Источники тока на операционных усилителях, схемы и расчёты
Схемы генераторов тока, управляемых напряжением, на ОУ и выходными
каскадами на биполярных и полевых транзисторах.
Продолжаем наш тематический вечер, посвящённый схемотехническим исследованиям генераторов стабильного тока, источников тока и иже с ними – стабилизаторов тока.
В повестке дня сегодняшнего радиолюбительского заседания обозначены следующие мероприятия: викторина «Угадай радиодетальку», а также обсуждение схемы источника (генератора) тока, выполненного на интегральном операционном усилителе (ОУ в простонародье).
Базовые схемы генераторов тока на операционных усилителях мы бегло рассмотрели на предыдущей странице вместе с транзисторными источниками.
Повторим пройденный материал.
Рис.1
Генераторы тока, изображённые на Рис.
1, (инвертирующий слева, неинвертирующий справа) – вполне себе работоспособные устройства,
которые являются близкими аналогами идеальных источников тока, и практически лишены недостатков, присущих транзисторным схемам.
При включении в качестве Rн конденсатора, приведённые схемы широким фронтом эксплуатируются в формирователях треугольного и пилообразного напряжений.
В отдельных случаях существенным недостатком источников тока, изображённых на Рис.1, является «плавающая», т.е. не подключённая никаким боком к земле или питанию нагрузка. К тому же, по большей части, операционный усилитель не может обеспечить значительных величин токов, поступающих в нагрузку.
Рассмотрим схемы источников тока на ОУ, не имеющих этих недостатков.
Как правило, для получения устойчивого положительного результата,
к операционному усилителю присовокупляется дополнительный выходной каскад на биполярном или полевом транзисторе.
Рис.2
На Рис.2 приведены схемы генераторов тока на ОУ с выходными каскадами на биполярном, либо полевом транзисторе и нагрузкой,
подключаемой к шине питания.
Пренебрегая входным током ОУ и конечным коэффициентом усиления транзистора, выходной ток составит всё ту же
величину
Iн≈ Uвх/R1.
На самом деле, коэффициент усиления биполярного транзистора имеет конечное значение, а полная формула тока нагрузки выглядит
следующим образом
Iн= Uвх×β/[R1(1+β)].
Это обуславливает некоторую нестабильность выходного тока при изменении сопротивления нагрузки за счёт проявления
эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на величину коэффициента передачи тока транзистора).
Особенность схем источников тока, показанных на Рис.2, состоит в том, что нагрузка подключается к шине питания.
Рис.3
На Рис.3 приведены источники тока с заземлённой нагрузкой.
Выходной ток здесь описывается уже несколько другой формулой:
Iн≈ (Еп-Uвх)/R1.
Подобная зависимость выходного тока от управляющего напряжения не всегда удобна в практических разработках, поэтому для устранения этого
недостатка к схеме можно присовокупить дополнительный преобразователь уровня.
Рис.4
Здесь первый операционник с транзистором n-p-n структуры служит для преобразования уровня входного управляющего напряжения Uвх
в значение Eп-Uвх.
е. при подаче на вход
импульсного сигнала управления). Ну и ясен шпунтубель, что всё наше усердие было направлено на получение удобной зависимости Iн≈ Uвх/R1, а для повышения выходного сопротивления источника тока вместо простого биполярного выходного транзистора следует включить составной или полевой транзистор.
Генератор тока на операционном усилителе
Поиск данных по Вашему запросу:
Генератор тока на операционном усилителе
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Генераторы на ОУ: мультивибраторы
- Вы точно человек?
- Операционный усилитель
- Практическое занятие № 4. Расчет схем электронных генераторов
- Генератор переменного тока
- Лекция 5. Генераторы стабильного тока в схемотехнике оу
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок №24. Операционный усилитель.
Генераторы на ОУ: мультивибраторы
Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет.
В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока. Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым.
Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши. Типичное применение источников тока — питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т. Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт при соблюдении теплового режима.
Схема и применение показаны на рисунках ниже. Собственное потребление данных микросхем относительно невелико — около 8мА и это потребление практически не меняется при изменении тока протекающего через крен или изменения входного напряжения.
Как видим, в вышеприведенных схемах, стабилизатор LM работает как стабилизатор напряжения, удерживая на резисторе R3 постоянное напряжение, которое можно регулировать в некоторых пределах построечным резистором R2.
В данном случае R3 называется токозадающим резистором. Поскольку сопротивление R3 неизменно, то ток через него будет стабильным. Ток на входе крен будет примерно на 8мА больше. Таким образом, мы получили простой как веник стабилизатор тока, который может применяться как электронная нагрузка, источник тока для заряда аккумуляторов и т. Интегральные стабилизаторы достаточно шустро реагируют на изменение входного напряжения.
Недостаток же такого регулятора тока — весьма большое сопротивление токозадающего резистора R3 и как следствие необходимость применять более мощные и более дорогие резисторы. Достаточно широкое распространение получили простенькие стабилизаторы тока на двух транзисторах. Основной минус данной схемы — не очень хорошая стабильность тока в нагрузке при изменении питающего напряжения.
Впрочем, для многих применений сгодятся и такие характеристики. Далее показана схема стабилизатора тока на транзисторе. В данной схеме токозадающим резистором является R2. При увеличении тока через VT2, увеличится напряжение на токозадающем резисторе R2, которое при величине примерно 0,5…0,6В начинает открывать транзистор VT1.
Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение 8…15В и необходим в случаях, когда напряжение источника питания достаточно велико и может пробить затвор полевого транзистора. Нужно учитывать, что MOSFET открываются при напряжении на затворе не менее 2В, соответственно увеличивается и напряжение, необходимое для нормальной работы схемы стабилизатора тока.
При зарядке аккумуляторов и некоторых других задачах вполне достаточно будет включить транзистор VT1 с резистором R1 непосредственно к источнику питания так, как это показано на рисунке:.
В схемах стабилизатора тока на транзисторах необходимое значение токозадающего резистора для заданного значения тока примерно в два раза меньше, чем в схемах со стабилизатором на КРЕН12 или LM Это позволяет применить токозадающий резистор меньшей мощности.
Схема такого стабилизатора тока показана на рис:. В данной схеме токозадающим является резистор R7. ОУ DA2. Обратите внимание, что схема требует отдельного питания, подаваемого на разъем XP2.
В качестве генератора опорного напряжения в схеме на рис. В случае электронного управления схемой вывод 3 DA2. Для настройки схемы необходимо выставить ползунок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение, подстроечным резистором R3 установить необходимое значение тока — это значение будет максимальным.
Теперь резистором R1 можно регулировать ток через VT1 от 0 до установленного при настройке максимального тока. Элементы R2, C2, R4 необходимы для предотвращения возбуждения схемы. Из-за этих элементов временные характеристики не являются идеальными, что видно по осциллограмме.
Как видно, в течение 80 мкс через схему протекает ток в несколько раз больше установленного. Иногда от стабилизатора тока требуется не только работать в широком диапазоне питающих напряжений и нагрузок, но и иметь высокий КПД.
В этих случаях компенсационные стабилизаторы не годятся и на смену им приходят стабилизаторы импульсные ключевые. Кроме того, импульсные стабилизаторы могут при небольшом входном напряжении получать высокое напряжение на нагрузке. Далее предлагается к рассмотрению широко распространенная микросхема MAX Основные характеристики MAX На рисунке показан один из вариантов включения микросхемы, именно его мы и возьмем за основу нашей схемы.
Упрощенно процесс стабилизации выглядит следующим образом. Резисторы R1 и R2 являются делителями выходного напряжения микросхемы, как только делимое напряжение, поступающее на вывод микросхемы MAX, больше опорного напряжения 1,5V микросхема уменьшает выходное напряжение и наоборот — если напряжение на выводе меньше 1,5V, микросхема увеличивает входное напряжение.
Очевидно, что если контрольные цепи изменить так, чтобы MAX реагировала и соответственно регулировала выходной ток, то мы полчим стабилизированный источник тока.
Ниже показаны модифицированная схема с ограничением выходного напряжения и вариант нагрузки. При небольшой нагрузке, пока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3 меньше 1,5V, схема на Рис.
Как только ток нагрузки становится достаточно большим, на R3 падение напряжения увеличивается и схема переходит в режим стабилизации тока. Резистор R8 устанавливается в том случае, если напряжение стабилизации может быть большим — больше 16,5V. Недостатком схемы является достаточно большое падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3. Данный недостаток устраняется применением операционного усилителя ОУ для усиления сигнала с резистора R3.
Например, если резистор требуется уменьшить в 10 раз при заданном токе, то усилитель на ОУ должен усилить напряжение падающее на R3 тоже в 10 раз. Итак, было рассмотрено несколько схем выполняющих функцию стабилизации тока.
Конечно же, эти схемы можно улучшать, увеличивая быстродействие, точность и т. Можно применять в качестве датчика тока специализированные микросхемы и делать сверхмощные регулирующие элементы, но эти схемы идеально подходят в тех случаях, когда требуется быстро создать инструмент для облегчения своей работы или решения определенного круга задач.
В радиолюбительской практике часто возникает необходимости использовать генератор синусоидальных колебаний. Применения ему можно найти самые разнообразные.
Рассмотрим как создать генератор синусоидального сигнала на мосту Вина со стабильной амплитудой и частотой. В статье описывается разработка схемы генератора синусоидального сигнала. Сгенерировать нужную частоту можно и программно: Программа Audacity как простой генератор звука и шума. Наиболее удобным, с точки зрения сборки и наладки, вариантом генератора синусоидального сигнала является генератор, построенный на мосту Вина, на современном Операционном Усилителе ОУ.
Сам по себе мост Вина является полосовым фильтром, состоящим из двух RC фильтров.
Он выделяет центральную частоту и подавляет остальные частоты. Мост придумал, Макс Вин еще в году. На принципиальной схеме, сам мост Вина обычно изображается следующим образом:.
Это важный момент, потому что этот коэффициент определяет условия стабильной генерации. Но об этом чуть позже. На мосту Вина часто строят автогенераторы и измерители индуктивности. Благодаря этому можно упростить формулу. Основная частота моста рассчитывается из соотношения:. Практически любой фильтр можно рассматривать как делитель напряжения, зависящий от частоты. Поэтому при выборе номиналов резистора и конденсатора желательно, чтобы на резонансной частоте комплексное сопротивление конденсатора Z , было равно, или хотя бы одного порядка с сопротивлением резистора.
Сам по себе мост Вина не является генератором сигнала. Для возникновения генерации его следует разместить в цепи положительной обратной связи операционного усилителя. Такой автогенератор можно построить и на транзисторе. Но использование ОУ явно упростит жизнь и даст лучшие характеристики.
Поэтому условием генерации является то, что ОУ должен обеспечивать коэффициент усиления равный трем. В таком случает произведение коэффициентов пропускания моста Вина и усиления ОУ даст 1.
И будет происходить стабильная генерация заданной частоты. Если бы мир был идеальным, то задав резисторами в цепи отрицательной обратной связи, нужный коэфф усиления, мы бы получили готовый генератор. Но увы, мир не идеален.
Если коэффициент усиления будет меньше 3, то генератор заглохнет, если больше — то сигнал, достигнув напряжения питания, начнет искажаться, и наступит насыщение. При насыщении, на выходе будет поддерживаться напряжение, близкое к одному из напряжений питания.
И будут происходить случайные хаотичные переключения между напряжениями питания. Поэтому, строя генератор на мосте Вина, прибегают к использованию нелинейного элемента в цепи отрицательной обратной связи, регулирующего коэффициент усиления. В таком случае генератор будет сам себя уравновешивать и поддерживать генерацию на одинаковом уровне.
В самом классическом варианте генератора на мосте Вина на ОУ, применяется миниатюрная низковольтная лампа накаливания, которая устанавливается вместо резистора.
При включении такого генератора, в первый момент, спираль лампы холодная и ее сопротивление мало. Цепь положительной обратной связи, в которую был помещен мост Вина, остается без изменений. Общая принципиальная схема генератора выглядит следующим образом:. Элементы положительной обратной связи ОУ определяют частоту генерации. А элементы отрицательной обратной связи — усиление.
Идея использования лампочки, в качестве управляющего элемента очень интересна и используется по сей день. Но у лампочки, увы, есть ряд недостатков:.
Вы точно человек?
Описать принцип работы, осуществить моделирование работы схемы. Исходные данные приведены в таблице 4. Схема генератора гармонического сигнала на операционном усилителе с мостом Вина в цепи обратной связи приведена на рисунке 4. Принцип ее работы описан в [2]. Рисунок 4.
На неинве ртирующий вход ОУ поступает сигнал положительной обратной связи, а несколько меньший по амплитуде сигнал отрицательной обратной связи — на инвертирующий вход ОУ, состоящей из резисторов R 1 и R 2.
На рисунке 1 приведена схема простейшего источника тока на операционном усилителе. Принцип его работы следующий: операционный усилитель.
Операционный усилитель
Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока. Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым. Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши.
Типичное применение источников тока — питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т. Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт при соблюдении теплового режима. Схема и применение показаны на рисунках ниже. Собственное потребление данных микросхем относительно невелико — около 8мА и это потребление практически не меняется при изменении тока протекающего через крен или изменения входного напряжения.
Практическое занятие № 4. Расчет схем электронных генераторов
Как известно, — для питания светодиодов требуется стабильный ток. Устройство, способное питать светодиоды стабильным током, называется драйвером светодиодов. Эта статья посвящена изготовлению такого драйвера с использованием операционного усилителя. Итак, главная идея заключается в том, чтобы стабилизировать падение напряжения на резисторе известного номинала в нашем случае — R 3 , включенном в цепь последовательно с нагрузкой светодиодом.
Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет.
Генератор переменного тока
Генераторы стабильного тока ГСТ или источники тока применяются в схемотехнике ОУ в качестве источников фиксированного тока или в качестве высокоомных динамических нагрузок. Строятся они на основе биполярных и полевых структур. Источник тока может быть реализован, например, следующим образом:. Чтобы I н не зависел от R н , необходимо, чтобы. Такие высокие напряжения в ИС не реализуются. Поэтому в ИС реализовывать источники тока по такой схеме нецелесообразно.
Лекция 5. Генераторы стабильного тока в схемотехнике оу
Принцип действия источника тока, схема которого приведена на рис. Выходное напряжение ОУ устанавливается таким, что падение напряжения на резисторе R 1 оказывается равным величине входного напряжения. Источник тока, управляемый напряжением, для заземленной нагрузки.
Для определения выходного тока источника запишем уравнения по первому закону Кирхгофа для n – и р -входов и выхода операционного усилителя:. Приравняв нулю коэффициент при U 2 , найдем условие независимости выходного тока от напряжения на нагрузке —. Выполняя точную подстройку R 3 , можно добиться бесконечного выходного сопротивления источника тока на низких частотах при реальных характеристиках операционного усилителя.
1 страница · V2: Анализ и расчет цепей переменного тока. Модель генератора гармонических колебаний на ОУ КРУД
Управляемый источник постоянного стабилизированного тока с хорошими динамическими характеристиками, позволяет изменять величину и полярность выходного тока под действием входного управляющего напряжения. Источник может входить в состав различных приборов и систем. Точность соответствия выходного тока входному управляющему напряжению позволяет использовать источник для ответственных применений. Работу источника тока можно пояснить на примере управления светодиодным индикатором.
Продолжаем разбираться с работой операционных усилителей и сегодня мы рассмотрим ряд схем на ОУ и разберемся, как они работают. Вот, кстати, первая статья про операционники, обязательно посмотрите — ссылка. Сразу же переходим к делу, и первой схемой, которую мы рассмотрим будет схемка, позволяющая либо передать сигнал на выход без изменений, либо инвертировать его. Давайте разберемся, как это устройство работает. Пусть переключатель находится в режиме инвертора. Тогда на неинвертирующем входе будет напряжение:.
Всем доброго времени суток! Прошлая статья была посвящена компараторам и триггерам Шмитта на операционных усилителях.
Схемы генераторов тока, управляемых напряжением, на ОУ и выходными каскадами на биполярных и полевых транзисторах. Это нужно знать Весь перечень знаний находится на этой странице. Весь перечень знаний находится на этой странице. Источники тока на операционных усилителях. Продолжаем наш тематический вечер, посвящённый схемотехническим исследованиям генераторов стабильного тока, источников тока и иже с ними – стабилизаторов тока.
Базовые схемы генераторов тока на операционных усилителях мы бегло рассмотрели на предыдущей странице вместе с транзисторными источниками. Повторим пройденный материал.
By Леонид:3 , June 16, in Начинающим. Понадобился мне тут генератор пилы,для проверки осциллографа,в котором мертв родной генератор пилы. Здесь Т1,источник тока,для наиболее линейного заряда кондера,что бы пила получилась как можно более линейная. ОР1,включен по схеме компаратора, сравнивает напряжение на инвертирующем и не инвертирующем входах.
операционный усилитель – операционный усилитель с входом источника тока
\$\начало группы\$
В этой схеме операционного усилителя выход определяется как \$v_o = – i_sR\$.
Вопрос 1
Я немного не понимаю, как протекает ток в этой цепи. По принципу виртуальной земли инвертирующий вход находится на уровне 0В. Выход находится под некоторым отрицательным напряжением.
Следовательно, ток течет от источника тока в виртуальную землю 0 В, через R и к отрицательному Vo. Сейчас, на данный момент – если я считаю, что идеальным выходным каскадом ОУ является просто ВПН без сопротивления, то этот ток должен поглощаться источником ВПН, верно?
Вопрос 2
Если я подключу резистивную нагрузку к GND на выходе
Весь ток \$i_s\$ теперь будет проходить через нагрузочный резистор? Или VCVS все равно будет поглощать ток? Мне трудно это понять. Я понимаю, что VCVS настраивает \$V_{out}\$, но я также знаю, что источники напряжения могут поглощать энергию. В первом случае VCVS брал на себя весь ток и поглощал мощность, почему этого не произойдет здесь?
Вопрос 3
Рассматривая ту же схему с нагрузочным резистором на выходе. Выходное напряжение теперь определяется как \$v_o = -i_ss*(R || R_L)\$?
\$R\$ подключается между виртуальной землей и \$v_o\$. \$R_L\$ подключается между реальной землей и \$v_o\$.
Значит ли это, что они параллельны?
- операционный усилитель
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
, если учесть, что идеальным выходным каскадом ОУ является просто ВКВС без сопротивления
Это означает, что эта идеальная модель сможет обеспечить любой ток в любом направлении (сток или исток).
Выходное напряжение определяется отрицательной обратной связью. В идеальном операционном усилителе при отсутствии тока на входах весь входной ток проходит через резистор обратной связи. Выходное напряжение будет таким, какое необходимо, чтобы вызвать ток и поддерживать на инвертирующем контакте 0 В.
Если вы подключите нагрузочный резистор, это не изменит выходное напряжение идеального операционного усилителя. Так что дополнительный ток для выходного резистора тоже должен обеспечиваться выходом, что не является проблемой для идеального ВКВС.
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
, если я считаю, что идеальным выходным каскадом ОУ является просто ВПН без сопротивления, то этот ток должен поглощаться источником ВПН, правильно?
Если на операционном усилителе нет нагрузки, то весь ток через \$R\$ будет поглощаться выходным контактом операционного усилителя.
Будет ли теперь весь ток проходить через нагрузочный резистор? Или VCVS все равно будет поглощать ток?
Да, ток все равно будет поглощаться операционным усилителем. Если я правильно рассчитал, ток, потребляемый выходным контактом операционного усилителя, будет равен
$$i_{out} = -i_s – \frac{i_sR}{R_L} = -i_s \left(1+\frac {R}{R_L}\справа)$$
где \$R_L\$ в данном случае общая нагрузка на операционный усилитель.
Значит ли это, что они параллельны?
Нет. Виртуальная земля не заземлена. Вы можете увидеть это, соединив виртуальную землю с реальной землей . Что случилось бы? Во-первых, весь ток от \$i_s\$ будет идти прямо на землю, а не через \$R\$. Во-вторых, поскольку два входа операционного усилителя будут иметь ровно одинакового входного напряжения, выходное напряжение будет равно входному напряжению смещения, умноженному на коэффициент усиления по напряжению без обратной связи (при условии, что операционный усилитель остается в линейной области). $$v_o = v_{смещение}*A_o$$ Поскольку соединение виртуальной земли и реальной земли изменит поведение схемы, резистор с одним концом, подключенным к виртуальной земле, и другой резистор с одним концом, подключенным к реальная земля, не может быть параллельно.
\$\конечная группа\$
6
\$\начало группы\$ Здесь применяется
KVL, KCL Просто предположим, что этот идеальный операционный усилитель имеет нулевой входной ток, но заставляет выход также обнулять дифференциальное входное напряжение.
Тогда текущий путь становится очевидным. Это может произойти только в том случае, если выход находится в пределах линейного диапазона, в противном случае усиление становится равным нулю при насыщении любой из шин питания OK?
Да, напряжение обратной связи и напряжение нагрузки от одного и того же узла, поэтому «нагрузки подключены параллельно». Также показано, что оба используют 0 В или землю в качестве эталона, но это ваш выбор.
\$\конечная группа\$
5
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
Зависимые источники и операционные усилители
| Outline: |
| Dependent Sources |
| Op Amps |
| Behavior of Op Amps with Negative Feedback |
| Basic Op Amp Circuits |
| More analysis of Op Amp and Dependent Source Circuits |
Зависимые источники
Зависимый источник аналогичен независимому источнику, за исключением того, что его значение
зависит от некоторого другого напряжения или тока в другом месте цепи.
Зависимый источник представляет собой устройство, которое усиливает или реагирует на другой сигнал
в другом месте цепи.
В лаборатории мы будем строить схемы усилителей, используя операционные усилители (операционные усилители).
Источник напряжения, управляемый напряжением (VCVS) — это источник напряжения, который зависит от некоторого напряжения.
Источник напряжения с регулируемым током (CCVS) — это источник напряжения, который зависит от некоторого тока.
Источник тока, управляемый напряжением (VCCS) — это источник тока, который зависит от некоторого напряжения.
Current Controlled Current Source (CCCS) — это источник тока, который зависит от некоторого тока.
Это VCVS: Это зависимый источник напряжения. Напряжение на источнике Например, если Vx=5В и u=3, то напряжение на источнике Значение u безразмерно и определяется тем, как спроектирован зависимый | |
Это CCVS: Это тоже зависимый источник напряжения. Напряжение на источнике Например, если Ix=2A и u=10, тогда напряжение на источнике Значение u определяется тем, как спроектирован зависимый источник. Поскольку зависимый источник выдает напряжение, его значение всегда равно, выраженному в вольтах, даже если источник зависит от тока. u конвертирует из ампер в вольты. | |
Это VCCS:Это зависимый источник тока. Ток через 9Источник 0163 зависит от напряжения Vx. Например, если Vx=10 В и g=0,5, то ток через источник Значение g определяется тем, как спроектирован зависимый источник. Поскольку зависимый источник выдает ток, его значение всегда, выраженное в амперах, даже если источник зависит от напряжения.  g конвертирует из вольт в ампер. | |
Это CCCS: Это зависимый источник тока. Ток через источник Например, если Ix=3A и B=2, то ток через источник Значение B безразмерно и определяется тем, как спроектирован зависимый источник |
Учебные задачи
После нажатия на следующую ссылку введите 4-1 для задачи и 1 для шага :
Учебная задача 4-1
После нажатия на следующую ссылку введите 4-2 для шага и 1 для шага
-13: Учебный вопрос 2
К началу страницы
Операционные усилители
Операционный усилитель означает Операционный усилитель
Операционные усилители используются в схемах, которые реагируют на сигнал или усиливают его.
Мы можем построить зависимый источник в лаборатории, используя схему операционного усилителя.
Где Vin = (V+ – V-)
Операционный усилитель представляет собой интегральную схему со множеством подключений к ней, а также мощность
, необходимую для ее питания. Однако «на бумаге» мы будем рассматривать его как простое трехконтактное устройство
, которое демонстрирует следующее поведение:
- Очень высокий коэффициент усиления без обратной связи. Другими словами, при отсутствии обратной связи
усиление/усиление операционного усилителя очень высокое, на
порядок от 10 000 до 100 000.
Об обратной связи поговорим позже. - Очень высокое входное сопротивление, настолько высокое, что мы предполагаем, что
ток не может проходить ни через V+, ни через V-.
В приведенной выше модели коэффициент усиления операционного усилителя равен 10000
Мы можем создавать зависимые источники с операционным усилителем.
Если нет обратной связи (или шлейфа, соединяющего выход со входом)
, то мы можем заменить операционный усилитель моделью усилителя напряжения Idea, показанной выше.
| Это простая схема операционного усилителя: Используя идеальную модель операционного усилителя, найдите Vвых. Первый шаг — заменить операционный усилитель моделью, указанной выше. | |
| Это та же схема с операционным усилителем, замененным идеальной моделью: Теперь мы проведем анализ, используя KVL/KCL и законы Ома, чтобы найти V из . При осмотре мы видим, что V из = 10000(V в ), Также при осмотре мы видим, что V+ = 1В, потому что V+ подключен к источнику. Резисторы на 100 и 50 Ом соединены последовательно, потому что они пропускают один и тот же ток В- = В 50 = 0,333 В |
Начало страницы
Поведение операционных усилителей с отрицательной обратной связью
Когда схемы операционных усилителей содержат отрицательную обратную связь, для анализа схемы можно использовать более простую модель
(отличную от модели идеального операционного усилителя, показанной выше).
Но сначала, что такое обратная связь?
Обратная связь — это когда выходная информация возвращается на вход.
Цель обратной связи — сделать систему более стабильной.
Что такое положительный отзыв?
Когда выходная информация подается обратно на положительный вход V+.
Это приводит к нестабильной системе, которая вышла из-под контроля.
Пример системы положительной обратной связи:
Когда вы подносите микрофон к динамику, раздается небольшой, но значительный гул
динамика идет в микрофон, усиливается и выходит из динамика.
Это чуть более громкое гудение затем, в свою очередь, входит в микрофон, усиливается и снова выходит
из динамика, немного громче, чем раньше. Этот цикл продолжается до бесконечности, пока вы не услышите очень громкий болезненный звон/визг, исходящий из динамика.
Что такое отрицательный отзыв?
Когда выходная информация подается обратно на отрицательный вход V-.
Это приводит к стабильной системе. Тот, где выход остается
постоянная.
Пример системы отрицательной обратной связи:
Когда вы чувствуете голод, в ваш мозг посылаются сообщения о том, что пора есть.
Когда вы едите и ваш желудок наполняется, на этот раз в ваш мозг поступают сообщения о том, что
вы не голодны. Таким образом, вы прекращаете есть.
Эти сообщения в мозг представляют собой отрицательную систему обратной связи
, поддерживающую вас накормленным, а не переедающим или недокормленным.
| Вот схема операционного усилителя с отрицательной обратной связью: Сначала мы проанализируем эту схему, используя операционный усилитель идеального напряжения модели | |
| Вот та же схема с ОУ заменена на Идеальную модель: Теперь проведем анализ – КВЛ снаружи: (Обратите внимание, что ток в двух резисторах одинаков) Теперь будем делать КВЛ начиная с V в по часовой стрелке: Решение для i: i = [-V в (1 + A)]/R 2 Поскольку A = 10000 или больше, то A+1=A Следовательно, i = [-V в *A ]/R 2 Теперь подставим i в первое уравнение: | |
Обратите внимание, что Vиз не зависит от A.Из-за отрицательной обратной связи, если A стремится к бесконечности, V из все еще остается постоянным. Поэтому мы можем пойти дальше и предположить, что A бесконечно. Но если принять это Подводя итог, мы можем предположить следующее о нашей модели операционного усилителя при наличии отрицательной обратной связи:
| |
Знайте AV в = V OUT 
т. е. (V+ – V-) = 0Когда схема операционного усилителя содержит отрицательную обратную связь (т. е. какой-либо тип схемы
обратно к V-), тогда можно использовать простую модель, показанную ниже.
, и предположим, что V+ = V- (или V в = 0).
Никогда не применяйте KCL вокруг операционного усилителя. Если бы вы сделали это, то i из было бы равно нулю, что может быть, а может и не быть.
Имеются другие подключения к операционному усилителю, такие как питание, которые не показаны на бумаге.
Поэтому никогда не применяйте KCL вокруг операционного усилителя.
К началу страницы
Основные схемы операционных усилителей
В этом разделе мы проанализируем некоторые распространенные схемы операционных усилителей
, которые имеют отрицательную обратную связь. Поэтому мы будем использовать модель операционного усилителя
, представленную в предыдущем разделе.
| Эта схема была проанализирована в последнем разделе с использованием модели идеального операционного усилителя. Теперь проанализируем его с другой моделью операционного усилителя: Сначала предположим, что V+ = V- (т.е. V в = 0) и что I 1 = 0 и I 1 = 0 Поскольку I 1 = 0, то I R1 = I R2 Уравнение контура КВЛ 1: КВЛ 1 /r 1 Vвых = – V 1 (R 2 7 5 903 1 ) Эта схема называется инвертирующим усилителем, потому чтовыходной сигнал инвертируется. по сравнению с входом В 1 | |
| Здесь мы проанализируем схему, чтобы найти V из /V 1 : Поскольку I 2 = 0, то от i до R 1 равно от i до R 2 КВЛ = V 1 /R 1 KVL loop equation 2: | |
| Здесь мы проанализируем схему, чтобы найти V из /V 1 : Здесь i = 0, потому что I 2 = 0 Ввых = V 1Эта схема называется повторителем напряжения или буфером. Выход равен входу. Ввод буферизуется из вывода. В следующем разделе мы увидим, почему это полезная схема. |
Напомним, что V в = 0, поэтому уравнение сводится к: 
1 + Р 2 /Р 1 )
Эта схема называется неинвертирующим усилителем, потому что Эти стандартные схемы можно использовать в качестве строительных блоков в более сложных схемах
.
