art522s

Търсене на навигационен изглед

Навигация

  • У дома
  • Статии
  • Circuit Bank
  • Мини проекти
  • Компоненти
  • Книги
  • Курс по електроника

Последни статии

  • 12V източник за производител (ART891S)
  • Littelfuse SC11xx еднопосочни телевизори
  • Как работи компараторът на напрежението (ART890S)
  • PI3CSW12 I3C диоди, включени 1: 2 мултиплексор
  • Вериги с 2N3055 и TIP3555 (ART889S)
  • Texas Instruments OPA856 Нискошумен широколентов оперативен усилвател

Търсене на таблици с данни

Мощност на прости източници (ART522S)

Един от най-често срещаните проблеми при използването на операционни усилватели в даден проект е необходимостта от използване на симетрично захранване (две напрежения). В много случаи наличието на един източник води до проблеми, които правят веригата по-скъпа или сложна, като генериране на отрицателно напрежение от допълнителни вериги. Изпълнението на операции с единични източници обаче може да бъде същото като при двойни източници.Моделирането на схемите за този режим на работа не е толкова трудно, колкото да се види в тази статия. Тази статия се основава на документацията на Burr-Brown.

За да разберем разликата между двата режима на работа, започваме от схемите, показани на фигура 1.


Обърнете внимание, че в конфигурация (а) на операционния усилвател няма земна връзка. Потенциалът на земята, взет като еталон, има стойност, която обикновено е половината от захранващото напрежение на веригата. За тази схема операционният усилвател „игнорира” земния потенциал.

Схемата, взета за пример, е последовател на напрежението, т.е. печалбата е единица. В тази схема изходното напрежение е равно на входното напрежение. Изходното напрежение може да колебае между положителни и отрицателни стойности по отношение на земята, взета за еталон.

В практически приложения усилвателите в тази конфигурация не постигат общ отклонение между стойностите, използвани в захранването. Обикновено при източник 15 + 15 V изходното напрежение ще варира от -13 V до + 13 V. Усилвателите, които достигат много по-близо до захранващото напрежение в изходното си отклонение, се наричат ​​"релса-релса".

В конфигурацията, показана в (b), от друга страна, веригата се захранва с обикновен източник от 30 V. Вижте тогава, че изходният сигнал ще има отклонение, което има максимум 2 V, освен ако напрежението, използвано в захранването, т.е. в този пример ще колебае между 0 и 28 V.

На практика всеки операционен усилвател може да се използва по този начин, но има специфични типове, по-препоръчителни за този тип операция. Причините, поради които операционният усилвател не може да се използва с прости източници, са в неговите електрически характеристики.

Една от причините, които затрудняват използването на един източник на усилвател, е ограниченият обхват на отхвърляне на общ режим, който зависи от температурата. Другата точка е точно обхватът на изходните напрежения на изхода, който не покрива общата лента до захранващото напрежение.

По този начин, когато напрежението се доближи до захранващото напрежение, усилвателят се насища и изходът му не достига желаната стойност. Това означава, че операционният усилвател, захранван с 12 V, например, може да работи задоволително само с входни сигнали до около 10 V.

Виждате обаче, че увеличаването на обхвата на отхвърляне в общ режим компрометира и други характеристики на усилвателя като входния дрейф ток, дрейфа и шума. В по-малко критични приложения деградацията на тези характеристики не компрометира проекта, но в критични приложения, като например инструментариум, които трябва да се разгледат внимателно.

За да използвате един усилвател с един източник, като същевременно компрометирате характеристиките му до минимум, има няколко алтернативи. Първият е показан на фигура 2.


Стойността на ценеровия диод трябва да бъде малко по-ниска от напрежението, използвано в захранването, като се вземе предвид отклонението на желания изходен сигнал. Заедно с диаграмата имаме основните формули за характеристиките, получени в тази конфигурация. Важен момент, който трябва да се наблюдава при тази конфигурация, е, че токът на натоварване протича през виртуалния терен.

По този начин ценеровият диод трябва да бъде оразмерен, за да носи този допълнителен ток. Друг важен момент е да се поддържа изходният ток по такъв начин, че напрежението в ценеровия диод винаги да е положително, така че да може да действа правилно във веригата.

Показаният усилвател е инвертиращ. За неинвертираща конфигурация можем да приемем схемата от фигура 3.


Допълнителният ток в ценеровия диод се дава от сумата на токовете в двата резистора. По същия начин, ценеровият диод трябва да бъде оразмерен, за да се справи с този ток. Необходимо е да се отбележи, че дори при операционни усилватели с полеви транзистори на входа, когато входното напрежение в общия режим стане високо, токът на отклонение може да бъде по-висок, отколкото при обикновените биполярни усилватели, при работа с един източник.

Един от начините за получаване на виртуално заземяване е използването на резистивни делители, както е показано на фигура 4. В тази схема импедансът на земната верига се определя от комбинацията на резисторите на делителя.


Връзката между стойностите на резисторите, използвани във веригата за обратна връзка, определя печалбата на този усилвател. Тъй като входът и изходът са свързани към една и съща земя с плаваща запетая, импедансът не се влияе от усилването. Друг момент, който трябва да се има предвид, е, че използваните резистори имат относително ниски стойности, което влияе върху консумацията на веригата.

Също така трябва да се има предвид, че токът на натоварване протича през това съпротивление, което трябва да се вземе предвид при неговото оразмеряване, така че да не настъпват промени в динамичния диапазон на изходните токове. Един от начините да се получи нисък импеданс на изхода, без да се влияе от плаваща земя, е използването на външен регулатор на напрежението, както е показано на фигура 5.


При приемането на това решение за получаване на плаваща земя за операционен усилвател е необходимо дизайнерът да е наясно с факта, че много регулатори на напрежение изискват минимален работен ток. Ако нормалното му натоварване е изключено, напрежението на изхода му ще се повиши и ще имаме ново ниво за плаващата земя, което би било втората верига, захранвана, тази с нисък ток. По-добро решение за получаване на плаваща земя с нисък импеданс е с още един операционен усилвател, използван като буфер, както е показано на фигура 6.


Наблюдавайте посоките на текущия поток през земята за различни посоки на текущия поток през товара. 22k резисторите в буферния усилвател определят еталонното напрежение за основния усилвател. В тази схема характеристиките на изходния импеданс без обратна връзка и честотната характеристика на буфера ще определят характеристиките на цялата верига. На Фигура 7 имаме обща техника за използване на небалансиран източник с две напрежения, който се използва с операционни усилватели с високо напрежение.


В този тип верига се използва малко отрицателно напрежение, за да се гарантира, че при отрицателно изтичане на изходното напрежение то достига нула, което иначе не би било възможно. Друга категория конфигурации, които могат да работят с един източник, е тази на диференциалните усилватели.

На фигура 8 имаме пример за диференциален усилвател, който използва несиметрично захранване. Основата е интегралната схема INA105.


Посоченият компонент вече има вътрешни съпротивления, съчетани за по-голяма точност. В често срещаните приложения щифт 1 обикновено е заземен. Този бор може да бъде препратен и към виртуална земя, както в приложенията, които видяхме в тази статия. В тази категория вериги можем също да цитираме усилвателите за контролно-измервателни уреди, като този, показан на фигура 9.

Тази конфигурация се основава на интегралната схема INA102, която вече има три взаимосвързани операционни усилвателя вътрешно. Първите две са последователи на напрежението и крайният усилвател дава печалбата на веригата с нисък изходен импеданс.


Завършеност

Както видяхме в тази статия, обичайните операционни усилватели могат да се използват ефективно във вериги, които имат прости източници. Еталонно напрежение или плаваща земя може да се създаде по различни начини и по този начин да доведе веригата до правилна работа. Припомняме, че Бър-Браун, който предлага много от предложенията, от които се възползваме в тази статия, е дъщерно дружество на Texas Instruments.