Семинарно упражнение 8 (10 - 15 май 2004)

8. Усилватели с отрицателна обратна връзка, реализирани с операционни усилватели  Strange Things

КОЛЕКЦИЯТА. До тук успяхме да извлечем, построим и дори да "изобретим" общо 59 елементарни градивни схемни блокчета, които събрахме в една колекция. Днес ще изградим съвършенни схеми с отрицателна обратна връзка като използваме операционния усилвател за основен градивен елемент. Така колекцията ни ще набъбне с нови 9 схемни блокчета и те ще станат общо 68:
Повторители, реализирани с ОУ
повторител (неинвертиращ усилвател с K = 1) инвертор (инвертиращ усилвател с K = -1)

"Смутени" повторители, реализирани с ОУ
пропорционално "смутени" адитивно "смутени"
с последователна ООВ с паралелна ООВ с последователна ООВ с паралелна ООВ
повторители инвертори повторители инвертори

Усилватели , реализирани с ОУ
с последователна ООВ с паралелна ООВ с комбинирана ООВ
неинвертиращ усилвател инвертиращ усилвател диференциален усилвател


Компараторът C направлява действието на регулиращия елемент R (изпълнителното устройство) така, че Y непрекъснато да повтаря X.
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г.8.1. Повторители, реализирани с операционен усилвател. Дискусия: Какъв смисъл има да С помощта на захранващ източник на напрежение, операционен усилвател (в ролята на регулиращ елемент) и входен контур (в ролята на последователно сравняващо устройство) сглобяваме повторител на напрежение. Сега операционният усилвател регулира напрежението Vout върху товара така, че то винаги е равно на входното напрежение Vin.
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г.превръщаме един много добър усилвател (К > 100000) в ... повторител (К = 1)?
8.1.1. Повторител с последователна ООВ. Построяване на схемата върху основата на общата блокова схема. Дискусия: Кое играе ролята на изваждащо (сравняващо) устройство в тази схема? Защо схемата е инвертираща? Какъв трябва да е операционният усилвател в тази схема (по отношение на входовете)? В какви граници можем да изменяме входното напрежение?

8.1.2. Повторител (инвертор) с паралелна ООВ. Построяване на схемата върху основата на общата блокова схема: сглобяване от паралелен суматор наВходният източник мести отляво, а операционният усилвател - отдясно потенциалната диаграма, която се върти около точката с изкуствено поддържан нулев потенциал (виртуалната маса).
  Мечков, К. Потенциална диаграма. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г. напрежения и операционен усилвател. Визуализиране на действието с потенциална диаграма. Дискусия: Кое играе С помощта на захранващ източник на напрежение, операционен усилвател (в ролята на регулиращ елемент) и паралелен суматор на напрежения (в ролята на сравняващо устройство) сглобяваме инвертор на напрежение. Операционният усилвател регулира напрежението -Vout върху товара така, че резултата от сравнението да е равен на нула.
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г.ролята на изваждащо (сравняващо) устройство в тази схема? Защо схемата е инвертираща? Какъв може да бъде операционният усилвател в тази схема (по отношение на входовете)? В какви граници можем да изменяме входното напрежение? Можем ли да свържем към "маса" виртуалната маса, щом като все пак тя е "маса"?

8.2. Компенсиране на смущения от повторителите с отрицателна обратна връзка. Дискусия: Къде трябва да бъде свързан "смущаващия" елемент за да се компенсира вредното му влияние? Кога виртуалната маса престава да бъде маса?
С цената на допълнителни усилия активният повторител преодолява загубите от едно пропорционално смущение (затихване).
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г.8
.2.1. Мултипликативни (пропорционални смущения) предизвикани от изходното съпротивление на операционния усилвател, съпротивлението на проводника иКато повдига изходното си напрежение със стойността VRl операционният усилвател компенсира смущенията, предизвикани отRout, Rl и RL.
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г. съпротивлението на товара. Визуализиране на действието с потенциални стълбчета. Приложения: елиминиране на изходното съпротивление на ОУ; "скриване" съпротивлението на токоограничаващи резистори; предаване на напрежение без загуби по дълга съединителна линия.

8.2.2. Адитивни смущения предизвикани от включването на "отместващи" напрежението диодни и транзисторни елементи. Визуализиране на действието с потенциални стълбчета. Приложения: елиминиране на праговото напрежение VF на диод в схемата на последователния диоден ограничител (идеален диод); елиминиране на праговото напрежение VBE0 на биполярен транзистор в схемата на емитерен повторител, включен във веригата на ООВ на ОУ.

В стремежа си да компенсира пропорционалното затихване активният повторител се превръща в ... усилвател.
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г.8.3. Усилватели, реализирани с операционен усилвател. Принцип предизвикване на усилване чрез ... затихване. Дискусия: Къде трябва да бъде свързан "умишлено смущаващия"Повторителят на напрежение компенсира затихването, предизвикано от делителя R1-R2 и така се превръща в ... неинвертиращ усилвател.
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г.елемент за да предизвика усилване?
8.3.1. Неинвертиращ усилвател. Превръщане на повторителя в усилвател чрез умишлено въвеждане на "смущаващ" делител на напрежение. Визуализиране Като променяме отношението на резисторите R2/R1 получаваме инвертор (R1=R2), усилвател (R1<R2)или дори затихвател (R1>R2).
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г.на действието с потенциални стълбчета. Изграждане на схема с Т-образен мост във веригата на ООВ чрез двукратно "смущаване" на повторител.
8.3.2. Инвертиращ усилвател. Превръщане на инвертора в усилвател чрез умишлено "затрудняване" на операционния усилвател. Визуализиране на действието с потенциална диаграма. Дискусия: Има ли връзка между инвертиращия усилвател и транзисторната схема обща база?
8.3.3. Диференциален усилвател. Сглобяване на схемата от инвертиращ и неинвертиращ усилвател. Изследване на схемата при единичен, диференциален и синфазен сигнал. Дискусия: Какъв смисъл има да превръщаме един доста добър транзисторен диференциален усилвател в почти идеален операционен усилвател и след това ... отново в "лош" диференциален усилвател с коефициент на усилване 1?
8.3.4. Инструментален диференциален усилвател. Сглобяване на схемата от два взаимодействащи си неинвертиращи усилвателя (съпало 1) и диференциален усилвател (стъпало 2). Изследване на схемата при единичен, диференциален и синфазен сигнал. Дискусия: Можем ли да вземем несиметричен изходен сигнал от първото стъпало? Защо е необходимо второто стъпало? По какво си приличат и по какво се различават инструменталният и транзисторният диференциален усилвател?

8.4. Смущението като входен сигнал в схемите с отрицателна обратна връзка. Дискусия: Как реагират активните повторители на променливи смущения? Можем ли да използваме този феномен за намиране на допълнителниРезистивни сензори, включени във веригата на отрицателната обратна връзка на един инвертиращ усилвател, се превръщат във вход на схемата.
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г. Смущението в ролята на входна величина.
  Мечков, К. Принцип на отрицателната обратна връзка. XXXII Научна сесия по комуникационни, електронни и компютърни системи, Технически университет - София, 16 май 1997 г.входове към електронните схеми? Приложение: "странни схеми без вход" с резистивни сензори (фото, термо, за налягане, преместване и др.), включени във веригата на ООВ. Формулиране на общо правило за затваряне на веригата на ООВ спрямо смущаващите въздействия.

8.5. Модифициране на параметрите на електрическите вериги с помощта на ООВ.
8.5.1. Изкуствено увеличаване на съпротивление и намаляване на капацитет чрез последователна ООВ.
Извличане на идеята "bootstrapping" от множество примери. Приложения: генератор на линейно изменящо се напрежение - построяване на схемата от външен източник на правоъгълни импулси, пасивен RC интегратор, емитерен повторител и "отместващ" напрежението елемент. Дискусия: Схема с отрицателна обратна връзка ли е това?
8.5.2. Изкуствено намаляване на съпротивление и увеличаване на капацитет чрез паралелна ООВ.

Име:   Фамилия:   Фак.#:   Група: Email:    

=
+
+