Metodă de analiză de bază pentru amplificatoarele operaționale: circuit deschis virtual, scurtcircuit virtual. Pentru circuite de aplicații cu amplificatoare operaționale nefamiliare, utilizați această metodă de analiză de bază.
Amplificatoarele operaționale sunt dispozitive utilizate pe scară largă. Atunci când sunt conectate la rețele de feedback adecvate, acestea pot fi utilizate ca amplificatoare de precizie de curent alternativ și curent continuu, filtre active, oscilatoare și comparatoare de tensiune.
- Aplicarea amplificatoarelor operaționale în filtrarea activă
Figura de mai sus prezintă un circuit tipic de filtrare activă (circuit Saron-Kayl, un tip de circuit Butterworth). Avantajul filtrării active este că poate face ca semnalele mai mari decât frecvența de tăiere să scadă mai rapid, iar caracteristicile de filtrare nu necesită o capacitate și o rezistență ridicate.
Punctele de proiectare ale acestui circuit sunt: în condițiile îndeplinirii frecvenței de tăiere corespunzătoare, valorile rezistenței R233 și R230 ar trebui selectate cât mai consecvente posibil, iar capacitatea C50 și C201 ar trebui selectată ca fiind consistentă (atunci când valorile rezistenței și capacității circuitului RC în două etape sunt egale, acesta se numește circuit Saron-Kayl), astfel încât tipurile de dispozitive să poată fi normalizate, respectând în același timp performanța de filtrare. Printre acestea, rezistența R280 previne suspendarea intrării, ceea ce va cauza o ieșire anormală a amplificatorului operațional.
Cele trei circuite de filtrare active trece-jos de ordinul doi, cele mai frecvent utilizate, sunt: Butterworth, cu descreștere monotonă, curbă plată și cea mai netedă;
Cel mai utilizat în filtrarea trece-jos Butterworth este circuitul Saron-Kayl, care este circuitul simulat.
Pentru un filtru, trebuie să cunoașteți frecvența sa de tăiere sau puteți scrie funcția de transfer și răspunsul în frecvență.
Dacă filtrul are și o funcție de amplificare, trebuie să cunoașteți câștigul filtrului.
Când valorile rezistenței și capacității circuitului RC în două etape sunt egale, acesta se numește circuit Serenka. Un feedback negativ este introdus în circuitul activ de ordinul doi pentru a face ca tensiunea de ieșire să scadă rapid în intervalul de frecvență înaltă.
Câștigul în bandă de trecere al circuitului de filtrare trece-jos activ de ordinul doi este 1+Rf/R1, care este același cu cel al circuitului de filtrare trece-jos de ordinul întâi;
Rețineți că unitatea de măsură pentru m este ohmul, iar unitatea de măsură pentru N este u.
Deci, frecvența de tăiere este calculată ca fiind
Cebîșev, în descompunere rapidă, dar cu ondulații în banda de trecere;
Bessel (eliptic), defazajul este proporțional cu frecvența, iar întârzierea de grup este în esență constantă.
2. Aplicarea amplificatorului operațional în comparatorul de tensiune
Acest circuit este de fapt o combinație între un comparator cu trecere prin zero și un circuit amplificator profund.
Ieșirea este amplificată prin (1+R292/R273). Cu cât factorul de amplificare este mai mare, cu atât frontul ascendent al undei pătrate este mai abrupt.
Există, de asemenea, o valoare cheie a rezistenței în acest circuit la care trebuie acordată atenție, și anume R275, care determină viteza de creștere a undei pătrate.
3. Proiectarea circuitului sursă de curent constant
După cum se arată în figură, procesul de analiză a principiului curentului constant este următorul:
U5B (amplificatorul operațional de jos din figura de mai sus) este un amplificator de tensiune, deci V1 = V4;
Conform principiului scurtcircuitării virtuale a amplificatorului operațional, pentru amplificatorul operațional U4A (amplificatorul operațional superior din figura de mai sus): V3 = V5;
Combinând ecuațiile de mai sus, obținem:
Când tensiunea de referință Vref este fixată la 1.8 V, rezistența R30 este de 3.6, iar curentul de ieșire este constant la 0.5 mA.
Acest circuit sursă de curent constant poate fi utilizat pentru a proiecta surse de curent constant pentru alți curenți. Ideea de bază este: toate rezistențele trebuie să utilizeze rezistențe de înaltă precizie cu valori de rezistență consistente. Tensiunea de referință de intrare (folosind un cip special de tensiune de referință) este împărțită la valoarea rezistenței pentru a obține curentul de ieșire.
Totuși, în utilizarea reală, pentru a proteja circuitul sursei de curent constant, o diodă și un rezistor sunt în general conectate în serie la capătul de ieșire. Primul beneficiu al acestui lucru este de a preveni interferențele externe să pătrundă în circuitul sursei de curent constant, provocând deteriorarea circuitului sursei de curent constant și, în al doilea rând, de a preveni scurtcircuitarea sarcinii externe, astfel încât să nu se deterioreze circuitul sursei de curent constant.
5. Circuit de măsurare a rezistenței termice
Circuitul din figura de mai sus este un circuit tipic de măsurare a rezistenței termice/cuplului. Ideea de măsurare este următoarea: o sursă de curent constant de 1-10 mA este adăugată la sarcină, care va genera o anumită tensiune pe sarcină, iar tensiunea este filtrată activ. După procesare, semnalul este ajustat (amplificare sau atenuare a semnalului) și, în final, semnalul este trimis către interfața ADC.
Când utilizați acest circuit, acordați atenție aplicării protecției la capătul de intrare. TVS-urile pot fi conectate în paralel, dar acordați atenție impactului condensatoarelor asupra preciziei măsurătorii. Desigur, în unele situații cu costuri reduse, schema circuitului de mai sus poate fi simplificată la următorul circuit.
În utilizarea amplificatoarelor operaționale, următorul de tensiune este o aplicație comună. Avantajele acestui circuit sunt: în primul rând, reduce impactul sarcinii asupra sursei de semnal; în al doilea rând, îmbunătățește capacitatea semnalului de a transporta sarcina.
7. Aplicarea unei singure surse de alimentare
În utilizarea reală a amplificatoarelor operaționale, folosim în general surse de alimentare duale pentru a menține caracteristicile de frecvență ale amplificatoarelor operaționale. Cu toate acestea, uneori, în utilizarea reală, avem o singură sursă de alimentare și putem realiza, de asemenea, funcționarea normală a amplificatorului operațional.
Mai întâi, folosim circuitul de urmărire a amplificatorului operațional pentru a realiza un divizor de tensiune VCC/2:
Desigur, dacă cerințele nu sunt foarte mari, putem împărți direct tensiunea cu rezistențe pentru a obține +VCC/2, dar datorită caracteristicilor diviziunii tensiunii rezistorului, viteza sa dinamică de răspuns va fi foarte lentă, așa că vă rugăm să o utilizați cu precauție.
După obținerea +VCC/2, putem utiliza o singură sursă de alimentare pentru a realiza funcția de amplificare a semnalului, așa cum se arată mai jos:
În acest circuit, R66 = R67//R68, iar câștigul de ieșire al semnalului este G = -R67/R68.
Aplicația specifică este prezentată în figura de mai jos: amplificatorul operațional este alimentat de un singur +5V_AD, iar tensiunea cipului AD este de 3.3V (obținută de cipul de tensiune de referință REF3033). Cei 3.3V sunt împărțiți la rezistențe și urmați de amplificatorul operațional pentru a obține 1.65V, care este furnizat terminalului de intrare în fază al amplificatorului operațional.
