Phản hồi mạch khuếch đại hoạt động

So sánh

Nếu bạn sử dụng bộ khuếch đại hoạt động mà không có phản hồi tiêu cực (OOS), thì chúng tôi chắc chắn có thể nói điều gì xảy ra bộ so sánh. Để hiểu cách thức hoạt động của nó, bạn có thể thực hiện một số thí nghiệm đơn giản nhưng trực quan. Bạn sẽ cần một chút cho việc này: chính bộ khuếch đại hoạt động, nguồn điện có điện áp 9 ... 25V, một số điện trở, một cặp đèn LED và vôn kế (vạn năng kỹ thuật số).

Đầu dò logic đơn giản nhất được lắp ráp từ đèn LED và điện trở, như trong Hình 1.

Khi điện áp dương được đặt vào đầu vào đầu dò (thậm chí bạn có thể cung cấp + U), đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên và nếu đầu vào được kết nối với một dây chung, đèn xanh lục sẽ sáng lên. Với sự trợ giúp của đầu dò như vậy, trạng thái đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động được thử nghiệm trở nên rõ ràng và dễ hiểu.

Là một con thỏ thí nghiệm, nhưng bất kỳ con nào không có chất lượng cao và đắt tiền đều phù hợp khuếch đại hoạt động, ví dụ, KR140UD608 (708) trong vỏ nhựa hoặc K140UD6 (7) bằng kim loại tròn.

Hình 1. Sơ đồ của một đầu dò logic đơn giản

Cần lưu ý rằng mặc dù các trường hợp khác nhau, sơ đồ chân của các vi mạch này là như nhau và tương ứng với các trường hợp được hiển thị trong sơ đồ dưới đây. Nó thường xảy ra rằng pinout của vỏ nhựa và kim loại không khớp, mặc dù trên thực tế chúng là cùng một vi mạch. Bây giờ hầu hết các bộ khuếch đại hoạt động, đặc biệt là các bộ khuếch đại nhập khẩu, đều có sẵn trong vỏ nhựa, và mọi thứ đều hoạt động tốt và hoàn hảo, và không có sự nhầm lẫn với các sơ đồ chân. Và trước đây, những chiếc microcircuits nhựa dẻo như vậy được các chuyên gia gọi là khinh miệt.

Hình 2. Sơ đồ trên bộ khuếch đại hoạt động

Đối với các thử nghiệm đầu tiên, chúng tôi lắp ráp mạch như trong Hình 2. Không có nhiều việc được thực hiện ở đây: chính bộ khuếch đại hoạt động và đầu dò logic trong Hình 1 được kết nối với nguồn điện đơn cực. Điện áp cung cấp + U đơn cực 9 ... 30V. Mức độ căng thẳng trong các thí nghiệm của chúng tôi không có tầm quan trọng đặc biệt.

Ở đây, một câu hỏi hoàn toàn chính đáng có thể xuất hiện: Tại sao đầu dò lại hợp lý, bởi vì bộ khuếch đại hoạt động là một yếu tố tương tự? Có, nhưng trong trường hợp này, bộ khuếch đại hoạt động không hoạt động ở chế độ khuếch đại, nhưng ở chế độ so sánh, và nó chỉ có hai mức đầu ra. Điện áp gần 0V được gọi là số 0 logic và điện áp gần + U là đơn vị logic. Trong trường hợp công suất lưỡng cực, điện áp gần vớiUU tương ứng với số 0 logic.

Khi áp dụng điện áp cung cấp, một trong các đèn LED phải sáng. Không thể trả lời câu hỏi trong đó, màu đỏ hay màu xanh lá cây, vì mọi thứ phụ thuộc vào các tham số của bộ khuếch đại hoạt động cụ thể và các điều kiện bên ngoài, ví dụ, nhiễu mạng. Nếu bạn lấy một vài loại op-amp cùng loại, kết quả sẽ rất khác nhau.

Điện áp ở đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động được điều khiển bằng vôn kế: nếu đèn LED màu đỏ bật, vôn kế sẽ hiển thị điện áp gần với + U, và trong trường hợp đèn LED màu xanh lá cây, điện áp sẽ gần như bằng không.

Bây giờ bạn có thể thử áp dụng một số điện áp cho các đầu vào và xem xét các chỉ số và vôn kế làm thế nào bộ khuếch đại hoạt động sẽ hoạt động. Cách dễ nhất là áp dụng điện áp bằng cách chạm lần lượt từng ngón tay của từng đầu vào của bộ khuếch đại hoạt động và ngón còn lại của một trong các chân nguồn. Trong trường hợp này, ánh sáng của đầu dò và đọc vôn kế sẽ thay đổi. Nhưng những thay đổi này có thể không xảy ra.

Có một số điều là một số bộ khuếch đại hoạt động được thiết kế để điện áp đầu vào nằm trong một số giới hạn nhất định: cao hơn một chút so với điện áp ở đầu 4 và thấp hơn một chút so với điện áp cung cấp ở đầu 7. Đây là một chút thấp hơn, cao hơn là 1 ... 2B. Để tiếp tục các thí nghiệm, khi đã hoàn thành điều kiện được chỉ định, sẽ cần phải lắp ráp một sơ đồ phức tạp hơn một chút, như trong Hình 3.

Hình 3 Mạch khuếch đại phản hồi

Bây giờ điện áp được cung cấp cho các đầu vào bằng cách sử dụng các điện trở biến đổi R1, R2, các động cơ nên được lắp đặt gần vị trí giữa trước khi bắt đầu đo. Vôn kế bây giờ đã di chuyển đến một nơi khác: nó sẽ hiển thị sự khác biệt điện áp giữa các đầu vào trực tiếp và nghịch đảo.

Sẽ tốt hơn nếu vôn kế này là kỹ thuật số: cực tính của điện áp có thể thay đổi, dấu trừ sẽ xuất hiện trên chỉ báo của thiết bị kỹ thuật số và thiết bị con trỏ sẽ chỉ đơn giản là cuộn qua cuộn ngược hướng. (Bạn có thể sử dụng vôn kế con trỏ có điểm giữa trên thang đo.) Ngoài ra, điện trở đầu vào của vôn kế kỹ thuật số cao hơn nhiều so với con trỏ, do đó kết quả đo sẽ chính xác hơn. Trạng thái đầu ra sẽ được xác định bởi đèn LED.

Thật thích hợp để đưa ra lời khuyên như vậy: tốt hơn là thực hiện những thí nghiệm đơn giản này bằng tay của chính bạn, và không chỉ đọc và quyết định rằng mọi thứ đều đơn giản và dễ hiểu. Đây là cách đọc hướng dẫn guitar, trong khi không bao giờ chọn guitar. Vì vậy, hãy bắt đầu.

Điều đầu tiên cần làm là đặt các động cơ điện trở thay đổi về vị trí chính giữa, trong khi điện áp ở đầu vào của bộ khuếch đại hoạt động gần bằng một nửa điện áp cung cấp. Độ nhạy của vôn kế nên được tối đa hóa, nhưng có lẽ không phải ngay lập tức, nhưng dần dần, để không làm cháy thiết bị.

Giả sử rằng đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động thấp, đèn LED màu xanh lá cây được bật. Nếu không phải như vậy, thì trạng thái này có thể đạt được bằng cách xoay điện trở R1 theo cách mà động cơ di chuyển xuống mạch - thực tế có thể lên đến 0V.

Bây giờ, bằng cách sử dụng biến trở R1, chúng ta bắt đầu thêm điện áp vào đầu vào trực tiếp của bộ khuếch đại hoạt động (chân 3), quan sát các giá trị đọc của vôn kế. Ngay khi vôn kế hiển thị điện áp dương (điện áp ở đầu vào trực tiếp (đầu 3) lớn hơn điện áp ngược (đầu 2)), đèn LED màu đỏ sẽ sáng. Do đó, điện áp ở đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động cao hoặc, như đã thỏa thuận trước đó, một đơn vị logic.

Giúp một chút

Chính xác hơn, thậm chí không phải là một đơn vị logic, mà là một mức cao: một đơn vị logic chỉ ra sự thật của tín hiệu, theo họ, một sự kiện đã xảy ra. Nhưng sự thật này, đơn vị logic này có thể được thể hiện và mức độ thấp. Ví dụ, chúng ta có thể nhớ lại giao diện RS-232, trong đó điện áp âm tương ứng với một đơn vị logic, trong khi số 0 logic có điện áp dương. Mặc dù trong các sơ đồ khác, đơn vị logic thường được thể hiện ở mức cao.

Chúng tôi tiếp tục kinh nghiệm khoa học của chúng tôi. Chúng tôi bắt đầu cẩn thận và từ từ xoay điện trở R1 theo hướng ngược lại, theo vôn kế. Tại một thời điểm nhất định, nó sẽ hiển thị số không, nhưng đèn LED màu đỏ vẫn sáng. Không có khả năng bắt được vị trí mà cả hai đèn LED đều tắt.

Với sự quay tiếp của điện trở, cực tính của số đọc vôn kế cũng sẽ thay đổi thành âm. Điều này cho thấy rằng điện áp ở đầu vào nghịch đảo (2) trong giá trị tuyệt đối cao hơn ở đầu vào trực tiếp (3). Đèn LED màu xanh lá cây sáng lên, biểu thị mức thấp ở đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động. Sau đó, bạn có thể tiếp tục xoay điện trở R1 theo cùng một hướng, nhưng sẽ không có thay đổi nào xảy ra: đèn LED màu xanh lá cây sẽ không tắt và thậm chí sẽ không thay đổi độ sáng.

Hiện tượng này xảy ra khi bộ khuếch đại hoạt động ở chế độ so sánh, tức là không có phản hồi tiêu cực (đôi khi ngay cả với PIC).Nếu op-amp hoạt động ở chế độ tuyến tính, được bao phủ bởi phản hồi âm (OOS), thì khi động cơ điện trở R1 quay, điện áp đầu ra thay đổi theo tỷ lệ với góc quay, đọc chênh lệch điện áp ở đầu vào và không phải là một bước. Trong trường hợp này, độ sáng của đèn LED có thể được thay đổi trơn tru.

Từ tất cả những điều trên, chúng ta có thể kết luận: điện áp ở đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động phụ thuộc vào sự chênh lệch điện áp ở đầu vào. Trong trường hợp điện áp ở đầu vào trực tiếp cao hơn ở nghịch đảo, điện áp đầu ra cao. Mặt khác (điện áp trên nghịch đảo cao hơn so với trên trực tiếp), mức đầu ra là một số không logic.

Khi bắt đầu thí nghiệm này, nên lắp đặt các động cơ điện trở R1, R2 ở vị trí chính giữa. Và điều gì sẽ xảy ra nếu ban đầu bạn đặt chúng ở một phần ba doanh thu hoặc hai phần ba? Vâng, thực sự không có gì thay đổi, mọi thứ sẽ hoạt động theo cách như được mô tả ở trên. Từ đó, chúng ta có thể kết luận rằng tín hiệu ở đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động không phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối của điện áp ở đầu vào trực tiếp và nghịch đảo. Và nó chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt điện áp.

Từ tất cả những gì đã nói, một kết luận quan trọng hơn có thể được rút ra: một bộ khuếch đại hoạt động mà không có phản hồi là một bộ so sánh - một bộ so sánh. Trong trường hợp này, điện áp tham chiếu hoặc điện áp tham chiếu được áp dụng cho một đầu vào và điện áp, giá trị phải được kiểm soát, đối với đầu vào khác. Đầu vào nào để cung cấp điện áp tham chiếu được quyết định trong quá trình phát triển mạch.

Ví dụ, Hình 4 cho thấy một sơ đồ. hẹn giờ tích hợp NE555ở đầu vào có ngay 2 bộ so sánh bên trong DA1 và DA2.

Hình 4Mạch hẹn giờ tích hợp NE555

Mục đích của họ là quản lý nội bộ Kích hoạt RS. Logic điều khiển khá đơn giản: đơn vị logic từ đầu ra của bộ so sánh DA2 đặt bộ kích hoạt thành một và đơn vị logic từ đầu ra của bộ so sánh DA1 đặt lại bộ kích hoạt.

Một bộ chia được lắp ráp trên các điện trở R1 ... R3, cung cấp điện áp tham chiếu cho các đầu vào của bộ so sánh. Tất cả ba điện trở có cùng điện trở (5K), tạo thành 2/3 và 1/3 điện áp cung cấp, được cung cấp tương ứng cho đầu vào đảo ngược DA1 và đầu vào DA2 không đảo.

Về những gì đã được viết ở trên, hóa ra đơn vị logic ở đầu ra của bộ so sánh DA1 sẽ thu được nếu điện áp đầu vào ở đầu vào trực tiếp vượt quá điện áp tham chiếu ở nghịch đảo (2 / 3Upit), kích hoạt sẽ đặt lại về 0.

Để đặt kích hoạt thành 1, bạn cần lấy mức cao ở đầu ra của bộ so sánh bên trong DA2. Điều kiện này sẽ đạt được khi mức điện áp ở đầu vào đảo ngược DA2 nhỏ hơn 1 / 3Upit. Đó là một điện áp tham chiếu được áp dụng cho đầu vào trực tiếp của bộ so sánh DA2.

Ở đây, mục tiêu mô tả của bộ định thời tích hợp NE555 không được đặt, giống như một ví dụ về việc sử dụng op-amp, các bộ so sánh đầu vào được hiển thị ẩn bên trong microcircuit. Đối với những người quan tâm đến việc sử dụng bộ đếm thời gian 555, bạn có thể khuyên bạn nên đọc bài viết "Hẹn giờ tích hợp NE555".

Xem thêm: Phản hồi Mạch khuếch đại hoạt động

Boris Aladyshkin