ردود الفعل الدوائر مكبر للصوت التشغيلية

مكرر وعكس مكبر للصوت

في نهاية المقال "مكبر للصوت التشغيلي المثالي" لقد تبين أنه عند استخدام مضخم تشغيلي في دوائر التبديل المختلفة ، فإن تضخيم السلسلة على مضخم تشغيلي واحد (OA) يعتمد فقط على عمق الملاحظات. لذلك ، في الصيغ لتحديد كسب دائرة معينة ، لا يتم استخدام كسب "العارية" ، إذا جاز التعبير. هذا هو بالضبط هذا المعامل الضخم المحدد في الدلائل.

بعد ذلك ، من المناسب تمامًا طرح السؤال: "إذا كانت النتيجة (الكسب) النهائية لا تعتمد على معامل" المرجع "الضخم ، فما الفرق بين opamp مع التضخيم عدة آلاف من المرات ، ومع نفس opamp ، ولكن مع التضخيم عدة مئات الآلاف وحتى الملايين؟ "

الجواب بسيط جدا. في كلتا الحالتين ، ستكون النتيجة هي نفسها ، سيتم تحديد الكسب المتتالي بواسطة عناصر OOS ، لكن في الحالة الثانية (opamp ذات الكسب العالي) ، تعمل الدائرة بشكل أكثر استقرارًا ، وبشكل أكثر دقة ، تكون سرعة هذه الدوائر أعلى من ذلك بكثير. لسبب وجيه ، يتم تقسيم أمبير المرجع إلى أمبير المرجع للتطبيق العام وعالية الدقة والدقة.

كما ذكرنا سابقًا ، تم استلام مكبرات الصوت "التشغيلية" المعنية في ذلك الوقت البعيد ، عندما كانت تستخدم أساسًا لتنفيذ العمليات الحسابية في أجهزة الكمبيوتر التمثيلية (AVMs). كانت هذه عمليات الجمع والطرح والضرب والقسمة والتربيع والعديد من المهام الأخرى.

أجريت هذه الأمبيرات المضاد للهبوط على أنابيب الإلكترون ، في وقت لاحق على الترانزستورات المنفصلة وغيرها من المكونات الراديوية. وبطبيعة الحال ، كانت أبعاد الأمبير الترانزستور حتى كبيرة بما يكفي لاستخدامها في إنشاءات الهواة.

وفقط بعد ذلك ، وبفضل إنجازات الإلكترونيات المتكاملة ، أصبح المرجع أمبير بحجم ترانزستور عادي منخفض الطاقة ، وأصبح استخدام هذه الأجزاء في المعدات المنزلية ودوائر الهواة مبرراً.

بالمناسبة ، فإن op-amps الحديثة ، حتى ذات جودة عالية إلى حد ما ، بسعر أعلى قليلاً من اثنين أو ثلاثة من الترانزستورات. ينطبق هذا البيان على الامبير المرجع للأغراض العامة. يمكن أن تكلف مكبرات الصوت الدقيقة أكثر قليلاً.

فيما يتعلق بالدوائر الموجودة على المرجع أمبير ، تجدر الإشارة على الفور إلى أنها تعمل جميعها بواسطة مصدر طاقة ثنائي القطب. مثل هذا الوضع هو الأكثر "المعتاد" في op-amp ، والذي يسمح ليس فقط بتضخيم إشارات الجهد AC ، على سبيل المثال ، الجيبية ، ولكن أيضًا إشارات التيار المباشر أو الجهد ببساطة.

ومع ذلك ، في كثير من الأحيان ، يتم توفير مصدر الطاقة للدوائر على المرجع أمبير من مصدر أحادي القطب. صحيح ، في هذه الحالة ، لا يمكن زيادة الجهد المستمر. لكن غالبًا ما يحدث أن هذا ليس ضروريًا. سيتم وصف الدوائر التي تحتوي على مصدر طاقة أحادي القطب لاحقًا ، ولكن في الوقت الحالي ، سنستمر في تنفيذ مخططات التبديل بين الأمبير الكهربائي والإمداد بالطاقة ثنائي القطب.

غالبًا ما يكون جهد التيار الكهربائي لمعظم أمبير المرجع في حدود V 15 فولت. ولكن هذا لا يعني على الإطلاق أن هذا الجهد لا يمكن أن يكون أقل إلى حد ما (لا ينصح أعلى). يعمل الكثير من الأمبيرات العاملة بثبات بدءًا من V 3V ، وحتى بعض الطرز V 1.5 فولت. يشار إلى هذا الاحتمال في الوثائق التقنية (ورقة البيانات).

تابع الجهد

هذا هو أبسط جهاز من حيث الدوائر على المرجع أمبير ؛ وتظهر دائرته في الشكل 1.

الشكل 1. دائرة تابع الجهد على مكبر للصوت التشغيلي

من السهل أن نرى أنه لإنشاء مثل هذا المخطط ، لم تكن هناك حاجة لتفاصيل واحدة ، باستثناء نظام التشغيل نفسه. صحيح ، لا يُظهر الشكل اتصال الطاقة ، ولكن يوجد مثل هذا المخطط التفصيلي للمخططات في كثير من الأحيان. الشيء الوحيد الذي أود أن أشير إليه هو أنه بين المحطات الطرفية لمزود الطاقة op-amp (على سبيل المثال ، KR140UD708 op-amp ، هذه هي الاستنتاجات 7 و 4) ويجب توصيل السلك المشترك حجب المكثفات بسعة 0.01 ... 0.5 μF.

والغرض منها هو جعل تشغيل المرجع أمبير أكثر استقرارًا ، للتخلص من الإثارة الذاتية للدائرة على طول دوائر الطاقة. يجب أن تكون متصلا المكثفات أقرب ما يمكن إلى محطات الطاقة من رقاقة. في بعض الأحيان يتم توصيل مكثف واحد بناءً على مجموعة من عدة دوائر كهربائية دقيقة. يمكن رؤية نفس المكثفات على اللوحات ذات الدوائر الدقيقة الرقمية ، والغرض منها هو نفسه.

مكسب المكرر مساوٍ للوحدة ، أو بعبارة أخرى ، لا يوجد مكسب أيضًا. ثم لماذا مثل هذا المخطط؟ من المناسب هنا أن نتذكر أن هناك دارة ترانزستور - أتباع باعث ، والغرض الرئيسي منها هو مطابقة الشلالات مع مقاومات مختلفة للإدخال. وتسمى شلالات مماثلة (مكررات) أيضا العازلة.

يتم حساب المقاومة المدخلات للمكرر على المرجع أمبير كمنتج من مقاومة المدخلات من المرجع أمبير من مكسبها. على سبيل المثال ، بالنسبة إلى UD708 المذكور ، فإن مقاومة المدخلات تبلغ حوالي 0.5 متر مكعب ، والربح لا يقل عن 30000 ، وربما أكثر. إذا قمت بضرب هذه الأرقام ، فعندئذٍ تكون مقاومة المدخلات 15 غΩ ، وهو ما يمكن مقارنته بمقاومة العزل عالي الجودة ، مثل الورق. من غير المرجح أن يتم تحقيق مثل هذه النتيجة العالية مع أتباع باعث تقليدي.

بحيث لا تكون الأوصاف موضع شك ، فيما يلي الأشكال التي توضح تشغيل جميع الدوائر الموضحة في برنامج Multisim المحاكي للبرنامج. بالطبع ، يمكن تجميع كل هذه المخططات على اللوح ، ولكن لا يمكن الحصول على أسوأ النتائج على شاشة الشاشة.

في الواقع ، إنه أفضل قليلاً هنا: لا يتعين عليك الذهاب إلى مكان ما على الرف لتغيير المقاوم أو الدائرة الصغيرة. هنا كل شيء ، حتى أدوات القياس ، في البرنامج ، و "يحصل" باستخدام الماوس أو لوحة المفاتيح.

يوضح الشكل 2 دوائر الدارة المصنوعة في برنامج Multisim.

الشكل 2

دراسة الدائرة بسيطة جدا. يتم تطبيق إشارة جيبية مع تردد 1 كيلو هرتز وسعة 2 V إلى إدخال مكرر من المولد وظيفية ، كما هو مبين في الشكل 3.

الشكل 3

يتم رصد الإشارة عند دخل وإخراج المكرر بواسطة مرسمة الذبذبات: يتم عرض إشارة الدخل بحزمة زرقاء ، وتكون حزمة الخرج حمراء.

الشكل 4

ولماذا ، سوف يسأل القارئ اليقظ ، هل إشارة الخرج (باللون الأحمر) أكبر من ضعف الإدخال الأزرق؟ كل شيء بسيط للغاية: مع نفس حساسية قنوات الذبذبات ، فإن كل من الجيوب الأنفية ذات السعة والمرحلة نفسها تندمجان في واحدة ، تختبئ خلف بعضها البعض.

من أجل جعل كل منهما في وقت واحد ، كان علينا تقليل حساسية إحدى القنوات ، في هذه الحالة الإدخال. ونتيجة لذلك ، أصبحت موجة جيبية زرقاء نصف حجم الشاشة بالضبط ، وتوقفت عن الاختباء خلف الموجة الحمراء. على الرغم من تحقيق هذه النتيجة ، يمكنك ببساطة تحويل الأشعة باستخدام أدوات التحكم في الذبذبات ، تاركة حساسية القنوات كما هي.

يقع كلا الجيوب الأنفية بشكل متماثل بالنسبة إلى محور الوقت ، مما يشير إلى أن المكون الثابت للإشارة يساوي الصفر. وماذا سيحدث إذا تمت إضافة مكون DC صغير إلى إشارة الإدخال؟ يسمح لك المولد الافتراضي بتحويل الموجة الجيبية على طول المحور Y. دعنا نحاول تحويلها إلى الأعلى بمقدار 500mV.

الشكل 5

ما جاء من هذا هو مبين في الشكل 6.

الشكل 6

من الملاحظ أن الجيوب الأنفية المدخلات والمخرجات ارتفعت بمقدار نصف فولت ، بينما لم تتغير على الإطلاق. هذا يشير إلى أن المكرر نقل بدقة المكون الثابت للإشارة. لكن في أغلب الأحيان يحاولون التخلص من هذا المكون الثابت ، اجعله يساوي الصفر ، والذي يتجنب استخدام عناصر الدوائر مثل المكثفات العازلة بين مراحل.

المكرر ، بطبيعة الحال ، جيد وحتى جميل: لم تكن هناك حاجة إلى تفاصيل إضافية واحدة (على الرغم من وجود دوائر مكرر مع "إضافات" طفيفة) ، لكنها لم تحصل على أي مكسب.أي نوع من مكبر للصوت هذا؟ للحصول على مكبر للصوت ، ما عليك سوى إضافة بعض التفاصيل ، وسيتم شرح كيفية القيام بذلك لاحقًا.

عكس مكبر للصوت

من أجل جعل مكبر للصوت عكس من المرجع أمبير ، يكفي لإضافة اثنين فقط من المقاومات. ما جاء من هذا هو مبين في الشكل 7.

الشكل 7. دائرة العاكس مكبر للصوت

يتم حساب كسب مثل هذا مكبر للصوت بواسطة الصيغة K = - (R2 / R1). لا تعني علامة الطرح أن مكبر الصوت قد أصبح سيئًا ، ولكن فقط إشارة الخرج ستكون عكسية في مرحلة الإدخال. لا عجب أن يسمى مكبر للصوت قلب. هنا سيكون من المناسب أن نذكر الترانزستور المدرجة في المخطط مع OE. هناك ، أيضًا ، إشارة الخرج على مجمّع الترانزستور في الطور المضاد مع إشارة الدخل المقدمة إلى القاعدة.

هذا هو المكان الذي يجب أن نتذكر فيه مقدار الجهد الذي يجب عليك القيام به من أجل الحصول على الجيب الجيب النظيف غير المشوه على جامع الترانزستورات. يجب تحديد التحيز على أساس الترانزستور وفقًا لذلك. هذا ، كقاعدة عامة ، معقد للغاية ، وهذا يتوقف على العديد من المعلمات.

عند استخدام op-amp ، يكفي حساب مقاومة المقاومات وفقًا للمعادلة والحصول على مكسب معطى. اتضح أن إعداد الدائرة على المرجع أمبير أبسط بكثير من إعداد العديد من سلاسل الترانزستور. لذلك ، ينبغي ألا يخاف المرء من أن المخطط لن ينجح ، ولن ينجح.

الشكل 8

كل شيء هنا كما في الأشكال السابقة: تظهر إشارة الدخل باللون الأزرق ، وهي حمراء بعد مضخم الصوت. كل شيء يتوافق مع الصيغة K = - (R2 / R1). تكون إشارة الخرج في الطور المضاد مع الإدخال (الذي يتوافق مع علامة الطرح في الصيغة) ، وسعة إشارة الخرج هي بالضبط ضعف المدخلات. وهذا صحيح أيضًا مع النسبة (R2 / R1) = (20/10) = 2. لتحقيق مكاسب ، على سبيل المثال ، 10 ، يكفي زيادة مقاومة المقاوم R2 إلى 100KΩ.

في الواقع ، يمكن أن تكون دائرة مكبر للصوت المعكوس أكثر تعقيدًا إلى حد ما ، يظهر هذا الخيار في الشكل 9.

الشكل 9قلب دائرة المضخم

ظهر جزء جديد هنا - المقاوم R3 (بدلاً من ذلك ، اختفى للتو من الدائرة السابقة). والغرض منه هو تعويض التيارات المدخلة من opamp حقيقية من أجل الحد من عدم الاستقرار في درجة الحرارة للمكون DC في الإخراج. يتم تحديد قيمة هذا المقاوم بواسطة الصيغة R3 = R1 * R2 / (R1 + R2).

تتيح opamps الحديثة عالية الاستقرار إمكانية توصيل المدخلات غير المقلوبة بسلك شائع مباشرة دون مقاومة R3. على الرغم من أن وجود هذا العنصر لن يفعل شيئًا سيئًا ، ولكن بالمقياس الحالي للإنتاج ، فإنه عند حفظه على كل شيء ، يفضلون عدم تثبيت هذا المقاوم.

تظهر الصيغ 10 لحساب صيغ مكبر الصوت العكسي. لماذا في الشكل؟ نعم ، فقط من أجل الوضوح ، في سطر من النص لن يكونوا مألوفين ومفهومين ، لن يكون ذلك ملحوظًا.

الشكل 10

حول المكاسب المذكورة سابقا. هنا ، ومقاومة المدخلات والمخرجات من مكبر للصوت غير قلب هي جديرة بالملاحظة. يبدو أن كل شيء واضح مع مقاومة المدخلات: اتضح أنها تساوي مقاومة المقاوم R1 ، ولكن يجب أن تُحسب مقاومة الخرج وفقًا للصيغة الموضحة في الشكل 11.

الحرف K ”يشير إلى معامل مرجع المرجع أمبير. هنا ، من فضلك ، احسب ما ستكون عليه مقاومة الخرج. سوف يتحول إلى رقم صغير إلى حد ما ، حتى بالنسبة لمتوسط ​​أمبير من النوع UD7 مع K الخاص به "لا يساوي أكثر من 30000. في هذه الحالة ، يكون هذا جيدًا: بعد كل شيء ، تقل المقاومة الناتجة عن المتتالية (هذا لا ينطبق فقط على المتتاليين على op-amp) ، ، بالطبع ، ضمن حدود ، يمكن توصيل هذه السلسلة.

يجب تقديم ملاحظة منفصلة حول الوحدة في مقام الصيغة لحساب مقاومة الخرج. افترض أن النسبة R2 / R1 هي ، على سبيل المثال ، 100. هذه هي النسبة التي تم الحصول عليها في حالة كسب مكبر للصوت العكسي 100.اتضح أنه إذا تم تجاهل هذه الوحدة ، فلن يتغير شيء كثيرًا. في الواقع ، هذا ليس صحيحا تماما.

افترض أن مقاومة المقاوم R2 هي صفر ، كما هو الحال مع المكرر. ثم ، بدون وحدة ، يصبح المقام بأكمله صفرًا ، وتكون مقاومة الإخراج أيضًا صفرية. وإذا كان هذا الصفر في مكان ما في مقام الصيغة ، فكيف يمكنك تقسيمه؟ لذلك ، من المستحيل ببساطة التخلص من هذه الوحدة التي تبدو غير مهمة.

في مقال واحد ، حتى كبيرة بما فيه الكفاية ، فقط لا تكتب. لذلك ، سيكون لديك كل ما لم يناسبك في المقالة التالية. سيكون هناك وصف لمكبر للصوت غير مقلوب ومضخم تفاضلي ومضخم طاقة أحادي القطب. كما سيتم تقديم وصف لدارات بسيطة لفحص opamp.

بوريس الأديشين