مكبرات الصوت التشغيلية. الجزء 2. مكبر للصوت التشغيلي المثالي

لفهم أفضل لمبادئ بناء الدوائر باستخدام مضخمات التشغيل ، فإنها غالبا ما تستخدم مفهوم مكبر للصوت التشغيلي المثالي. ما هو المثالي ، خصائصه الرائعة؟ لا يوجد الكثير منهم ، لكنهم جميعا يميلون إلى الصفر أو حتى إلى ما لا نهاية. ولكن يتصرف من هذا القبيل مضخم تشغيلي لا تغطيها ردود الفعل (OS) وعموما لا يوجد أي اتصالات خارجية.

في هذه المقالة ، سنحاول التحدث عن التعليقات وبعض المخططات لإدراج مضخمات التشغيل دون ذكر الصيغ الرياضية المرهقة مع التكاملات. ولكن البعض ، بسيط للغاية ومفهوم ، في مستوى الصف الثامن من المدرسة ، والتي سوف تساعد على فهم المعنى العام ، لا يزال لا يمكن تجنبها.

كسب من

مع هذا الكسب "المستشري" ، يكفي تطبيق بعض الأقطاب الدقيقة فقط على مدخلاتها (على سبيل المثال ، التداخل الرئيسي) للحصول على جهد إخراج قريب من 15V. تشير هذه الحالة إلى تشبع الإخراج.

من المناسب تذكر الحالة نفسها في الترانزستورات. بطبيعة الحال ، في هذا النموذج ، لا يتم الحصول على أي ربح على الإطلاق. لذلك ، يتم دائمًا تغطية المضخمات التشغيلية الحقيقية بردود فعل سلبية ، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

على الرغم من أنه ينبغي الإشارة إلى أنه في كثير من الأحيان يتم استخدام مكبرات الصوت التشغيلية دون ردود فعل ، وفي بعض الحالات مع ردود فعل إيجابية. تم العثور على هذا التطبيق في مقارنة - أجهزة للمقارنة الدقيقة للإشارات التناظرية. تتوفر المقارنات في شكل دوائر كهربائية متخصصة ، وهي أيضًا جزء من دوائر أخرى صغيرة. فقط تذكر الأسطوري توقيت متكامل NE555، والذي يحتوي في الداخل اثنين من المقارنة.

التاريخ الحديث تقريبا

في وقت واحد ، أتقنت الصناعة الإلكترونية المحلية أيضًا إنتاج مكبرات الصوت التشغيلية. أول مكبر للصوت التشغيلي كان K1UT401A (B) ، أعيدت تسميته فيما بعد K140UD1 بنفس الحروف في النهاية. نظرًا لكونه نسخة طبق الأصل تقريبًا من الشقيق الأمريكي UA702 ، فقد حقق التماثلية مع الحرف A بجهد تزويد ± 6V ربحًا في حدود 500 ... 4500 ، ومع الحرف B (± 12V) 1500 ... 13000.

وفقًا للمعايير الحديثة ، هذا أمر مثير للسخرية ، ولكن لا يزال من الممكن العثور على هذه المضخمات القديمة. ولكن حتى مع هذه المكاسب "الصغيرة" ، كان من المستحيل الاستغناء عن ردود الفعل السلبية.

وفقط ظهور مضخمات التشغيل في التصميم المتكامل أدخل هذا المكون العالمي في دوائر صناعية ومحلية وهواة. بعد كل شيء ، يجب أن نعترف بأنه لا يمكن استخدام مضخم تشغيلي مزود بأنابيب إلكترونية أو حتى خيار الترانزستور ، باستثناء الألغام المضادة للمركبات الدفاعية.

المدخلات والمخرجات من مكبرات الصوت التشغيلية

يحتوي مضخم التشغيل على مدخلات ومخرج واحد ، وبطبيعة الحال ، مخرجان لتزويد الجهد. هذا هو الحد الأدنى لمجموعة من الاستنتاجات التي هي حيوية. هذا هو بالضبط ما هو عليه مع معظم مكبرات الصوت التشغيلية الحديثة. مرة واحدة كانت هناك استنتاجات لربط عناصر تصحيح التردد والموازنة.

غالبًا ما يكون الطعام ثنائي القطب بنقطة منتصف ، مما يجعل من الممكن تنفيذ التضخيم بواسطة الجهد المستمر. في هذه الحالة ، من المقبول عمومًا أن يبدأ نطاق تردد مضخمات التشغيل من 0 هرتز ، وأن التردد العلوي محدود بكل من نوع مكبر التشغيل التشغيلي نفسه ودائرته الداخلية ونوع الترانزستورات ودائرة التبديل الخاصة به.

يمتد عرض النطاق الترددي لمضخم التشغيل المثالي من DC إلى ما لا نهاية.أيضا ، تميل سرعة أو معدل عدد كبير من إشارة الإخراج إلى ما لا نهاية. لكننا لن نفكر في هذه القضية في الوقت الحالي.

ما يعزز مكبر للصوت التشغيلي

الجهد الناتج من مكبر للصوت التشغيل يتناسب مع فرق الجهد في مدخلاته. في هذه الحالة ، لا يلعب المستوى المطلق للإشارات ، وكذلك قطبيتها ، دورًا خاصًا. الفرق فقط يهم. ونظرًا لأن جميع المصطلحات في مجال الإلكترونيات جاءت من اللغة الإنجليزية ، فقد حان الوقت لتذكر كلمة "مختلف" ، والتي تعني عدم التجانس ، والفرق (القاموس "Multitran") ، وتسمى مكبرات الصوت لمبدأ التشغيل هذا التفاضلية.

ما لا يضخم مكبر للصوت التشغيلي

هنا يمكننا أن نتذكر أيضًا خاصية رائعة لمكبرات الصوت التشغيلية مثل التوهين لإشارة الوضع المشترك: إذا تم تطبيق نفس الإشارة على كلا المدخلين ، فلن يتم تكبيرها. يتم استخدام هذا عند تطبيق إشارة على أسلاك طويلة: الإشارة المفيدة لها مرحلة مختلفة ، في حين أن إشارة التداخل عند كلا المدخلات هي نفسها.

ما يمكن الحصول عليه في إخراج مكبر للصوت التشغيلي

تميل مقاومة الخرج للمضخم التشغيلي المثالي إلى الصفر ، مما يسمح لك نظريًا بالحصول على إشارة تعسفية كبيرة ، فقط غير محدودة عند الخرج. في الواقع ، يقتصر الجهد الناتج لمضخم التشغيل الحقيقي بجهد مصادر الطاقة: إذا كان الجهد الكهربائي ثنائي القطب ، على سبيل المثال ، V 15V ، فمن المستحيل ببساطة الحصول على +20 أو -25 في الخرج.

هذا هو فيما يتعلق تضخيم الفولتية الثابتة. في حالة التضخيم ، على سبيل المثال ، الجيوب الأنفية في الخرج ، ينبغي أيضًا الحصول على الجيوب الأنفية ، التي لا تتجاوز سعاتها جهد الإمداد.

لا يمكن أن تكون الفولتية المدخلات والمخرجات أعلى من جهد مصادر الطاقة. على سبيل المثال ، عند تشغيله بواسطة V 15V ، يكون جهد الخرج أقل بمقدار 0.5 ... 1.5V. لكن بعض الدوائر الدقيقة الحديثة تسمح بالتساوي مع الجهد الكهربائي في الخرج والمدخلات. يشار إلى هذه الخاصية في أوراق البيانات باسم السكك الحديدية ، حرفيًا باسم "الإطارات للإطارات". عند اختيار مكبر للصوت التشغيلي ، يجب الانتباه إلى هذه الخاصية.

مقاومة المدخلات

مقاومة إدخال كل من مدخلات مكبر للصوت التشغيلي كبيرة للغاية ، وتقع ضمن مئات MegaOhm ، وفي بعض الحالات حتى GigaOhm. للمقارنة: كان لدى K1UT401 المذكورة أعلاه مقاومة إدخال بضع عشرات فقط من kOhm.

بطبيعة الحال ، لا تصل مقاومة المدخلات إلى ما لا نهاية ، مثل مضخم تشغيلي مثالي ، لكنها لا تزال كبيرة لدرجة أنها لا تؤثر على مستويات إشارة الدخل. من هذا يمكننا أن نستنتج أنه لا يوجد تدفق الحالية في المدخلات. هذا هو أحد المبادئ الرئيسية المستخدمة في حساب وتحليل الدوائر على مكبرات الصوت التشغيلية. في الوقت الحالي ، تحتاج فقط إلى تذكرها.

البيان الأخير يتعلق مباشرة بمكبرات الصوت التشغيلية. مثل هذا الممانعة العالية للمدخلات متأصلة في مكبرات الصوت التشغيلية نفسها ، لكن مقاومة المدخلات لمختلف الدوائر المستندة إليها يمكن أن تكون أقل من ذلك بكثير. يجب دائما أن نتذكر هذا الظرف. والآن ، كن حذرًا ، تبدأ القصة حول أهم شيء.

ردود فعل سلبية (OOS)

OOS ليس أكثر من اتصال بين الإخراج والمدخلات ، حيث يتم طرح جزء من الإخراج من إشارة الدخل. مثل هذا الاتصال يؤدي إلى انخفاض في الربح. على عكس OOS ، هناك ردود فعل إيجابية (POS) ، والتي على العكس تلخص إشارة الدخل مع جزء من الإخراج. لا يتم استخدام هذه الاتصالات في التكنولوجيا الإلكترونية فحسب ، بل في العديد من الحالات الأخرى ، على سبيل المثال ، في الميكانيكا. يمكن وصف تأثير هذه التعليقات على النحو التالي: OOS يؤدي إلى استقرار النظام ، ويؤدي إيجابية إلى عدم الاستقرار.

فيما يتعلق بمكبرات الصوت التشغيلية ، تسمح لك OOS بضبط الكسب بدقة كافية ، كما تؤدي إلى العديد من التحسينات النوعية وحتى السارة على الدائرة. ولكن عليك أولاً معرفة كيف تعمل OOS.على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك دائرة يمكن العثور عليها في أي كتاب مدرسي عن التشغيل الآلي.

الشكل 1

Ignal إخراج إشارة U.output. من الخرج ، ينتقل إلى جهاز الجمع (دائرة بها علامة زائد من الداخل) من خلال دائرة OOS مع معامل النقل β ، في هذه الحالة ، أقل من واحد. إذا كان هذا المعامل أكبر من الوحدة ، وهو أمر ممكن تقنيًا ، فبدلاً من تضخيم الإشارة ، نحصل على التوهين. لكن في الوقت الحالي ، سوف نفترض أننا بحاجة إلى التعزيز الدقيق.

جرف OOS هو مجرد حادث

إذا قطعت حلقة التغذية المرتدة ، فسيكون الجهد الكهربي الناتج من مضخم التشغيل هو U.out. = K * U.in. قيمة ضخمة من الناحية النظرية. في الواقع ، سيكون محدودا بسبب حجم الجهد الكهربائي. وقد سبق أن قيل هذا في وقت سابق. مثال مشابه: إذا كان محركًا كهربائيًا مزودًا بثبات الثورات (أيضًا ردود الفعل) ، فسوف يتسارع ببساطة إلى أقصى حد ممكن. في هذه الحالة ، يقولون أن النظام ذهب "متجول".

بالمرور عبر دارة دائرة OOS ، يتم تخفيف إشارة الخرج عن طريق U * U.output. لذلك ، فقط (U.in.-β * U.out.) يأتي إلى مدخلات مكبر للصوت عبر الأفعى. تشير علامة الطرح إلى أن التغذية الراجعة سالبة. بعد المرور عبر الجهاز مع كسب K ، سيكون الإخراج U.out. = K * (U.in.-β * U.out.). بدوره ، كسب النظام بأكمله K.us. = U.out./U.in. واتضح أن U.out. = K *

بعد بعض التحويلات ، يمكننا الحصول على النتيجة التالية: K.us. = U.out./U.in. = K * U.in./U.in. * * (1+ K * β) = K / (1+ K *) β)

كل هذه التحولات أدت إلى صيغة بسيطة K.us. = K / (1+ K * β). إذا افترضنا أن K in كبيرة بما يكفي (وفي حالة استخدام مضخم تشغيلي ، فهذا صحيح بالفعل) ، فإن الوحدة بين قوسين لن تفعل الكثير من الطقس ، ويمكن إهمالها ، ونتيجة لذلك ستتخذ الصيغة بالشكل التالي:

K.us. = 1 / β

تسمح الصيغة الناتجة (والتي كانت في الحقيقة السبب وراء تجميع السياج بأكمله للصيغ) بأن نوضح أن معامل النقل للمكبر التشغيلي في دائرة التغذية المرتدة لا يعتمد بأي حال على كسب المضخم التشغيلي نفسه ، ولكن يتم تحديده فقط بواسطة معلمات دائرة التغذية المرتدة ، معامل انتقاله β. ومع ذلك ، فكلما ارتفعت مكاسب المضخم التشغيلي ذاته ، كلما زادت دقة الصيغة المحددة ، زاد عمل الدائرة.

لذلك ، لا تتطلب شلالات التضخيم على مضخمات التشغيل ضبطًا ، حيث إن شلالات الترانزستور المعتادة: حصلت مقاومات التغذية المرتدة المحسوبة فقط ، ملحومة ، على الكسب المتتالي المطلوب. كيف يتم ذلك سيتم وصفه في المقالة التالية.