსხვავებულად იყოს დანიშნული. მიუხედავად განსხვავებული აღნიშვნებისა, მათი ფუნქცია იგივე რჩება - სიგნალის გასაძლიერებლად დამატებითი ენერგიის უზრუნველყოფა. ხშირად ეს დასკვნები არ არის ნაჩვენები დიაგრამებზე ისე, რომ არ მოხდეს ნახაზის გადატვირთვა და მათი არსებობა ან ცალკე არის მითითებული, ან ნათლად უნდა იყოს სქემიდან.

სიმბოლოები დიაგრამაზე

ოპერაციული პრინციპი

გამაძლიერებლის დიფერენციალური შეყვანები შედგება ორი ტერმინალისაგან - V+ და V-, იდეალური op-amp აძლიერებს მხოლოდ ძაბვის სხვაობას ამ ორ შეყვანას შორის, ამ განსხვავებას ეწოდება შეყვანის დიფერენციალური ძაბვა. საოპერაციო გამაძლიერებლის გამოსავალზე ძაბვა განისაზღვრება ფორმულით

V out = A OL (V + - V -)

სადაც V + არის ძაბვა არაინვერსიულ (პირდაპირ) შეყვანაზე, V - არის ძაბვა ინვერსიულ (შებრუნებულ) შეყვანაზე და A OL არის გამაძლიერებლის მომატება ღია უკუკავშირის მარყუჟით (ანუ არ არსებობს უკუკავშირი გამომავალიდან შეყვანამდე).

ოპერაციული გამაძლიერებელი უარყოფითი გამოხმაურების გარეშე (შედარატორი)

ოპერაციული გამაძლიერებლის ჩიპების მოპოვების მნიშვნელობა ჩვეულებრივ დიდია - 100,000 ან მეტი, ამიტომ საკმაოდ მცირე ძაბვის სხვაობა V + და V - შეყვანებს შორის გამოიწვევს ძაბვის თითქმის ტოლი მიწოდების ძაბვას, რომელიც გამოჩნდება გამაძლიერებლის გამომავალზე. მას ეძახიან გაჯერებაგამაძლიერებელი მომატების A OL-ის მნიშვნელობას აქვს ტექნოლოგიური ცვალებადობა, ამიტომ არ უნდა გამოიყენოთ ერთი ოპერაციული გამაძლიერებელი, როგორც დიფერენციალური გამაძლიერებელი; რეკომენდებულია გამოიყენოთ სამი გამაძლიერებლის წრე. უარყოფითი გამოხმაურების გარეშე და, შესაძლოა, დადებითი გამოხმაურებით, op-amp იმოქმედებს როგორც შედარებითი. თუ ინვერსიული შეყვანა დაკავშირებულია საერთო მავთულთან (ნულოვანი პოტენციალი) პირდაპირ ან რეზისტორის მეშვეობით, ხოლო ძაბვა V, რომელიც გამოიყენება არაინვერტირებულ შეყვანაზე, დადებითია, მაშინ გამომავალი ძაბვა იქნება მაქსიმალური დადებითი. თუ შემოსასვლელში დააყენებთ უარყოფითი ძაბვის V-ს, მაშინ გამომავალი ძაბვა იქნება რაც შეიძლება უარყოფითი. იმის გამო, რომ გამომავალიდან შეყვანებზე უკუკავშირი არ არის, ასეთი ღია მარყუჟის უკუკავშირის წრე იმუშავებს როგორც შედარებითი, მიკროსქემის მომატება ტოლი იქნება ოპერაციული გამაძლიერებლის A OL-ის მომატების.

Op-amp უარყოფითი გამოხმაურებით (არაინვერსიული გამაძლიერებელი)

იმისათვის, რომ საოპერაციო გამაძლიერებლის მუშაობა იყოს პროგნოზირებადი, გამოიყენება უარყოფითი უკუკავშირი, რომელიც დგინდება გამაძლიერებლის გამომავალი ძაბვის ნაწილის მის ინვერსიულ შეყვანაზე. ეს დახურული უკუკავშირის ციკლი მნიშვნელოვნად ამცირებს გამაძლიერებლის მოგებას. უარყოფითი გამოხმაურების გამოყენებისას, მიკროსქემის მთლიანი მომატება ბევრად უფრო დამოკიდებულია უკუკავშირის ქსელის პარამეტრებზე, ვიდრე op-amp-ის პარამეტრებზე. თუ უკუკავშირის წრე შეიცავს კომპონენტებს შედარებით სტაბილური პარამეტრებით, მაშინ საოპერაციო გამაძლიერებლის პარამეტრების ცვლილებები მნიშვნელოვნად არ იმოქმედებს მიკროსქემის მახასიათებლებზე. op-amp მიკროსქემის გადაცემის მახასიათებელი განისაზღვრება მათემატიკურად გადაცემის ფუნქციით. ოპერაციული გამაძლიერებლებით მოცემული გადაცემის ფუნქციის მქონე სქემების დაპროექტება ეკუთვნის რადიოელექტრონიკას. გადაცემის ფუნქცია მნიშვნელოვანი ფაქტორია უმეტეს სქემებში, რომლებიც იყენებენ op-amps, როგორიცაა ანალოგური კომპიუტერები. შეყვანის მაღალი შეყვანის წინაღობა და გამომავალი დაბალი გამომავალი წინაღობა ასევე არის ოპერატიული გამაძლიერებლების სასარგებლო თვისება.

მაგალითად, თუ უარყოფითი გამოხმაურება დაემატება არაინვერსიულ გამაძლიერებელს (იხ. ფიგურა მარჯვნივ) ძაბვის გამყოფის გამოყენებით Rf, Rg, ეს გამოიწვევს მიკროსქემის მომატების შემცირებას. წონასწორობა აღდგება, როდესაც ძაბვა გამომავალ V-დან გახდება საკმარისი იმისათვის, რომ შეცვალოს ძაბვა ინვერსიულ შეყვანაში V-ში ძაბვამდე. მთელი წრედის მომატება განისაზღვრება ფორმულით 1 + R f / R g. მაგალითად, თუ V ძაბვა = 1 ვოლტში, და წინააღმდეგობები R f და R g იგივეა (R f = R g), მაშინ გამომავალი V გამომავალი იქნება 2 ვოლტის ძაბვა, ამის მნიშვნელობა ძაბვა საკმარისია ინვერსიული შეყვანისთვის V - მიწოდებული იყო ძაბვა 1 ვოლტი. მას შემდეგ, რაც რეზისტორები R f და R g ქმნიან უკუკავშირის წრეს, რომელიც დაკავშირებულია გამოსასვლელიდან შესასვლელთან, მიიღება წრე დახურული უკუკავშირის მარყუჟით. V out/V წრედის საერთო მომატებას ეწოდება დახურული მარყუჟის მომატება A CL. ვინაიდან გამოხმაურება უარყოფითია, ამ შემთხვევაში A CL< A OL .

ჩვენ შეგვიძლია შევხედოთ ამას სხვა კუთხით, ორი ვარაუდით:
პირველი, როდესაც op-amp მუშაობს ხაზოვან რეჟიმში, ძაბვის სხვაობა მის არაინვერსიულ (+) და ინვერსიულ (-) ტერმინალებს შორის იმდენად მცირეა, რომ მისი უგულებელყოფა შეიძლება.
მეორეც, ჩვენ განვიხილავთ ორივე შეყვანის (+) და (-) შეყვანის წინაღობებს ძალიან მაღალად (რამდენიმე მეგაომი თანამედროვე ოპერაციული გამაძლიერებლებისთვის).
ამგვარად, როდესაც ფიგურაში ნაჩვენები წრე მუშაობს როგორც არაინვერსიული ხაზოვანი გამაძლიერებელი, V ძაბვა, რომელიც გამოჩნდება (+) და (-) შეყვანებში, გამოიწვევს დენის გამოჩენას. მე, მიედინება რეზისტორის R g, V მნიშვნელობით /R g. კირჩჰოფის კანონის მიხედვით, რომელიც ამბობს, რომ კვანძში შემავალი დენების ჯამი ტოლია ამ კვანძიდან გამომავალი დენების ჯამისა და რადგან შეყვანის წინააღმდეგობა (-) თითქმის უსასრულოა, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ თითქმის ყველა მიმდინარე მე, რომელიც მიედინება რეზისტორის R f, ქმნის გამომავალ ძაბვას, რომელიც ტოლია V-ს in + i * R f. ტერმინების ფორმულაში ჩანაცვლებით, თქვენ შეგიძლიათ მარტივად განსაზღვროთ ამ ტიპის მიკროსქემის მოგება.

i = V in / R გ

V out = V in + i * R f = V in + (V in / R g * R f) = V in + (V in * R f) / R g =V in * (1+ R f / R g )

G = V out / V in

G = 1 + R f / R გ

ოპერაციული გამაძლიერებლის მახასიათებლები

იდეალური ოპ გამაძლიერებელი

ოპერაციული გამაძლიერებლის ეკვივალენტური წრე, რომელშიც სიმულირებულია ზოგიერთი არაიდეალური რეზისტენტობის პარამეტრი

იდეალურ ოპერაციულ გამაძლიერებელს შეუძლია მუშაობა ნებისმიერ შეყვანის ძაბვაზე და აქვს შემდეგი თვისებები:

• გაძლიერება ღია უკუკავშირის მარყუჟით უდრის უსასრულობას (თეორიულ ანალიზში, გამავალი ღია უკუკავშირის მარყუჟით A OL ითვლება უსასრულობისკენ).
• გამომავალი ძაბვების დიაპაზონი V out უდრის უსასრულობას (პრაქტიკაში გამომავალი ძაბვის დიაპაზონი შემოიფარგლება მიწოდების ძაბვის V s+ და V s- მნიშვნელობით).
• უსაზღვროდ ფართო გამტარობა (ანუ ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხი იდეალურად ბრტყელია ნულოვანი ფაზის ცვლასთან ერთად).
• უსასრულოდ დიდი შეყვანის წინააღმდეგობა (R in = ∞, დენი არ მიედინება V +-დან V --მდე).
• ნულოვანი შეყვანის დენი (ანუ ვარაუდობს, რომ არ არის გაჟონვის ან მიკერძოებული დენები).
• ნულოვანი ოფსეტური ძაბვა, ე.ი. როდესაც შეყვანები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული V + = V -, მაშინ გამოსავალზე არის ვირტუალური ნული (V out = 0).
• უსასრულოდ მაღალი დარტყმის სიჩქარე (ანუ გამომავალი ძაბვის ცვლილების სიჩქარე შეზღუდული არ არის) და უსასრულოდ მაღალი სიმძლავრის გამტარუნარიანობა (ძაბვა და დენი არ არის შეზღუდული ყველა სიხშირეზე).
• ნულოვანი გამომავალი წინააღმდეგობა (R out = 0, ამიტომ გამომავალი ძაბვა არ იცვლება, როდესაც გამომავალი დენი იცვლება).
• არანაირი თანდაყოლილი ხმაური.
• საერთო რეჟიმის უარყოფის უსასრულოდ მაღალი ხარისხი.
• მიწოდების ძაბვის ტალღის ჩახშობის უსასრულოდ მაღალი ხარისხი.

ეს თვისებები მოდის ორ „ოქროს წესად“:

1. ოპერაციული გამაძლიერებლის გამომავალი მიდრეკილია შეყვანის ძაბვებს შორის განსხვავებას ნულის ტოლი.
2. ოპერაციული გამაძლიერებლის ორივე შეყვანა არ მოიხმარს დენს.

პირველი წესი ვრცელდება ოპერაციულ გამაძლიერებელზე, რომელიც დაკავშირებულია წრედ დახურული უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟით. ეს წესები, როგორც წესი, გამოიყენება ოპ-გამაძლიერებელი სქემების ანალიზსა და დიზაინზე, როგორც პირველი მიახლოება.

პრაქტიკაში, ვერც ერთი იდეალური თვისება სრულად ვერ მიიღწევა, ამიტომ სხვადასხვა კომპრომისები უნდა მოხდეს. სასურველი პარამეტრებიდან გამომდინარე, რეალური op-amp-ის სიმულაციისას, მხედველობაში მიიღება ზოგიერთი არაიდეალურობა მის მოდელში რეზისტორებისა და კონდენსატორების ექვივალენტური ქსელების გამოყენებით. დიზაინერს შეუძლია ამ არასასურველი, მაგრამ რეალური ეფექტების ჩართვა შემუშავებული მიკროსქემის საერთო მახასიათებლებში. ზოგიერთი პარამეტრის გავლენა შეიძლება იყოს უმნიშვნელო, ხოლო სხვა პარამეტრებმა შეიძლება დააწესოს შეზღუდვები Ზოგადი მახასიათებლებისქემა.

რეალური ოპერაციული გამაძლიერებელი

იდეალურისგან განსხვავებით, რეალურ ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს ნაკლოვანებები სხვადასხვა პარამეტრებში.

არაიდეალური DC პარამეტრები

საბოლოო მოგებაიდეალური op-amp-ს ღია უკუკავშირის მარყუჟით აქვს უსასრულო მომატება, განსხვავებით რეალური გამაძლიერებლისგან, რომელსაც აქვს სასრული მომატება. ტიპიური ღია მარყუჟის DC დენის მნიშვნელობები ამ პარამეტრისთვის მერყეობს 100,000-დან მილიონზე მეტი. იმის გამო, რომ ეს მომატება ძალიან დიდია, მიკროსქემის მომატება განისაზღვრება მხოლოდ უარყოფითი უკუკავშირის მომატებით (ანუ მიკროსქემის მომატება არ იქნება დამოკიდებული op-amp-ის მომატებაზე, როდესაც უკუკავშირის ციკლი ღიაა). თუ დახურული უკუკავშირის მარყუჟით მიკროსქემის მომატება საჭიროა იყოს ძალიან დიდი, მაშინ ამისთვის უკუკავშირის მომატება უნდა იყოს ძალიან მცირე, ასე რომ ამ შემთხვევაში ოპერაციული გამაძლიერებელი იდეალურად აღარ იქცევა. საბოლოო შეყვანის წინაღობა op-amp-ის დიფერენციალური შეყვანის წინააღმდეგობა განისაზღვრება, როგორც წინააღმდეგობა მის ორ შეყვანას შორის; საერთო რეჟიმის შეყვანის წინააღმდეგობა არის წინააღმდეგობა ნებისმიერ შეყვანასა და მიწას შორის. ოპერაციულ ამპერატორებს FET შეყვანით ხშირად აქვთ დამცავი სქემები მათ შეყვანებში, რათა შემავალი ძაბვა არ გადააჭარბოს გარკვეულ ზღვარს, ამიტომ ზოგიერთ ტესტში ასეთი მოწყობილობების შეყვანის წინაღობა შეიძლება იყოს ძალიან დაბალი. მაგრამ ვინაიდან ეს ოპ-ამპერები ჩვეულებრივ გამოიყენება ღრმა უკუკავშირის სქემებში, ეს დამცავი სქემები გამოუყენებელი რჩება. მიკერძოებული ძაბვა და გაჟონვის დენი, რომლებიც აღწერილია ქვემოთ, ბევრად უფრო მნიშვნელოვანი პარამეტრია ოპ-ამპერს სქემების შემუშავებისას. არანულოვანი გამომავალი წინაღობადაბალი გამომავალი წინაღობა ძალიან მნიშვნელოვანია დაბალი წინაღობის დატვირთვისთვის, რადგან ძაბვის ვარდნა გამომავალ წინაღობაზე შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი. შესაბამისად, გამაძლიერებლის გამომავალი წინაღობა ზღუდავს მაქსიმალურ მისაღწევ გამომავალ სიმძლავრეს. უარყოფითი ძაბვის უკუკავშირის მქონე სქემებში, გამაძლიერებლის გამომავალი წინაღობა მცირდება. ამრიგად, ხაზოვანი სქემებში ოპერაციული გამაძლიერებლების გამოყენებისას შეიძლება მიღებულ იქნას ძალიან დაბალი გამომავალი წინაღობა. თუმცა, ნეგატიური გამოხმაურება არ შეუძლია შეამციროს R დატვირთვისა და R out-ის მიერ დაწესებული შეზღუდვები შესაძლო მაქსიმალურ და მინიმალურ გამომავალ ძაბვაზე - მას შეუძლია მხოლოდ შეამციროს შეცდომები ამ ძაბვის დიაპაზონში. დაბალი გამომავალი წინაღობა, როგორც წესი, მოითხოვს მაღალი მდუმარე დენებს op-amp გამომავალი ეტაპებისთვის, რაც ზრდის ენერგიის გაფრქვევას, ამიტომ დაბალი გამომავალი წინაღობა შეგნებულად უნდა შეიწიროს დაბალი სიმძლავრის დიზაინებში. შეყვანის დენიმიკერძოების ან გაჟონვის დენების არსებობის გამო, მცირე დენი (ჩვეულებრივ ≈ 10 ნანოამპერები ოპ ამპერებისთვის ბიპოლარული ტრანზისტორებით შეყვანის ეტაპებზე, ათობით პიკოამპერი FET შეყვანის საფეხურებისთვის და რამდენიმე პიკოამპერი MOS შეყვანის საფეხურებისთვის) შეყვანებში მიედინება. . როდესაც წრე იყენებს რეზისტორებს ან მაღალი წინაღობის სიგნალის წყაროებს, დენის მცირე რაოდენობამ შეიძლება შექმნას საკმაოდ დიდი ძაბვის ვარდნა. თუ შეყვანის დენები ერთნაირია და ორივე შეყვანთან დაკავშირებული წინააღმდეგობები ერთნაირია, მაშინ ამ შემთხვევაში ძაბვები შეყვანებზე იგივე იქნება. ვინაიდან შეყვანებს შორის ძაბვის სხვაობა მნიშვნელოვანია op-amp-ის მუშაობისთვის, ეს იდენტური ძაბვები შეყვანებზე გავლენას არ მოახდენს მიკროსქემის მუშაობაზე (თუ, რა თქმა უნდა, op-amp-ს აქვს კარგი საერთო რეჟიმის უარყოფა). მაგრამ, როგორც წესი, ეს შეყვანის დენები (ან შეყვანის წინააღმდეგობები შეყვანებში) ოდნავ შეუსაბამოა, ამიტომ წარმოიქმნება მცირე ოფსეტური ძაბვა (მაგრამ არა ოფსეტური ძაბვა, რომელიც აღწერილია ქვემოთ მოცემულ პარაგრაფში). ამ ოფსეტურ ძაბვას შეუძლია შექმნას ოფსეტი ან დრიფტი ოპერაციული გამაძლიერებელში. ხშირად, წრე იყენებს საკონტროლო ელემენტებს მის კომპენსაციისთვის. ზოგიერთ ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს ქინძისთავები გარე დამსხვრეული რეზისტორის დასაკავშირებლად, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას შეყვანების დასაბალანსებლად და ამგვარად ამ ოფსეტის მოსაშორებლად. ზოგიერთ ოპერაციულ ამპერატორს შეუძლია ავტომატურად ანაზღაუროს ოფსეტური ძაბვა. შეყვანის ოფსეტური ძაბვაეს ძაბვა, რომელიც საჭიროა ოპ გამაძლიერებლის შეყვანებზე, გამომავალი ძაბვის ნულზე დასაყენებლად, გამოწვეულია შეყვანის მიკერძოების დენების შეუსაბამობით. იდეალურ გამაძლიერებელს არ აქვს შემავალი ოფსეტური ძაბვა. მაგრამ რეალურ საოპერაციო გამაძლიერებლებში ეს ძაბვა არსებობს, რადგან გამაძლიერებლების უმეტესობას აქვს არასრულყოფილი დიფერენციალური ეტაპი შესასვლელში. შეყვანის ოფსეტური ძაბვა ქმნის ორ პრობლემას: პირველი, მაღალი ძაბვის მომატების გამო, გამაძლიერებლის გამომავალი თითქმის გარანტირებულია გაჯერებული უარყოფითი გამოხმაურების გარეშე მუშაობისას, მაშინაც კი, თუ ორივე შეყვანა ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. მეორე, დახურული უარყოფითი უკუკავშირის ციკლით, შეყვანის ოფსეტური ძაბვა გაიზრდება სიგნალთან ერთად და ამან შეიძლება გამოიწვიოს პრობლემები მაღალი სიზუსტის DC გამაძლიერებლებისთვის ან თუ შეყვანის სიგნალი ძალიან სუსტია. საერთო რეჟიმის გაძლიერება იდეალური op-amp აძლიერებს მხოლოდ ძაბვის სხვაობას შეყვანებს შორის, მთლიანად თრგუნავს ორივე შეყვანის საერთო ძაბვას. თუმცა, რეალური ოპერაციული გამაძლიერებლების დიფერენციალური შეყვანის ეტაპი არასოდეს არის იდეალური, რაც იწვევს ორივე შეყვანის ერთნაირი ძაბვის გარკვეულ გაძლიერებას. ამ მინუსის სიდიდე იზომება საერთო რეჟიმის უარყოფის კოეფიციენტით. საერთო რეჟიმის მომატების მინიმიზაცია, როგორც წესი, მნიშვნელოვანია მაღალი მომატების არაინვერსიული გამაძლიერებლების დიზაინში. გამომავალი ჩაძირვის დენიგამომავალი ნიჟარის დენი არის მაქსიმალური დასაშვები ჩაძირვის დენი გამომავალი ეტაპისთვის. ზოგიერთი მწარმოებელი გამომავალ ძაბვას ასახავს გრაფიკზე შემომავალი დენის მიმართ, რაც საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ წარმოდგენა გამომავალი ძაბვის შესახებ, როდესაც გარე წყაროდან დენი მიედინება გამაძლიერებლის გამომავალ ეტაპზე. ტემპერატურაზე დამოკიდებულებაყველა პარამეტრი იცვლება ტემპერატურის ცვლილებებით. შეყვანის ოფსეტური ძაბვის თერმული დრიფტი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი პარამეტრია. მიწოდების ძაბვის ტალღის ჩახშობაიდეალური ოპ-გამაძლიერებლის გამომავალი იქნება სრულიად დამოუკიდებელი მიწოდების ძაბვის ტალღისგან მის დენის ქინძისთავებზე. თითოეულ რეალურ ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს მიწოდების ძაბვის ტალღის ჩახშობის გარკვეული კოეფიციენტი, რომელიც გვიჩვენებს, თუ რამდენად არის ჩახშობილი ეს ტალღები. ელექტრომომარაგების ბლოკირების კონდენსატორების გამოყენებამ შეიძლება გააუმჯობესოს ეს პარამეტრი მრავალი მოწყობილობისთვის, მათ შორის ოპერაციული გამაძლიერებლებისთვის. დრიფტირეალური ოპერაციული გამაძლიერებელი პარამეტრები დროთა განმავლობაში ნელა იცვლება, ტემპერატურა და ა.შ. ხმებიშესასვლელში სიგნალის არარსებობის შემთხვევაშიც კი, გამაძლიერებლები ქაოტურად ცვლიან გამომავალ ძაბვას. ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს მოწყობილობის თანდაყოლილი თერმული ან ციმციმის ხმაურით. მაღალი მომატების ან ფართო გამტარუნარიანობის აპლიკაციებში გამოყენებისას, ხმაურის დონე ხდება ძალიან მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც გასათვალისწინებელია.

ალტერნატიული დენის არაიდეალური პარამეტრები

DC-ზე გამოთვლილი Op-amp მომატება არ გამოიყენება მაღალი სიხშირეებისთვის. ოპერაციული გამაძლიერებლების სქემების დაპროექტებისას, რომლებიც შექმნილია მაღალ სიხშირეებზე მუშაობისთვის, უფრო რთული მოსაზრებები უნდა იქნას მიღებული.

სასრული გამტარუნარიანობაყველა გამაძლიერებელს აქვს სასრული სიხშირის დიაპაზონი. პირველი მიახლოებით, ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს ინტეგრატორის ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხი გაზრდით. ანუ, ტიპიური op-amp-ის მომატება უკუპროპორციულია სიხშირის მიმართ, ხასიათდება მომატებით გამრავლებული fT სიჩქარით. მაგალითად, op-amp-ს fT = 1 mHz შეიძლება ჰქონდეს ხუთჯერ მომატება 200 kHz-ზე. და ერთიანობის მომატება 1 MHz სიხშირეზე ოპერაციული გამაძლიერებლის სიხშირის პასუხი, ძალიან მაღალ DC მომატებასთან ერთად, წარმოქმნის სიხშირის პასუხს, როგორც პირველი რიგის დაბალი გამტარი ფილტრის, მაღალი DC მომატებით და დაბალი ათვლის სიხშირით (f T გაყოფილი მომატებაზე). ოპ გამაძლიერებლის სასრული გამტარუნარიანობა შეიძლება იყოს რამდენიმე პრობლემის წყარო, მათ შორის:

• სტაბილურობა.ფაზური სხვაობა შემავალ და გამომავალ სიგნალს შორის დაკავშირებულია გამტარუნარიანობის შეზღუდვასთან, ასე რომ ზოგიერთ უკუკავშირის წრეში შეიძლება გამოიწვიოს თვითაგზნება. მაგალითად, თუ სინუსოიდური გამომავალი სიგნალი, რომელიც უნდა დაემატოს შეყვანის სიგნალს ფაზაში, დაყოვნებულია 180°-ით, მაშინ ის დაემატება ფაზაში შემავალ სიგნალს, ე.ი. იქმნება დადებითი გამოხმაურება. ამ შემთხვევებში, უკუკავშირის მარყუჟის სტაბილიზაცია შესაძლებელია სიხშირის კომპენსაციის მიკროსქემის გამოყენებით, რომელიც ზრდის მომატებას ან ფაზის ცვლას, როდესაც უკუკავშირის ციკლი ღიაა. ეს კომპენსაცია შეიძლება განხორციელდეს გარე კომპონენტების გამოყენებით. ეს კომპენსაცია ასევე შეიძლება განხორციელდეს საოპერაციო გამაძლიერებლის შიგნით დომინანტური ბოძის დამატებით, რომელიც საკმარისად ამცირებს მომატებას მაღალ სიხშირეებზე. ამ ბოძის მდებარეობა შეიძლება დადგინდეს შიდა ჩიპების მწარმოებლის მიერ, ან შეიძლება დარეგულირდეს op-amp-სპეციფიკური მეთოდების გამოყენებით. როგორც წესი, დომინანტური პოლუსი კიდევ უფრო ამცირებს ოპერაციული გამაძლიერებლის გამტარუნარიანობას. როდესაც საჭიროა მაღალი დახურული მარყუჟის მომატება, სიხშირის კომპენსაცია ხშირად არ არის საჭირო, რადგან საჭირო ღია მარყუჟის მომატება საკმაოდ დაბალია. ამიტომ, მაღალი მოგების დახურული მარყუჟის სქემებს შეუძლიათ გამოიყენონ ოპ-ამპერები უფრო ფართო გამტარუნარიანობით.
• ხმაური, დამახინჯება და სხვა ეფექტები.გამტარუნარიანობის შემცირება ასევე იწვევს უკუკავშირის მიკროსქემის გადაცემის კოეფიციენტის შემცირებას მაღალ სიხშირეებზე, რაც იწვევს დამახინჯების, ხმაურის, გამომავალი წინაღობის ზრდას და ასევე ამცირებს გამომავალი სიგნალის ფაზის წრფივობას სიხშირის გაზრდით.

შეყვანის ტევადობაშეყვანის ტევადობა მნიშვნელოვანი პარამეტრია მაღალ სიხშირეებზე მუშაობისას, რადგან ამცირებს გამაძლიერებლის ღია მარყუჟის მომატებას. საერთო რეჟიმის გაძლიერებაᲡმ. .

არაწრფივი პარამეტრები

გაჯერებაოპერაციული გამაძლიერებლის გამომავალი ძაბვის რყევა შემოიფარგლება მიწოდების ძაბვასთან ახლოს მნიშვნელობებით. როდესაც გამომავალი ძაბვა აღწევს ამ მნიშვნელობებს, გამაძლიერებელი გაჯერებულია, ეს ხდება შემდეგი მიზეზების გამო:

• თუ გამოიყენება ბიპოლარული ელექტრომომარაგება, მაშინ დიდი ძაბვის მომატებით, სიგნალი უნდა გაძლიერდეს ისე, რომ მისი ამპლიტუდა უნდა აღემატებოდეს დადებით მიწოდების ძაბვას ან იყოს ნაკლები მიწოდების უარყოფით ძაბვაზე, რაც შეუძლებელია, რადგან გამომავალი ძაბვა ამ საზღვრებს ვერ სცილდება.
• ერთჯერადი მიწოდების გამოყენებისას შეიძლება მოხდეს იგივე, რაც ორმაგი მიწოდების გამოყენებისას, ან შეყვანის სიგნალს შეიძლება ჰქონდეს ისეთი დაბალი ძაბვა მიწასთან შედარებით, რომ გამაძლიერებლის მომატება არასაკმარისი იყოს ქვედა ზღურბლზე მაღლა ასასვლელად.

მკვლელობის შეზღუდული მაჩვენებელიგამაძლიერებლის გამოსავალზე ძაბვის ცვლილების სიჩქარე სასრულია, ჩვეულებრივ იზომება ვოლტებში მიკროწამში. როდესაც შემავალზე სიგნალის მაქსიმალური შესაძლო დარტყმის სიხშირე მიიღწევა, გამომავალზე დარტყმის სიჩქარე შეწყვეტს ზრდას. სიგნალის დარტყმის სიჩქარე ჩვეულებრივ შემოიფარგლება ოპერაციული გამაძლიერებლის შიდა ტევადობით, ეს ტევადობა განსაკუთრებით დიდია იქ, სადაც გამოიყენება შიდა გათანაბრება. გამომავალი ძაბვის არაწრფივი დამოკიდებულება შეყვანის ძაბვაზეგამომავალი ძაბვა შეიძლება არ იყოს ზუსტად პროპორციული ძაბვის სხვაობის შეყვანებს შორის. პრაქტიკულ სქემებში, ეს ეფექტი ძალიან სუსტია, თუ გამოიყენება ძლიერი უარყოფითი გამოხმაურება.

დენის და ძაბვის ლიმიტები

გამომავალი დენის შეზღუდვაგამომავალი დენი არ შეიძლება იყოს უსასრულო. პრაქტიკაში, ოპ გამაძლიერებლების უმეტესობა შექმნილია იმისთვის, რომ შეზღუდოს გამომავალი დენი ისე, რომ დენი არ აღემატებოდეს გარკვეულ მნიშვნელობას, რაც ხელს უშლის ოპ გამაძლიერებლისა და დატვირთვის წარუმატებლობას. ოპერაციული გამაძლიერებლების თანამედროვე მოდელები უფრო მდგრადია მიმდინარე გადატვირთვებზე, ვიდრე ადრე და ზოგიერთი მოდელი თანამედროვე მოწყობილობებისაშუალებას გაძლევთ გაუძლოთ გამომავალ მოკლე ჩართვას დაზიანების გარეშე. გაფრქვევის სიმძლავრის შეზღუდვაოპ გამაძლიერებლის გამომავალი წინააღმდეგობა, რომლის მეშვეობითაც დენი მიედინება, ანაწილებს სითბოს. თუ ოპ-გამაძლიერებელი ანაწილებს ზედმეტ სითბოს, მისი ტემპერატურა კრიტიკულ მნიშვნელობაზე მაღლა აიწევს. ამ შემთხვევაში, გადახურებისგან დაცვა შეიძლება გაფუჭდეს ან ოპერაციული გამაძლიერებელი ვერ მოხდეს.

თანამედროვე FET და MOSFET ოპერაციული გამაძლიერებლები მუშაობით ბევრად უფრო უახლოვდებიან იდეალურ ოპტიმალურ გამაძლიერებლებს, ვიდრე BJT მოდელები, როდესაც მნიშვნელოვანია შეყვანის წინაღობა და შეყვანის მიკერძოებული დენები. ბიპოლარული ტრანზისტორი ოპერაციული ამპერატორები საუკეთესოდ გამოიყენება, როდესაც საჭიროა დაბალი შეყვანის ოფსეტური ძაბვა და ხშირად დაბალი თანდაყოლილი ხმაური. FET და MOSFET ოპ ამპერატორები ოთახის ტემპერატურაზე მოქმედი გამტარუნარიანობით შეზღუდული სქემებში, ზოგადად უკეთესად მუშაობენ.

მიუხედავად იმისა, რომ დიზაინი სხვადასხვა მოდელებიმიუხედავად იმისა, რომ სხვადასხვა მწარმოებლის ჩიპები შეიძლება განსხვავდებოდეს, ყველა ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს ძირითადად მსგავსი შიდა სტრუქტურა, რომელიც შედგება სამი ეტაპისგან:

1. დიფერენციალური გამაძლიერებელი - შექმნილია სიგნალის გასაძლიერებლად, აქვს დაბალი ხმაურის იატაკი, მაღალი შეყვანის წინაღობა და ჩვეულებრივ დიფერენციალური გამომავალი.
2. ძაბვის გამაძლიერებელი - უზრუნველყოფს მაღალი ძაბვის მომატებას, აქვს ერთპოლუსიანი გადახვევის სიხშირის პასუხი და ჩვეულებრივ აქვს ერთი გამომავალი.
3. გამომავალი გამაძლიერებელი - უზრუნველყოფს მაღალი დატვირთვის სიმძლავრეს, დაბალ გამომავალ წინაღობას, დენის შეზღუდვას და მოკლე ჩართვის დაცვას.

Op-amp ჩიპები, როგორც წესი, საშუალო სირთულისაა. ტიპიური მაგალითია ფართოდ გამოყენებული ოპერატიული გამაძლიერებელი ჩიპი 741 (საბჭოთა ექვივალენტი - K140UD7), რომელიც შემუშავებულია Fairchild Semiconductor-ის მიერ წინა მოდელის - LM301-ის შემდეგ. ძირითადი არქიტექტურა 741 გამაძლიერებელი იგივეა რაც 301 მოდელი.

შეყვანის ეტაპი

შეყვანის ეტაპი არის დიფერენციალური გამაძლიერებელი რთული მიკერძოებული სქემით, რომლის აქტიური დატვირთვაა მიმდინარე სარკე.

დიფერენციალური გამაძლიერებელი

დიფერენციალური გამაძლიერებელი ხორციელდება ორეტაპიან ეტაპად, რომელიც აკმაყოფილებს კონფლიქტურ მოთხოვნებს. პირველი ეტაპი შედგება n-p-n ემიტერის მიმდევრებისგან Q1 და Q2 ტრანზისტორებზე, რაც იძლევა მაღალი შეყვანის წინაღობის საშუალებას. მეორე ეტაპი დაფუძნებულია pnp ტრანზისტორებზე Q3 და Q4, რომლებიც დაკავშირებულია საერთო საბაზისო წრეში, რაც საშუალებას გაძლევთ თავი დააღწიოთ მილერის ეფექტის მავნე ზემოქმედებას, გადაწიოთ ძაბვის დონე ქვემოთ და უზრუნველყოთ ძაბვის საკმარისი მომატება შემდგომი მუშაობისთვის. ეტაპი - კლასის "A" გამაძლიერებელი. pnp-ის გამოყენებატრანზისტორები ასევე ხელს უწყობენ ავარიული ძაბვის გაზრდას V be (n-p-n ტრანზისტორების Q1 და Q2 ბაზის-ემიტერის შეერთებებს აქვთ ავარიის ძაბვა დაახლოებით 7 ვოლტი, ხოლო p-n-p ტრანზისტორების Q3 და Q4 ავარიის ძაბვა დაახლოებით 50 ვოლტია).

მიკერძოების სქემები

კლასიკური დიფერენციალური კასკადის ემიტერები ემიტერების შეერთებით მიეწოდება მიკერძოებულ ძაბვას სტაბილური დენის წყაროდან. უარყოფითი უკუკავშირის წრე აიძულებს ტრანზისტორებს იმოქმედონ როგორც ძაბვის სტაბილიზატორები, რის გამოც ისინი ცვლიან Vbe ძაბვას ისე, რომ დენი გადიოდეს კოლექტორ-ემიტერის შეერთებაზე. შედეგად, მშვიდი დენი დამოუკიდებელი ხდება ტრანზისტორების DC გადაცემის კოეფიციენტისგან (β).

ტრანზისტორების Q1, Q2 ემიტერებიდან სიგნალები მიეწოდება ტრანზისტორების Q3, Q4 ემიტერებს. მათი კოლექტორები ცალკეა და მათი გამოყენება შეუძლებელია სტაბილური დენის მიწოდებისთვის, რადგან ისინი თავად მოქმედებენ როგორც დენის წყაროები. აქედან გამომდინარე, მდუმარე დენი შეიძლება მიეწოდოს ბაზებს მხოლოდ მათ დენის წყაროსთან შეერთებით. ტრანზისტორების DC გადაცემის კოეფიციენტზე დამოკიდებულების თავიდან ასაცილებლად, გამოიყენება უარყოფითი გამოხმაურება. ამისათვის მთელი მშვიდი დენი აისახება ტრანზისტორებზე Q8, Q9 დამზადებული დენის სარკეში და უარყოფითი უკუკავშირის სიგნალი ამოღებულია ტრანზისტორი Q9 კოლექტორიდან. ეს აიძულებს ტრანზისტორებს Q1-Q4 შეცვალონ საბაზისო-ემიტერის ძაბვა Vbe ისე, რომ საჭირო მშვიდი დენი მიედინება მათში. შედეგი არის იგივე ეფექტი, როგორც კლასიკური წყვილი ემიტერთან დაწყვილებული ტრანზისტორები - მშვიდი დენის სიდიდე დამოუკიდებელი ხდება ტრანზისტორების DC გადაცემის კოეფიციენტისგან (β). ეს წრე წარმოქმნის საჭირო სიდიდის ბაზის დენს, β-ზე დამოკიდებულებით, რათა მივიღოთ β-დამოუკიდებელი კოლექტორის დენი. ბაზის მიკერძოების დენების მისაღებად, ჩვეულებრივ გამოიყენება უარყოფითი ძაბვის ელექტრომომარაგება. ეს დენები მიედინება საერთო მავთულიდან ტრანზისტორების ფუძემდე, მაგრამ მაქსიმალური შეყვანის წინაღობის მისაღებად, ბაზის მიკერძოებული მარყუჟები არ იკეტება შიგნიდან ფუძესა და საერთო მავთულს შორის, რადგან ეს სქემები უნდა დაიხუროს გამოსასვლელში. სიგნალის წყაროს წინაღობა მიწასთან. ასე რომ, სიგნალის წყარო გალვანურად უნდა იყოს დაკავშირებული საერთო მავთულთან ისე, რომ მიკერძოებული დენები შემოვიდეს მასში და მას ასევე უნდა ჰქონდეს საკმარისად დაბალი წინააღმდეგობა (ათეულობით ან ასობით კილო-ოჰმი), ისე რომ მასზე მნიშვნელოვანი ძაბვის ვარდნა არ მოხდეს. წინააღმდეგ შემთხვევაში, შეგიძლიათ დააკავშიროთ რეზისტორები ტრანზისტორების Q1, Q2 ფუძეებსა და საერთო მავთულს შორის.

მდუმარე დენის მნიშვნელობა დგინდება 39 kOhm რეზისტორით, რომელიც საერთოა როგორც Q12-Q13 და Q10-Q11 მიმდინარე სარკეებისთვის. ეს დენი გამოიყენება როგორც მინიშნება სხვა მიკერძოებული დენების წრეში. წარმოიქმნება ტრანზისტორები Q10, Q11, რომლებშიც ტრანზისტორი Q10 კოლექტორის დენის I ref მცირე ნაწილი მიედინება 5 kOhm რეზისტორში. ეს მცირე კოლექტორის დენი, რომელიც მიედინება ტრანზისტორი Q10 კოლექტორში, არის საბაზისო საცნობარო დენი ტრანზისტორებისთვის Q3 და Q4, ისევე როგორც ტრანზისტორი Q9 კოლექტორი. უარყოფითი გამოხმაურების გამოყენებით, ტრანზისტორებზე Q8 და Q9 დენის სარკე ცდილობს ტრანზისტორი Q9 კოლექტორის დენი გაატოლოს ტრანზისტორების Q3 და Q4 კოლექტორის დენთან. ტრანზისტორი Q9 კოლექტორის ძაბვა შეიცვლება მანამ, სანამ ტრანზისტორების Q3 და Q4 ბაზის დენების თანაფარდობა მათ კოლექტორთან β-ის ტოლი გახდება. მაშასადამე, Q3 და Q4 ტრანზისტორების ჯამური ბაზის დენი (ეს დენი არის იგივე რიგის, როგორც ჩიპის შეყვანის დენები) არის ტრანზისტორი Q10-ის სუსტი დენის მცირე ნაწილი.

ამრიგად, მდუმარე დენი დაყენებულია მიმდინარე სარკის მიერ ტრანზისტორებზე Q10, Q11 უარყოფითი დენის უკუკავშირის გამოყენების გარეშე. ეს მიმდინარე გამოხმაურება მხოლოდ ასტაბილურებს ტრანზისტორი Q9-ის (და ტრანზისტორების Q3, Q4-ის ფუძის) კოლექტორის ძაბვას. გარდა ამისა, უკუკავშირის ქსელი ასევე იზოლირებს წრედის დანარჩენ ნაწილს საერთო რეჟიმის სიგნალებისგან, Q3, Q4 ტრანზისტორების საბაზისო ძაბვის დაყენებით ზუსტად 2V BE-ით დაბალი, ვიდრე ორივე შეყვანის ძაბვა.

Q1–Q4 ტრანზისტორების მიერ წარმოქმნილი დიფერენციალური გამაძლიერებელი დაკავშირებულია აქტიურ დატვირთვასთან Q5...Q7 ტრანზისტორების გაუმჯობესებული დენის სარკეზე დაფუძნებული, რომელიც გარდაქმნის შეყვანის დიფერენციალური სიგნალის დენებს ძაბვაში და აქ ორივე შეყვანის სიგნალი გამოიყენება ფორმირებისთვის. ეს ძაბვა, რომელიც იძლევა გაძლიერების მნიშვნელოვან ზრდას. ეს მიიღწევა შეყვანის სიგნალების დამატებით დენის სარკეების გამოყენებით, ამ შემთხვევაში ტრანზისტორი Q5 კოლექტორი უკავშირდება ტრანზისტორი Q3 კოლექტორს (დიფერენციალური გამაძლიერებლის მარცხენა გამომავალი), ხოლო მიმდინარე სარკის გამომავალი - ტრანზისტორის კოლექტორს. Q6 უკავშირდება დიფერენციალური გამაძლიერებლის მარჯვენა გამოსავალს - ტრანზისტორი Q4-ის კოლექტორს. ტრანზისტორი Q7 ზრდის დენის სარკის სიზუსტეს ტრანზისტორი Q3-დან გამოყვანილი დენის შემცირებით ტრანზისტორების Q5 და Q6 ფუძეების ამოსაყვანად.

ოპერაციული გამაძლიერებლის მუშაობა

დიფერენციალური რეჟიმი

შეყვანებზე მიწოდებული სიგნალის წყაროების ძაბვები გადის ორ "დიოდურ" ჯაჭვში, რომლებიც წარმოიქმნება ტრანზისტორების Q1, Q3 და Q2, Q4 ბაზის-ემიტერის შეერთებით, ტრანზისტორების Q3, Q4 ფუძეების შეერთებამდე. თუ შეყვანის ძაბვები ოდნავ შეიცვლება (ძაბვა ერთ შეყვანაზე იზრდება და მეორე მცირდება), მაშინ ტრანზისტორების Q3, Q4 ძაბვა ძნელად შეიცვლება და ბაზის მთლიანი დენი უცვლელი დარჩება. მოხდება მხოლოდ დენების გადანაწილება ტრანზისტორების Q3, Q4 ფუძეებს შორის, მთლიანი მშვიდი დენი იგივე დარჩება, კოლექტორის დენები გადანაწილდება იმავე პროპორციებით, როგორც ბაზის დენები.

მიმდინარე სარკე შებრუნებს კოლექტორის დენს, სიგნალი დაუბრუნდება ტრანზისტორი Q4-ის ბაზას. ტრანზისტორების Q4 და Q6 შეერთებისას აკლდება ტრანზისტორების Q3 და Q4 დენები. ეს დენები ამ შემთხვევაში ფაზურია (დიფერენციალური სიგნალის შემთხვევაში). შესაბამისად, დენების გამოკლების შედეგად, დენები დაემატება (ΔI - (-ΔI) = 2ΔI), ხოლო ორფაზიანი სიგნალიდან ერთფაზაზე გადაყვანა დანაკარგების გარეშე მოხდება. წრეში ღია უკუკავშირის მარყუჟით, ტრანზისტორების Q4 და Q6 შეერთების ადგილას მიღებული ძაბვა განისაზღვრება დენების გამოკლების შედეგით და წრედის მთლიანი წინააღმდეგობით (ტრანზისტორების Q4 და Q6 პარალელურად დაკავშირებული კოლექტორების წინააღმდეგობები). ვინაიდან ეს წინააღმდეგობები მაღალია სიგნალის დენებისთვის (ტრანზისტორები Q4 და Q6 იქცევიან როგორც დენის გენერატორები), ამ ეტაპის მომატება იქნება ძალიან მაღალი, როდესაც უკუკავშირის მარყუჟი ღიაა.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ტრანზისტორი Q6, როგორც ტრანზისტორი Q3-ის ასლი, ხოლო ტრანზისტორების Q4 და Q6 კომბინაცია შეიძლება ჩაითვალოს როგორც ცვლადი ძაბვის გამყოფი, რომელიც შედგება ორი ძაბვით კონტროლირებადი რეზისტორებისგან. დიფერენციალური შეყვანის სიგნალებისთვის, ამ რეზისტორების წინააღმდეგობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება საპირისპირო მიმართულებები, მაგრამ ძაბვის გამყოფის მთლიანი წინააღმდეგობა უცვლელი დარჩება (მოძრავი კონტაქტის პოტენციომეტრის მსგავსად). შედეგად, დენი არ იცვლება, მაგრამ არის ძაბვის ძლიერი ცვლილება შუა წერტილში. ვინაიდან წინააღმდეგობები იცვლება თანაბრად, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებით, შედეგად მიღებული ძაბვის ცვლილება ორჯერ მეტი იქნება, ვიდრე ერთი ძაბვის ცვლილება.

საბაზისო დენები შეყვანებზე არ არის ნულოვანი და, შესაბამისად, 741 op amp-ის ეფექტური შეყვანის წინაღობა არის დაახლოებით 2 mΩ. "ნულოვანი დაყენების" ქინძისთავები შეიძლება გამოყენებულ იქნას გარე რეზისტორების დასაკავშირებლად შიდა 1 kOhm რეზისტორებთან პარალელურად (აქ ჩვეულებრივ დაკავშირებულია პოტენციომეტრი) ტრანზისტორი Q5, Q6 დენების დასაბალანსებლად, რითაც ირიბად არეგულირებს გამომავალ სიგნალს, როდესაც ნულოვანი სიგნალები გამოიყენება. შეყვანები.

საერთო რეჟიმის უარყოფის რეჟიმი

თუ შეყვანის ძაბვები იცვლება სინქრონულად, მაშინ უარყოფითი გამოხმაურება აიძულებს ძაბვას ტრანზისტორების ფუძეებში Q3, Q4 გაიმეოროს (ტრანზისტორების საბაზო-ემიტერის შეერთებებზე ძაბვის ორჯერ ტოლი ძაბვის ცვალებადობით) შეყვანის ძაბვის ცვალებადობა. მიმდინარე სარკის Q10, Q11 გამომავალი ტრანზისტორი Q10 ინარჩუნებს მთლიან დენს, რომელიც მიედინება ტრანზისტორებში Q8, Q9 მუდმივ და დამოუკიდებლად ძაბვის ცვლილებებისგან. ტრანზისტორების Q3, Q4 კოლექტორის დენები და, შესაბამისად, გამომავალი ძაბვა ტრანზისტორებს შორის შუა წერტილში Q4 და Q6 უცვლელი რჩება.

უარყოფითი უკუკავშირის შემდგომი ციკლი ეფექტურად ზრდის ოპ გამაძლიერებლის შეყვანის წინაღობას საერთო რეჟიმის უარყოფის რეჟიმში.

გამაძლიერებლის ეტაპი, რომელიც მუშაობს კლასში "A"

ტრანზისტორებზე Q15, Q19 Q22 დამზადებული კასკადი მუშაობს "A" კლასში. დენის სარკე, რომელიც დამზადებულია ტრანზისტორებზე Q12, Q13, ამარაგებს ამ კასკადს სტაბილური დენით, დამოუკიდებელი გამომავალი ძაბვის ვარიაციების ფართო სპექტრზე. კასკადი დაფუძნებულია ორზე npn ტრანზისტორები, Q15 და Q19, ქმნიან ეგრეთ წოდებულ კომპოზიციურ დარლინგტონის ტრანზისტორის, რომლის კოლექტორში გამოიყენება დინამიური დატვირთვა დენის წყაროს სახით მაღალი მომატების მისაღებად. ტრანზისტორი Q22 იცავს გამაძლიერებლის საფეხურს გაჯერებისგან ტრანზისტორი Q15 ფუძის შუნტირებით, ანუ ის მოქმედებს როგორც ბეიკერის წრე.

30 pF კონდენსატორი გამაძლიერებლის ეტაპზე არის შერჩევითი უკუკავშირის წრე სიხშირის კორექტირებისთვის, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დაასტაბილუროთ ოპერაციული გამაძლიერებელი დახურული მარყუჟის სქემებში მუშაობისას. ამ მიკროსქემის გადაწყვეტას ეწოდება "მილერის კომპენსაცია", რომლის მუშაობის პრინციპი მოგვაგონებს ინტეგრატორის მუშაობას ოპერაციულ გამაძლიერებელზე. მიკროსქემის ეს გადაწყვეტა ასევე ცნობილია როგორც "დომინანტური ბოძების კორექტირება", რადგან დომინანტური პოლუსი შედის სიხშირის პასუხში, რომელიც თრგუნავს სხვა პოლუსებს ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხში ღია უკუკავშირის მარყუჟით. ამ ბოძის სიხშირე შეიძლება იყოს 10 ჰც-ზე ნაკლები 741 გამაძლიერებელში და ამ სიხშირეზე პოლუსი შემოაქვს -3 დბ-ის ტოლი შესუსტებას ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხში, როდესაც უკუკავშირის ციკლი ღიაა. ამ შიდა კომპენსაციის გამოყენება აუცილებელია გამაძლიერებლის აბსოლუტური სტაბილურობის მისაღებად, როდესაც მუშაობს არარეაქტიული უარყოფითი გამოხმაურებით, იმ შემთხვევაში, როდესაც op-amp მომატება მეტია ან ტოლია ერთიანობაზე. ამრიგად, არ არის საჭირო გარე კორექტირების გამოყენება, რათა უზრუნველყოს იგივე სტაბილურობა სხვადასხვა ოპერაციულ რეჟიმში, რაც მნიშვნელოვნად ამარტივებს ოპერაციული გამაძლიერებლის გამოყენებას. იმ ოპერაციულ გამაძლიერებლებს, რომლებშიც არ არის შიდა კორექტირება, მაგალითად, K140UD1A, შეიძლება მოითხოვონ გარე კორექტირების გამოყენება ან ერთიანობაზე მეტი მომატება დახურული უკუკავშირის მარყუჟით.

გამომავალი ეტაპის მიკერძოების წრე

ტრანზისტორი Q16 ორ რეზისტორთან ერთად ქმნის დონის მიკერძოებულ წრეს, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც რეზინის დიოდი, ტრანზისტორი ზენერის დიოდი, ან ბაზის-ემიტერის შეერთების ძაბვის მულტიპლიკატორი (V BE). ამ წრეში ტრანზისტორი Q16 მოქმედებს როგორც ძაბვის რეგულატორი, რადგან ის უზრუნველყოფს მუდმივ ძაბვის ვარდნას კოლექტორ-ემიტერის შეერთებაზე ნებისმიერი დენისთვის, რომელიც გადის ამ ეტაპზე. ეს მიიღწევა კოლექტორსა და ფუძეს შორის უარყოფითი გამოხმაურების შემოღებით ორრეზისტორიანი ძაბვის გამყოფის სახით, გაყოფის კოეფიციენტით β = 7,5 kOhm / (4,5 kOhm + 7,5 kOhm) = 0,625. თუ ვივარაუდებთ, რომ ტრანზისტორის ბაზის დენი არის ნულოვანი, უარყოფითი გამოხმაურება აიძულებს ტრანზისტორს გაზარდოს კოლექტორ-ემიტერის ძაბვა დაახლოებით ერთ ვოლტამდე, სანამ ბაზის-ემიტერის ძაბვა მიაღწევს ტიპიურ ბიპოლარულ ტრანზისტორი ძაბვას 0,6 ვოლტამდე. ეს წრე გამოიყენება გამომავალი ტრანზისტორების მიკერძოებისთვის, რითაც ამცირებს ჰარმონიულ დამახინჯებას. ზოგიერთი დაბალი სიხშირის გამაძლიერებლის სქემებში, ამისათვის გამოიყენება წყვილი სერია დაკავშირებული დიოდები.

ეს მიკერძოებული წრე შეიძლება მივიჩნიოთ, როგორც უარყოფითი უკუკავშირის გამაძლიერებელი მუდმივი შეყვანის ძაბვით 0,625 ვოლტი და უკუკავშირის ფაქტორი β = 0,625 (შესაბამისად, მომატება იქნება 1/β = 1,6). იგივე წრე, მაგრამ β = 1, გამოიყენება ოპერაციული დენის დასაყენებლად კლასიკური დენის სარკის წრეში ბიპოლარული ტრანზისტორების გამოყენებით.

გამომავალი ეტაპი

გამომავალი საფეხური (ტრანზისტორი Q14, Q17, Q20) არის "AB" კლასში მოქმედი ბიძგური ემიტერის მიმდევარი, ამ ეტაპის მიკერძოება დგინდება ტრანზისტორი Q16-ზე დამზადებული დონის მიკერძოების სქემით და მის ფუძესთან დაკავშირებული ორი რეზისტორით. ტრანზისტორი. გამომავალი ტრანზისტორების Q14, Q20 სიგნალი მიეწოდება Q13 და Q19 ტრანზისტორების კოლექტორებიდან. მიკერძოებული ძაბვის ცვალებადობამ ტემპერატურის ცვლილებების ან ტრანზისტორის ცვალებადობის გამო შეიძლება გამოიწვიოს არაწრფივი დამახინჯება და შეცვალოს op-amp-ის მდუმარე დენი. გამაძლიერებლის გამომავალი ძაბვა მერყეობს დაახლოებით ერთი ვოლტით ნაკლები მიწოდების ძაბვაზე (ანუ V - +1-დან V + -1-მდე), რომელიც ნაწილობრივ განისაზღვრება გამომავალი ტრანზისტორების Q14 და Q20 საბაზო-ემიტერის ძაბვით.

25 ომიანი რეზისტორი გამომავალი საფეხურზე მოქმედებს როგორც დენის სენსორი ამ ეტაპისთვის დენის მაქსიმალური ლიმიტის უზრუნველსაყოფად, ხოლო 741 op amp-ში ეს რეზისტორი ზღუდავს ემიტერის მიმდევარი Q14-ის გამომავალ დენს 25 mA-მდე. დენის შეზღუდვა ქვედა ემიტერის მიმდევრისთვის წრეში ხორციელდება 50 Ohm რეზისტორის გამოყენებით, რომელიც დამონტაჟებულია ტრანზისტორი Q19 ემიტერის წრეში; ტრანზისტორი Q22 გამოყენებით, ტრანზისტორი Q15-ის ბაზაზე ძაბვა მცირდება, რადგან ძაბვის ვარდნა რეზისტორზე იზრდება ზემოთ. კრიტიკული მნიშვნელობა. მოგვიანებით 741 op amp მოდელებმა შეიძლება გამოიყენონ გამომავალი დენის შეზღუდვის ოდნავ განსხვავებული მეთოდი.

იდეალური ოპერაციული გამაძლიერებლისგან განსხვავებით, Model 741 გამაძლიერებელს აქვს არანულოვანი გამომავალი წინაღობა, მაგრამ იყენებს უარყოფით გამოხმაურებას. დაბალი სიხშირეებიის თითქმის ნულოვანი ხდება.

რამდენიმე აზრი 741 ოპ გამაძლიერებლის შესახებ

შენიშვნა: ისტორიულად, 741 ოპ გამაძლიერებელი გამოიყენებოდა აუდიო და სხვა მაღალი მგრძნობელობის სქემებში, მაგრამ იშვიათად გამოიყენება ხმაურის დაბალი დონის გამო. თანამედროვე მოდელებიოპერაციული გამაძლიერებლები. გარდა ხმამაღალი ხმაური, 741 და სხვა ძველ მოდელებს შეიძლება ჰქონდეთ ცუდი საერთო რეჟიმის უარყოფა და ხშირად მიიღებენ ხაზის აღებას და სხვა ჩარევას.

მოდელი 741 ოპ გამაძლიერებელი ხშირად ეხება რაიმე სახის ზოგად ოპ გამაძლიერებელს (როგორიცაა μA741, LM301, 558, LM324, TBA221 ან უფრო უახლესი მოდელები, როგორიცაა TL071). 741 გამაძლიერებლის გამომავალი ეტაპის აღწერა თითქმის იგივეა მრავალი სხვა მოდელისთვის (რომლებსაც შეიძლება ჰქონდეთ სრულიად განსხვავებული შეყვანის ეტაპები), გარდა:

• ოპერაციული გამაძლიერებლის ზოგიერთ მოდელს, როგორიცაა μA748, LM301, LM308, არ გააჩნია შიდა კორექტირება და საჭიროებს გარე კორექტირების კონდენსატორის დაყენებას დახურულ მარყუჟის და დაბალმომატების სქემებში მუშაობისას.
• ოპერაციული გამაძლიერებლების ზოგიერთი თანამედროვე მოდელისთვის, გამომავალი ძაბვა შეიძლება განსხვავდებოდეს მიწოდების თითქმის უარყოფითი ძაბვის დიაპაზონში.

ოპერაციული გამაძლიერებლების კლასიფიკაცია

ოპერაციული გამაძლიერებლები შეიძლება კლასიფიცირდეს მათი დიზაინის მიხედვით:

• დისკრეტული - შექმნილია ინდივიდუალური ტრანზისტორებიდან ან ვაკუუმური მილებიდან;
• მიკროცირკულა - ყველაზე გავრცელებულია ინტეგრირებული ოპერატიული გამაძლიერებლები;
• ჰიბრიდი - შექმნილია ჰიბრიდული მიკროსქემების საფუძველზე ინტეგრაციის დაბალი ხარისხით;

ინტეგრირებული ოპერაციული გამაძლიერებლები შეიძლება კლასიფიცირდეს სხვადასხვა პარამეტრების მიხედვით, მათ შორის:

• დაყოფა სამხედრო, სამრეწველო ან კომერციული დიზაინის მიკროსქემებად, რომლებიც ხასიათდება საიმედოობითა და გამძლეობით გარე ფაქტორების მიმართ (ტემპერატურა, წნევა, რადიაცია) და, შესაბამისად, ფასი. მაგალითი: LM301 ზოგადი ოპერაციული გამაძლიერებელი არის LM101-ის კომერციული ვერსია, ხოლო LM201 არის ინდუსტრიული ვერსია.
• კლასიფიკაცია საქმის ტიპის მიხედვით - ოპერაციული გამაძლიერებლების მოდელებს სხვადასხვა ტიპის შემთხვევაში (პლასტმასის, ლითონის, კერამიკის) ასევე აქვთ განსხვავებული წინააღმდეგობა გარე ფაქტორების მიმართ. გარდა ამისა, პაკეტები მოდის DIP და ზედაპირზე დამაგრების (SMD) ტიპებში.
• კლასიფიკაცია შიდა კორექტირების სქემების არსებობის ან არარსებობის მიხედვით. ოპერაციულ გამაძლიერებლებს შეუძლიათ არასტაბილურად იმუშაონ ზოგიერთ წრეში უარყოფითი გამოხმაურებით; ამის თავიდან ასაცილებლად გამოიყენეთ პატარა კონდენსატორი ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხის გამოსასწორებლად. ოპერაციულ გამაძლიერებელს ასეთი ჩაშენებული კონდენსატორით ეწოდება შიდა კორექტირებული ოპერაციული გამაძლიერებელი.
• ერთი ჩიპის პაკეტი შეიძლება შეიცავდეს ერთ, ორ ან ოთხ ოპერაციულ გამაძლიერებელს.
• შეყვანის (და/ან გამომავალი) ძაბვების დიაპაზონი უარყოფითიდან პოზიტიურ მიწოდების ძაბვამდე - ოპერაციულ გამაძლიერებელს შეუძლია იმუშაოს სიგნალებით, რომელთა მნიშვნელობები ახლოსაა მიწოდების ძაბვის მნიშვნელობებთან.
• CMOS FET ოპ გამაძლიერებლები (როგორიცაა AD8603) უზრუნველყოფენ ძალიან მაღალ შეყვანის წინაღობას, უფრო მაღალი ვიდრე ჩვეულებრივი FET ოპ გამაძლიერებლები, რომლებსაც, თავის მხრივ, აქვთ უფრო მაღალი შეყვანის წინაღობა, ვიდრე BJT ოპ გამაძლიერებლები.
• არსებობს ეგრეთ წოდებული "პროგრამირებადი" ოპერაციული გამაძლიერებლები, რომლებშიც შესაძლებელია რიგი პარამეტრების დაყენება გარე რეზისტორის გამოყენებით, როგორიცაა მშვიდი დენი, მომატება და გამტარუნარიანობა.
• მწარმოებლები ხშირად ანაწილებენ ოპერაციული გამაძლიერებლებს აპლიკაციის ტიპის მიხედვით, როგორიცაა დაბალი ხმაური, წინამორბედი, ფართო დიაპაზონი და ა.შ.

ოპერაციული გამაძლიერებლების აპლიკაციები

გამოყენება ელექტრონული სისტემების დიზაინში

მოდელი 741 Op-Amp Pin Assignment

ოპერაციული გამაძლიერებლების ბლოკად გამოყენება ამარტივებს სქემების დიზაინს და აადვილებს მათ წაკითხვას, ვიდრე დისკრეტული კომპონენტების გამოყენება (ტრანზისტორები, რეზისტორები, კონდენსატორები). სქემების დაპროექტებისას, როგორც პირველი მიახლოებით, ოპერაციული გამაძლიერებლები განიხილება, როგორც იდეალური დიფერენციალური კომპონენტები და მხოლოდ შემდგომ ნაბიჯებში მხედველობაში მიიღება ამ მოწყობილობების ყველა ნაკლოვანება და შეზღუდვა.

ყველა სქემისთვის, მიკროსქემის დიზაინი იგივე რჩება. სპეციფიკაცია მიუთითებს მიკროსქემის დანიშნულებასა და მასზე მოთხოვნებს შესაბამისი ტოლერანტებით. მაგალითად, საჭიროა 1000-ჯერ მომატება ტოლერანტობით 10% და დრეიფი 2% მოცემულ ტემპერატურულ დიაპაზონში, შეყვანის წინაღობა მინიმუმ 2 mOhm და ა.შ.

დიზაინი ხშირად მოიცავს კომპიუტერზე სქემების მოდელირებას, მაგალითად, მიკროსქემის მოდელირების პროგრამით LTSpice, რომელიც შეიცავს კომერციული ოპ-ამპერატორებისა და სხვა კომპონენტების ზოგიერთ მოდელს. თუ მოდელირების შედეგად აღმოჩნდება, რომ შემუშავებული მიკროსქემის ზოგიერთი პარამეტრი ვერ განხორციელდება, მაშინ ამ შემთხვევაში საჭიროა სპეციფიკაციის კორექტირება.

შემდეგ კომპიუტერული მოდელირებაისინი აწყობენ მიკროსქემის პროტოტიპს და ამოწმებენ მას, აუცილებლობის შემთხვევაში ცვლის წრედში მის გასაუმჯობესებლად ან იმის უზრუნველსაყოფად, რომ მიკროსქემა აკმაყოფილებს სპეციფიკაციებს. წრე ასევე ოპტიმიზებულია მისი ღირებულების შესამცირებლად და ფუნქციონირების გასაუმჯობესებლად.

ოპერაციული გამაძლიერებლების გამოყენება სქემებში უკუკავშირის გარეშე

ძაბვის შედარება 741 ოპერაციულ გამაძლიერებელზე ერთ მიწოდების წრეში. V ref = 6.6 V, შეყვანის სიგნალის ამპლიტუდა V in = 8 V. კონდენსატორი C1 ემსახურება დენის წრედში შემომავალი ხმაურის ჩახშობას.

ამ შემთხვევაში, ოპერაციული გამაძლიერებელი გამოიყენება ძაბვის შესადარებლად. ჩართვა, რომელიც შექმნილია ძირითადად შედარების როლზე, გამოიყენება მაშინ, როდესაც საჭიროა მაღალი სიჩქარის ან შეყვანის ძაბვების ფართო დიაპაზონი, რადგან გამაძლიერებელს შეუძლია სწრაფად აღდგეს გაჯერებისგან.

თუ საცნობარო ძაბვის V ref გამოიყენება ოპერაციული გამაძლიერებლის ერთ-ერთ შეყვანაზე, მაშინ მიიღება სიგნალის დონის დეტექტორის წრე, ანუ ოპერაციული გამაძლიერებელი აღმოაჩენს დადებით სიგნალის დონეს. თუ აღმოჩენილი სიგნალი მიემართება პირდაპირ შეყვანაზე, თქვენ მიიღებთ არაინვერსიული დონის დეტექტორის წრეს - როდესაც შეყვანის ძაბვა უფრო მაღალია, ვიდრე საცნობარო ძაბვა, მაქსიმალური დადებითი ძაბვა დადგინდება გამოსავალზე. თუ აღმოჩენილი სიგნალი და საცნობარო ძაბვა შეიცვლება, მაშინ საოპერაციო გამაძლიერებლის გამოსავალზე დადგინდება ძაბვა უარყოფითი მიწოდების ძაბვასთან ახლოს - მიიღება ინვერსიული დონის დეტექტორის წრე.

თუ გამაძლიერებლის შესასვლელში სტანდარტული არაძაბვა არის V ref = 0 V, მაშინ მიიღებთ ნულოვანი დეტექტორის, რომელსაც შეუძლია გადაიყვანოს, მაგალითად, სინუსოიდური სიგნალი მართკუთხა.

ოპერაციული გამაძლიერებლების გამოყენება სქემებში დადებითი გამოხმაურების გამოყენებით

მართკუთხა სიგნალის გენერატორი, რომელიც დაფუძნებულია ოპერაციულ გამაძლიერებელზე დადებითი (R1, R3) და უარყოფითი (R2, C1) უკუკავშირის სქემებით. დადებითი უკუკავშირის წრე გამაძლიერებლის გარშემო აქცევს მას შმიტის ტრიგერად. ოპერაციული სიხშირე დაახლოებით 150 ჰც.

ოპერაციული გამაძლიერებლები ასევე გამოიყენება სქემებში დადებითი გამოხმაურებით, როდესაც გამომავალი სიგნალის ნაწილი მიეწოდება არაინვერსიულ შეყვანას. ერთი ტიპიური წრე, რომელიც იყენებს ამ კონფიგურაციას, არის შედარებითი წრე ჰისტერეზით, ეს არის ე.წ. Schmitt ტრიგერი. ზოგიერთ წრეს შეუძლია გამოიყენოს ორი ტიპის უკუკავშირი ერთდროულად, როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი, ერთი და იგივე გამაძლიერებლის საშუალებით, კონფიგურაცია, რომელიც ხშირად გამოიყენება ძაბვის გენერატორის სქემებში და აქტიური ფილტრის სქემებში.

სიგნალის დაბალი სიჩქარის და დადებითი გამოხმაურების არარსებობის გამო, ზემოთ აღწერილი ღია მარყუჟის ნულოვანი დეტექტორისა და სიგნალის დონის დეტექტორის ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხი იქნება შედარებით დაბალი სიხშირე, ანუ სქემები იქნება შედარებით დაბალი. - სიხშირე. შეგიძლიათ სცადოთ მიკროსქემის დაფარვა დადებითი გამოხმაურებით, მაგრამ ეს მნიშვნელოვნად იმოქმედებს ოპერაციის სიზუსტეზე იმ მომენტის გამოვლენისას, როდესაც შეყვანის სიგნალი გადაკვეთს ნულს. თუ იყენებთ ჩვეულებრივ 741 ოპ გამაძლიერებელს, სინუსის ტალღის კვადრატულ ტალღაში გადამყვანს სავარაუდოდ ექნება მუშაობის სიხშირე არაუმეტეს 100 ჰც.

სპეციალიზებულ შესადარებელ სქემებში სიგნალის აწევის სიჩქარის გასაზრდელად, დადებითი გამოხმაურება შემოდის გამომავალ ეტაპებზე, ამიტომ რეკომენდებულია დონის დეტექტორის სქემები განხორციელდეს არა ოპერაციულ გამაძლიერებლებზე, არამედ შედარებით მიკროსქემებზე.

ოპერაციული გამაძლიერებლის გამოყენება უარყოფითი უკუკავშირის წრეში

არაინვერსიული გამაძლიერებლის წრეში გამომავალი ძაბვა იცვლება იმავე მიმართულებით (მცირდება ან იზრდება), როგორც შემავალი.

განტოლება, რომელიც განსაზღვრავს ოპ გამაძლიერებლის მომატებას, იწერება როგორც

V out = A OL (V + - V -)

ამ წრეში, პარამეტრი V - არის V out-ის ფუნქცია, რადგან რეზისტორები R1 და R2 ქმნიან უარყოფით უკუკავშირის წრეს. გარდა ამისა, ეს რეზისტორები არის ძაბვის გამყოფი და რადგან ის დაკავშირებულია V - შეყვანთან, რომელიც მაღალი წინააღმდეგობისაა, ძაბვის გამყოფი პრაქტიკულად იტვირთება. აქედან გამომდინარე:

V - = β * V გამოვიდა

სად β = R1 / (R1 + R2)

ამ გამოხატვის ჩანაცვლებით op-amp მომატების განტოლებაში, მივიღებთ:

V out = A OL (V in - β * V out)

მიღებული გამოხატვის ტრანსფორმირება შედარებით V გამოვიდა, ვიღებთ:

V out = V in * (1 / (β + 1/A OL))

თუ OLარის ძალიან დიდი, მაშინ განტოლება ამარტივებს:

V out ≈ V in / β = V in / (R1 / (R1 + R2)) = V in * (1 + R2/R1)

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ოპერაციული გამაძლიერებლის პირდაპირი შეყვანის სიგნალი გამოიყენება საერთო მავთულთან შედარებით. თუ რაიმე მიზეზით სიგნალის წყარო არ შეიძლება იყოს დაკავშირებული საერთო მავთულთან, ან ის უნდა იყოს დაკავშირებული დატვირთვასთან გარკვეული წინააღმდეგობის მქონე, მაშინ დამატებითი რეზისტორის დაყენება დაგჭირდებათ საოპერაციო გამაძლიერებლის პირდაპირ შეყვანასა და საერთო მავთულს შორის. ნებისმიერ შემთხვევაში, უკუკავშირის რეზისტორების R1 ​​და R2 წინააღმდეგობების მნიშვნელობა უნდა იყოს დაახლოებით შეყვანის წინააღმდეგობის ტოლი, დატვირთვის რეზისტორის გათვალისწინებით საოპერაციო გამაძლიერებლის პირდაპირ შეყვანაზე, ხოლო R1 და R2 წინააღმდეგობები უნდა ჩაითვალოს. დაკავშირებულია პარალელურად. ანუ, თუ R1 = R2 = 10 kOhm, სიგნალის წყაროს აქვს მაღალი წინააღმდეგობა, მაშინ დამატებით რეზისტორს პირდაპირ შეყვანასა და საერთო მავთულს შორის უნდა ჰქონდეს მნიშვნელობა 5 kOhm, ამ შემთხვევაში მიკერძოებული ძაბვა შეყვანებზე იქნება. მინიმალური.

როდესაც ოპერაციული გამაძლიერებელი ჩართულია ინვერსიული მიკროსქემის გამოყენებით, მის გამოსავალზე ძაბვა შეიცვლება ანტიფაზაში შეყვანის ძაბვასთან ერთად.

მოდით ვიპოვოთ განტოლება, რომელიც აღწერს მომატებას, როდესაც საოპერაციო გამაძლიერებელი ჩართულია საპირისპიროდ:

V out = A OL (V + - V -)

ეს განტოლება ზუსტად იგივეა, რაც არაინვერსიული გამაძლიერებლის განტოლება. მაგრამ ამ შემთხვევაში პარამეტრი V-დამოკიდებული იქნება ერთდროულად გამომავალ ძაბვაზე V გამოვიდადა შეყვანა V-ში, ეს გამოწვეულია იმით, რომ ძაბვის გამყოფი წარმოიქმნება სერიასთან დაკავშირებული რეზისტორებით რფდა R inდაკავშირებულია შეყვანის სიგნალსა და გამაძლიერებლის გამომავალს შორის. ინვერსიულ შეყვანას აქვს მაღალი წინააღმდეგობა და არ იტვირთება გამყოფი, ამიტომ:

V - = 1/(R f + R in) * (R f V in + R in V out)

მიღებული ტოლობის ჩანაცვლებით მოგების განტოლებაში, ჩვენ ვპოულობთ V გამოვიდა:

V out = -V in * A OL R f / (R f + R in + A OL R in)

თუ ღირებულება OLძალიან დიდია, მაშინ გამოთქმა ამარტივებს:

V out ≈ V in * R f / R in

ხშირად ასეთი ზომის რეზისტორი მოთავსებულია არაინვერტირებულ შეყვანასა და საერთო მავთულს შორის, რომ ორივე შეყვანა აშორებს ძაბვას ერთი და იგივე წინააღმდეგობებისგან. ამ რეზისტორის გამოყენება ამცირებს ოფსეტური ძაბვას, ხოლო ოპერაციული გამაძლიერებლების ზოგიერთ მოდელში ამცირებს არაწრფივი დამახინჯების რაოდენობას.

თუ არ არის საჭირო DC ძაბვის გაძლიერება, მაშინ სერიით შეყვანის რეზისტორთან R inშეიძლება დამონტაჟდეს გამყოფი კონდენსატორი, რათა დაბლოკოს DC ძაბვის გადასასვლელი სიგნალის წყაროდან საოპერაციო გამაძლიერებლის შესასვლელამდე.

ოპერაციული გამაძლიერებელი აუდიო გამაძლიერებელი

დასასრულს, მოდით შევხედოთ აუდიო გამაძლიერებლის პრაქტიკულ წრეს, რომელიც დამზადებულია არაინვერსიული მიკროსქემის გამოყენებით ერთპოლარული კვების ბლოკით. არაინვერსიული მიკროსქემის გამოყენება უზრუნველყოფს გამაძლიერებლის მაღალი შეყვანის წინაღობას, რომელიც განისაზღვრება R2 და R3 წინააღმდეგობების მნიშვნელობებით, აგრეთვე ოპერაციული გამაძლიერებლის პირდაპირი შეყვანის შეყვანის წინაღობა (ეს არის ძალიან მაღალი გამოთვლებში R2, R3 რეზისტორები მიჩნეულია პარალელურად დაკავშირებულად, შესაბამისად შეყვანის წინაღობის გამაძლიერებელი იქნება 100 kOhm-ის ტოლი.

გამაძლიერებლის ძაბვის მომატება განისაზღვრება ფორმულით R4/R1+1, ამ შემთხვევაში 49/1+1 = 50-ჯერ. C1 კონდენსატორის ტევადობა უნდა იყოს ისეთი, რომ მისი რეაქტიულობა ყველაზე დაბალ ოპერაციულ სიხშირეებზე იყოს მინიმუმ ათჯერ ნაკლები, ვიდრე სერიაში დაკავშირებული რეზისტორების R1, R4 საერთო წინააღმდეგობა. კონდენსატორები C2, C3 არის DC საიზოლაციო კონდენსატორები, მათი პარამეტრები დამოკიდებულია სიგნალის წყაროსა და დატვირთვის წინააღმდეგობაზე. კონდენსატორი C4 ბლოკავს ტალღებს ელექტრომომარაგების წრეში.

გამაძლიერებლის დატვირთვა შეიძლება იყოს TON-2 ტიპის მაღალი წინაღობის ყურსასმენები, მინიმუმ 1.5 kOhm წინააღმდეგობით. დაბალი წინაღობის ყურსასმენების ან დინამიური თავის ჩართვასთან დასაკავშირებლად, თქვენ უნდა დაამატოთ ემიტერის მიმდევრების კასკადი ტრანზისტორებზე KT502 და KT503.

არაწრფივი დამახინჯებების შესამცირებლად წრეს დაემატა რეზისტორები R6, R7, რომლებიც ადგენენ VT1, VT2 ტრანზისტორების მშვიდ დენს. თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ სხვა წრე ტრანზისტორების დასაკავშირებლად, მაგალითად, აღწერილი, რომელსაც აქვს არაწრფივი დამახინჯების დაბალი დონე.

ოპერაციული გამაძლიერებელი (op-amp) არის პირდაპირი დენის გამაძლიერებელი დიფერენციალური შეყვანით, რომლის მახასიათებლები ახლოსაა ეგრეთ წოდებული „იდეალური გამაძლიერებლის“ მახასიათებლებთან, op-amp-ს აქვს დიდი ძაბვის მომატება K>>1. (K = 10 4 - 10 6), დიდი შეყვანა (R შეყვანა = 0.1-100 MOhm) და დაბალი გამომავალი (R შეყვანა = 10-100 Ohm) წინააღმდეგობა.

ხაზოვან გამაძლიერებლებში ოპ-ამპერები გამოიყენება მხოლოდ უარყოფითი უკუკავშირის სქემებით (NFC), რაც ამცირებს ძაბვის მატებას K 1-10 3-მდე, მაგრამ ამავე დროს ამცირებს K-ის დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე და მიწოდების ძაბვაზე, ზრდის R შეყვანის ცვლას. და ამცირებს R გამომუშავებას .us. ოპ-ამპერების გამოყენება გამაძლიერებლებში უკუკავშირის სქემების გარეშე მიუღებელია, რადგან იზრდება ოპ-ამპერატორის სტაბილურობის დარღვევის საშიშროება და რთულდება სიხშირის პასუხის კორექტირების სქემები ფართო სიხშირის დიაპაზონში.

op-amp (ნახ. 15.1.) შეიცავს დიფერენციალურ გამაძლიერებელს, როგორც პირველ საფეხურს. დიფერენციალურ გამაძლიერებელს აქვს მაღალი მომატება შეყვანის სიგნალებს შორის განსხვავება U 2 - U 1 და დაბალი მომატება საერთო რეჟიმის სიგნალებისთვის, ე.ი. იდენტური სიგნალები გამოიყენება ერთდროულად ორივე შეყვანისთვის. ეს შესაძლებელს ხდის მგრძნობელობის შემცირებას საერთო რეჟიმის სიგნალებზე (გარე ხმაური) და ოფსეტური ძაბვის მიმართ, რომელიც განისაზღვრება op-amp იარაღის არაიდენტურობით.

სურ. 15.1. ოპერაციული გამაძლიერებლის შიდა სტრუქტურა.

შეყვანის სტადიას მოსდევს ერთი ან მეტი შუალედური ეტაპი; ისინი უზრუნველყოფენ საჭირო ძაბვისა და დენის მომატებას.

დამატებითი გამომავალი საფეხური უნდა უზრუნველყოფდეს დაბალი op-amp გამომავალი წინაღობას და საკმარის დენს მოსალოდნელი დატვირთვებისთვის. გამომავალი ეტაპი ჩვეულებრივ არის მარტივი ან დამატებითი ემიტერის მიმდევარი.

მიკროსქემის მგრძნობელობის შესამცირებლად საერთო რეჟიმის სიგნალებზე და გაზრდის შეყვანის წინააღმდეგობას, პირველი დიფერენციალური ეტაპის ემიტერის დენი დაყენებულია სტაბილური დენის წყაროს გამოყენებით.

ოპერაციული გამაძლიერებლების ძირითადი პარამეტრები

1. K - op-amp-ის საკუთარი მოგება (უკუკავშირის გარეშე).

2. U ცვლა - გამომავალი ცვლის ძაბვა. მცირე ძაბვა, რომელიც წარმოიქმნება op-amp მკლავების ასიმეტრიის გამო ორივე შეყვანის ნულოვან ძაბვაზე. როგორც წესი, Usdv-ს აქვს 10-100 mV მნიშვნელობა.

3. I სმ - შეყვანის მიკერძოებული დენი. დენი გამაძლიერებლის შეყვანებზე, რომელიც საჭიროა საოპერაციო გამაძლიერებლის შეყვანის საფეხურის მუშაობისთვის.

4. I shift - შეყვანის ცვლის დენი (). მიკერძოებული დენის განსხვავება ჩნდება შეყვანის ტრანზისტორების არაზუსტი შესატყვისობის გამო. .

5. Rin - შეყვანის წინააღმდეგობა. როგორც წესი, რინს აქვს 1-10 მეგაომამდე მნიშვნელობა.

6. R out - გამომავალი წინააღმდეგობა. ჩვეულებრივ Rout არ აღემატება ასობით ომს.

7. Koss - საერთო რეჟიმის სიგნალის შესუსტების კოეფიციენტი. ახასიათებს ორივე შეყვანის ერთდროულად გამოყენებული სიგნალების შესუსტების უნარს.

8. მიმდინარე მოხმარება. ოპერაციული გამაძლიერებლის მიერ მოხმარებული მშვიდი დენი.

9. ენერგიის მოხმარება. სიმძლავრე გამოიყოფა op-amp-ის მიერ.

10. გამომავალი ძაბვის მაქსიმალური დარტყმის სიჩქარე (V/µs).

11. U ძალა - მიწოდების ძაბვა.

12. გარდამავალი პასუხი. სიგნალი გამაძლიერებლის გამომავალზე, როდესაც ძაბვის მატება გამოიყენება მის შესასვლელზე.

op-amp-ს აქვს სქემების გადართვის რამდენიმე ვარიანტი, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი მახასიათებლებით.

შესრულების ანალიზისა და შესრულების გამოთვლებისთვის სხვადასხვა სქემებიოპ-გამაძლიერებლის ჩართვისას უნდა გახსოვდეთ, რომ დისტანციური მართვის თვისებებიდან გამომდინარე:

1. ძაბვის სხვაობა op-amp-ის შეყვანას შორის არის ძალიან მცირე და შეიძლება მივიღოთ ნულის ტოლი.

2. ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს მაღალი შეყვანის წინაღობა, ამიტომ ის მოიხმარს ძალიან მცირე შეყვანის დენს (10 nA-მდე).

ძირითადი გადართვის სქემები ოპ-ამპერებისთვის

IN ინვერსიული გამაძლიერებელი(ნახ. 15.2.), შემავალი და გამომავალი სიგნალები ფაზურია 180º-ით. თუ U in დადებითია, მაშინ ძაბვა A წერტილში და, შესაბამისად, U d, ასევე გახდება დადებითი და U out შემცირდება, რაც გამოიწვევს ინვერსიულ შეყვანის შემცირებას U d = U out / K ≈ მნიშვნელობამდე. 0.

A წერტილს ხშირად უწოდებენ ვირტუალური დედამიწა, რადგან მისი პოტენციალი თითქმის უდრის დედამიწის პოტენციალს, ვინაიდან U d, როგორც წესი, ძალიან მცირეა

ბრინჯი. 15.2. ოპ გამაძლიერებელი ინვერსიული გამაძლიერებელი

უკუკავშირის გაზრდის გამოხატვის მისაღებად, ჩვენ გავითვალისწინებთ, რომ გამაძლიერებლის R შეყვანა ძალიან დიდია. იმიტომ რომ და , ეს .

თუ დავუშვებთ U d = 0 (რადგან K → ∞), ვიღებთ . განსახილველი წრედის უკუკავშირის მომატება უდრის

. (15.1)

გამომავალი ძაბვა შებრუნებულია, რასაც მოწმობს K os-ის უარყოფითი მნიშვნელობა.

ვინაიდან, უკუკავშირის წყალობით, A წერტილში შენარჩუნებულია დაახლოებით ნულოვანი პოტენციალი, ინვერსიული გამაძლიერებლის მიკროსქემის შეყვანის წინააღმდეგობა უდრის R 1-ს. წინააღმდეგობა R 1 უნდა შეირჩეს ისე, რომ არ დაიტვირთოს შემავალი სიგნალის წყარო და, ბუნებრივია, R os უნდა იყოს საკმარისად დიდი ისე, რომ არ გადაიტვირთოს op-amp.

არაინვერსიული გამაძლიერებელიასევე შეიძლება განხორციელდეს op-amp-ზე (ნახ. 15.3) მაღალი შეყვანის წინაღობის მქონე, რომლის ძაბვის მომატება ასევე შეიძლება დადგინდეს R 1 და R os წინააღმდეგობების გამოყენებით.

როგორც ადრე, ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ რადგან Rin → ∞.

ძაბვა გამაძლიერებლის ინვერსიულ შეყვანაზე თანაბარია, ასე რომ

.

15.3. არაინვერსიული op-amp გამაძლიერებელი

აქედან გამომდინარე, .

ვინაიდან U out = U d · K და U d =U out / K, K → ∞ და U d ≈ 0-ით, შეგვიძლია დავწეროთ, რომ . განტოლების ამოხსნით, ვიღებთ გამოსახულებას დახურული მარყუჟის მომატებისთვის K os , (15.3)

რომელიც მოქმედებს K » K ​​os პირობით.

სქემაში ძაბვის მიმდევარი op-amp-ზე(ნახ. 15.4) U out უკუკავშირი მოდის გამაძლიერებლის გამომავალიდან ინვერსიულ შეყვანამდე. იმის გამო, რომ ძაბვის სხვაობა op-amp-ის შესასვლელებში იზრდება - U d, ხედავთ, რომ გამაძლიერებლის გამოსავალზე ძაბვა არის U out = U d K.

სურ. 15.4. ძაბვის მიმდევარი op-amp-ზე

op-amp-ის გამომავალი ძაბვა არის U out = U in + U d. ვინაიდან U out = U d · K, მივიღებთ, რომ U d = U out / K. აქედან გამომდინარე, . ვინაიდან K დიდია (K → ∞), მაშინ U out / K მიდრეკილია ნულისკენ და შედეგად ვიღებთ ტოლობას U in = U out.

შეყვანის ძაბვა დაკავშირებულია მიწასთან მხოლოდ გამაძლიერებლის შეყვანის წინაღობის საშუალებით, რომელიც ძალიან მაღალია, ამიტომ რეპეტიტორი შეიძლება იყოს კარგი შესატყვისი ეტაპი.

გამაძლიერებელი დიფერენციალური შეყვანითაქვს ორი შეყვანა, ხოლო ინვერსიული და არაინვერსიული შეყვანები ერთნაირი ძაბვის ქვეშაა, ამ შემთხვევაში Uoc-ის ტოლი, რადგან ინვერსიულ და არაინვერსიულ შეყვანებს შორის ძაბვის სხვაობა ძალიან მცირეა (ჩვეულებრივ 1 მვ-ზე ნაკლები).

ბრინჯი. 15.5. გამაძლიერებელი დიფერენციალური შეყვანით

თუ U 1-ს დავაყენებთ ნულის ტოლფასი და გამოვიყენებთ შეყვანის სიგნალს U 2-ზე, მაშინ გამაძლიერებელი იმოქმედებს როგორც არაინვერსიული გამაძლიერებელი, რომელშიც შეყვანის ძაბვა ამოღებულია R 2 და R რეზისტორებით წარმოქმნილი გამყოფიდან? os. თუ ორივე ძაბვა U 1 და U 2 მიეწოდება შესაბამის შეყვანას ერთდროულად, მაშინ სიგნალი ინვერსიულ შეყვანაზე გამოიწვევს გამომავალი ძაბვის ისეთ ცვლილებას, რომ ძაბვა R 1 და R oc რეზისტორების შეერთების წერტილში U-ის ტოლი გახდება. os, სად .

იმის გამო, რომ გამაძლიერებელს აქვს ძალიან მაღალი შეყვანის წინაღობა,

ჩვენ გვაქვს .

U-სთვის მიღებული განტოლების ამოხსნით, გვაქვს:

გამონათქვამის Uoc ჩანაცვლებით, მივიღებთ:

თუ დავსვამთ R 1 = R 2 და R oc = R´ oc (სიტუაცია, რომელიც ყველაზე ხშირად ხდება), მივიღებთ . გამომავალი ძაბვის პოლარობა განისაზღვრება U 1 და U 2 ძაბვის უფრო დიდით.

ცხადია, თუ U 2 ნახ. 15.5-ში ნულის ტოლია, მაშინ გამაძლიერებელი იმოქმედებს U 1-თან მიმართებაში, როგორც ინვერსიული გამაძლიერებელი.

Op-amp მიკროსქემის შეყვანის წინაღობაშეიძლება განისაზღვროს შემდეგნაირად. ძაბვა გამოიყენება op-amp r d-ის დიფერენციალურ შეყვანის წინააღმდეგობაზე. U d. უკუკავშირის არსებობის გამო, ეს ძაბვა მცირეა.

U d = U out /K U = U 1 /(1 + K U b), (15.6)

სადაც b = R 1 /(R 1 + R 2) არის გამყოფის გადაცემის კოეფიციენტი უკუკავშირის წრეში. ამრიგად, მხოლოდ დენი, რომელიც ტოლია U 1 / r d (1 + K U b) გადის ამ წინააღმდეგობის გავლით. ამიტომ, დიფერენციალური შეყვანის წინააღმდეგობა, უკუკავშირის მოქმედების გამო, მრავლდება 1 + K U b-ზე.

ნახ. 12, მიკროსქემის შეყვანის შედეგად მიღებული წინააღმდეგობისთვის გვაქვს:

R in = r d (1 + K U b)||r in

ეს მნიშვნელობა, თუნდაც ოპერაციული გამაძლიერებლებისთვის, რომლებსაც აქვთ ბიპოლარული ტრანზისტორები შეყვანებზე, აღემატება 10 9 Ohms-ს. თუმცა, უნდა გვახსოვდეს, რომ ჩვენ ვსაუბრობთ ექსკლუზიურად დიფერენციალური მნიშვნელობა; ეს ნიშნავს, რომ შეყვანის დენის ცვლილებები მცირეა, ხოლო შეყვანის დენის საშუალო მნიშვნელობამ შეიძლება მიიღოს შეუდარებლად დიდი მნიშვნელობები.

ბრინჯი. 15.6. არაინვერსიული გამაძლიერებლის წრე op-amp-ის საკუთარი წინააღმდეგობების გათვალისწინებით.

Op-amp გამომავალი წინაღობასაოპერაციო გამაძლიერებელი, რომელიც არ არის დაფარული უკუკავშირით, მოცემულია:

(15.7)

დატვირთვის შეერთებისას ხდება მიკროსქემის გამომავალი ძაბვის უმნიშვნელო ვარდნა, რაც გამოწვეულია ძაბვის ვარდნით მარშრუტზე, რომელიც გადაეცემა გამაძლიერებლის შეყვანას ძაბვის გამყოფის R 1, R 2 მეშვეობით. დიფერენციალური ძაბვის შედეგად მიღებული მატება ანაზღაურებს გამომავალი ძაბვის ცვლილებას.

ზოგადად, გამომავალი წინააღმდეგობა შეიძლება ჰქონდეს საკმაოდ მაღალი მნიშვნელობა (ზოგიერთ შემთხვევაში 100-დან 1000 Ohms-მდე. OS მიკროსქემის დაკავშირება საშუალებას გაძლევთ შეამციროთ გამომავალი წინააღმდეგობა.

უკუკავშირით დაფარული გამაძლიერებლისთვის, ეს ფორმულა იღებს ფორმას:

(15.8)

ამ შემთხვევაში, U d-ის მნიშვნელობა არ რჩება მუდმივი, მაგრამ იცვლება ოდენობით

dU d = - dU n = -bdU out

ხაზოვანი გადაცემის მახასიათებლის მქონე გამაძლიერებლისთვის გამომავალი ძაბვის ცვლილება არის

dU out = K U dU d - r out dI out

უკუკავშირის ძაბვის გამყოფში დენის განშტოების სიდიდე ამ შემთხვევაში შეიძლება უგულებელყოფილი იყოს. dU d მნიშვნელობის ბოლო გამოსახულებაში ჩანაცვლებით, ჩვენ ვიღებთ სასურველ შედეგს:

(15.9)

თუ, მაგალითად, b = 0.1, რომელიც შეესაბამება შეყვანის სიგნალის 10-ჯერ გაძლიერებას, და K U = 10 5, მაშინ გამაძლიერებლის გამომავალი წინაღობა შემცირდება 1 kOhm-დან 0.1 Ohm-მდე. ზემოაღნიშნული ზოგადად მართალია გამაძლიერებლის გამტარუნარიანობის ფარგლებში f p, Hz. უფრო მაღალ სიხშირეებზე, გამომავალი წინაღობა უკუკავშირის ოპერაციული გამაძლიერებლის გაიზრდება, რადგან მნიშვნელობა |K U | სიხშირის მატებასთან ერთად ის შემცირდება 20 დბ სიჩქარით ათწლეულში (იხ. ნახ. 3). ამ შემთხვევაში ის იძენს ინდუქციურ ხასიათს და f t-ზე მაღლა სიხშირეზე ხდება გამაძლიერებლის გამომავალი წინაღობის მნიშვნელობის ტოლი უკუკავშირის გარეშე.

op-amp-ის დინამიური პარამეტრები, op-amp-ის მუშაობის დამახასიათებელი შეიძლება დაიყოს პარამეტრებად მცირე და დიდი სიგნალებისთვის. დინამიური პარამეტრების პირველ ჯგუფში შედის სიჩქარის f p, ერთიანობის მომატების სიხშირე f t და დამკვიდრების დრო t y. ამ პარამეტრებს უწოდებენ მცირე სიგნალს, რადგან ისინი იზომება op-amp ეტაპების მუშაობის ხაზოვანი რეჟიმში (DU out< 1В).

მეორე ჯგუფში შედის გამომავალი ძაბვის აწევის სიჩქარე r და სიმძლავრის გამტარუნარიანობა f p. ეს პარამეტრები იზომება დიდი დიფერენციალური op-amp შეყვანის სიგნალით (50 mV-ზე მეტი). ზოგიერთი პარამეტრი განხილულია ზემოთ. დამყარების დრო ითვლება იმ მომენტიდან, როდესაც შეყვანის ძაბვის საფეხური გამოიყენება op-amp-ის შესავალზე იმ მომენტამდე, როდესაც თანასწორობა |U out.set - U out(t) | = d, სადაც Uout.set არის გამომავალი ძაბვის სტაბილური მნიშვნელობა, d არის დასაშვები შეცდომა.

ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონი ან გამტარობა op-amp განისაზღვრება ამპლიტუდა-სიხშირის მახასიათებლის ტიპით, რომელიც აღებულია დაუმახინჯებელი გამომავალი სიგნალის მაქსიმალურ შესაძლო ამპლიტუდაზე. პირველ რიგში, დაბალ სიხშირეებზე, ჰარმონიული რხევის გენერატორის სიგნალის ამპლიტუდა დაყენებულია ისე, რომ გამომავალი სიგნალის ამპლიტუდა U out.max ოდნავ არ აღწევს გამაძლიერებლის გაჯერების ზღვრებს. შემდეგ შეყვანის სიგნალის სიხშირე იზრდება. სიმძლავრის გამტარუნარიანობა f p შეესაბამება U out.max მნიშვნელობას, რომელიც უდრის საწყისი მნიშვნელობის 0,707-ს. სიმძლავრის გამტარი ზოლის სიდიდე მცირდება კორექტირების კონდენსატორის ტევადობის მატებასთან ერთად.

ოპერაციული პარამეტრებიოპ-გამაძლიერებელი განსაზღვრავს მისი შეყვანისა და გამომავალი სქემების დასაშვებ ოპერაციულ რეჟიმებს და მოთხოვნებს ელექტროენერგიის მიწოდებაზე, აგრეთვე გამაძლიერებლის ტემპერატურის დიაპაზონს. ოპერაციულ პარამეტრებზე შეზღუდვები განისაზღვრება ავარიის ძაბვისა და დასაშვები დენების სასრული მნიშვნელობებით op-amp ტრანზისტორების მეშვეობით. ძირითადი საოპერაციო პარამეტრები მოიცავს: მიწოდების ძაბვის ნომინალურ მნიშვნელობას U p; მიწოდების ძაბვის დასაშვები დიაპაზონი; წყარო I ჭურჭლიდან მოხმარებული დენი; მაქსიმალური გამომავალი დენი I გამომავალი მაქს; მაქსიმალური გამომავალი ძაბვის მნიშვნელობები ნომინალური ელექტრომომარაგების დროს; საერთო რეჟიმის და დიფერენციალური შეყვანის ძაბვების მაქსიმალური დასაშვები მნიშვნელობები

ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხიოპერაციული გამაძლიერებელი არის მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელზედაც დამოკიდებულია რეალური სქემების სტაბილურობა ასეთი გამაძლიერებლით. უმეტეს საოპერაციო გამაძლიერებლებში, ცალკეული საფეხურები ერთმანეთთან დაკავშირებულია DC გალვანური შეერთების საშუალებით, ამიტომ ამ გამაძლიერებლებს არ აქვთ ამოწურვა დაბალი სიხშირის რეგიონში და აუცილებელია გაზრდის სიხშირით გააქტიურების ანალიზი.

სურ.15.7 . ოპერაციული გამაძლიერებლის სიხშირის პასუხი

ნახ.15.7-ში. აჩვენებს ტიპიური op-amp სიხშირის პასუხს.

ბრინჯი. 15.8. გამარტივებული ეკვივალენტური op-amp წრე

სიხშირის მატებასთან ერთად, ტევადობა მცირდება, რაც იწვევს დროის მუდმივის τ = R n* C შემცირებას. ცხადია, უნდა არსებობდეს სიხშირე, რომლის ზემოთ ძაბვა გამომავალში U out იქნება KU d-ზე ნაკლები.

K მომატების გამოხატვა ნებისმიერ სიხშირეზე:

როგორც ჩანს , სადაც K არის მომატება უკუკავშირის გარეშე დაბალ სიხშირეებზე; ვ - მუშაობის სიხშირე; f 1 - გამორთვის სიხშირე ან სიხშირე 3 დბ-ზე, ე.ი. სიხშირე, რომლის დროსაც K(f) არის K-ზე 3 დბ-ით დაბალი, ანუ 0,707 ა-ის ტოლი.

თუ, როგორც ეს ჩვეულებრივ ხდება, Rn » Rout, მაშინ .

ჩვეულებრივ, ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხი მოცემულია ზოგადი ფორმით. Როგორ:

. (15.10)

სადაც f არის სიხშირე, რომელიც გვაინტერესებს, ხოლო f 1 არის ფიქსირებული სიხშირე, რომელსაც ე.წ შეწყვეტის სიხშირედა არის კონკრეტული გამაძლიერებლის მახასიათებელი. სიხშირის მატებასთან ერთად, ძაბვის მომატება მცირდება. გარდა ამისა, θ-ის გამოთქმიდან ირკვევა, რომ როდესაც სიხშირე იცვლება, გამომავალი სიგნალის ფაზა იცვლება შეყვანის ფაზასთან შედარებით; - გამომავალი სიგნალი შეყვანის ფაზაში ჩამორჩება.

უარყოფითი გამოხმაურების დამატება, როგორიცაა ინვერსიული ან არაინვერსიული გამაძლიერებლები, ზრდის op-amp-ის ეფექტურ გამტარობას.

ამის სანახავად, განიხილეთ გამაძლიერებლის ღია მარყუჟის მომატების გამოხატულება 6 დბ/ოქტავაზე (ორჯერ მეტი სიხშირით):

, სადაც K(f) არის ღია მარყუჟის მომატება f სიხშირეზე; A არის მომატება უკუკავშირის გარეშე დაბალ სიხშირეებზე; f 1 - დაწყვილების სიხშირე. ამ ურთიერთობის ჩანაცვლება გამოთქმაში მოგებაზე უკუკავშირის თანდასწრებით , ვიღებთ

. (15.11)

ეს გამოთქმა შეიძლება გადაიწეროს როგორც , სადაც f 1 oc = f 1 (1 + Aβ); K 1 - მომატება დახურული უკუკავშირით დაბალ სიხშირეებზე; f 1oc - გამორთვის სიხშირე უკუკავშირის არსებობისას.

გამოხმაურების გამორთვის სიხშირე უკუკავშირის გარეშე გამრავლებული (1 + Kβ) > 1-ზე უდრის ათვლის სიხშირეს, ამიტომ ეფექტური გამტარობა რეალურად იზრდება უკუკავშირის გამოყენებისას. ეს ფენომენი ნაჩვენებია ნახაზზე 8, სადაც f 1oc > f 1 გამაძლიერებლისთვის 40 დბ გამაძლიერებლისთვის.

თუ გამაძლიერებლის ჩამორთმევის სიჩქარეა 6 დბ/ოქტავა, მომატებისა და გამტარუნარიანობის ნამრავლი მუდმივია: Kf 1 = const. ამის სანახავად, მოდით გავამრავლოთ იდეალური მომატება დაბალ სიხშირეებზე იმავე გამაძლიერებლის ზედა ათვლის სიხშირეზე უკუკავშირის არსებობისას.

შემდეგ ჩვენ ვიღებთ მოგების და გამტარუნარიანობის პროდუქტს:

, სადაც K არის ღია მარყუჟის მომატება დაბალ სიხშირეებზე.

მაშინ, როდესაც ადრე ნაჩვენები იყო, რომ უკუკავშირის გამოყენებით გამტარუნარიანობის გასაზრდელად, მოგება უნდა შემცირდეს, ახლა მიღებული ურთიერთობა შესაძლებელს ხდის იმის გარკვევას, თუ რამდენი მოგება უნდა შეიწიროს სასურველი გამტარობის მისაღებად.

ოპერაციული გამაძლიერებლის ეკვივალენტური წრესაშუალებას გაძლევთ გაითვალისწინოთ გამაძლიერებლის ნაკლოვანებების გავლენა მიკროსქემის მახასიათებლებზე. ამისათვის მოსახერხებელია წარმოვიდგინოთ გამაძლიერებელი, როგორც სრული ეკვივალენტური წრე, რომელიც შეიცავს არაიდეალურობის მნიშვნელოვან ელემენტებს. სრული op-amp ექვივალენტური წრე მცირე ნელი სიგნალის ცვლილებებისთვის ნაჩვენებია ნახ. 15.9.

ბრინჯი. 15.9.. ოპერაციული გამაძლიერებლის ეკვივალენტური წრე მცირე სიგნალებისთვის

ოპერაციული გამაძლიერებლებისთვის, რომლებსაც აქვთ ბიპოლარული ტრანზისტორები შესასვლელში, დიფერენციალური სიგნალის r d შეყვანის წინააღმდეგობა არის რამდენიმე მეგაოჰმი, ხოლო საერთო რეჟიმის სიგნალისთვის r შეყვანის წინააღმდეგობა რამდენიმე გიგა ომს შეადგენს. ამ წინააღმდეგობებით განსაზღვრული შეყვანის დენები რამდენიმე ნანოამპერის რიგისაა. პირდაპირი დენები, რომლებიც მიედინება ოპერაციული გამაძლიერებლის შეყვანებში და განისაზღვრება დიფერენციალური სტადიის ტრანზისტორების მიკერძოებით, აქვთ მნიშვნელოვნად უფრო დიდი მნიშვნელობები. უნივერსალური ოპ-ამპერებისთვის, შეყვანის დენები მერყეობს 10 nA-დან 2 μA-მდე, ხოლო გამაძლიერებლებისთვის საველე ეფექტის მქონე ტრანზისტორი შეყვანის საფეხურებით, ისინი შეადგენს ნანოამპერების ფრაქციებს.

ოპერაციული გამაძლიერებლის პარამეტრები

ვინაიდან op-amp არის უნივერსალური მოწყობილობა, მრავალი პარამეტრი გამოიყენება მისი თვისებების აღსაწერად.

1. მომატება K უდრის გამომავალი ძაბვის შეფარდებას დიფერენციალურ შეყვანის სიგნალთან, რამაც გამოიწვია ეს ზრდა უკუკავშირის არარსებობის შემთხვევაში (არის 10 3-10 7) და განისაზღვრება, როდესაც უსაქმურიგასასვლელში. TO = U out / U in.d.

2. ნულოვანი ოფსეტური ძაბვა U სმ გვიჩვენებს, თუ რა ძაბვა უნდა იყოს გამოყენებული op-amp-ის შესავალზე, რათა მივიღოთ U out = 0 გამოსავალზე (არის 0,5-0,15 mV). ეს არის შეყვანის ტრანზისტორების ემიტერ-ბაზის ძაბვების არაზუსტი შეხამების შედეგი.

3. შეყვანის დენი Iin განისაზღვრება ბიპოლარული ტრანზისტორების შეყვანის დიფერენციალური ეტაპის ნორმალური მუშაობის რეჟიმით. ეს არის დისტანციური მართვის შეყვანის ტრანზისტორის საბაზისო დენი. თუ საველე ეფექტის ტრანზისტორები გამოიყენება დიფერენციალურ ეტაპზე, მაშინ ეს არის გაჟონვის დენები.

როდესაც სიგნალის წყაროებს სხვადასხვა შიდა წინააღმდეგობებით აკავშირებთ op-amp შეყვანებთან, ძაბვის სხვადასხვა ვარდნა იქმნება ამ წინააღმდეგობებზე მიკერძოებული დენებით. შედეგად მიღებული დიფერენციალური სიგნალი ცვლის შეყვანის ძაბვას. მის შესამცირებლად, სიგნალის წყაროების წინააღმდეგობები უნდა იყოს იგივე.

4. DI-ში შეყვანის დენების სხვაობა უდრის op-amp-ის შეყვანებში გამავალი დენების სიდიდეების სხვაობას, გამომავალი ძაბვის მოცემულ მნიშვნელობაზე, არის 0,1-200 nA.

5. შეყვანის წინაღობა R bx (წინააღმდეგობა შეყვანის ქინძისთავებს შორის) უდრის შეყვანის ძაბვის ზრდის შეფარდებას შეყვანის დენის მატებასთან მოცემულ სიგნალის სიხშირეზე. R bx განისაზღვრება დაბალი სიხშირის რეგიონისთვის. გამოყენებული სიგნალის ბუნებიდან გამომდინარე, შეყვანის წინაღობა შეიძლება იყოს დიფერენციალური (დიფერენციალური სიგნალისთვის) ან საერთო რეჟიმი (საერთო რეჟიმის სიგნალისთვის).

დიფერენციალური შეყვანის წინააღმდეგობა არის შეყვანის მთლიანი წინააღმდეგობა ნებისმიერი შეყვანისგან, როდესაც სხვა შეყვანა დაკავშირებულია საერთო ტერმინალთან, შეადგენს ათობით kOhms - ასობით MOhms. ასეთი დიდი R bx მიიღება შეყვანის დისტანციური მართვის და სტაბილური მუდმივი ძაბვის წყაროს გამო. საერთო რეჟიმის შეყვანის წინააღმდეგობა არის წინააღმდეგობა მოკლე შეყვანის ქინძისთავებსა და მიწას შორის. იგი ხასიათდება საშუალო შეყვანის დენის ცვლილებით, როდესაც საერთო რეჟიმის სიგნალი გამოიყენება შეყვანებზე და არის რამდენიმე რიგით მაღალი, ვიდრე Rin დიფერენციალი.

6. საერთო რეჟიმის სიგნალის შესუსტების კოეფიციენტი K osl sf განისაზღვრება, როგორც ორივე შეყვანისთვის მიწოდებული საერთო რეჟიმის სიგნალის ძაბვის თანაფარდობა დიფერენციალურ შეყვანის ძაბვასთან, რაც იწვევს გამომავალი ძაბვის იგივე მნიშვნელობას. შესუსტების კოეფიციენტი გვიჩვენებს, რამდენჯერ აღემატება დიფერენციალური სიგნალის მომატებას საერთო რეჟიმის შეყვანის სიგნალის მომატებას და არის 60-120 დბ:

. (15.16)

საერთო რეჟიმის სიგნალის უარყოფის კოეფიციენტის მატებასთან ერთად, დიფერენციალური შეყვანის სიგნალი შეიძლება უფრო ზუსტად გამოირჩეოდეს საერთო რეჟიმის ჩარევის ფონიდან და გაუმჯობესდეს op-amp-ის ხარისხი. გაზომვები ხორციელდება დაბალი სიხშირის დიაპაზონში.

7. გამომავალი წინააღმდეგობა Rout განისაზღვრება გამომავალი ძაბვის ზრდის შეფარდებით გამომავალი დენის აქტიური კომპონენტის ზრდასთან სიგნალის სიხშირის მოცემულ მნიშვნელობაზე და არის ერთეულიდან ასობით ომამდე.

8. მიკერძოებული ძაბვის ტემპერატურული დრიფტი უდრის მიკერძოების ძაბვის მაქსიმალური ცვლილების თანაფარდობას მის გამომწვევ ტემპერატურულ ცვლილებასთან და შეფასებულია μV/გრადუსში. .

მიკერძოებული ძაბვის და შეყვანის დენების ტემპერატურის დრეიფები იწვევს თერმულ შეცდომებს op-amp მოწყობილობებში.

9. ელექტრომომარაგების არასტაბილურობის გავლენის კოეფიციენტი გამომავალ ძაბვაზე გვიჩვენებს გამომავალი ძაბვის ცვლილებას, როდესაც მიწოდების ძაბვა იცვლება 1 ვ-ით და ფასდება μV/V-ში.

10. მაქსიმალური გამომავალი ძაბვა U out max განისაზღვრება op-amp გამომავალი ძაბვის ზღვრული მნიშვნელობით მოცემულ დატვირთვის წინააღმდეგობაზე და შეყვანის სიგნალის ძაბვაზე, რაც უზრუნველყოფს op-amp-ის სტაბილურ მუშაობას და დამახინჯებას, რომელიც არ აღემატება მითითებულ მნიშვნელობას. გამოდით მაქსიმუმ 1-5 ვ-ით მიწოდების ძაბვის ქვემოთ.

11. მაქსიმალური გამომავალი დენი Iout max შემოიფარგლება op-amp გამომავალი ეტაპის დასაშვები კოლექტორის დენით.

12. ენერგიის მოხმარება - სიმძლავრე გამოიყოფა ოპ-ამპერით, როდესაც დატვირთვა გამორთულია.

13. ერთიანობის მომატების სიხშირე f 1 არის შემავალი სიგნალის სიხშირე, რომლის დროსაც op-amp მომატება არის 1: |K(f 1)| = ლ. ინტეგრირებული ოპ-ამპერებისთვის, ერთიანობის მომატების სიხშირე აქვს 1000 MHz ზღვრული მნიშვნელობა. გამომავალი ძაბვა ამ სიხშირეზე დაახლოებით 30-ჯერ დაბალია, ვიდრე პირდაპირი დენის.

14. ათვლის სიხშირე f c op-amp - სიხშირე, რომლის დროსაც მომატება მცირდება ფაქტორით. ის აფასებს op-amp გამტარობას და არის ათობით MHz.

15. გამომავალი ძაბვის აწევის მაქსიმალური სიჩქარე V max განისაზღვრება op-amp-ის გამომავალი ძაბვის ცვლილების ყველაზე მაღალი სიჩქარით, როდესაც გამოიყენება მართკუთხა პულსი შემავალი ძაბვის მაქსიმალური მნიშვნელობის ტოლი ამპლიტუდით. შეყვანა და დევს 0.1-100 V/μs დიაპაზონში. მაქსიმალური შეყვანის ძაბვის ზემოქმედებისას, op-amp-ის გამომავალი ეტაპი ხვდება გაჯერების რეგიონში ორივე პოლარობაში. ეს პარამეტრი მითითებულია ფართოზოლოვანი და იმპულსური op-amp-ზე დაფუძნებული მოწყობილობებისთვის და იწვევს გამომავალი სიგნალის კიდეების არსებობას სასრული ხანგრძლივობის მნიშვნელობებით. V max ახასიათებს op-amp-ის მუშაობას დიდი სიგნალის რეჟიმში.

16. გამომავალი ძაბვის t yc t დაწესების დრო (გარდამავალი პროცესის დაშლის დრო) არის გამაძლიერებლის გამომავალი გაჯერების მდგომარეობიდან ხაზოვან რეჟიმში დასაბრუნებლად საჭირო დრო.

დალაგების დრო არის დრო, რომლის დროსაც, შეყვანის ძაბვის ნახტომის შემდეგ, გამომავალი ძაბვა განსხვავდება მდგრადი მდგომარეობის მნიშვნელობიდან დასაშვები ფარდობითი შეცდომის dU out რაოდენობით. დამყარების დროს, op-amp-ის გამომავალი ძაბვა, როდესაც ექვემდებარება მართკუთხა შეყვანის ძაბვას, იცვლება 0.1 დონიდან სტაბილური მდგომარეობის მნიშვნელობის 0.9 დონემდე.

17. შემავალზე მითითებული ხმაურის ძაბვა განისაზღვრება გამაძლიერებლის გამომავალზე ეფექტური ძაბვის მნიშვნელობით ნულოვანი შეყვანის სიგნალზე და ნულოვანი სიგნალის წყაროს წინააღმდეგობა გაყოფილი ოპ-ამპ გაძლიერებაზე. ხმაურის სპექტრული სიმკვრივე შეფასებულია, როგორც შემცირებული ხმაურის ძაბვის კვადრატის კვადრატული ფესვი გაყოფილი სიხშირის დიაპაზონზე, რომელზეც ხმაურის ძაბვა იზომება. ამ პარამეტრის ზომა. op-amp სპეციფიკაციაში, ხმაურის ფიგურა (dB) ზოგჯერ მითითებულია, რომელიც განისაზღვრება, როგორც გამაძლიერებლის შემცირებული ხმაურის სიმძლავრის თანაფარდობა Rg შიდა წინააღმდეგობის მქონე წყაროდან აქტიური წინააღმდეგობის ხმაურის ძალასთან.

, (15.17)

, (15.18)

სადაც U sh - შემცირებული ხმაურის ძაბვა R g =0-ზე;

4kTR g - რეზისტორის თერმული ხმაურის სპექტრული სიმკვრივე.

მოთხოვნები op-amp-ის პარამეტრებზე დამოკიდებულია მის მიერ შესრულებულ ფუნქციებზე. ყველა პრაქტიკულ შემთხვევაში სასურველია შესრულებული ოპერაციების ცდომილების შემცირება, საიმედოობისა და სიჩქარის გაზრდა. ყველა პარამეტრის ერთდროული გაუმჯობესება აყენებს ურთიერთსაწინააღმდეგო მოთხოვნებს მიკროსქემისა და მისი წარმოებისთვის. ეს ყველაფერი აიხსნება ოპ ამპერატორების მრავალფეროვნებით, რომლებშიც მხოლოდ კონკრეტული პარამეტრების ოპტიმიზაცია ხდება სხვების ხარჯზე.

ამრიგად, საზომი მოწყობილობა იყენებს ზუსტი ოპ-ამპერატორებს, რომლებსაც აქვთ მაღალი მომატება, მაღალი შეყვანის წინაღობა, დაბალი ნულოვანი ოფსეტური ძაბვა და დაბალი ხმაური. და მაღალსიჩქარიანი op-amps უნდა ჰქონდეს მაღალი სიჩქარეგამომავალი ძაბვის მატება, დიდი გამტარობა და გამომავალი ძაბვის ხანმოკლე დარეგულირების დრო. ასეთმა ოპ-გამაძლიერებლებმა იპოვეს გამოყენება იმპულსური და ფართოზოლოვანი გამაძლიერებლების მოწყობილობებში და ანალოგურ-ციფრულ გადამყვან მოწყობილობებში.

შედარების შესაქმნელად, რომლებიც ემსახურებიან ორი ძაბვის მყისიერი მნიშვნელობების შედარებას, გამოიყენება გადართვის რეჟიმში მოქმედი მაღალსიჩქარიანი ოპ-ამპერები.

5.4.1. ზოგადი ინფორმაცია ოპერაციული გამაძლიერებლების შესახებ

კლასიკურ ელექტრონიკაში ოპერაციულ გამაძლიერებელს ჩვეულებრივ უწოდებენ ხაზოვან გადამყვანს, რომლის დახმარებით შეგიძლიათ შეასრულოთ სხვადასხვა მათემატიკური ოპერაციები - შეჯამება, გამოკლება, ინტეგრაცია, დიფერენციაცია და ა.შ. რომლის საფუძველზეც, უკუკავშირის შემოღებით, შეგიძლიათ განახორციელოთ მათემატიკური ოპერაციები. ინტეგრირებული ოპ-ამპერები შექმნილია არა მხოლოდ მათემატიკური ოპერაციების შესასრულებლად, არამედ სიგნალის გარდაქმნის (გაძლიერება, დამუშავება, სიგნალის გენერირება) განსახორციელებლად.

პირობითი გრაფიკული გამოსახულებადა op-amp-ის ფუნქციური აღნიშვნა ნაჩვენებია ნახ. 5.5.

თანამედროვე ოპ-ამპერები აგებულია პირდაპირი გამაძლიერებელი მიკროსქემის მიხედვით, დიფერენციალური შეყვანებით ტოლი ელექტრული პარამეტრებით (შებრუნებული შეყვანა „○“ ან „−“ და არაინვერსიული შეყვანა - აღნიშვნის გარეშე ან „+“) და ბიპოლარული ბიპოლარული (ინ. სიგნალის ამპლიტუდის პირობები) გამომავალი. op-amp-ის ძირითადი ელემენტია შეყვანის საფეხური, აგებული დიფერენციალური გამაძლიერებლის (DA) მიკროსქემის მიხედვით, რომლის დანიშნულებაა მის შეყვანებს შორის დაფიქსირებული სიგნალის სხვაობის გაძლიერება (ნახ. 5.6a). დისტანციური მართვის პულტს აქვს ორი ტრანზისტორი VT1 და VT2 კოლექტორის დატვირთვის რეზისტორებით R K. ამ ტრანზისტორების ემიტერის დენები იქმნება სტაბილური დენის გენერატორის (GCT) I 0 გამოყენებით, რომელიც დამზადებულია VT3 და VT4 ტრანზისტორებზე. თუ VT1 და VT2 ტრანზისტორების პარამეტრები იდენტურია, კოლექტორის რეზისტორები თანაბარია და პირობაა, რომ შემავალი სიგნალები U − = U + = 0, სხვაობა დისტანციური მართვის გამომავალ სიგნალებს შორის იქნება ნულის ტოლი, რადგან იდეალური დისტანციური მართვისთვის ემიტერის დენი I 0 იყოფა ნახევრად VT1 და VT2 ტრანზისტორებს შორის.

დიფერენციალური გამაძლიერებლების თეორიიდან ცნობილია, რომ ბალანსის რეჟიმში თითოეული გამომავალი პოტენციალს აქვს საერთო რეჟიმის ძაბვის დონე მიწასთან მიმართებაში: .

ბალანსის რეჟიმი შეესაბამება დიაგრამას (ნახ. 5.6, ბ) დროის მომენტამდე t1. მომენტში გამოჩენისას t1სიგნალი U −ტრანზისტორი VT1 იღებს მეტ მიკერძოებულ დენს და მის კოლექტორის დენს მე K 1იზრდება და ტრანზისტორი VT2 დენი მცირდება, ვინაიდან

I K 1 + I K 2 = I 0. ამრიგად, U − შეყვანის ძაბვის მატებასთან ერთად, გამომავალი ძაბვა პირველი ტრანზისტორის გამომავალზე მცირდება. (სიგნალის მატება ინვერსიულია ფაზაში). დისტანციური მართვის სხვა გამოსავალზე არის ძაბვა გაიზრდება (სიგნალის ზრდა არ არის შებრუნებული ფაზა). სრული დიფერენციალური გამომავალი სიგნალი დისტანციური მართვის გამოსავალს შორის განისაზღვრება მიმართებით:

გამომავალი სიგნალების ცვლილება ჩერდება, როდესაც მთელი დენი I 0 იწყებს გადინებას ტრანზისტორი VT1-ში. t2 დროს, ტრანზისტორი VT2 გადადის ათვლის რეჟიმში. ვინაიდან დისტანციური მართვის შეყვანის წინააღმდეგობა უკუპროპორციულია მისი მოქმედი დენის მნიშვნელობასთან I0, ეს დენი ჩვეულებრივ დგინდება მცირე (ათობით მიკროამპერი), რაც თავის მხრივ განსაზღვრავს დისტანციური მართვის დაბალ მომატებას:

სად არის ბიპოლარული ტრანზისტორის გამტარობა. ამიტომ, ინტეგრირებული ოპერაციული გამაძლიერებლები იყენებენ შემდგომ გამაძლიერებელ ეტაპებს მაღალი ძაბვის მომატების მისაღწევად. ზოგადად, op-amp-ის ძაბვის მომატება უდრის მისი ყველა საფეხურის მომატების ფაქტორების ნამრავლს: .

შეყვანის ძაბვის აბსოლუტური მნიშვნელობები U −, U +და U OUTშემოიფარგლება op-amp მიწოდების ძაბვით +U ორმოდა -U ორმო− (≤ ± 15 ვ). op-amp-ის გადაცემის მახასიათებლის ტიპიური თვისება არის ის, რომ ის მგრძნობიარეა შეყვანის ძაბვების სხვაობის მიმართ და არ არის დამოკიდებული მათ აბსოლუტურ მნიშვნელობებზე. ამ თვისებიდან გამომდინარეობს ორი ცნების დანერგვა: საერთო რეჟიმის შეყვანის ძაბვა U SINFსაერთო ძაბვის კომპონენტისთვის, როგორც მათ შესასვლელში, რომელიც უნდა დათრგუნოს გამაძლიერებლის მიერ, ასევე დიფერენციალური შეყვანის ძაბვისთვის U D, რაზეც გამაძლიერებელი პასუხობს:

, ,

სად K = 1/2 ან 0.

op-amp პარამეტრების განსაზღვრის გასამარტივებლად, ჩვეულებრივ ვარაუდობენ TO= 0, მაშინ U SINF =U + .

ინტეგრირებული ოპერაციული გამაძლიერებლები, როგორც წესი, შედგება დიფერენციალური შეყვანის საფეხურისგან, გაზრდის ეტაპებისგან, საფეხურისგან, რომელიც გარდაქმნის დიფერენციალური გამაძლიერებლის ორფაზიან გამომავალს ერთფაზად და დონის ცვლის საფეხურს. გამაძლიერებლის გამომავალზე გამოიყენება ემიტერის მიმდევარი დამატებით ტრანზისტორებზე, რომელიც უზრუნველყოფს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი პოლარობის სიგნალების გადაცემას. თანამედროვე op-amps-ებში K 0აღწევს 1*10 5 ან მეტი რიგის მნიშვნელობას.

ოპერაციულ გამაძლიერებლებზე დაფუძნებული მიკროსქემის დიზაინის განხილვისა და ანალიზისა და ძირითადი ურთიერთობების გამოყვანისას, კონცეფცია ხშირად გამოიყენება იდეალური ოპერაციული გამაძლიერებელი.იდეალურ op-amp-ში ითვლება, რომ:

· ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს უსასრულოდ დიდი შემავალი და ნულოვანი გამომავალი წინააღმდეგობა;

· op-amp შეყვანები სიმეტრიულია და არ მოიხმარს დენს;

· op-amp-ის შეყვანებს შორის ძაბვა არის ნული;

· op-amp-ის ძაბვის მომატება მიისწრაფვის უსასრულობისკენ, ხოლო გამომავალი ძაბვა ნულის ტოლია შეყვანის სიგნალების არარსებობის შემთხვევაში.

5.4.2. ოპერაციული გამაძლიერებლის ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხი

op-amp-ის ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხი (AFC) არის ძაბვის მომატების დამოკიდებულება სიხშირეზე. ნებისმიერი მრავალარხიანი გამაძლიერებელი მაღალ სიხშირეებზე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ეკვივალენტური სქემით (ნახ. 5.7), რომელშიც სიგნალის გენერატორი K 0 U VX დატვირთულია ინტეგრირებულ RC ჯაჭვებზე, რომელთა რაოდენობა უდრის რაოდენობას. op-amp ეტაპები (R და C არის, შესაბამისად, საკუთარი გადაცემის გამტარობა და დატვირთვის ტევადობის კასკადი).

ერთი RC ჯაჭვის ძაბვის გადაცემის კოეფიციენტი:

სად - წრიული გამორთვის სიხშირე.

შესაბამისად, ათვლის სიხშირე არის . RC ჯაჭვის სიხშირეზე რეაგირების მოდული განისაზღვრება მიმართებით:

სიხშირის პასუხის ტიპი ორსაფეხურიანი ოპ-გამაძლიერებლისთვის ექვივალენტური მიკროსქემის შესაბამისად ნაჩვენებია ნახ. 5.8 (მრუდი 1), სადაც სიხშირე და მომატება გამოსახულია ლოგარითმული მასშტაბით. მომატება იზომება დეციბელებში (1 dB = 20 lg K). სიხშირის ათჯერ (ათწლეულის განმავლობაში) შეცვლით, ჩვენ ვიღებთ მომატების შემცირებას იმავე ათჯერ (მომატების ვარდნა 20 დბ). როგორც ნახატიდან ჩანს, დაბალ სიხშირეებზე TOასიმპტომურად უახლოვდება ღია მარყუჟის მომატების მნიშვნელობას K 0. როდესაც სიხშირე იზრდება ათვლის სიხშირის მიღმა f cp1, რომელზედაც TOმცირდება ღირებულებამდე 0.707 K 0 (3 dB-ით), მაღალი სიხშირის ჩამორთმევის სიჩქარე ერთგვაროვანია და შეადგენს 20 dB/dec. მრავალსაფეხურიან გამაძლიერებელში, თითოეულ საფეხურს აქვს საკუთარი გადაცემის გამტარობა და დატვირთვის ტევადობა, შესაბამისად სიხშირეზე f cp2მეორე ეტაპისთვის, მაღალი სიხშირის ჩამორთმევის სიჩქარე იქნება 40 დბ/დეკ. თანამედროვე ოპერაციულ გამაძლიერებლებს აქვთ კორექტირებული სიხშირის პასუხი, რომელსაც ოპ-ამპერტისთვის უკუკავშირის გარეშე აქვს მრუდი 2. სიხშირის მატებასთან ერთად, მომატება იკლებს და გრაფიკი კვეთს ნულოვანი დეციბელის ხაზს სიხშირით. ერთიანობის მოგება f t. ეს სიხშირე განსაზღვრავს op-amp-ის აქტიურ სიხშირის დიაპაზონს, რომელშიც არის მომატება K≥ 1. შეყვანის სიგნალის სიხშირისა და ღია მარყუჟის მომატების პროდუქტი TOერთიანობის მომატების ზოლის ტოლი f t = K f VX. მოცემული სიხშირის დიაპაზონში ამპლიტუდა-ფაზის დამახინჯების აღმოსაფხვრელად აუცილებელია ამ ზოლში ამპლიტუდის მახასიათებლების ერთგვაროვნების უზრუნველყოფა. ეს მიიღწევა op-amp-ში უარყოფითი გამოხმაურების (NFB) შემოღებით. როგორც OOS სიღრმე იზრდება (op-amp მომატება მცირდება), ერთიანი ამპლიტუდის მახასიათებლის სიხშირის დიაპაზონი ფართოვდება (მრუდი 3). სიხშირის დიაპაზონი ნულიდან ზედა ზღვრულ სიხშირემდე ვ ბეწოდება მცირე სიგნალის გამტარი ზოლი, რომელიც დაკავშირებულია op-amp-ის ერთიანობის მომატების ზოლთან უკუკავშირის თანაფარდობით. f b = f t K OS, სად TO OS- უკუკავშირის მიღება.

5.4.3. ოპერაციული გამაძლიერებლის სქემები

op-amp სქემების რაოდენობა განუწყვეტლივ იზრდება ელემენტის ბაზის განვითარებასთან ერთად და ახალი ოპ-ამპერატორების გამოჩენა, ამიტომ განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია აგების პრინციპების ცოდნა და ანალიზის ე.წ. ტიპიური (ძირითადი) op-amp გადართვის სქემები. ოპერაციული გამაძლიერებლების დასაკავშირებლად სამი ძირითადი სქემაა:

op-amp-ის ინვერსიული გადართვა;

op-amp-ის არაინვერსიული გადართვა;

op-amp-ის დიფერენციალური ჩართვა.

ეს სქემები არის საფუძველი სხვა ოპერაციული გამაძლიერებლის სქემების შესაქმნელად და მათი პარამეტრების გაანგარიშებისთვის. ძირითადი სქემების ანალიზისა და მათი პარამეტრების გაანგარიშების გამარტივებისას, ხშირად გამოიყენება იდეალური ოპერაციული გამაძლიერებლის კონცეფცია. განვიხილოთ ძირითადი სქემები op-amp-ის დასაკავშირებლად.

5.5.3.1. op-amp-ის ინვერსიული გადართვა

op-amp-ის ინვერსიული კავშირის ეკვივალენტური წრე ნაჩვენებია ნახ. 5.9. ამ წრეში, შეყვანის სიგნალი და უკუკავშირის სიგნალი მიეწოდება op-amp-ის შებრუნებულ შეყვანას. OOS-ის დანერგვა იწვევს იმ ფაქტს, რომ წრეს ახლა აქვს უკუკავშირის მომატება TO OS. მოდით განვსაზღვროთ ღირებულება TO OSიდეალური op-amp-ის თვისებებზე დაყრდნობით.

ჩვენ მიგვაჩნია, რომ ძაბვა შეყვანებს შორის არის ნულოვანი. მაშინ არაინვერსიული შეყვანის პოტენციალი და შებრუნებული შეყვანის პოტენციალი და შესაბამისად A წერტილის პოტენციალი (მიმდინარე შემაჯამებელი წერტილი) ასევე ნულია. იმ პირობით, რომ op-amp-ის შეყვანის წინაღობა R BXსაკმარისად დიდია, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ დენი სიგნალის წყაროდან i C = U C / R1მიედინება მხოლოდ უკუკავშირის რეზისტორის მეშვეობით R OS, ქმნის ძაბვის ვარდნას მასზე:

ძაბვის ვარდნა რეზისტორზე R OSდიდი სიზუსტით უდრის გამომავალი ძაბვის U OUT, რადგან რეზისტორის მარცხენა გამომავალი პოტენციალი R OS(პუნქტი A) უდრის ნულს (სქემის ხელოვნური ნულოვანი პოტენციალი). ამიტომ შეგვიძლია დავწეროთ:

დახურული მარყუჟის ძაბვის მომატება:

მინუს ნიშანი გამოხატულებაში (4.4) გვიჩვენებს, რომ ძაბვა op-amp გამომავალზე არ არის შეყვანის ძაბვის ფაზაში. რეალურ op-amp-ში, შეზღუდული მომატების მნიშვნელობის გათვალისწინებით K 0გამოხატვა ამისთვის TO OSაქვს ფორმა:

. (5.5)

შეყვანის წინააღმდეგობა, როდესაც op-amp ჩართულია ინვერსიით, შეიძლება გამოითვალოს დაახლოებით R ВХ ≈ R1.გამომავალი წინაღობა

სად ROUT.0- op-amp-ის გამომავალი წინაღობა უკუკავშირის გარეშე.

შენიშვნა. წინააღმდეგობა R C ამ წრეში შემდგომში ემსახურება მიკერძოების დენების I CM შემცირებას საოპერაციო გამაძლიერებლის სქემებში.

5.4.3.2. არაინვერსიული op-amp გადართვა

არაინვერსიული op-amp კავშირის ეკვივალენტური წრე ნაჩვენებია ნახ. 5.10.

ამ წრეში უკუკავშირის ძაბვა იქმნება გამყოფით R1 – R OS :

თუ ვივარაუდებთ, რომ ოპ-ამპერატორის შეყვანებს შორის ძაბვა ახლოს არის ნულთან, შეგვიძლია დავწეროთ, რომ UOC= U C, საიდანაც ძაბვის მომატება:

შეყვანის წინააღმდეგობა, როდესაც op-amp ჩართულია არაინვერსიული, არის დიდი და დაახლოებით განისაზღვრება მიმართებით:

გამომავალი წინააღმდეგობა სად β =R1/R OC.

5.4.3.3. op-amp-ის დიფერენციალური გადართვა

op-amp-ის დიფერენციალური კავშირის ეკვივალენტური წრე ნაჩვენებია ნახ. 5.11. ეს არის ინვერსიული და არაინვერსიული გადართვის სქემების ერთობლიობა და შესაძლებელს ხდის ორი შეყვანის სიგნალის სხვაობის მიღებას მოცემული მომატებით.

ამისთვის
ამ მიკროსქემის ძაბვის მომატების მისაღებად ჩვენ მაინც ვივარაუდებთ, რომ ძაბვის სხვაობა op-amp-ის შეყვანებზე არის ნულოვანი და სიგნალის დენები არ განშტოება მის შეყვანებზე. მოდით შევქმნათ განტოლებების სისტემა ძაბვისთვის ინვერსიულ და არაინვერსიულ შეყვანებზე:

- შებრუნებული შეყვანა:

, საიდან მოდის ძაბვა შებრუნებულ შეყვანაზე? (5.8)

- არაინვერსიული შეყვანა:

თუ გავითვალისწინებთ, რომ იდეალური ოპ-ამპერტისთვის, შეყვანებს შორის ძაბვა არის ნულოვანი, ერთობლივად გადაჭრით (9.7) და (9.8) მივიღებთ გამოხატულებას

გამომავალი ძაბვა:

სად n =R OC /R ВХ = nR/R- უკუკავშირის გამაძლიერებლის მოგება. თუ წრეში წინააღმდეგობები განსხვავებულია, მაშინ გამომავალი ძაბვა შეიძლება განისაზღვროს:

5.4.3.4. შემკრები

op-amp გადართვის სქემების ანალოგიით, განასხვავებენ ინვერსიულ და არაინვერტირებულ შემკრებებს. ინვერსიული დამმატებლის წრე ნაჩვენებია ნახ. 5.12. სუპერპოზიციის პრინციპზე დაყრდნობით, ძაბვა ინვერსიული დამამატებლის გამოსავალზე შეიძლება განისაზღვროს მიმართებით:

, სად K OC i =R OC /R i– i-th შეყვანის სიგნალის გადაცემის კოეფიციენტი ინვერსიულ შეყვანაზე. არაინვერსიული შემკრების წრეში, შეყვანის ძაბვები გამოიყენება არაინვერსიულ შეყვანაზე და ყველა რეზისტორზე, გარდა უკუკავშირის წინააღმდეგობისა. ROC,გააკეთე ისინი იგივე. ასეთი დამამატებლის გამოსავალზე ძაბვა განისაზღვრება მიმართებით:

5.4.3.5. შედარებითები

Comparator (ინგლისურიდან Compare) არის მოწყობილობა, რომელიც ადარებს სიგნალის ძაბვას ერთ-ერთ შეყვანაში საცნობარო ძაბვასთან მეორე შესასვლელთან. როდესაც გამოიყენება როგორც op-amp შედარებითი, დადებითი ან უარყოფითი გაჯერების ძაბვა დაყენდება მის გამოსავალზე ± ჩვენ. როგორც წესი, op-amp-ში, გაჯერების ძაბვა და მიწოდების ძაბვა დაკავშირებულია მიმართებით: ±U us = ± 0.9 U სიმძლავრეშედარებითები გამოიყენება ბევრ მოწყობილობასა და სქემებში, მაგალითად:

შმიტის ტრიგერში ან წრედში, რომელიც გარდაქმნის თვითნებურ ტალღურ ფორმას კვადრატულ ტალღად ან იმპულსურ სიგნალად;

ნულოვანი დეტექტორში - წრე, რომელიც მიუთითებს შეყვანის სიგნალის გავლის მომენტსა და მიმართულებას 0 ვ-ზე;

დონის დეტექტორში - წრე, რომელიც მიუთითებს იმ მომენტში, როდესაც შეყვანის ძაბვა აღწევს მოცემულ საცნობარო ძაბვის დონეს,

სამკუთხა ან მართკუთხა ტალღის გენერატორში და ა.შ.

შედარების გამორჩეული თვისებაა გარემოსდაცვითი უკუკავშირის ნაკლებობა, ე.ი. ძაბვის მომატება განისაზღვრება შინაგანი მომატებით K 0 OU.

ნახ. 5.13. გვიჩვენებს შედარებითი წრე, რომელიც მგრძნობიარეა შეყვანის ძაბვის მიმართ (−). ამ წრეში, შეყვანის სიგნალი მიეწოდება ინვერსიულ შეყვანას, ხოლო არაინვერსიული შეყვანა გამოიყენება საცნობარო ძაბვის დასაყენებლად. U op. ვინაიდან ორივე შეყვანა ჩართულია შედარების წრეში, მისი მუშაობის და გამომავალი ძაბვის ქცევის გასაანალიზებლად, უნდა გამოვიყენოთ

შემოიღეთ მესამე ძირითადი გადართვის წრე - op-amp-ის დიფერენციალური გადართვა და მიმართება (5.10).

იმ შემთხვევაში, როცა U op = 0, შედარებითი წრე მუშაობს როგორც ნულოვანი დეტექტორი (ნახ. 5.13.ბ). იმ შემთხვევაში, როცა U VXდადებითი (პირველი ნახევარ ციკლის განმავლობაში), U OUTუდრის − აშშ აშშ, ვინაიდან შეყვანის პოტენციალი (+) ნაკლებია შეყვანის პოტენციალზე (−) (იხ. სურ. 5.13. ბ). მეორე ტაიმში, როცა U VXუარყოფითი, U OUT+ ტოლი იქნება აშშ აშშ, ვინაიდან შეყვანის პოტენციალი (+) მეტია შეყვანის პოტენციალზე (−). ამრიგად, U OUTაჩვენებს როდის U VXდადებითი ან უარყოფითი ნულოვანი საცნობარო ძაბვის მიმართ.

Როდესაც U op > 0შედარებითი წრე მუშაობს როგორც დონის დეტექტორი (ნახ. 5.13. გ). ინტერვალზე M – N U OUTუდრის − აშშ აშშ, ვინაიდან შეყვანის პოტენციალი (+) ნაკლებია შეყვანის პოტენციალზე (−) ( U op< U ВХ ). ზე U VX< U оп (ინტერვალი N – K) U OUTუდრის + აშშ აშშ.

თუ თქვენ შეცვლით შეყვანილ საშუალებებს შეყვანის ძაბვის მიწოდებასა და მითითების გენერირებისთვის, შეგიძლიათ მიიღოთ შედარებითი წრე, რომელიც მგრძნობიარეა შეყვანის ძაბვის მიმართ (+).

პრაქტიკაში, ზოგიერთ შემთხვევაში შეყვანის ძაბვა შეიძლება მერყეობდეს საცნობარო დონის გარშემო. ასეთი რხევები უფრო მეტად სავარაუდოა ოპ-ამპერატორის შეყვანის ტერმინალებთან მიახლოებული მავთულების გარდაუვალი ჩარევის გამო (ხმაურის ძაბვა). ამ შემთხვევაში ძაბვა U OUTიქნება მერყეობა ერთი გაჯერების დონიდან მეორეზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ცრუ სიგნალიზაცია, საზომი მოწყობილობები ან აქტივატორები. იმისათვის, რომ გამომავალი ძაბვა არ რეაგირებდეს საცნობარო დონის ცრუ გადაკვეთებზე, დადებითი გამოხმაურება (POF) შეტანილია შედარებებში. ასეთ შედარებებს უწოდებენ PIC-თან შედარებით ან რეგენერაციულ შედარებას, შმიტის ტრიგერები. PIC ხორციელდება გამომავალი ძაბვის გარკვეული ნაწილის გამოყენებით არაინვერსიულ შეყვანაზე U OUTრეზისტენტული გამყოფის გამოყენებით R3 - R4 (სურ. 5.14). რეზისტენტული გამყოფის მიერ გამომუშავებულ ძაბვას ექნება განსხვავებული მნიშვნელობები, რადგან ეს დამოკიდებულია ნიშანზე U OUT. ის ზედა ან ქვედა ბარიერის ძაბვას უწოდებენდა PIC-თან შედარებით, ის ავტომატურად დაინსტალირებულია:

. (5.12)

დადებითი გამოხმაურება ქმნის ტრიგერის ეფექტს, აჩქარებს გადაადგილებას U OUTერთი სახელმწიფოდან მეორეში. Როგორც კი

U OUTიწყებს ცვლილებას, წარმოიქმნება რეგენერაციული უკუკავშირი, აიძულებს U OUTიცვლება კიდევ უფრო სწრაფად. ნულის ტოლ დროს (ნახ. 5.14. a, b), U VXუარყოფითი, ამიტომ გამომავალი ძაბვა არის + აშშ აშშდა დაწესდება ზღურბლი არაინვერსიულ შეყვანაზე U P.V.. დროის მომენტში t1ვოლტაჟი U IN > +U აშშდა შედარებითი გადადის ძაბვის გამოსავალზე − აშშ აშშ. ამ შემთხვევაში, ბარიერი დაწესდება არაინვერსიულ შეყვანაზე U P.N.. შედარების შემდეგი გადართვა მოხდება ამ მომენტში t2, Როდესაც U VXგახდება უფრო უარყოფითი ვიდრე ძაბვა − აშშ აშშთუ ზღურბლის ძაბვები აღემატება ხმაურის ამპლიტუდას, მაშინ PIC არ დაუშვებს ცრუ დადებითიგამოსავალზე (სურ. 5.14. ა, ბ). ძაბვის დიაპაზონი − U აშშ ≤ U ≤ +U აშშეწოდება "ჰისტერეზი" ან "მკვდარი ზონა".

ოპერაციულ გამაძლიერებელს (op-amp) ჩვეულებრივ უწოდებენ ინტეგრირებულ DC გამაძლიერებელს დიფერენციალური შეყვანით და გამომავალი გამომავალი გამომავალი, შექმნილია უკუკავშირის სქემებთან მუშაობისთვის. გამაძლიერებლის სახელწოდება განპირობებულია მისი თავდაპირველი გამოყენების არედან - ანალოგურ სიგნალებზე სხვადასხვა ოპერაციების შესრულება (დამატება, გამოკლება, ინტეგრაცია და ა.შ.). ამჟამად, op-amps ემსახურება როგორც მრავალფუნქციური ერთეული სხვადასხვა მიზნებისათვის ელექტრონული მოწყობილობების დანერგვაში. ისინი გამოიყენება გაძლიერების, შეზღუდვის, გამრავლებისთვის, სიხშირის გაფილტვრისთვის, გენერირებისთვის, სტაბილიზაციისთვის და ა.შ. სიგნალები უწყვეტ და პულსირებულ მოწყობილობებში.

უნდა აღინიშნოს, რომ თანამედროვე მონოლითური ოპ-ამპერები ოდნავ განსხვავდება ზომითა და ფასით ცალკეული დისკრეტული ელემენტებისგან, მაგალითად, ტრანზისტორებისგან. ამიტომ, op-amp-ზე სხვადასხვა მოწყობილობების დანერგვა ხშირად ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე დისკრეტულ ელემენტებზე ან გამაძლიერებელ IC-ებზე.

იდეალურ op-amp-ს აქვს უსასრულოდ დიდი ძაბვის მომატება ( K და op-amp=∞), უსასრულოდ დიდი შეყვანის წინაღობა, უსასრულოდ მცირე გამომავალი წინაღობა, უსასრულოდ დიდი CMRR და უსასრულოდ ფართო ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონი. ბუნებრივია, პრაქტიკაში, არც ერთი ამ თვისების სრულად რეალიზება შეუძლებელია, მაგრამ მათი მიახლოება შესაძლებელია მრავალი სფეროსთვის საკმარისი ხარისხით.

სურათი 6.1 გვიჩვენებს op-amp სიმბოლოების ორ ვერსიას - გამარტივებული (a) და დამატებითი ტერმინალებით დენის სქემებისა და სიხშირის კორექტირების სქემების დასაკავშირებლად (b).

სურათი 6.1. OS სიმბოლოები

იდეალური ოპ-გამაძლიერებლის მახასიათებლების მოთხოვნებიდან გამომდინარე, შესაძლებელია მისი შიდა სტრუქტურის სინთეზირება, რომელიც წარმოდგენილია სურათზე 6.2.

სურათი 6.2. op-amp-ის ბლოკ-სქემა

გამარტივებული ელექტრული დიაგრამამარტივი op-amp, რომელიც ახორციელებს ბლოკის დიაგრამასურათი 6.2 ნაჩვენებია სურათზე 6.3.

სურათი 6.3. მარტივი op-amp წრე

ეს წრე შეიცავს შეყვანის დისტანციურ მართვის პულტს (VT 1 და VT 2) დენის სარკეთი (VT 3 და VT 4), შუალედური საფეხურები OK (VT 5) და OE (VT 6) და გამომავალი დენის გამაძლიერებელი ტრანზისტორებზე VT. 7 და VT 8 . op-amp შეიძლება შეიცავდეს სიხშირის კორექტირების სქემებს (Ccor), ელექტრომომარაგების და თერმული სტაბილიზაციის სქემებს (VD 1, VD 2 და ა.შ.), IST და ა.შ. ბიპოლარული ელექტრომომარაგება იძლევა გალვანური კომუნიკაციის საშუალებას op-amp-ის ეტაპებს და ნულოვანი პოტენციალის მის შეყვანასა და გამომავალს შორის სიგნალის არარსებობის შემთხვევაში. მაღალი შეყვანის წინაღობის მისაღებად, შეყვანის დისტანციური მართვა შეიძლება შესრულდეს DC-ზე. უნდა აღინიშნოს, რომ არსებობს op-amp მიკროსქემის გადაწყვეტილებების ფართო არჩევანი, მაგრამ მათი აგების ძირითადი პრინციპები საკმაოდ სრულად არის ილუსტრირებული სურათზე 6.3.

6.2. op-amp-ის ძირითადი პარამეტრები და მახასიათებლები

op-amp-ის მთავარი პარამეტრი არის ძაბვის მომატება უკუკავშირის გარეშე K u op-amp, ასევე მოუწოდა მთლიანი ძაბვის მომატებას. ბასის და საშუალო დონის რეგიონებში ის ზოგჯერ აღინიშნება კ საქართველოს u Op-amp 0 და შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე ათეულ და ასეულ ათასს.

მნიშვნელოვანი პარამეტრები op-amp არის მისი სიზუსტის პარამეტრები, რომელიც განისაზღვრება შეყვანის დიფერენციალური ეტაპით. ვინაიდან დისტანციური მართვის სიზუსტის პარამეტრები განხილული იყო 5.5 ქვეთავში, აქ შემოვიფარგლებით მათი ჩამოთვლებით:

◆ ნულოვანი ოფსეტური ძაბვა U სმ;

◆ ნულოვანი ოფსეტური ძაბვის ტემპერატურის მგრძნობელობა dU სმ/dT;

◆ მიკერძოებული დენი Δ მე შევიყვანე;

◆ საშუალო შეყვანის დენი მე შევიყვანე ქ.

op-amp-ის შემავალი და გამომავალი სქემები წარმოდგენილია შეყვანით R შეყვანადა შაბათ-კვირას R გამოვიდა ოპერაციული გამაძლიერებლიდანწინააღმდეგობები მოცემულია ოპ-ამპერებისთვის OOS სქემების გარეშე. გამომავალი სქემისთვის ასევე მოცემულია ისეთი პარამეტრები, როგორიცაა მაქსიმალური გამომავალი დენი მე გამომაქვს OUდა მინიმალური დატვირთვის წინააღმდეგობა რ ნ min და ზოგჯერ მაქსიმალური დატვირთვის მოცულობა. ოპ გამაძლიერებლის შეყვანის წრე შეიძლება შეიცავდეს ტევადობას შეყვანებსა და საერთო ავტობუსს შორის. op-amp-ის შემავალი და გამომავალი სქემების გამარტივებული ეკვივალენტური სქემები წარმოდგენილია ნახაზზე 6.4.

სურათი 6.4. op-amp-ის მარტივი ხაზოვანი მაკრომოდელი

op-amp-ის პარამეტრებს შორის აღსანიშნავია CMRR და დენის წყაროს არასტაბილურობის გავლენის შესუსტების კოეფიციენტი KOVNP=20lg·(Δ. ე/Δ U in). ორივე ამ პარამეტრს თანამედროვე op-amps-ში აქვს თავისი მნიშვნელობები (60...120) dB-ში.

ოპ-გამაძლიერებლის ენერგეტიკული პარამეტრები მოიცავს კვების წყაროების ძაბვას ±E, დენის მოხმარებას (ჩუმად) მე პდა ენერგიის მოხმარება. ჩვეულებრივ, მე პშეადგენს მეათედს - ათეულ მილიამპერს და ენერგიის მოხმარება ცალსახად არის განსაზღვრული მე პ, ერთეული - ათობით მილივატი.

K მაქსიმუმი მისაღები პარამეტრები OU მოიცავს:

◆ მაქსიმალური შესაძლო (დაუმახინჯებელი) გამომავალი სიგნალის ძაბვა თქვენ გარეთ max (ჩვეულებრივ E-ზე ოდნავ ნაკლები);

◆ მაქსიმალური დასაშვები დენის გაფრქვევა;

◆ სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონი;

◆ მიწოდების მაქსიმალური ძაბვა;

◆ მაქსიმალური შეყვანის დიფერენციალური ძაბვა და ა.შ.

სიხშირის პარამეტრებში შედის აბსოლუტური შეწყვეტის სიხშირე ან ერთიანობის მომატების სიხშირე ვ თ (ფ 1), ე.ი. სიხშირე, რომლის დროსაც K u op-amp=1. ხანდახან გამოიყენება გამომავალი ძაბვის დაძაბვის სიჩქარის და დარეგულირების დროის კონცეფცია, რომელიც განისაზღვრება op-amp-ის პასუხით მის შეყვანაზე ძაბვის აწევის ზემოქმედებაზე. ზოგიერთი ოპტიმალური გამაძლიერებლისთვის, ასევე მოცემულია დამატებითი პარამეტრები, რომლებიც ასახავს მათი გამოყენების სპეციფიკურ სფეროს.

op-amp-ის ამპლიტუდის (გადაცემის) მახასიათებლები წარმოდგენილია ნახაზზე 6.5 ორი დამოკიდებულების სახით. თქვენ გარეთ=ვ(U in) ინვერსიული და არაინვერსიული შეყვანებისთვის.

როდესაც op-amp-ის ორივე შეყვანისას U in=0, მაშინ გამომავალზე იქნება შეცდომის ძაბვა უ ოშ, განისაზღვრება op-amp-ის ზუსტი პარამეტრებით (სურათზე 6.5 უ ოშარ არის ნაჩვენები მისი მცირე ზომის გამო).

სურათი 6.5. აჰ OU

op-amp-ის სიხშირის თვისებები წარმოდგენილია მისი სიხშირის პასუხით, შესრულებული ლოგარითმული მასშტაბით, K u op-amp=φ(ლოგი ვ). ამ სიხშირის პასუხს ეწოდება ლოგარითმული (LAFC), მისი ტიპიური ფორმა ნაჩვენებია სურათზე 6.6 ​​(K140UD10 ოპ გამაძლიერებლისთვის).

სურათი 6.6. LFC და LFCH OU K140UD10

სიხშირეზე დამოკიდებულება K u op-ampშეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც:

აქ თ ვ op-amp-ის დროის მუდმივი, რომელიც ზე მ ინ=3 dB განსაზღვრავს op-amp-ის შეერთების (გათიშვის) სიხშირეს (იხ. სურათი 6.6);

ω ვ= 1/τ ვ= 2π ვ in.

გამონათქვამში ჩანაცვლება for K u op-amp τ ვ 1/ω-ით ვ, ვიღებთ ჩანაწერს LACHH:

ბასზე და საშუალო რეჟიმზე კ საქართველოს u Op-amp= 20ლგ კ საქართველოს u Op-amp 0, ე.ი. LFC არის სწორი ხაზი სიხშირის ღერძის პარალელურად. გარკვეული მიახლოებით შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ HF რეგიონში კლებაა კ საქართველოს u Op-ampხდება 20 დბ სიჩქარით ათწლეულში (6 დბ ოქტავაზე). შემდეგ ω>>ω-სთვის ვთქვენ შეგიძლიათ გაამარტივოთ გამოხატვა LAC-ისთვის:

K u op-amp= 20ლგ კ საქართველოს u Op-amp 0 - 20 ლოგი (ω/ω ვ).

ამრიგად, LFC HF რეგიონში წარმოდგენილია სწორი ხაზით, რომლის დახრილობაა სიხშირის ღერძზე 20 dB/dec. განხილული სწორი ხაზების გადაკვეთის წერტილი, რომელიც წარმოადგენს LFC-ს, შეესაბამება ω კონიუგაციის სიხშირეს ვ (ვ in). განსხვავება რეალურ და იდეალურ LFC-ს შორის სიხშირეზე ვ inარის დაახლოებით 3 dB (იხ. სურათი 6.6), თუმცა, ანალიზის მოხერხებულობისთვის ეს მოითმენს და ასეთ გრაფიკებს ჩვეულებრივ უწოდებენ ბოდეს დიაგრამები .

უნდა აღინიშნოს, რომ LFC-ის დაშლის სიჩქარე 20 dB/dec ტიპიურია კორექტირებული ოპ-ამპერებისთვის გარე ან შიდა კორექტირებით, რომლის ძირითადი პრინციპები ქვემოთ იქნება განხილული.

სურათი 6.6 ასევე გვიჩვენებს ლოგარითმული ფაზის პასუხის (LPFC), რომელიც არის გამომავალი სიგნალის ფაზური ცვლის j დამოკიდებულება შეყვანის სიგნალთან სიხშირეზე. რეალური LFFC განსხვავდება წარმოდგენილისგან არაუმეტეს 6°-ით. გაითვალისწინეთ, რომ რეალური op-amp-ისთვის j=45° სიხშირეზე ვ inდა სიხშირით ვ თ- 90°. ამრიგად, სამუშაო სიგნალის შიდა ფაზური ცვლა კორექტირებულ op-amp-ში HF რეგიონში შეიძლება მიაღწიოს 90°-ს.

ზემოთ განხილული op-amp-ის პარამეტრები და მახასიათებლები აღწერს მას OOS სქემების არარსებობის შემთხვევაში. თუმცა, როგორც აღინიშნა, op-amps თითქმის ყოველთვის გამოიყენება OOS სქემებით, რაც მნიშვნელოვნად მოქმედებს მის ყველა ინდიკატორზე.

6.3. ინვერსიული გამაძლიერებელი

Op-amps ყველაზე ხშირად გამოიყენება ინვერსიულ და არაინვერსიულ გამაძლიერებლებში. გამარტივებული წრიული დიაგრამაინვერსიული გამაძლიერებელი op-amp-ის გამოყენებით ნაჩვენებია სურათზე 6.7.

სურათი 6.7. ოპ გამაძლიერებელი ინვერსიული გამაძლიერებელი

რეზისტორი R 1 წარმოადგენს სიგნალის წყაროს შიდა წინააღმდეგობას Მაგალითად, R os-ის საშუალებით OU დაფარულია ∥OOSN-ით.

იდეალური op-amp-ით, ძაბვის სხვაობა შეყვანის ტერმინალებში ნულისკენ მიისწრაფვის და რადგან არაინვერსიული შეყვანა დაკავშირებულია საერთო ავტობუსთან R2 რეზისტორის საშუალებით, პოტენციალი წერტილში აასევე უნდა იყოს ნული („ვირტუალური ნული“, „აშკარა საფუძველი“). შედეგად, ჩვენ შეგვიძლია დავწეროთ: მე გ=მე ოს, ე.ი. Მაგალითად/რ 1 =–თქვენ გარეთ/რ ოს. აქედან ვიღებთ:

K U ინვ = თქვენ გარეთ/Მაგალითად = –რ ოს/რ 1 ,

იმათ. იდეალური ოპ გამაძლიერებლით K U ინვგანისაზღვრება გარე რეზისტორების მნიშვნელობების თანაფარდობით და არ არის დამოკიდებული თავად op-amp-ზე.

რეალური op-amp-ისთვის აუცილებელია მისი შეყვანის დენის გათვალისწინება მე შევიყვანე, ე.ი. მე გ=მე ოს+მე შევიყვანეან ( Მაგალითად–U in)/რ 1 =(U in–თქვენ გარეთ)/რ ოს+U in/U შეყვანა, სად U in- სიგნალის ძაბვა op-amp-ის ინვერსიულ შეყვანაზე, ე.ი. წერტილში ა. მაშინ რეალური op-amp-ისთვის ვიღებთ:

ადვილია იმის ჩვენება, რომ როდესაც OOS სიღრმე 10-ზე მეტია, ე.ი. K u op-amp/K U ინვ=ფ>10, გაანგარიშების შეცდომა K U ინვიდეალური op-amp-ის შემთხვევაში, ის არ აღემატება 10%-ს, რაც სავსებით საკმარისია პრაქტიკული შემთხვევების უმეტესობისთვის.

რეზისტორების მნიშვნელობები op-amp მოწყობილობებში არ უნდა აღემატებოდეს მეგოჰმების ერთეულებს, წინააღმდეგ შემთხვევაში ეს შესაძლებელია არასტაბილური სამუშაოგამაძლიერებელი გაჟონვის დენების გამო, op-amp შეყვანის დენები და ა.შ. თუ გაანგარიშების შედეგად მნიშვნელობა რ ოსაღემატება მაქსიმალურ რეკომენდებულ მნიშვნელობას, მაშინ მიზანშეწონილია გამოიყენოთ T- ფორმის OOS ჯაჭვი, რომელიც, ზომიერი რეზისტორის მნიშვნელობებით, საშუალებას აძლევს მას შეასრულოს ექვივალენტური მაღალი წინააღმდეგობის ფუნქცია. რ ოს(სურათი 6.7b) . ამ შემთხვევაში შეგიძლიათ დაწეროთ:

პრაქტიკაში ხშირად ვარაუდობენ, რომ რ OS 1 =რ OS 2 >>რ OS 3 და ღირებულება რ 1 ჩვეულებრივ მოცემულია, ასე რომ რ OS 3 საკმაოდ მარტივად არის განსაზღვრული.

Op-amp ინვერსიული გამაძლიერებლის შეყვანის წინაღობა R შეყვანა ინვაქვს შედარებით მცირე მნიშვნელობა, რომელიც განისაზღვრება პარალელური OOS-ით:

R შეყვანა ინვ = რ 1 +(რ ოს/K u op-amp + 1)∥R შეყვანა≈ რ 1 ,

იმათ. დიდად K u op-ampშეყვანის წინააღმდეგობა განისაზღვრება მნიშვნელობით რ 1 .

გამაძლიერებლის გამომავალი წინაღობის ინვერსია R out invრეალურ op-amp-ში ის განსხვავდება ნულისაგან და განისაზღვრება როგორც გამორთეთ ოპერაციული გამაძლიერებელიდა გარემოს დაცვის სიღრმე F. F>10-ისთვის შეგვიძლია დავწეროთ:

R out inv = გამორთეთ ოპერაციული გამაძლიერებელი/ფ = გამორთეთ ოპერაციული გამაძლიერებელი/K U ინვ/K u op-amp.

op-amp-ის LFC-ის გამოყენებით, შეგიძლიათ წარმოადგინოთ ინვერსიული გამაძლიერებლის სიხშირის დიაპაზონი (იხ. სურათი 6.6) და

f OC = ვ თ/K U ინვ.

ლიმიტში შეგიძლიათ მიიღოთ K U ინვ=1, ე.ი. მიიღეთ ინვერსიული მიმდევარი. ამ შემთხვევაში ვიღებთ op-amp გამაძლიერებლის მინიმალურ გამომავალ წინაღობას:

R გარეთ = გამორთეთ ოპერაციული გამაძლიერებელი/K u op-amp.

გამაძლიერებელში, რომელიც იყენებს რეალურ ოპ-გამაძლიერებელს გამაძლიერებლის გამომავალზე at U in=0 შეცდომის ძაბვა ყოველთვის იქნება უ ოშ, გენერირებული U სმდა Δ მე შევიყვანე. შემცირების მიზნით უ ოშვცდილობთ გავათანაბროთ ეკვივალენტური რეზისტორები, რომლებიც დაკავშირებულია op-amp-ის შეყვანასთან, ე.ი. მიიღოს რ 2 =რ 1 ∥რ ოს(იხ. სურათი 6.7a). თუ ეს პირობა დაკმაყოფილებულია K U ინვ>10 შეიძლება დაიწეროს:

უ ოშ ≈ U სმ K U ინვ + Δ მე რ ოსში.

შემცირება უ ოშშესაძლებელია დამატებითი მიკერძოების გამოყენებით არაინვერსიულ შეყვანაზე (დამატებითი გამყოფის გამოყენებით) და გამოყენებული რეზისტორების მნიშვნელობების შემცირებით.

განხილული ინვერსიული UPT-ზე დაყრდნობით, შესაძლებელია AC გამაძლიერებლის შექმნა გამყოფი კონდენსატორების შესასვლელთან და გამომავალთან შეერთებით, რომელთა რეიტინგები განისაზღვრება მოცემული სიხშირის დამახინჯების ფაქტორზე დაყრდნობით. მ ნ(იხ. ქვეპუნქტი 2.5).

6.4. არაინვერსიული გამაძლიერებელი

არაინვერსიული op-amp გამაძლიერებლის გამარტივებული მიკროსქემის დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 6.8.

სურათი 6.8. არაინვერსიული op-amp გამაძლიერებელი

ადვილია იმის ჩვენება, რომ არაინვერსიულ გამაძლიერებელში op-amp დაფარულია POSN-ით. Იმიტომ რომ U inდა U osმიეწოდება სხვადასხვა შეყვანას, მაშინ იდეალური op-amp-ისთვის შეგვიძლია დავწეროთ:

U in = U გარეთ რ 1 /(რ 1 + რ ოს),

საიდანაც არაინვერსიული გამაძლიერებლის ძაბვის მომატება:

K U noninv = 1 + რ ოს/რ 1 ,

K U noninv = 1 + |K U ინვ|.

რეალურ op-amp-ზე დაფუძნებული არაინვერსიული გამაძლიერებლისთვის, მიღებული გამონათქვამები მოქმედებს უკუკავშირის სიღრმეზე F>10.

არაინვერსიული გამაძლიერებლის შეყვანის წინაღობა R შეყვანა noninvარის დიდი და განისაზღვრება ღრმა თანმიმდევრული OOS და მაღალი მნიშვნელობით R შეყვანა:

R შეყვანა noninv = R შეყვანა· ფ = R შეყვანა· K U OU/K U noninv.

არაინვერსიული op-amp გამაძლიერებლის გამომავალი წინაღობა განისაზღვრება როგორც ინვერსიული გამაძლიერებლისთვის, რადგან ორივე შემთხვევაში, ძაბვის დაცვის სისტემა მოქმედებს:

R out არაინვ = R გამოვიდა ოპერაციული გამაძლიერებლიდან/ფ = R გამოვიდა ოპერაციული გამაძლიერებლიდან/K U noninv/K U OU.

ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონის გაფართოება არაინვერსიულ გამაძლიერებელში მიიღწევა ისევე, როგორც ინვერსიულ გამაძლიერებელში, ე.ი.

f OC = ვ თ/K U noninv.

დენის შეცდომის შესამცირებლად არაინვერსიულ გამაძლიერებელში, ინვერსიული გამაძლიერებლის მსგავსი, შემდეგი პირობა უნდა დაკმაყოფილდეს:

რ გ = რ 1 ∥რ ოს.

არაინვერსიული გამაძლიერებელი ხშირად გამოიყენება დიდი რ გ(რაც შესაძლებელია დიდის გამო R შეყვანა noninv), შესაბამისად, ამ პირობის შესრულება ყოველთვის არ არის შესაძლებელი რეზისტორების მნიშვნელობების შეზღუდვის გამო.

საერთო რეჟიმის სიგნალის არსებობა ინვერსიულ შეყვანაზე (გადამდები მიკროსქემის მეშვეობით: არაინვერსიული op-amp შეყვანა ⇒ op-amp გამომავალი ⇒ რ ოს⇒ op-amp-ის შეყვანის ინვერსია) იწვევს ზრდას უ ოშ, რაც განსახილველი გამაძლიერებლის მინუსია.

გარემოს დაცვის სიღრმის გაზრდით შესაძლებელია მიღწეული K U noninv=1, ე.ი. არაინვერსიული გამეორების მიღება, რომლის წრე ნაჩვენებია სურათზე 6.9.

სურათი 6.9. არაინვერსიული op-amp მიმდევარი

აქ მიიღწევა 100% POSN, ამიტომ ამ გამეორებას აქვს უმაღლესი შეყვანის და მინიმალური გამომავალი წინაღობა და გამოიყენება, როგორც ნებისმიერი რეპეტიტორი, როგორც შესატყვისი ეტაპი. არაინვერსიული მიმდევრისთვის შეგიძლიათ დაწეროთ:

უ ოშ ≈ U სმ + მე სრ რ გ ≈ მე სრ რ გ,

იმათ. შეცდომის ძაბვამ შეიძლება მიაღწიოს საკმაოდ დიდ მნიშვნელობებს.

განხილული არაინვერსიული UPT-ზე დაყრდნობით, ასევე შესაძლებელია AC გამაძლიერებლის შექმნა გამყოფი კონდენსატორების შესასვლელთან და გამომავალთან შეერთებით, რომელთა რეიტინგები განისაზღვრება მოცემული სიხშირის დამახინჯების ფაქტორის საფუძველზე. მ ნ(იხ. ქვეპუნქტი 2.5).

ოპ-ამპერებზე დაფუძნებული ინვერსიული და არაინვერსიული გამაძლიერებლების გარდა, ხელმისაწვდომია ოპ-ამპერატორების სხვადასხვა ვარიანტები, რომელთაგან ზოგიერთი ქვემოთ იქნება განხილული.

6.5. საკონტროლო ერთეულების ტიპები ოპ გამაძლიერებელზე

განსხვავება (დიფერენციალური) გამაძლიერებელი , რომლის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზზე 6.10.

სურათი 6.10. Op-amp სხვაობის გამაძლიერებელი

op-amp სხვაობის გამაძლიერებელი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ინვერსიული და არაინვერსიული გამაძლიერებლის ვარიანტების კომბინაცია. ამისთვის თქვენ გარეთგანსხვავება გამაძლიერებელი შეიძლება დაიწეროს:

თქვენ გარეთ = K U inv U in 1 +K U noninv U in 2 რ 3 /(რ 2 + რ 3).

ჩვეულებრივ, რ 1 =რ 2 და რ 3 =რ ოს, შესაბამისად, რ 3 /რ 2 =რ ოს/რ 1 =მ. გაზრდის ფაქტორების მნიშვნელობების გაფართოებით, ვიღებთ:

თქვენ გარეთ = მ(U in 2 – U in 1),

განსაკუთრებული შემთხვევისთვის, როცა რ 2 =რ 3 ვიღებთ:

თქვენ გარეთ = U in 2 – U in 1 .

ბოლო გამოთქმა ნათლად ხსნის მოცემული გამაძლიერებლის სახელისა და დანიშნულების წარმოშობას.

განსხვავებულ გამაძლიერებელში, რომელიც დაფუძნებულია op-amp-ზე, შეყვანის ძაბვის იგივე პოლარობით, ხდება საერთო რეჟიმის სიგნალი, რაც ზრდის გამაძლიერებლის შეცდომას. ამიტომ, განსხვავებულ გამაძლიერებელში სასურველია გამოიყენოთ op-amp დიდი CMRR-ით. განხილული განსხვავებების გამაძლიერებლის ნაკლოვანებები მოიცავს შეყვანის წინააღმდეგობის სხვადასხვა მნიშვნელობებს და გაზრდის რეგულირების სირთულეს. ეს სირთულეები აღმოიფხვრება მოწყობილობებში, რომლებიც იყენებენ რამდენიმე ოპ-ამპერს, მაგალითად, განსხვავებულ გამაძლიერებელში ორი გამეორებით (სურათი 6.11).

სურათი 6.11. განმეორებითი განსხვავების გამაძლიერებელი

ეს წრე არის სიმეტრიული და ხასიათდება იგივე შეყვანის წინააღმდეგობებით და დაბალი ცდომილების ძაბვით, მაგრამ მუშაობს მხოლოდ სიმეტრიულ დატვირთვაზე.

op-amp-ზე დაყრდნობით შეიძლება შესრულდეს ლოგარითმული გამაძლიერებელი , რომლის სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზზე 6.12.

სურათი 6.12 ლოგარითმული op-amp გამაძლიერებელი

VD დიოდის P-n შეერთება წინ მიკერძოებულია. თუ ვივარაუდოთ, რომ op-amp იდეალურია, ჩვენ შეგვიძლია გავაიგივოთ დენები მე 1 და მე 2. დენის ძაბვის მახასიათებლის გამოხატვის გამოყენება p-n შეერთება {მე=მე 0 ), ადვილია დაწერა:

U in/რ= მე 0 ·,

საიდანაც გარდაქმნების შემდეგ ვიღებთ:

თქვენ გარეთ = φ ტ ln( U in/მე 0 რ) = φ ტ(ლნ U in-ლნ მე 0 რ),

საიდანაც გამომდინარეობს, რომ გამომავალი ძაბვა პროპორციულია შეყვანის ლოგარითმისა და ტერმინი ln მე 0 რწარმოადგენს ლოგარითმის შეცდომას. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს გამოხატულება იყენებს ერთ ვოლტზე ნორმალიზებულ ძაბვებს.

დიოდის VD და რეზისტორი R-ის შეცვლისას ვიღებთ ანტილოგის გამაძლიერებელი .

ინვერსიული და არაინვერსიული დამამატებლები op-amps-ზე, რომელსაც ასევე უწოდებენ შემაჯამებელ გამაძლიერებლებს ან ანალოგურ შემკრებებს. ნახაზი 6.13 გვიჩვენებს ინვერსიული შემკრების სქემატურ დიაგრამას სამი შეყვანით. ეს მოწყობილობა არის ინვერსიული გამაძლიერებლის სახეობა, რომლის მრავალი თვისება ასევე გამოიხატება ინვერსიულ დამამატებელში.

სურათი 6.13. Op-amp ინვერსიული დამმატებელი

U in 1 /რ 1 + U in 2 /რ 2 + U in 3 /რ 3 = –თქვენ გარეთ/რ ოს,

მიღებული გამონათქვამიდან გამომდინარეობს, რომ მოწყობილობის გამომავალი ძაბვა არის შეყვანის ძაბვების ჯამი გამრავლებული მომატებაზე K U ინვ. ზე რ ოს=რ 1 =რ 2 =რ 3 K U ინვ=1 და თქვენ გარეთ=U in 1 +U in 2 +U in 3 .

როცა პირობა დაკმაყოფილებულია რ 4 =რ ოს∥რ 1 ∥რ 2 ∥რ 3, მიმდინარე შეცდომა მცირეა და შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით უ ოშ=U სმ(კ უ ოშ+1), სადაც კ უ ოშ=რ ოს/(რ 1 ∥რ 2 ∥რ 3) - შეცდომის სიგნალის გამაძლიერებელი ფაქტორი, რომელსაც აქვს უფრო დიდი მნიშვნელობა, ვიდრე K U ინვ.

არაინვერსიული დამმატებელი განხორციელებულია ისევე, როგორც ინვერსიული დამამატებელი, მაგრამ მან უნდა გამოიყენოს op-amp-ის არაინვერსიული შეყვანა არაინვერსიული გამაძლიერებლის ანალოგიით.

რეზისტორი Roc-ის C კონდენსატორით ჩანაცვლებისას (სურათი 6.14), ვიღებთ მოწყობილობას ე.წ. ანალოგური ინტეგრატორი ან უბრალოდ ინტეგრატორი.

სურათი 6.14. ანალოგური ინტეგრატორი op-amp-ზე

იდეალური op-amp-ით, დენები შეიძლება გაიგივდეს მე 1 და მე 2, საიდანაც გამომდინარეობს:

რაც უფრო მაღალია ინტეგრაციის სიზუსტე, მით მეტია K u op-amp.

განხილული საკონტროლო ერთეულების გარდა, ოპ ამპერატორები გამოიყენება მთელ რიგ უწყვეტ მოწყობილობებში, რომლებიც ქვემოთ იქნება განხილული.

6.6. სიხშირის პასუხის კორექტირება

სიხშირის მახასიათებლების კორექციაში ვგულისხმობთ LFC და LPFC შეცვლას op-amp მოწყობილობებისგან საჭირო თვისებების მისაღებად და, უპირველეს ყოვლისა, სტაბილური მუშაობის უზრუნველსაყოფად. Op-amp ჩვეულებრივ გამოიყენება OOS სქემებთან ერთად, თუმცა, გარკვეულ პირობებში, სიგნალის სიხშირის კომპონენტებში დამატებითი ფაზის გადანაცვლების გამო, OOS შეიძლება გადაიქცეს POS-ად და გამაძლიერებელი დაკარგავს სტაბილურობას. ვინაიდან OOS ძალიან ღრმაა ( βK U>>1), განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ფაზის ცვლა შემავალ და გამომავალ სიგნალებს შორის, რათა დარწმუნდეთ, რომ არ არის აგზნება.

ადრე, ნახაზზე 6.6, ნაჩვენები იყო LFC და LPFC პასუხი შესწორებული ოპ-გამაძლიერებლისთვის, ფორმაში, რომელიც ექვივალენტურია ერთი გამაძლიერებლის საფეხურის LFC და LPFC პასუხის, საიდანაც ჩანს, რომ მაქსიმალური ფაზის ცვლა φ.<90° при K u op-amp>1, და გაზრდის დაშლის სიჩქარე HF რეგიონში არის 20 dB/dec. ასეთი გამაძლიერებელი სტაბილურია უკუკავშირის ნებისმიერ სიღრმეზე.

თუ op-amp შედგება რამდენიმე კასკადისგან (მაგალითად, სამი), რომელთაგან თითოეულს აქვს დაშლის სიჩქარე 20 dB/dec და არ შეიცავს კორექტირების სქემებს, მაშინ მის LFC და LPFC უფრო რთული ფორმაა (სურათი 6.15) და შეიცავს არასტაბილური რხევების ზონას.

სურათი 6.15. შეუსწორებელი op-amp-ის LFC და LPFC

op-amp მოწყობილობების სტაბილური მუშაობის უზრუნველსაყოფად, გამოიყენება შიდა და გარე კორექტირების სქემები, რომელთა დახმარებით ისინი აღწევენ მთლიან ფაზურ ცვლას ღია უკუკავშირის მარყუჟით 135°-ზე ნაკლები მაქსიმალური სამუშაო სიხშირით. ამ შემთხვევაში ავტომატურად გამოდის, რომ კლება K u op-ampარის დაახლოებით 20 დბ/დეკ.

მოსახერხებელია ოპ-ამპერ მოწყობილობების სტაბილურობის კრიტერიუმად გამოყენება ბოდეს კრიტერიუმი , ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: "გამაძლიერებელი უკუკავშირის სქემით სტაბილურია, თუ მისი გაზრდის სწორი ხაზი დეციბელებში კვეთს LFC-ს მონაკვეთზე 20 დბ/დეკ. ამრიგად, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სიხშირის კორექტირების სქემები op-amp-ში უნდა უზრუნველყოფდეს დაშლის სიჩქარეს K U ინვ(K U noninv) HF-ზე დაახლოებით 20 დბ/დეკ.

სიხშირის კორექტირების სქემები შეიძლება იყოს ჩაშენებული ნახევარგამტარულ კრისტალში ან შეიქმნას გარე ელემენტებით. სიხშირის კორექტირების უმარტივესი წრე ხორციელდება საკმარისად დიდი მნიშვნელობის კონდენსატორის C cor-ის მიერ op-amp-ის გამოსავალთან შეერთებით. აუცილებელია დროის მუდმივი τ ბირთვი=R out C კორიყო 1/2π-ზე მეტი ვ in. ამ შემთხვევაში, მაღალი სიხშირის სიგნალები op-amp-ის გამოსავალზე იქნება შუნტირებული C ბირთვი და ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონი ვიწროვდება, მათი უმეტესობა საკმაოდ მნიშვნელოვნად, რაც ამ ტიპის კორექტირების მნიშვნელოვანი ნაკლია. ამ შემთხვევაში მიღებული LFC ნაჩვენებია სურათზე 6.16.

სურათი 6.16. სიხშირის კორექტირება გარე კონდენსატორით

რეცესია K u op-ampაქ ის არ აღემატება 20 dB/dec-ს და თავად op-amp იქნება სტაბილური OOS-ის დანერგვით, ვინაიდან φ არასოდეს გადააჭარბებს 135°-ს.

უფრო მოწინავეა ინტეგრაციული (დაგვიანების კორექტირება) და დიფერენციალური (მოწინავე კორექტირება) ტიპის მაკორექტირებელი სქემები. ზოგადად, ინტეგრირებული ტიპის კორექტირება ვლინდება მაკორექტირებელი (დატვირთვის) ტევადობის მოქმედების მსგავსად. მაკორექტირებელი RC წრე უკავშირდება op-amp ეტაპებს შორის (სურათი 6.17).

სურათი 6.17. ტიპის სიხშირის კორექტირების ინტეგრირება

რეზისტორი R 1 არის op-amp ეტაპის შეყვანის წინააღმდეგობა, ხოლო კორექტირების წრე თავისთავად შეიცავს R ბირთვს და C ბირთვს. ამ მიკროსქემის დროის მუდმივა უნდა იყოს უფრო დიდი ვიდრე op-amp საფეხურის დროის მუდმივი. ვინაიდან კორექტირების წრე არის უმარტივესი ერთმაგი რგოლის RC წრე, მისი LFC დახრილობა არის 20 dB/dec, რაც უზრუნველყოფს გამაძლიერებლის სტაბილურ მუშაობას. და ამ შემთხვევაში, კორექტირების წრე ავიწროებს გამაძლიერებლის მუშაობის სიხშირის დიაპაზონს, მაგრამ ფართო დიაპაზონი მაინც არაფერს იძლევა, თუ გამაძლიერებელი არასტაბილურია.

ოპ-ამპერატორის სტაბილური მუშაობა შედარებით ფართო ზოლით უზრუნველყოფილია დიფერენციალური ტიპის კორექტირებით. LFC და LPFC კორექტირების ამ მეთოდის არსი არის ის, რომ RF სიგნალები გადის op-amp-ის შიგნით, გვერდის ავლით კასკადების (ან ელემენტების) ნაწილს, რომლებიც უზრუნველყოფენ მაქსიმუმს. კ საქართველოს u Op-amp 0, ისინი არ არის გაძლიერებული ან დაყოვნებული ფაზაში. შედეგად, RF სიგნალები ნაკლებად გაძლიერდება, მაგრამ მათი მცირე ფაზის ცვლა არ გამოიწვევს გამაძლიერებლის სტაბილურობის დაკარგვას. დიფერენციალური ტიპის კორექტირების განსახორციელებლად, კორექტირების კონდენსატორი უკავშირდება op-amp-ის სპეციალურ ტერმინალებს (სურათი 6.18).

სურათი 6.18. დიფერენციალური ტიპის სიხშირის კორექტირება

განხილული მაკორექტირებელი სქემების გარდა, ცნობილია სხვებიც (იხ. მაგალითად). კორექტირების სქემების და მათი ელემენტების მნიშვნელობების არჩევისას, უნდა მიმართოთ საცნობარო ლიტერატურას (მაგალითად,).

5.4.1. ზოგადი ინფორმაცია ოპერაციული გამაძლიერებლების შესახებ

კლასიკურ ელექტრონიკაში ოპერაციულ გამაძლიერებელს ჩვეულებრივ უწოდებენ ხაზოვან გადამყვანს, რომლის დახმარებით შეგიძლიათ შეასრულოთ სხვადასხვა მათემატიკური ოპერაციები - შეჯამება, გამოკლება, ინტეგრაცია, დიფერენციაცია და ა.შ. რომლის საფუძველზეც, უკუკავშირის შემოღებით, შეგიძლიათ განახორციელოთ მათემატიკური ოპერაციები. ინტეგრირებული ოპ-ამპერები შექმნილია არა მხოლოდ მათემატიკური ოპერაციების შესასრულებლად, არამედ სიგნალის გარდაქმნის (გაძლიერება, დამუშავება, სიგნალის გენერირება) განსახორციელებლად.

ოპ-გამაძლიერებლის ჩვეულებრივი გრაფიკული გამოსახულება და ფუნქციური აღნიშვნა ნაჩვენებია ნახ. 5.5.

თანამედროვე ოპ-ამპერები აგებულია პირდაპირი გამაძლიერებელი მიკროსქემის მიხედვით, დიფერენციალური შეყვანებით ტოლი ელექტრული პარამეტრებით (შებრუნებული შეყვანა „○“ ან „−“ და არაინვერსიული შეყვანა - აღნიშვნის გარეშე ან „+“) და ბიპოლარული ბიპოლარული (ინ. სიგნალის ამპლიტუდის პირობები) გამომავალი. op-amp-ის ძირითადი ელემენტია შეყვანის საფეხური, აგებული დიფერენციალური გამაძლიერებლის (DA) მიკროსქემის მიხედვით, რომლის დანიშნულებაა მის შეყვანებს შორის დაფიქსირებული სიგნალის სხვაობის გაძლიერება (ნახ. 5.6a). დისტანციური მართვის პულტს აქვს ორი ტრანზისტორი VT1 და VT2 კოლექტორის დატვირთვის რეზისტორებით R K. ამ ტრანზისტორების ემიტერის დენები იქმნება სტაბილური დენის გენერატორის (GCT) I 0 გამოყენებით, რომელიც დამზადებულია VT3 და VT4 ტრანზისტორებზე. თუ VT1 და VT2 ტრანზისტორების პარამეტრები იდენტურია, კოლექტორის რეზისტორები ტოლია და იმ პირობით, რომ შემავალი სიგნალები უ − = უ + = 0 , სხვაობა დისტანციური მართვის გამომავალ სიგნალებს შორის იქნება ნულის ტოლი, რადგან იდეალური დისტანციური მართვისთვის ემიტერის დენი I 0 იყოფა ნახევრად VT1 და VT2 ტრანზისტორებს შორის.

დიფერენციალური გამაძლიერებლების თეორიიდან ცნობილია, რომ ბალანსის რეჟიმში თითოეული გამომავალი პოტენციალს აქვს საერთო რეჟიმის ძაბვის დონე მიწასთან მიმართებაში: .

ბალანსის რეჟიმი შეესაბამება დიაგრამას (ნახ. 5.6, ბ) დროის მომენტამდე ტ1 . მომენტში გამოჩენისას ტ1 სიგნალი უ − ტრანზისტორი VT1 იღებს მეტ მიკერძოებულ დენს და მის კოლექტორის დენს მე კ 1 იზრდება და ტრანზისტორი VT2 დენი მცირდება, ვინაიდან

მე კ 1 + მე კ 2 = მე 0 . ამრიგად, U − შეყვანის ძაბვის მატებასთან ერთად, გამომავალი ძაბვა პირველი ტრანზისტორის გამომავალზე მცირდება.
(სიგნალის მატება ინვერსიულია ფაზაში). დისტანციური მართვის სხვა გამოსავალზე არის ძაბვა
გაიზრდება (სიგნალის ზრდა არ არის შებრუნებული ფაზა). სრული დიფერენციალური გამომავალი სიგნალი დისტანციური მართვის გამოსავალს შორის განისაზღვრება მიმართებით:

გამომავალი სიგნალების ცვლილება ჩერდება, როდესაც მთელი დენი I 0 იწყებს გადინებას ტრანზისტორი VT1-ში. t2 დროს, ტრანზისტორი VT2 გადადის ათვლის რეჟიმში. ვინაიდან დისტანციური მართვის შეყვანის წინააღმდეგობა უკუპროპორციულია მისი ოპერაციული დენის მნიშვნელობასთან I 0, ეს დენი ჩვეულებრივ დაყენებულია მცირედ (ათობით მიკროამპერი), რაც თავის მხრივ განსაზღვრავს დისტანციური მართვის დაბალ მომატებას:

სად
- ბიპოლარული ტრანზისტორის გამტარობა. ამიტომ, ინტეგრირებული ოპერაციული გამაძლიერებლები იყენებენ შემდგომ გამაძლიერებელ ეტაპებს მაღალი ძაბვის მომატების მისაღწევად. ზოგადად, ოპ-გამაძლიერებლის ძაბვის მომატება უდრის მისი ყველა საფეხურის მომატების ფაქტორების ნამრავლს:
.

შეყვანის ძაბვის აბსოლუტური მნიშვნელობები უ − , უ + და უ EXITშემოიფარგლება op-amp მიწოდების ძაბვით + უ პეტიდა − უ პეტი− (≤ ± 15 ვ). op-amp-ის გადაცემის მახასიათებლის ტიპიური თვისება არის ის, რომ ის მგრძნობიარეა შეყვანის ძაბვების სხვაობის მიმართ და არ არის დამოკიდებული მათ აბსოლუტურ მნიშვნელობებზე. ამ თვისებიდან გამომდინარეობს ორი ცნების დანერგვა: საერთო რეჟიმის შეყვანის ძაბვა უ SINFსაერთო ძაბვის კომპონენტისთვის, როგორც მათ შესასვლელში, რომელიც უნდა დათრგუნოს გამაძლიერებლის მიერ, ასევე დიფერენციალური შეყვანის ძაბვისთვის უ დ, რაზეც გამაძლიერებელი პასუხობს:

,
,

სად K = 1/2 ან 0.

op-amp პარამეტრების განსაზღვრის გასამარტივებლად, ჩვეულებრივ ვარაუდობენ TO= 0, მაშინ უ SINF = უ + .

ინტეგრირებული ოპერაციული გამაძლიერებლები, როგორც წესი, შედგება დიფერენციალური შეყვანის საფეხურისგან, გაზრდის ეტაპებისგან, საფეხურისგან, რომელიც გარდაქმნის დიფერენციალური გამაძლიერებლის ორფაზიან გამომავალს ერთფაზად და დონის ცვლის საფეხურს. გამაძლიერებლის გამომავალზე გამოიყენება ემიტერის მიმდევარი დამატებით ტრანზისტორებზე, რომელიც უზრუნველყოფს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი პოლარობის სიგნალების გადაცემას. თანამედროვე op-amps-ებში TO 0 აღწევს 1*10 5 ან მეტი რიგის მნიშვნელობას.

ოპერაციულ გამაძლიერებლებზე დაფუძნებული მიკროსქემის დიზაინის განხილვისა და ანალიზისა და ძირითადი ურთიერთობების გამოყვანისას, კონცეფცია ხშირად გამოიყენება იდეალური ოპერაციული გამაძლიერებელი.იდეალურ op-amp-ში ითვლება, რომ:

ოპერაციულ გამაძლიერებელს აქვს უსასრულოდ დიდი შეყვანის წინაღობა და ნულოვანი გამომავალი წინაღობა;

op-amp შეყვანები სიმეტრიულია და არ მოიხმარს დენს;

ძაბვა op-amp შეყვანებს შორის არის ნულოვანი;

op-amp-ის ძაბვის მომატება მიდრეკილია უსასრულობამდე, ხოლო გამომავალი ძაბვა ნულის ტოლია შეყვანის სიგნალების არარსებობის შემთხვევაში.

5.4.2. ოპერაციული გამაძლიერებლის ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხი

ა op-amp-ის ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხი (AFC) – ძაბვის მომატების დამოკიდებულება სიხშირეზე. ნებისმიერი მრავალარხიანი გამაძლიერებელი მაღალ სიხშირეებზე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ეკვივალენტური სქემით (ნახ. 5.7), რომელშიც სიგნალის გენერატორი K 0 U VX დატვირთულია ინტეგრირებულ RC ჯაჭვებზე, რომელთა რაოდენობა უდრის რაოდენობას. op-amp ეტაპები (R და C არის, შესაბამისად, კასკადის საკუთარი გადაცემის გამტარობა და დატვირთვის ტევადობა).

ერთი RC ჯაჭვის ძაბვის გადაცემის კოეფიციენტი:

სად
- წრიული გამორთვის სიხშირე.

შესაბამისად, ათვლის სიხშირე
. ჯაჭვის სიხშირეზე რეაგირების მოდული განისაზღვრება მიმართებით:

IN სიხშირის პასუხის id ორსაფეხურიანი ოპ-გამაძლიერებლისთვის ექვივალენტური მიკროსქემის შესაბამისად ნაჩვენებია ნახ. 5.8 (მრუდი 1), სადაც სიხშირე და მომატება გამოსახულია ლოგარითმული მასშტაბით. მომატება იზომება დეციბელებში (1 dB = 20 lgK). სიხშირის ათჯერ (ათწლეულის განმავლობაში) შეცვლით, ჩვენ ვიღებთ მომატების შემცირებას იმავე ათჯერ (მომატების ვარდნა 20 დბ). როგორც ნახატიდან ჩანს, დაბალ სიხშირეებზე TOასიმპტომურად უახლოვდება ღია მარყუჟის მომატების მნიშვნელობას TO 0 . როდესაც სიხშირე იზრდება ათვლის სიხშირის მიღმა ვ sr1, რომელზედაც TOმცირდება ღირებულებამდე 0.707 კ 0 (3 dB-ით), მაღალი სიხშირის ჩამორთმევის სიჩქარე ერთგვაროვანია და შეადგენს 20 dB/dec. მრავალსაფეხურიან გამაძლიერებელში, თითოეულ საფეხურს აქვს საკუთარი გადაცემის გამტარობა და დატვირთვის ტევადობა, შესაბამისად სიხშირეზე ვ sr2მეორე ეტაპისთვის, მაღალი სიხშირის ჩამორთმევის სიჩქარე იქნება 40 დბ/დეკ. თანამედროვე ოპერაციულ გამაძლიერებლებს აქვთ კორექტირებული სიხშირის პასუხი, რომელსაც ოპ-ამპერტისთვის უკუკავშირის გარეშე აქვს მრუდი 2. სიხშირის მატებასთან ერთად, მომატება იკლებს და გრაფიკი კვეთს ნულოვანი დეციბელის ხაზს სიხშირით. ერთიანობის მოგებავ ტ. ეს სიხშირე განსაზღვრავს op-amp-ის აქტიურ სიხშირის დიაპაზონს, რომელშიც არის მომატება K≥ 1. შეყვანის სიგნალის სიხშირისა და ღია მარყუჟის მომატების პროდუქტი TOერთიანობის მომატების ზოლის ტოლი ვ ტ = კვ VX. მოცემული სიხშირის დიაპაზონში ამპლიტუდა-ფაზის დამახინჯების აღმოსაფხვრელად აუცილებელია ამ ზოლში ამპლიტუდის მახასიათებლების ერთგვაროვნების უზრუნველყოფა. ეს მიიღწევა op-amp-ში უარყოფითი გამოხმაურების (NFB) შემოღებით. როგორც OOS სიღრმე იზრდება (op-amp მომატება მცირდება), ერთიანი ამპლიტუდის მახასიათებლის სიხშირის დიაპაზონი ფართოვდება (მრუდი 3). სიხშირის დიაპაზონი ნულიდან ზედა ზღვრულ სიხშირემდე ვ ბეწოდება მცირე სიგნალის გამტარი ზოლი, რომელიც დაკავშირებულია op-amp-ის ერთიანობის მომატების ზოლთან უკუკავშირის თანაფარდობით. ვ ბ = ვ ტ TO OS, სად TO OS- უკუკავშირის მიღება.

5.4.3. ოპერაციული გამაძლიერებლის სქემები

op-amp სქემების რაოდენობა განუწყვეტლივ იზრდება ელემენტის ბაზის განვითარებასთან ერთად და ახალი ოპ-ამპერატორების გამოჩენა, ამიტომ განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია აგების პრინციპების ცოდნა და ანალიზის ე.წ. ტიპიური (ძირითადი) op-amp გადართვის სქემები. ოპერაციული გამაძლიერებლების დასაკავშირებლად სამი ძირითადი სქემაა:

op-amp-ის ინვერსიული გადართვა;

op-amp-ის არაინვერსიული გადართვა;

op-amp-ის დიფერენციალური ჩართვა.

ეს სქემები არის საფუძველი სხვა ოპერაციული გამაძლიერებლის სქემების შესაქმნელად და მათი პარამეტრების გაანგარიშებისთვის. ძირითადი სქემების ანალიზისა და მათი პარამეტრების გაანგარიშების გამარტივებისას, ხშირად გამოიყენება იდეალური ოპერაციული გამაძლიერებლის კონცეფცია. განვიხილოთ ძირითადი სქემები op-amp-ის დასაკავშირებლად.

5.5.3.1. op-amp-ის ინვერსიული გადართვა

op-amp-ის ინვერსიული კავშირის ეკვივალენტური წრე ნაჩვენებია ნახ. 5.9. ამ წრეში, შეყვანის სიგნალი და უკუკავშირის სიგნალი მიეწოდება op-amp-ის შებრუნებულ შეყვანას. OOS-ის დანერგვა იწვევს იმ ფაქტს, რომ წრეს ახლა აქვს უკუკავშირის მომატება TO OS. მოდით განვსაზღვროთ ღირებულება TO OSიდეალური op-amp-ის თვისებებზე დაყრდნობით.

ჩვენ მიგვაჩნია, რომ ძაბვა შეყვანებს შორის არის ნულოვანი. მაშინ არაინვერსიული შეყვანის პოტენციალი და შებრუნებული შეყვანის პოტენციალი და შესაბამისად A წერტილის პოტენციალი (მიმდინარე შემაჯამებელი წერტილი) ასევე ნულია. იმ პირობით, რომ op-amp-ის შეყვანის წინაღობა რ VXსაკმარისად დიდია, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ დენი სიგნალის წყაროდან მე C = უ C / რ1 მიედინება მხოლოდ უკუკავშირის რეზისტორის მეშვეობით რ OS, ქმნის ძაბვის ვარდნას მასზე:

ძაბვის ვარდნა რეზისტორზე რ OSდიდი სიზუსტით უდრის გამომავალი ძაბვის U OUT, რადგან რეზისტორის მარცხენა გამომავალი პოტენციალი რ OS(პუნქტი A) უდრის ნულს (სქემის ხელოვნური ნულოვანი პოტენციალი). ამიტომ შეგვიძლია დავწეროთ:

.

დახურული მარყუჟის ძაბვის მომატება:

მინუს ნიშანი გამოხატულებაში (4.4) გვიჩვენებს, რომ ძაბვა op-amp გამომავალზე არ არის შეყვანის ძაბვის ფაზაში. რეალურ op-amp-ში, შეზღუდული მომატების მნიშვნელობის გათვალისწინებით TO 0 გამოხატვა ამისთვის TO OSაქვს ფორმა:

. (5.5)

შეყვანის წინააღმდეგობა, როდესაც op-amp ჩართულია ინვერსიით, შეიძლება გამოითვალოს დაახლოებით რ VX ≈ რ1. გამომავალი წინაღობა

სად რ OUT.0- op-amp-ის გამომავალი წინაღობა უკუკავშირის გარეშე.

შენიშვნა. წინააღმდეგობა R C ამ წრეში შემდგომში ემსახურება მიკერძოების დენების I CM შემცირებას საოპერაციო გამაძლიერებლის სქემებში.

5.4.3.2. არაინვერსიული op-amp გადართვა

არაინვერსიული op-amp კავშირის ეკვივალენტური წრე ნაჩვენებია ნახ. 5.10.

ამ წრეში უკუკავშირის ძაბვა იქმნება გამყოფით რ1 – რ OS :

თუ ვივარაუდებთ, რომ ოპ-ამპერატორის შეყვანებს შორის ძაბვა ახლოს არის ნულთან, შეგვიძლია დავწეროთ, რომ უ ო.კ. =უ C , საიდანაც ძაბვის მომატება:

შეყვანის წინააღმდეგობა, როდესაც op-amp ჩართულია არაინვერსიული, არის დიდი და დაახლოებით განისაზღვრება მიმართებით:

გამომავალი წინააღმდეგობა სად β =რ1/ რ ო.კ. .

5.4.3.3. op-amp-ის დიფერენციალური გადართვა

op-amp-ის დიფერენციალური კავშირის ეკვივალენტური წრე ნაჩვენებია ნახ. 5.11. ეს არის ინვერსიული და არაინვერსიული გადართვის სქემების ერთობლიობა და შესაძლებელს ხდის ორი შეყვანის სიგნალის სხვაობის მიღებას მოცემული მომატებით.

პ ამ მიკროსქემის ძაბვის მომატების მისაღებად ჩვენ მაინც ვივარაუდებთ, რომ ძაბვის სხვაობა op-amp-ის შეყვანებზე არის ნულოვანი და სიგნალის დენები არ განშტოება მის შეყვანებზე. მოდით შევქმნათ განტოლებების სისტემა ძაბვისთვის ინვერსიულ და არაინვერსიულ შეყვანებზე:

- შებრუნებული შეყვანა:

, სად არის ძაბვა შებრუნებულ შეყვანაზე; (5.8)

- არაინვერსიული შეყვანა:

იმის გათვალისწინებით, რომ იდეალური op-amp-ისთვის ძაბვა შეყვანებს შორის არის ნულოვანი
, (9.7) და (9.8) ერთობლივად ამოხსნით ვიღებთ გამოთქმას for

გამომავალი ძაბვა:

სად ნ = რ ო.კ. / რ VX = nR/ რ - უკუკავშირის გამაძლიერებლის მოგება. თუ წრეში წინააღმდეგობები განსხვავებულია, მაშინ გამომავალი ძაბვა შეიძლება განისაზღვროს:

5.4.3.4. შემკრები

პ op-amp გადართვის სქემების ანალოგიით, განასხვავებენ ინვერსიულ და არაინვერტირებულ შემკრებებს. ინვერსიული დამმატებლის წრე ნაჩვენებია ნახ. 5.12. სუპერპოზიციის პრინციპზე დაყრდნობით, ძაბვა ინვერსიული დამამატებლის გამოსავალზე შეიძლება განისაზღვროს მიმართებით:

, სად კ ო.კ. მე = რ ო.კ. / რ მე – i-th შეყვანის სიგნალის გადაცემის კოეფიციენტი ინვერსიულ შეყვანაზე. არაინვერსიული შემკრების წრეში, შეყვანის ძაბვები გამოიყენება არაინვერსიულ შეყვანაზე და ყველა რეზისტორზე, გარდა უკუკავშირის წინააღმდეგობისა. რ ო.კ. , გააკეთე ისინი იგივე. ასეთი დამამატებლის გამოსავალზე ძაბვა განისაზღვრება მიმართებით:

5.4.3.5. შედარებითები

Comparator (ინგლისურიდან Compare) არის მოწყობილობა, რომელიც ადარებს სიგნალის ძაბვას ერთ-ერთ შეყვანაში საცნობარო ძაბვასთან მეორე შესასვლელთან. როდესაც გამოიყენება როგორც op-amp შედარებითი, დადებითი ან უარყოფითი გაჯერების ძაბვა დაყენდება მის გამოსავალზე ± უ ჩვენ. როგორც წესი, op-amp-ში, გაჯერების ძაბვა და მიწოდების ძაბვა დაკავშირებულია მიმართებით: ± უ ჩვენ = ±0.9უ პეტი . შედარებითები გამოიყენება ბევრ მოწყობილობასა და სქემებში, მაგალითად:

შმიტის ტრიგერში ან წრედში, რომელიც გარდაქმნის თვითნებურ ტალღურ ფორმას კვადრატულ ტალღად ან იმპულსურ სიგნალად;

ნულოვანი დეტექტორში - წრე, რომელიც მიუთითებს შეყვანის სიგნალის გავლის მომენტსა და მიმართულებას 0 ვ-ზე;

დონის დეტექტორში - წრე, რომელიც მიუთითებს იმ მომენტში, როდესაც შეყვანის ძაბვა აღწევს მოცემულ საცნობარო ძაბვის დონეს,

სამკუთხა ან მართკუთხა ტალღის გენერატორში და ა.შ.

შედარების გამორჩეული თვისებაა გარემოსდაცვითი უკუკავშირის ნაკლებობა, ე.ი. ძაბვის მომატება განისაზღვრება შინაგანი მომატებით TO 0 OU.

ნახ. 5.13. გვიჩვენებს შედარებითი წრე, რომელიც მგრძნობიარეა შეყვანის ძაბვის მიმართ (−). ამ წრეში, შეყვანის სიგნალი მიეწოდება ინვერსიულ შეყვანას, ხოლო არაინვერსიული შეყვანა გამოიყენება საცნობარო ძაბვის დასაყენებლად. უ op. ვინაიდან ორივე შეყვანა ჩართულია შედარების წრეში, მისი მუშაობის და გამომავალი ძაბვის ქცევის გასაანალიზებლად, უნდა გამოვიყენოთ

შემოიღეთ მესამე ძირითადი გადართვის წრე - op-amp-ის დიფერენციალური გადართვა და მიმართება (5.10).

იმ შემთხვევაში, როცა უ op = 0 , შედარებითი წრე მუშაობს როგორც ნულოვანი დეტექტორი (ნახ. 5.13.ბ). იმ შემთხვევაში, როცა უ VXდადებითი (პირველი ნახევარ ციკლის განმავლობაში), უ EXITუდრის − უ ᲩᲕᲔᲜ, ვინაიდან შეყვანის პოტენციალი (+) ნაკლებია შეყვანის პოტენციალზე (−) (იხ. სურ. 5.13. ბ). მეორე ტაიმში, როცა უ VXუარყოფითი, უ EXITნება უდრის + უ ᲩᲕᲔᲜ, ვინაიდან შეყვანის პოტენციალი (+) მეტია შეყვანის პოტენციალზე (−). ამრიგად, უ EXITაჩვენებს როდის უ VXდადებითი ან უარყოფითი ნულოვანი საცნობარო ძაბვის მიმართ.

Როდესაც უ op > 0 შედარებითი წრე მუშაობს როგორც დონის დეტექტორი (ნახ. 5.13. გ). ინტერვალზე M–N უ EXITუდრის − უ ᲩᲕᲔᲜ, ვინაიდან შეყვანის პოტენციალი (+) ნაკლებია შეყვანის პოტენციალზე (−) ( უ op < უ VX). ზე უ VX < უ op (ინტერვალი N–K) უ EXITუდრის + უ ᲩᲕᲔᲜ .

თუ თქვენ შეცვლით შეყვანილ საშუალებებს შეყვანის ძაბვის მიწოდებასა და მითითების გენერირებისთვის, შეგიძლიათ მიიღოთ შედარებითი წრე, რომელიც მგრძნობიარეა შეყვანის ძაბვის მიმართ (+).

პრაქტიკაში, ზოგიერთ შემთხვევაში შეყვანის ძაბვა შეიძლება მერყეობდეს საცნობარო დონის გარშემო. ასეთი რხევები უფრო მეტად სავარაუდოა ოპ-ამპერატორის შეყვანის ტერმინალებთან მიახლოებული მავთულების გარდაუვალი ჩარევის გამო (ხმაურის ძაბვა). ამ შემთხვევაში ძაბვა უ EXITიქნება მერყეობა ერთი გაჯერების დონიდან მეორეზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ცრუ სიგნალიზაცია, საზომი მოწყობილობები ან აქტივატორები. იმისათვის, რომ გამომავალი ძაბვა არ რეაგირებდეს საცნობარო დონის ცრუ გადაკვეთებზე, დადებითი გამოხმაურება (POF) შეტანილია შედარებებში. ასეთ შედარებებს უწოდებენ PIC-თან შედარებით ან რეგენერაციულ შედარებას, შმიტის ტრიგერები. PIC ხორციელდება გამომავალი ძაბვის გარკვეული ნაწილის გამოყენებით არაინვერსიულ შეყვანაზე უ EXITრეზისტენტული გამყოფის გამოყენებით R3 -R4 (სურ. 5.14). რეზისტენტული გამყოფის მიერ გამომუშავებულ ძაბვას ექნება განსხვავებული მნიშვნელობები, რადგან ეს დამოკიდებულია ნიშანზე უ EXIT. ის ზედა ან ქვედა ბარიერის ძაბვას უწოდებენდა PIC-თან შედარებით, ის ავტომატურად დაინსტალირებულია:

. (5.12)

დადებითი გამოხმაურება ქმნის ტრიგერის ეფექტს, აჩქარებს გადაადგილებას უ EXITერთი სახელმწიფოდან მეორეში. Როგორც კი

უ EXITიწყებს ცვლილებას, წარმოიქმნება რეგენერაციული უკუკავშირი, აიძულებს უ EXITიცვლება კიდევ უფრო სწრაფად. ნულის ტოლ დროს (ნახ. 5.14. a, b), უ VX უარყოფითი, ამიტომ გამომავალი ძაბვა არის + უ ᲩᲕᲔᲜდა დაწესდება ზღურბლი არაინვერსიულ შეყვანაზე უ P.V.. დროის მომენტში ტ1 ვოლტაჟი უ VX > + უ ᲩᲕᲔᲜდა შედარებითი გადადის ძაბვის გამოსავალზე − უ ᲩᲕᲔᲜ. ამ შემთხვევაში, ბარიერი დაწესდება არაინვერსიულ შეყვანაზე უ პ.ნ. . შედარების შემდეგი გადართვა მოხდება ამ მომენტში ტ2 , Როდესაც უ VX გახდება უფრო უარყოფითი ვიდრე ძაბვა − უ ᲩᲕᲔᲜ . თუ ზღვრული ძაბვები აღემატება ხმაურის ამპლიტუდას, მაშინ PIC არ დაუშვებს ცრუ სიგნალიზაციას გამოსავალზე (ნახ. 5.14. a, b). ძაბვის დიაპაზონი − უ ᲩᲕᲔᲜ ≤ უ ≤ + უ ᲩᲕᲔᲜეწოდება "ჰისტერეზი" ან "მკვდარი ზონა".

ლექცია 6.ჰარმონიული რხევების გენერატორები. ტრანზისტორების ძირითადი მუშაობის რეჟიმი. მართკუთხა პულსის გენერატორები.

6.1. ჰარმონიული გენერატორები

ჰარმონიული რხევის გენერატორები არის მოწყობილობები, რომლებიც გარდაქმნის პირდაპირი დენის ენერგიას საჭირო სიხშირისა და სიმძლავრის სინუსოიდური ფორმის ელექტრომაგნიტური რხევების ენერგიად. აგზნების მეთოდის მიხედვით ისინი იყოფიან გენერატორებად დამოუკიდებელი აღგზნებით და თვითაღგზნებით (ავტოგენერატორები).

თვითოსცილატორის ბლოკ-სქემა ნაჩვენებია ნახ. 6.1. ის წარმოადგენს გამაძლიერებელს, რომელიც გარშემორტყმულია დადებითი გამოხმაურებით. Აქ Ќ - გამაძლიერებლის ძაბვის მომატების რთული მნიშვნელობა, έ - ოთხპორტიანი უკუკავშირის ქსელის (FOS) გადაცემის კოეფიციენტის კომპლექსური მნიშვნელობა. სიხშირეზე დამოკიდებული ბმულები გამოიყენება როგორც FOS: LC სქემები მაღალი სიხშირის თვითოსცილატორებში და RC სქემები დაბალი სიხშირის სქემებში.

უკუკავშირით დაფარულ გამაძლიერებელში, შემდეგი ურთიერთობები მართებულია:

Ů in = έ Ů out, Ů out = Ќ Ů შეყვანა, საიდანაც შეგიძლიათ დაწეროთ გამომავალი სიგნალის გამოხატულება:

Ů გარეთ = Ќ έ Ů გარეთ. (6.1)

გამოთქმა (6.1) მოქმედებს პირობით Ќ έ = 1. (6.2)

პირობის (6.2) შესრულება უზრუნველყოფს თვით-ოსცილატორში დაუცველ რხევებს. გაზრდის და უკუკავშირის გადაცემის კოეფიციენტის და მათი ფაზური ცვლის მოდულების გათვალისწინებით, შეგვიძლია დავწეროთ:

│ Ќ │е jφ │ έ │е jψ =Kе jφ εе jψ =1. (6.3)

თანასწორობა (6.3) უნდა დაკმაყოფილდეს, თუ დაკმაყოფილებულია ორი პირობა:

φ + ψ = 2π n(n= 0, 1, 2, 3….) (6.4),

პირობას (6.4) ეწოდება "ფაზის ბალანსის მდგომარეობა" და ნიშნავს, რომ სისტემაში მოქმედებს დადებითი უკუკავშირი (POF).

მდგომარეობა (6.5) ეწოდება "ამპლიტუდის ბალანსის მდგომარეობას" და ნიშნავს, რომ ენერგიის დანაკარგები თვითოსცილატორში ივსება ენერგიის წყაროდან PIC მიკროსქემის მეშვეობით.

სუსტი რხევები, რომლებიც რაიმე მიზეზით ჩნდება გამაძლიერებლის შესასვლელში, ძლიერდება "K"-ჯერ და სუსტდება "ε"-ჯერ უკუკავშირის წრეში. გამაძლიერებლის შეყვანაში დაბრუნება იმავე ფაზაში, მაგრამ უფრო დიდი ამპლიტუდით. შემდეგ პროცესი მეორდება მანამ, სანამ გამოსავალზე არ დამყარდება მუდმივი ამპლიტუდის მქონე რხევები (Kε= 1).

6.2.1. RC ჰარმონიული ოსცილატორები

ნახ. ნახაზი 6.2 გვიჩვენებს ჰარმონიული რხევების RC თვითოსცილატორების დიაგრამებს.

RC თვითოსცილატორები შეიცავს აქტიურ ელემენტს (OE გამაძლიერებელი) და დიფერენცირების (იხ. ნახ. 6.2, ა) ან ინტეგრაციული (იხ. ნახ. 6.2, ბ) ტიპის აქტიურ ელემენტს (OE გამაძლიერებელი), რომელიც დაკავშირებულია PIC გამაძლიერებლის წრედ. . გარდა ამისა, პარალელურად დაკავშირებული ალტერნატიული დენი R1 და R2 ქმნიან დიფერენცირების ტიპის სამი რგოლის RC წრედის მესამე წინააღმდეგობას: (R1R2) / (R1 =R2) =R

სამი რგოლის RC სქემებს აქვთ ამპლიტუდა-სიხშირის და ფაზური სიხშირის მახასიათებლები (AFC და PFC), ნაჩვენებია ნახ. 6.3. სიხშირეზე პასუხის და ფაზის პასუხის გრაფიკებიდან ირკვევა, რომ მახასიათებლების შებრუნების წერტილი (A წერტილი) შეესაბამება ω 0 სიხშირეს და ფაზა ψ = 180 0 დიფერენცირების ტიპის RC წრედისთვის და ψ = -180 0 ინტეგრირებული ტიპის RC წრე. წერტილი A შეესაბამება RC წრედის კვაზირეზონანსს, ხოლო კვაზირეზონანსული სიხშირე ω 0 ეწოდება სიხშირეზე შერჩევითი RC წრედის კვაზირეზონანსულ სიხშირეს.

თითოეული RC ჯაჭვი უზრუნველყოფს ფაზის ცვლას 60 0-ის ტოლი. სამი რგოლის RC ჯაჭვის მთლიანი ცვლა არის 180 0. დიფერენცირების ჯაჭვი რხევების ფაზას ცვლის ჩამორჩენისკენ, ხოლო ინტეგრირების ჯაჭვი წინსვლისკენ.

თავად OE-ით გამაძლიერებელი ცვლის გამომავალ სიგნალს 180 0-ით და სამი რგოლის RC ჯაჭვი ასევე 180 0-ით. ამრიგად, სიგნალი მიეწოდება გამაძლიერებლის შეყვანას ფაზაშიგამომავალი სიგნალით PIC-ის გამო. ეს უზრუნველყოფს ფაზის ბალანსის მდგომარეობას.

ძირითადი გაანგარიშების კოეფიციენტები:

ა) გენერატორისთვის დიფერენცირების ტიპის RC სქემით:

ბ) გენერატორისთვის ინტეგრირებული ტიპის RC სქემით:

6.2.2. RC ოსცილატორები, რომლებიც დაფუძნებულია საოპერაციო გამაძლიერებლებზე

ა). RC ოსცილატორები ფაზის ბრუნვით უკუკავშირის წრეში

RC გენერატორებში ნაჩვენებია ნახ. 6.4, დიფერენცირებადი ან ინტეგრაციული ტიპის სამი რგოლის ფაზის გადამრთველი RC წრე დაკავშირებულია ოპ-გამაძლიერებლის ინვერსიულ შეყვანასა და გამომავალს შორის. რეზისტორი R, რომელიც შედის OOS წრეში (იხ. ნახ. 6.4, ა), ასრულებს ორ ფუნქციას: როგორც RC მიკროსქემის რგოლის ელემენტი და როგორც ელემენტი OOS წრეში სტაბილურობის გაზრდის მიზნით. ანალოგიურ დავალებას ასრულებს C კონდენსატორი გენერატორის წრეში ნახ. 6.4, ბ. კვაზირეზონანსული სიხშირეზე ω 0, სამ ელემენტიანი RC სქემები ცვლის ფაზას ±π-ით, ხოლო ინვერსიული op-amp ცვლის ფაზას π-ით.

დიზაინის ძირითადი კოეფიციენტები იგივეა, რაც ტრანზისტორი RC ოსცილატორებში

ბ). RC ოსცილატორი ფაზის ბრუნვის გარეშე უკუკავშირის წრეში

ამ გენერატორში, ნაჩვენებია ნახ. 6.5, PIC გამოყენებული იქნა ოპ-გამაძლიერებლის შეყვანისას ვენის ხიდის გავლით. ვენის ხიდი შედგება სერიული და პარალელური RC ბმულებისგან, რომლებსაც აქვთ გადაცემის ყველაზე მაღალი კოეფიციენტი კვაზირეზონანსულ სიხშირეზე ω 0 (იხ. სურ. 6.5b). ამ შემთხვევაში ფაზური ცვლა 0-ის ტოლია (იხ. სურ. 6.5, გ). ბალანსის უზრუნველსაყოფად

ვიენის ხიდის ფაზური გამომავალი უკავშირდება op-amp-ის არაინვერსიულ შეყვანას. OOS ელემენტები R1, R2 ზრდის გენერატორის სტაბილურობას. ცვლადი რეზისტორი R1 ცვლის OOS-ის სიღრმეს.

ძირითადი დიზაინის ურთიერთობები ამ სქემისთვის:

f G = 1/ 2πRC;ε 0 = 1/3; C = 1/2πRf.

6.3. ტრანზისტორის ძირითადი მუშაობის რეჟიმი

ბიპოლარული ტრანზისტორზე დაფუძნებული ელექტრონული გადამრთველის სქემა ნაჩვენებია ნახ. 6.6. ტრანზისტორი გადამრთველს, რომელიც დაფუძნებულია საერთო ემიტერის წრეზე სტატიკური რეჟიმში, აქვს ორი სტაციონარული მდგომარეობა. ტრანზისტორი ჩაკეტილია და ოპერაციული წერტილი "B" არის გამორთვის რეგიონში -

რეგიონი II, ზემოდან შემოიფარგლება დენ-ძაბვის მახასიათებლით, რომელიც შეესაბამება I b = - I k0. ორივე pn კვანძი დახურულია. ტრანზისტორში დენი არ არის, კოლექტორის პოტენციალი (U KE ots) ახლოსაა E k მნიშვნელობასთან. ტრანზისტორის გამორთვის მდგომარეობაა U VX = U BE ≤ 0.

ტრანზისტორი ღიაა და ოპერაციული წერტილი "A" არის გაჯერების რეგიონში - რეგიონი I, მარჯვნივ შემოიფარგლება იმ ხაზით, საიდანაც ჩნდება სტატიკური დენი-ძაბვის მახასიათებლები. ტრანზისტორის ორივე p-n შეერთება ღიაა. მაქსიმალური დენი გადის ტრანზისტორში - კოლექტორის გაჯერების დენი ჩვენამდე. კოლექტორის ძაბვა ახლოს არის ნულთან. ტრანზისტორი გაჯერების პირობა U VX = U BE > 0.U K E > 0.

ტანზისტორის გადამრთველების გამოსათვლელად ხშირად გამოიყენება გაჯერების მდგომარეობის მიმდინარე კრიტერიუმი:

I B ≥I K N /β =I B N, სადაც I B N და I K N არის ბაზის დენი და კოლექტორის დენი გაჯერების ზღვარზე.

გაჯერების რეჟიმში ტრანზისტორი შეიძლება ჩაითვალოს ეკვიპოტენციურ წერტილად - წერტილი ყველა ელექტროდის ერთნაირი პოტენციალით. ამ შემთხვევაში, კოლექტორის დენი გაჯერების რეჟიმში შეიძლება განისაზღვროს როგორც I K N ≈ E K /R K, ბაზის დენი I B N ≈I K N / β ≈ E K /βR K. შემდეგ, შეყვანის ძაბვის მოცემული მნიშვნელობისთვის, წინააღმდეგობა ბაზის წრეში არის:

R B =U VX /I B N = (U VX βR K) / E K. (6.6)

6.4. ერთი მართკუთხა პულსის და პულსის მიმდევრობის პარამეტრები

განვიხილოთ ერთი პულსის ძირითადი პარამეტრები. საკვანძო ნახევარგამტარული მოწყობილობის მიერ წარმოქმნილი რეალური მართკუთხა ძაბვის პულსი ნაჩვენებია ნახ. 6.7.

პულსის პარამეტრებია: ამპლიტუდა U m, ხანგრძლივობა t და, განსაზღვრული 0,1 U m დონეზე ან ამპლიტუდის ნახევარის შესაბამის დონეზე (აქტიური ხანგრძლივობა), წინა კიდის ხანგრძლივობა t f, გათიშვის ხანგრძლივობა t s (უკანა ზღვარი. ) და პულსის ზედა ნაწილის დაშლა ∆U.

პულსის მიმდევრობის პარამეტრები (ნახ. 6.8) არის: პულსის ამპლიტუდა U m, განმეორების პერიოდი T, გამეორების სიხშირე.

f= 1 /T, პულსის ხანგრძლივობა t და, პულსის პაუზის ხანგრძლივობა t p, სამუშაო ციკლი γ = t და /T და შევსებული ფაქტორის რეციპროკული ia, რომელსაც ეწოდება მოვალეობის ციკლი q = 1/ γ =T/t და.

6.5. მართკუთხა პულსის გენერატორები (მულტივიბრატორები)

მართკუთხა ძაბვის იმპულსების პერიოდული თანმიმდევრობის შესაქმნელად საჭირო პარამეტრებით, გამოიყენება გენერატორები, რომლებსაც მულტივიბრატორები ეწოდება. მულტივიბრატორები მიეკუთვნება იმპულსური ტექნოლოგიის მოწყობილობების კლასს. როგორც ნებისმიერ გენერატორ მოწყობილობაში, რომელიც შექმნილია იმპულსების გენერირებისთვის, მათ წრეში ძირითადი ელემენტი (ტრანზისტორი, ოპერატიული გამაძლიერებელი) დაფარულია დადებითი გამოხმაურებით RC სქემების გამოყენებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ დასვენების პროცესს. რელაქსაციის მოწყობილობები მუშაობს ორ რეჟიმში: თვითრხევადი და ლოდინის რეჟიმში. ლოდინის რეჟიმში, თითოეული შეყვანის სიგნალისთვის წარმოიქმნება ერთი გამომავალი პულსი ან ასეთი პულსების პაკეტი. თვითრხევის რეჟიმში, გენერატორები ქმნიან პულსების უწყვეტ თანმიმდევრობას. ასეთი გენერატორები გამოიყენება ციფრულ ტექნოლოგიაში, როგორც ძირითადი ოსცილატორები და სიხშირის გამყოფები.

მულტივიბრატორის სქემების ასაშენებლად მრავალფეროვანი მეთოდი არსებობს. ყველაზე გავრცელებულია მულტივიბრატორის სქემები, რომლებიც დაფუძნებულია ოპერაციულ გამაძლიერებლებზე (op-amps). მულტივიბრატორის შექმნის შესაძლებლობა op-amp-ის გამოყენებით ეფუძნება op-amp-ის გამოყენებას, როგორც ბარიერი ელემენტის (შედარების). სიმეტრიული მულტივიბრატორის წრე op-amp-ის გამოყენებით (t И1 =t И2) ნაჩვენებია ნახ. 6.9. განვიხილოთ მულტივიბრატორის მოქმედება მისი მუშაობის დროის დიაგრამის გათვალისწინებით (სურ. 6.10).

დავუშვათ, რომ t1 დრომდე არის ძაბვა op-ampu-ს შეყვანებს შორის D > 0. ეს განსაზღვრავს ძაბვას გამომავალზე OUT =U − US და მის არაინვერსიულ შეყვანაზე + = − γU − US, სადაც γ = R3 /(R3 +R5) არის გადაცემის კოეფიციენტის დადებითი უკუკავშირის სქემები. გამომავალზე ძაბვის −U HAC არსებობა განსაზღვრავს C2 კონდენსატორის დატენვის პროცესს რეზისტორი R4-ის მეშვეობით ნახ. 6.9 ფრჩხილების გარეშე. t1 დროს ექსპონენციურად ცვალებადი ძაბვა op-amp-ის შებრუნებულ შეყვანაზე (ნახ. 6.10., გ) აღწევს ძაბვას შებრუნებულ შეყვანაში − γU − NAS. ოპ-ამპერატორის შეყვანებს შორის ძაბვა ხდება ნულის ტოლი, რაც იწვევს გამომავალზე ძაბვის პოლარობის ცვლილებას: u OUT = U + US (ნახ. 6.10, ა). ძაბვა არაინვერსიულ შეყვანაზე u + იცვლის ნიშანს და ხდება γU + US-ის ტოლი (ნახ. 6.10, ბ), რაც შეესაბამება op-amp u D-ის შეყვანებს შორის ძაბვას.< 0 иu ВЫХ =U + НАС. С момента времениt 1 начинается перезаряд конденсатора от уровня

− γ U − აშშ.

კონდენსატორი მიდრეკილია გადატვირთოს წრედში R4 რეზისტორით U + US დონემდე ძაბვის პოლარობით მითითებული ფრჩხილებში (ნახ. 6.9). t2 დროს, კონდენსატორზე ძაბვა აღწევს γU + US მნიშვნელობას. ძაბვა u D ხდება ნული. ეს იწვევს op-amp-ის საპირისპირო მდგომარეობაში გადასვლას (სურ. 6.10, a - c). წრეში შემდგომი პროცესები ანალოგიურად მიმდინარეობს.

სიმეტრიული მულტივიბრატორის პულსის გამეორების პერიოდი

Т = t И1 + t И2 = 2t И. (6.7)

პულსის გამეორების სიხშირე

f= 1 /T= 1 / 2t I. (6.8)

დრო t And შეიძლება განისაზღვროს t I1 ინტერვალის ხანგრძლივობით (ნახ. 6.10, ა), რომელიც ახასიათებს C2 კონდენსატორის დატენვას წრედში რეზისტორი R4 და ძაბვა U + US დონიდან − γU − US-მდე γU +. აშშ (ნახ. 6.10, გ).

დატენვის პროცესი აღწერილია ცნობილი ურთიერთობით:

სად
,
,
.

თუ გამოსახულებაში (6.10) დავდებთ
, შეგიძლიათ განსაზღვროთ დრო ტ და :

. (6.11)

ვივარაუდოთ, რომ op-amp
, ურთიერთობები (6.11), (6.7) და (6.8) შეიძლება შემცირდეს ფორმამდე:

. (6.14)

ასიმეტრიული მულტივიბრატორი И1 ≠t И2. ამისათვის აუცილებელია, რომ მულტივიბრატორის დროის სქემების დროის მუდმივები არათანაბარი იყოს ნახევარ ციკლებში. ეს მიიღწევა უკუკავშირის წრეში რეზისტორი R4-ის ნაცვლად ორი პარალელური ტოტის ჩართვით, რომელიც შედგება რეზისტორისა და დიოდისგან (ნახ. 6.11).

დიოდი VD2 ღიაა, როდესაც გამომავალი ძაბვის პოლარობა დადებითია, ხოლო დიოდი VD1 ღიაა, როდესაც პოლარობა უარყოფითია. მაშასადამე, პირველ შემთხვევაში τ 1 = C2R ״ 4, ხოლო მეორეში τ 2 = C2R ׳ 4. ასიმეტრიული მულტივიბრატორის პულსის ხანგრძლივობა t И1 და t И2 გამოითვლება მიმართების მიხედვით (6.11), ხოლო სიხშირე - მიხედვით. ფორმულამდე f = 1/T= 1/ (t И1 + t И2).

იმპულსური მოწყობილობების ენერგეტიკული თვისებების და დატვირთვაზე პულსის ენერგეტიკული ზემოქმედების დასადგენად, შემოღებულია პულსის საშუალო მნიშვნელობის კონცეფცია გარკვეული პერიოდის განმავლობაში (პულსის მუდმივი კომპონენტი). აქტიური დატვირთვის მქონე იმპულსების მართკუთხა მიმდევრობისთვის, ძაბვისა და დენის საშუალო მნიშვნელობა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში განისაზღვრება ურთიერთობებით:

,
.

ძაბვისა და დენის ეფექტური მნიშვნელობა გარკვეული პერიოდისთვის განისაზღვრება ურთიერთობებით:

,

6.6. დენის ტრანზისტორი კონცენტრატორებიMOSFETდაIGBT

შექმნილია მაღალი დენების გადართვისთვის (MOSFET - ათობით ამპერი, IGBT -

ასობით და ათასობით ამპერი) ასობით ვოლტის სამუშაო ძაბვაზე. გამოიყენება სხვადასხვა ტიპის ძაბვის გადამყვანებში (DC–DC, DC–AC), სიხშირის გადამყვანებში ელექტროძრავების სამართავად და ა.შ.

ოპერაციული პრინციპიMOSFETდაახლოებით იგივეა, რაც დაბალი სიმძლავრის იზოლირებული კარიბჭის საველე ეფექტის ტრანზისტორები ინდუცირებული გამტარობის არხით. ნახ.6.12-ში. გვიჩვენებს n-არხიანი MOSFET-ის ვერტიკალურ სტრუქტურას. ეს სტრუქტურა შესრულებულია ორმაგი დიფუზიის მეთოდით, რომელიც შედგება შემდეგისგან: n + - ტიპის სუბსტრატზე შეყვანილი ეპიტაქსიალური შრის მქონე, პირველი დიფუზია ტარდება (ბორი არის p-ტიპის მინარევები). შემდეგ, დონორის მინარევის (ფოსფორის) დიფუზიით იქმნება n + - ტიპის მატარებლების მაღალი კონცენტრაციის წყარო. გადინების კონტაქტი მდებარეობს ბოლოში. ეს სტრუქტურა საშუალებას გაძლევთ შექმნათ მაქსიმალური კონტაქტის არეალი დრენაჟსა და წყაროს შორის, რათა შეამციროთ მილების წინააღმდეგობა. პოლისილიკონის კარიბჭის ელექტროდი იზოლირებულია წყაროს ლითონისგან ფენით

SiO2. დენის ტრანზისტორის არხი იქმნება კარიბჭის ოქსიდის ქვემოთ p-რეგიონების ზედაპირზე, წყაროსთან დაკავშირებული p-რეგიონებით.

მსუბუქად დოპირებული n ტიპის რეგიონი (ხშირად უწოდებენ დრიფტის რეგიონს) საშუალებას აძლევს მოწყობილობას გაუძლოს მაღალ ძაბვას, როდესაც ის გამორთულია.

ვინაიდან MOSFET არის ტრანზისტორი, რომელიც მუშაობს უმრავლესობის დამუხტვის მატარებლებზე, მასში ზედმეტი მატარებლები არ გროვდება, რაც განსაზღვრავს ბიპოლარული ტრანზისტორის დინამიკას. დინამიკა განისაზღვრება მხოლოდ კარიბჭის ოქსიდის ფენით, ასევე ორი ტევადობით: შესასვლელი კარიბჭე-წყარო SG და გამომავალი დრენაჟის წყარო SSI.

თანამედროვე გადამყვანი მოწყობილობები მოითხოვს ტრანზისტორის ჩართვას და გამორთვას მაღალი სიხშირით - ასობით kHz და თუნდაც რამდენიმე MHz. წინააღმდეგობა MOSFET-ის კარიბჭესა და წყაროს შორის არის ათობით მეგაოჰმი, მაგრამ ის შეფერხებულია შეყვანის ტევადობით CZ, რაც მნიშვნელოვნად აისახება ტრანზისტორი კონტროლის მიკროსქემის დიზაინზე. ტრანზისტორის გადართვის მაღალი სიჩქარის დროს ტევადობა C ZI ძლიერ იტვირთება მის სამართავ წრედ.MOSFET-ს აქვს მახასიათებელი, რომელსაც ეწოდება წინა გადაცემის მახასიათებელი (ნახ. 6.13).

გადინების დენი ნულოვანია ძაბვამდე, რომელსაც ეწოდება ბარიერი (U ფორა), და შემდეგ იზრდება ძაბვის გაზრდით (U zi). მწარმოებლები განსაზღვრავენ Upore-ს, როგორც ძაბვას, რომლის დროსაც გადინების დენი აღწევს გარკვეულ მნიშვნელობას, მაგალითად 1 mA. სადრენაჟე დენის I 1-დან მიღწევისთვის აუცილებელია ტევადობის დამუხტვა ძაბვაზე U zi1. ანუ, შეყვანის ტევადობის დატენვის დრო და, შესაბამისად, ტრანზისტორის ჩართვის დრო განისაზღვრება საკონტროლო მიკროსქემის მიერ წარმოქმნილი დენით.

გამოვთვალოთ საჭირო დენი საკონტროლო წრედან MOSFET-ების გადართვისას. მოდით C SI = 4 nF, U SI 1 = 12 V და შეყვანის ტევადობის დატენვის დრო უნდა იყოს 40 ns.

სიმძლავრის ცნობილი მიმართებიდან

i c =C(du c/dt)

განვსაზღვროთ: I z =C zi U zi 1 /t on = 4 ·10 -9 ·12 / 40 ·10 -9 = 1.2A.

ამგვარად, იმისათვის, რომ MOSFET-ის გადართვა მოცემულ დროს, საკონტროლო ლოგიკამ უნდა უზრუნველყოს მნიშვნელოვანი დენი. თანამედროვე ტექნოლოგიაში, სპეციალიზებული კონტროლერები (დრაივერები) გამოიყენება მძლავრი MOSFET-ების გასაკონტროლებლად, რომლებსაც შეუძლიათ უშუალოდ მიაწოდონ ძაბვა კარიბჭეს 12-15 V რიგის ამპლიტუდით და პულსის დენით 1.5-3 A, რაც უზრუნველყოფს დიდი დატენვის დენს. შეყვანის ტევადობისთვის.

IGBT(IsolatedGateBipolarTransistor) - ბიპოლარული ტრანზისტორი იზოლირებული კარიბჭით. იპოვნეთ გამოყენება მაღალი ძაბვისა და მაღალი ამპერის აპლიკაციებში: დისკები, ინვერტორები, მოწყობილობები უწყვეტი კვების წყაროდა ა.შ. IGBT-ის ვერტიკალური სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახ. 6.14, ა. იზოლირებული კარიბჭის ბიპოლარული ტრანზისტორი, მძლავრი pnp ბიპოლარული ტრანზისტორი და საკონტროლო MOSFET დაკავშირებულია ერთ კრისტალში კომპოზიტური მიკროსქემის მიხედვით. სტრუქტურის საფუძველია ძლიერად დოპირებული p-ტიპის სილიკონი. MOSFET დაკავშირებულია ბიპოლარული ტრანზისტორის (BT) ფუძესა და კოლექტორს შორის. ფაქტობრივად, IGBT სტრუქტურაში შეიძლება გამოიყოს ორი BT: VT2 - სტრუქტურით p + -n - - p - და VT1 - სტრუქტურით + - p - -n - (სურ. 6.15). ამ ტრანზისტორების მუშაობას აკონტროლებს MOSFET. ნახ. 6.15. შემდეგი ურთიერთობები მოქმედებს:

i k 2 =β 2 i e2 ;i k 1 =β 1 i e1 ;i e =i k 1 +i k 2 +i c.

ანუ საველე ეფექტის ტრანზისტორი i c =i e (1 – β 1 – β 2) გადინების დენი ან S = ∂I c / ∂U zi.

IGBT დენის განყოფილების მიმდინარეობა:

i k ≈i e = (SU ​​GE) / (1 – β 1 – β 2) =S EKV U GE, სადაც S EKV =S/ (1 – β 1 – β 2) არის IGBT-ის ექვივალენტური დახრილობა. β 1 + β 2 = 1S-ზე, IGBT ECV მნიშვნელოვნად აჭარბებს SMOSFET-ის დახრილობას.

IGBT-ის სიჩქარე მნიშვნელოვნად დაბალია MOSFET-ის სიჩქარეზე (ათობით კილოჰერცი). IGBT-ის ჩართვის დრო დაახლოებით იგივეა, რაც BT-ის (დაახლოებით 80 წმ), მაგრამ გამორთვის დრო გაცილებით გრძელია. ეს განპირობებულია იმით, რომ IGBT-ს არ აქვს უნარი დააჩქაროს გამორთვის პროცესი უარყოფითი ბაზის დენის შექმნით (მის საბაზო წრეში შედის MOSFET, რომელიც ბევრად უფრო სწრაფად იხურება). ჩართულია

სურათი 6.16. აჩვენებს IGBT-ის გამორთვის პროცესს აქტიურ-ინდუქციური დატვირთვით. დასაწყისში კოლექტორის დენი სწრაფად იკლებს და შემდეგ ნელა აღწევს ნულს. საწყისი ეტაპი შეესაბამება მოწყობილობის დენის იმ ნაწილს, რომელიც მიედინება MOSFET-ში. უკანა კუდის ნაწილი (მიმდინარე კუდი) რეალურად არის BT დენი, როდესაც ბაზის გატეხილია