1: Deriva cero
La deriva cero se puede describir como el cambio en el voltaje de salida desde cero cuando el voltaje de entrada es cero. Conocido como deriva cero.
¿Cómo se forma la deriva del punto cero? Todos los amplificadores operacionales están acoplados directamente. Sabemos que los puntos Q de cada etapa del circuito amplificador directamente acoplado se afectan entre sí. Debido al efecto de amplificación de cada etapa, pequeños cambios en la primera etapa provocarán grandes cambios en la etapa de salida. Cuando la entrada sufre un cortocircuito (el punto Q de la etapa de entrada cambia ligeramente por algún motivo, como la temperatura), la salida cambiará lentamente con el tiempo, formando una deriva del punto cero.
La razón de la deriva del punto cero es que los parámetros del transistor se ven afectados por la temperatura. La medida más eficaz para solucionar la deriva del punto cero es utilizar circuitos diferenciales.
2: Circuito amplificador diferencial
1. La forma básica del circuito amplificador diferencial se muestra en la Figura (1).
La forma básica requiere que los parámetros de los dos bucles sean completamente simétricos, y las características de temperatura de las dos tuberías también sean completamente simétricas.
El principio de funcionamiento es que cuando la señal de entrada Ui = 0, las corrientes de los dos tubos son iguales y los potenciales del colector de los dos tubos también son iguales, por lo que el voltaje de salida Uo = UC1-UC2 =0. Cuando la temperatura aumenta, la corriente en los dos tubos aumenta y el potencial del colector disminuye. Como se encuentran en el mismo entorno de temperatura, los cambios de corriente y voltaje de los dos tubos son iguales y su voltaje de salida sigue siendo cero.
Su amplificación (existen dos tipos de señales de entrada)
(1) * * Señal de modo y * * * Amplificación del voltaje de modo Auc
* * *Señal de modo - Una señal con la misma amplitud y polaridad conectada a las bases de los tubos amplificadores diferenciales T1 y T2. Como se muestra en la Figura (2)
* * *La señal de modo tiene el mismo efecto en los dos tubos, lo que hará que la corriente de los dos tubos aumente en la misma cantidad y el potencial del colector disminuya. en la misma cantidad, por lo que la salida del colector del tubo * * * voltaje de modo Uoc es cero. por lo tanto:.
Por lo tanto, cuando el circuito diferencial es simétrico, la capacidad de suprimir señales en modo * * * es más fuerte.
(2) Señal en modo diferencial y amplificación de voltaje en modo diferencial Aud
Señal en modo diferencial: las señales con igual amplitud y polaridad opuesta se agregan a las bases de los tubos amplificadores diferenciales T1 y T2 respectivamente. . Como se muestra en la Figura (3)
Bajo la acción de la señal de modo diferencial, debido a la polaridad opuesta de la señal, el voltaje del colector del tubo T1 disminuye y el voltaje del colector del tubo T2 aumenta. Los valores absolutos de los cambios de los dos son iguales, por lo que:
En este momento, las señales de las dos bases de los tubos son:
Entonces podemos ver que el diferencial La amplificación de voltaje en modo del circuito diferencial es igual a la amplificación del voltaje de un solo tubo.
Los circuitos diferenciales básicos tienen los siguientes problemas: es difícil que el circuito sea absolutamente simétrico, por lo que la salida todavía tiene deriva cero; el tubo no toma medidas para eliminar la deriva cero, lo que a veces hace que el circuito se pierda; su capacidad de amplificación; debe salir a tierra, en este momento La deriva del punto cero es la misma que la de un circuito amplificador de un solo tubo.
Así que necesitamos aprender otro circuito de amplificación diferencial: el circuito de amplificación diferencial de cola larga.
2. Circuito amplificador diferencial de cola larga
También llamado circuito amplificador diferencial acoplado a emisor, como se muestra en la imagen de la derecha: los dos tubos de la imagen están acoplados a través del Resistencias emisoras re y Uee.
Conozcamos algunos de sus indicadores.
(1) Punto de funcionamiento estático
La entrada está en cortocircuito en condiciones estáticas, porque la corriente que fluye a través de la resistencia Re es la suma de IE1 e IE2, y el circuito es simétrico, IE1=IE2,
p>
Por lo tanto:
(2) Suprime la señal del modo * * *
Aquí solo estudiamos la influencia de la señal de modo * * * encendida en el circuito de cola larga. Debido a que cambia en la misma dirección, la corriente de señal en modo * que fluye a través de Re es Ie1+Ie2=2Ie, que puede considerarse como la resistencia de acceso al emisor de cada tubo 2Re.
El * * *factor de amplificación del módulo es: (obtenido mediante el método del Capítulo 2)
De esta fórmula podemos ver que el acceso de Re hace que cada tubo * * * El la ampliación del modo ha disminuido mucho (tiene un fuerte efecto de supresión de la deriva del punto cero).
(3) Amplificación de la señal en modo diferencial
La señal en modo diferencial hace que la corriente de los dos tubos cambie en dirección inversa (la corriente de un tubo aumenta y la corriente del otro el otro tubo disminuye). La corriente en modo diferencial que fluye a través de la resistencia del emisor Re es Ie1-Ie2.
Debido a la simetría del circuito, la corriente en modo diferencial que fluye a través de Re es cero, y el voltaje de la señal en modo diferencial en Re también es cero, por lo que el emisor se considera como potencial de tierra, y la "tierra" aquí se llama "tierra virtual". ". Por lo tanto, re no tiene ningún efecto cuando se utilizan señales en modo diferencial.
Dado que Re no tiene ningún efecto sobre la señal del modo diferencial, el factor de amplificación del modo diferencial de la salida de doble extremo sigue siendo el factor de amplificación de un solo tubo:
(4) ** * Tasa de rechazo de modo (CMRR)
Generalmente utilizamos * * *la tasa de rechazo de modo para medir el rendimiento de los circuitos amplificadores diferenciales. La definición de CMRR es la siguiente:
Cuanto mayor sea su valor, mayor será la capacidad del circuito para suprimir señales en modo * * *.
A veces, * * * la relación de supresión de modo se expresa en forma logarítmica, es decir, donde está la ganancia de modo diferencial. La unidad de CMR es el decibelio (dB).
(5) Situación general de la señal de entrada
Si la señal de entrada del circuito diferencial no es ni modo * * * ni señal de modo diferencial, necesitamos descomponer la señal de entrada en un par * * * La señal de modo y un par de señales de modo diferencial trabajan juntas en el extremo de entrada del circuito diferencial.
Ejemplo 1: Como se muestra en el circuito de la derecha, se sabe que la ganancia del modo diferencial es 48 dB, la ** relación de rechazo del modo es 67 dB, Ui1 = 5 V, Ui2 = 5,01 V,
Intente encontrar el voltaje de salida Uo.
Solución: ∫ = 48db, ∴Aud≈-251,
CMR = 67dB.
∴CMRR≈2239
∴Auc=Aud/CMRR≈0.11
El voltaje de salida es:
Tres: Amplificador operacional integrado Composición
Consta de cuatro partes:
1. Circuito de polarización;
2. Etapa de entrada: para suprimir la deriva del punto cero, un circuito amplificador diferencial. se utiliza.
3. Etapa intermedia: Para aumentar el factor de amplificación, generalmente se utiliza un circuito amplificador * * * con carga activa.
4. Etapa de salida: Para mejorar la capacidad del circuito para impulsar la carga, generalmente se utiliza un circuito de etapa de salida simétrico complementario.
IV.Indicadores de rendimiento de amplificadores operacionales integrados
1. La amplificación de voltaje en modo diferencial de bucle abierto Aod
se refiere a la situación en la que el amplificador operacional integrado no lo hace. tiene un bucle de retroalimentación externo. A continuación, el factor de amplificación del voltaje del modo diferencial.
2. Voltaje de salida máximo Uop-p
Se refiere al valor pico a pico del voltaje de salida máximo no distorsionado del amplificador operacional integrado a un voltaje determinado.
3. La resistencia de entrada en modo diferencial se elimina
El tamaño refleja la corriente solicitada por el extremo de entrada del amplificador operacional integrado desde la fuente de señal de entrada en modo diferencial. Pídele que sea lo más grande posible.
4. Resistencia de salida rO
Su tamaño refleja la capacidad de carga del amplificador operacional integrado al emitir señales pequeñas.
5, * * *Relación de rechazo de modo CMRR
Explica la capacidad del amplificador operacional integrado para suprimir la señal de entrada del modo * * *, y su definición es la misma que la del diferencial. circuito de amplificación. Cuanto mayor sea el CMRR, mejor.
Cinco: circuito equivalente de baja frecuencia
El amplificador operacional integrado en el circuito se considera un dispositivo completamente independiente. Por eso, en análisis y cálculos utilizamos circuitos equivalentes en lugar de amplificadores operacionales integrados.
Debido a que los amplificadores operacionales integrados se utilizan principalmente en aplicaciones de baja frecuencia, solo estudiamos el circuito equivalente en bajas frecuencias.
La figura de la derecha muestra el símbolo de un amplificador operacional integrado, que tiene dos entradas y una salida.
Existen terminales de entrada no inversores (la fase del voltaje de salida es la misma que la fase del voltaje de entrada) y terminales de entrada inversores (la fase del voltaje de salida es opuesta a la fase del tensión de entrada).
Seis: El amplificador operacional integrado ideal
Generalmente, consideramos el amplificador operacional integrado como ideal (idealizando todos los indicadores técnicos del amplificador operacional integrado). Amplificación de voltaje de bucle abierto: Resistencia de entrada: Corriente de polarización de entrada:
* * *Relación de rechazo de modo: Resistencia de salida: -3dB Ancho de banda:
Voltaje de compensación sin interferencias ni ruido, la corriente de compensación y su deriva de temperatura son ambas cero.
Siete. Características de los amplificadores operacionales integrados que operan en la región lineal
Cuando el amplificador operacional integrado opera en la región de amplificación lineal, las condiciones son: (1) (2)
Nota: (1 ) significa que los potenciales de la entrada no inversora y de la entrada inversora son iguales pero no están en cortocircuito.
A esta condición la llamamos "cortocircuito virtual"
(2) Es decir, la resistencia de entrada del amplificador operacional ideal es ∞, por lo que el terminal de entrada del amplificador operacional integrado no consume corriente.
Cuando calculamos el circuito, siempre que sea una aplicación lineal, podemos aplicar las dos conclusiones anteriores, ¡así que debemos dominarlo!
Cuando el amplificador operacional integrado opera en la región lineal, la relación entre su entrada y salida es:
Ocho: El amplificador operacional integrado opera en la región operativa no lineal.
Cuando el amplificador operacional integrado opera en la región no lineal, la condición es que el amplificador operacional integrado se use generalmente en el bucle abierto o región no lineal con retroalimentación positiva. Su relación entrada-salida es:
Su voltaje de salida tiene dos formas: (1) en ese momento, (2) en ese momento,
su corriente de entrada todavía es cero (porque ), es decir:
Cuando el amplificador operacional integrado funciona en diferentes áreas, las condiciones aproximadas son diferentes. Al analizar el amplificador operacional integrado, primero debemos determinar el área en la que opera y luego usar la fórmula anterior para analizar y calcular el amplificador operacional integrado.
9: Circuito de operación proporcional
Definición: Un circuito que amplifica proporcionalmente la señal de entrada se denomina circuito de operación proporcional.
Clasificación: circuito proporcional inverso, circuito proporcional en fase, circuito proporcional diferencial. (Agregue diferentes puntos de entrada según la señal de entrada)
Los circuitos amplificadores proporcionales son las tres formas principales de amplificación de los circuitos amplificadores operacionales integrados.
(1) Circuito de relación inversa
La señal de entrada se agrega al terminal de entrada inversor. El circuito es como se muestra en (1):
Características de salida. : porque:,
p>Entonces:
Como se puede ver en la fórmula anterior, Uo y Ui son proporcionales, y cambiar el coeficiente de proporción puede cambiar el valor de Uo. El signo negativo significa que el voltaje de salida es opuesto al voltaje de entrada.
Características del circuito proporcional inverso:
(1) El circuito proporcional inverso tiene una "tierra virtual", por lo que su voltaje de entrada en modo * * * es cero, es decir, para el amplificador operacional integrado * * *La relación de supresión de modo es inferior a la requerida.
(2) Baja resistencia de entrada: ri=R1. Por lo tanto, existen ciertos requisitos para la capacidad de carga de la señal de entrada.
(2) Circuito proporcional no inversor
La señal de entrada se agrega al terminal de entrada no inversor y el circuito se muestra en la Figura (2):
Características de salida: porque: (corto virtual pero no tierra virtual);
Entonces:
El valor de Uo se puede cambiar cambiando Rf/R1 y la entrada y las polaridades del voltaje de salida son las mismas.
Características de los circuitos proporcionales no inversores;
(1) Alta resistencia de entrada; (2) Porque (la señal de entrada del modo * * * del circuito es alta), el * * * del amplificador operacional integrado La relación de supresión de modo es superior a la requerida.
(3) Circuito proporcional diferencial
La señal de entrada se suma a la entrada inversora y a la entrada no inversora respectivamente. El diagrama del circuito se muestra en la Figura (3):
p>
Su voltaje de salida es:
De esto podemos ver que lo que realmente completa es: la operación diferencial de las dos señales de entrada.
10: Circuito de suma y diferencia
(1) Circuito de suma inversor
El diagrama del circuito se muestra en (1): (el número de terminales de entrada se puede ajustar según sea necesario), donde la resistencia r' es:
La relación entre su voltaje de salida y voltaje de entrada es:
Puede simular la ecuación:. Sus características son las mismas que las del circuito proporcional inverso. Es muy conveniente que la resistencia de entrada de un circuito cambie la relación proporcional del circuito sin afectar la relación proporcional de otros circuitos.
(2) Circuito sumador en fase
El diagrama del circuito se muestra en la Figura (2): (el número de terminales de entrada se puede ajustar según sea necesario)
El voltaje de salida La relación con el voltaje de entrada es: su regulación no es tan buena como la del circuito de suma inversora y su señal de entrada en modo * * * es mayor, por lo que no se usa ampliamente.
(3) Circuito de suma y diferencia
El diagrama del circuito se muestra en la Figura (3):
La función de este circuito es sumar Ui1 y Ui2 a la inversa, sume las mismas fases Ui3 y Ui4, y luego súmelas para obtener los resultados de la suma y la diferencia.
La relación entre el voltaje de entrada y salida es:
Dado que el circuito utiliza un amplificador operacional integrado, su cálculo de resistencia y ajuste del circuito son inconvenientes, por lo que a menudo utilizamos amplificador operacional integrado de dos niveles. El amplificador operacional forma un circuito de suma-diferencia. El diagrama del circuito se muestra en la Figura (4).
La relación entre su voltaje de entrada y salida es:
Su etapa trasera no tiene impacto en la etapa frontal (utilizando un amplificador operacional integrado ideal), y el cálculo es muy conveniente.
XI: Circuito integral y circuito diferencial
(1) Circuito integral
Puede realizar un funcionamiento integral y generar una forma de onda triangular. La operación de integración es: integrar el voltaje de salida y el voltaje de entrada. El diagrama del circuito se muestra en la Figura (1): la operación integral se realiza utilizando la carga y descarga del capacitor.
La relación entre el voltaje de entrada y salida es: donde: representa el valor de voltaje inicial a través del capacitor.
Si la forma de onda de voltaje de entrada al circuito es una onda cuadrada, se generará una salida de onda triangular.
(2) Circuito diferencial
El diferencial es la operación inversa del integral, y su voltaje de salida tiene una relación diferencial con el voltaje de entrada. El diagrama del circuito se muestra en la Figura (2):
La relación entre los voltajes de entrada y salida es:
Doce: Circuito de operación logarítmica y exponencial
( 1) Circuito de operación logarítmica
El circuito de operación logarítmica es la función logarítmica del voltaje de salida y el voltaje de entrada. Usamos diodos o diodos para reemplazar las etapas en el circuito proporcional inverso para formar un circuito de operación logarítmica. El diagrama del circuito se muestra en la Figura (3):
La relación entre el voltaje de entrada y salida es la siguiente: (El diodo también se puede reemplazar por un diodo)
(2 ) Circuito de operación exponencial
El circuito de operación exponencial es la operación inversa de la operación logarítmica, y el diodo (diodo) y la resistencia R del circuito de operación exponencial son intercambiables. El diagrama del circuito se muestra en (4)
La relación entre los voltajes de entrada y salida es:
Los circuitos de operación de multiplicación o división y otros circuitos de operación no lineales se pueden resolver usando logaritmos y exponencial Está formado por circuitos aritméticos, proporcionales y aritméticos en diferencias.
Trece: Conocimientos básicos de los circuitos de filtro
La función de un circuito de filtro: permite pasar señales dentro de un rango específico por lo tanto, las señales fuera del rango especificado no pueden pasar;
Clasificación de los circuitos de filtro: (según diferentes frecuencias de funcionamiento)
Filtro de paso bajo: deja pasar las señales de baja frecuencia y atenúa las señales de alta frecuencia.
Filtro de paso alto: deja pasar las señales de alta frecuencia y atenúa las señales de baja frecuencia.
Filtro paso banda: permite el paso de señales dentro de una determinada banda de frecuencia y atenúa las señales fuera de la banda de frecuencia.
Filtro de parada de banda: Impide el paso de señales dentro de una determinada banda de frecuencia, pero permite atenuar las señales fuera de la banda de frecuencia.
Durante el proceso de análisis del circuito, estudiamos el circuito de filtro compuesto por componentes pasivos como resistencias y condensadores, pero tiene grandes defectos, como: pequeña ganancia del circuito; pobre capacidad de carga de conducción. Por lo tanto, deberíamos aprender los circuitos de filtrado activo.
Catorce: Circuito de filtro activo
(1) Circuito de filtro de paso bajo
El diagrama del circuito se muestra en la Figura (1): (Nos conectamos al integrado Tome como ejemplo la red de filtro pasivo RC en el extremo de entrada no inversor del amplificador operacional).
Las características de amplitud-frecuencia se muestran en la Figura (2):
Su función de transferencia es:
En la fórmula: Aup es el logaritmo de la banda de paso amplificación de voltaje, frecuencia angular de corte de banda de paso
Para circuitos de filtro de baja actividad, podemos ajustar el factor de amplificación del voltaje de banda de paso cambiando los valores de resistencia de las resistencias Rf y R1.
(2) Circuito de filtro de paso alto.
El diagrama del circuito se muestra en la Figura (3): (Tomamos como ejemplo la red de filtro pasivo conectada al extremo de entrada inversor del amplificador operacional integrado)
De manera similar, puede obtener su La especificidad de amplitud-frecuencia se muestra en la Figura (4):
Su función de transferencia es:
Donde: (factor de amplificación de voltaje de banda de paso) (frecuencia angular de corte de banda de paso);
(3) Circuito de filtro de paso de banda y circuito de filtro de parada de banda
Al combinar el circuito de filtro de paso bajo y el circuito de filtro de paso alto de diferentes maneras, el circuito de filtro de paso de banda y el circuito de filtro de parada de banda se puede obtener. Sus diagramas de circuito son los siguientes: el circuito del filtro de paso de banda se muestra en la Figura (5); el circuito del filtro de parada de banda se muestra en la Figura (6):
Decimoquinto: Conocimiento básico del comparador de voltaje
La función de un comparador de voltaje es comparar la magnitud de dos voltajes (use la magnitud del voltaje de salida para representar la relación de magnitud entre los dos voltajes de entrada).
La función del comparador de voltaje: se puede utilizar como interfaz entre circuitos analógicos y circuitos digitales, y también se puede utilizar como circuito de generación y conversión de formas de onda.
Nota: El amplificador operacional integrado en el comparador de voltaje normalmente opera en la región no lineal.
Y satisface la siguiente relación:
u-& gt；UO=UOL en U+
u-& lt;UO=UOH en U+
Comparación de voltaje simple
Conectamos el voltaje de referencia y la señal de entrada a las entradas no inversoras e inversoras del amplificador operacional integrado, respectivamente, para formar un comparador de voltaje simple. Como se muestra en las Figuras (1) y (2):
Analicemos a continuación (solo se analiza el circuito que se muestra en la Figura (1)).
Las características de transmisión se muestran en la Figura (3):
Muestra que cuando el voltaje de entrada aumenta gradualmente de bajo a UR, uo cambiará de nivel alto a nivel bajo. Por el contrario, cuando el voltaje de entrada cambia gradualmente de alto a bajo, uo cambiará de nivel bajo a nivel alto.
Tensión umbral: Cuando saltamos la tensión de salida del comparador de un nivel a otro nivel, se obtiene el valor de tensión de entrada correspondiente. También se le llama mosfet. Abreviatura: Umbral. Representado por el símbolo UTH.
Se puede utilizar un simple comparador de voltaje para convertir una onda sinusoidal en una onda cuadrada o rectangular con la misma frecuencia.
Ejemplo: El circuito es como se muestra en la Figura (1), y el voltaje de entrada es una onda sinusoidal, como se muestra en la Figura (4). Intente dibujar la forma de onda de salida.
Solución: La forma de onda de salida está relacionada con UR, como se muestra en la Figura (5).
El comparador de voltaje simple tiene una estructura simple y alta sensibilidad, pero su capacidad antisecado es pobre y necesita mejoras. Los comparadores de voltaje mejorados incluyen: comparador de histéresis y comparador de ventana. Aquí no son necesarios.
Todos los comparadores que estudiamos anteriormente están compuestos por amplificadores operacionales integrados, que tienen algunas deficiencias. Normalmente lo reemplazamos con un comparador de voltaje integrado. Las características inherentes de los comparadores de voltaje integrados son:
Puede controlar directamente dispositivos de circuitos integrados digitales como TTL;
Su velocidad de respuesta es más rápida que la de los comparadores compuestos por amplificadores operacionales integrados al mismo tiempo. precio;
Para aumentar la velocidad, la corriente operativa de la etapa de entrada del circuito interno del comparador de voltaje integrado es mayor.