Site Loader

Содержание

РадиоКот :: Операционные усилители. Часть 1.

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

Операционные усилители. Часть 1.

Итак, как же это чудо выглядит на картинке. А примерно вот так (Ну почему же примерно, Мяу?! Так и выглядит. — здесь и далее прим. Кота). Мы видим у него два входа (обозначены + и — ) и один выход (на самом деле я лукавлю, и не показываю остальные выводы операционника, коих ещё как минимум два — +Uпит и -Uпит, но сейчас они нам не нужны).
Для ясности дальнейшего изложения назовем вход, обозначенный значком «+»неивертирующим, а вход со значком «-«инвертирующим.
А теперь давайте посмотрим как это работает.
Если напряжение на входе «+», больше чем на «-«, то на выходе установится напряжение +Uпит. Если ситуация обратная, то на выходе будет напряжение -Uпит. Хм, если у него на выходе всего два состояния, то зачем нужен такой усилитель? Правильно, без

обратной связи он нам и не нужен, ибо она-то и позволяет придать операционному усилителю такие приятные свойства.
Что такое обратная связь, спросите вы? Непонятное какое-то слово.
Ну в общем это когда часть сигнала с выхода подается на вход, чтоб скорректировать самого себя. Непонятно? Ну тогда будем разбираться на примерах. А для начала выучим два правила работы с «идеальными» операционными усилителями. С реальными мы познакомимся чуть позже.

1. Выход операционного усилителя всегда стремится сделать так, чтоб напряжение между входами было равно 0.
2. Входы операционного усилителя ток не потребляют.
Ну что-то ты совсем нас запутал, скажите вы. Тогда начинам смотреть примеры.

На рисунке изображена схема классического инвертирующего усилителя. Почему инвертирующего. А вот сейчас прям и разберемся. Применяем правило №1 мы видим, что потенциал инвертирующего входа будет равен 0В (потенциал земли). А это значит, что через резистор R2 протечет ток равный Uвх(на схеме 1 В)/R2. Ну ладно, течет и течет, а дальше то что. А дальше начинается применение правила №2. Раз входы операционного усилителя не потребляют ток, значит так просто на землю он не стекает, а поскольку деваться ему собственно некуда, то он продолжает течь через резистор R1. Ну а раз так, то на резисторе

R1 создается падение напряжения, равное IR1. То есть на выходе будет напряжение равное Uвх(R1/R2). Браво. Только давайте разбираться со знаком этого напряжения: поскольку у нас входное напряжение было больше чем потенциал земли, то потенциал инвертирующего входа должен быть выше чем потенциал выхода, то есть на выходе мы должны получить напряжение -Uвх(R1/R2). То есть мы усилили входное напряжение в R1/R2 раз, ну и сменили его полярность. Поэтому такой усилитель называется инвертирующим.

Теперь попробуем рассмотреть схему неинвертирующего усилителя. Она немного отличается от этой схемы. Опять начинаем применять те правила, которые мы уже выучили. Потенциал инвертирующего входа должен быть равен потенциалу неинвертирующего -> через резистор

R2 протекает ток Uвх(опять 1В)/R2. Ну а поскольку входы ток не потребляют и не отдают, то придется этот ток брать с резистора R1, напряжение на котором будет IR1, а с учетом того, что инвертирующий вход имеет напряжение, равное напряжению на входе, то напряжение выхода будет равно Uвых=Uвх(1+R1/R2). То есть мы усилили напряжение, не изменяя его полярности. Отлично. Если эти вещи мы освоили, то можно переходить к следующей части нашего повествования. В заключение этой части хочется лишь назвать микросхемы операционных усилителей. Из отечественных это серия
К140УДxx
. Самый ходовой это видимо К140УД6, хотя я могу и ошибаться. Из зарубежных, их так много, что перечислять их я не считаю возможным, скажу лишь, что в основном на этом деле специализируется фирма Analog Devices.

—Поехали дальше—>>


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Иллюстрация 2 из 7 для Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих — Чарльз Платт | Лабиринт

Обучение в ходе экспериментов.
В книге «Электроника для начинающих» был представлен мир электроники и изложены его основные понятия. Теперь вы готовы перейти к следующему этапу — разработке схем, генерированию случайных чисел, аналого-цифровому преобразованию и многому другому. Данное руководство содержит многочисленные иллюстрации рассматриваемых проектов, а также списки деталей для каждого проекта, чтобы облегчить задачу их приобретения.

Электроника — это намного больше, чем просто резисторы, конденсаторы, транзисторы и диоды. Существует большое множество проектов, которые можно создать, используя компараторы, операционные усилители и датчики. И не забывайте о мыслительных способностях логических микросхем!
Эта книга является продолжением книги «Электроника для начинающих» и предлагает 36 новых пошаговых экспериментов, которые научат вас добавлять вычислительные способности в электронные проекты. Книга послужит путеводителем в дебрях электронных компонентов: операционных усилителей, компараторов, счетчиков, шифраторов, дешифраторов, мультиплексоров, сдвиговых регистров, таймеров, полосовых индикаторов, массивов пар Дарлингтона, фототранзисторов и еще с полдюжины других типов датчиков.
Прочитав книгу, вы научитесь:
— Бросать «электронные веточки тысячелистника» в древней системе предсказаний И Цзинь с помощью дешифратора и двоичного счетчика.
— Создавать тестер телепатии, используя логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ и Исключающее ИЛИ-НЕ.
— Собирать на макетной плате устройство, «протестующее против крика», используя операционные усилители и сглаживающие конденсаторы.
— Собирать на микросхемах таймера, счетчика и мультиплексора схему для генерирования случайных чисел для использования в игре «Горячий слот».
— Радикально усовершенствовать игру «Крестики-нолики», используя герконы и магниты.
— Использовать вращающийся кодер или термистор для генерирования случайных чисел.
Об авторе:
Первым проектом Чарльза Платта был телефонный автоответчик, который он сделал в возрасте 15 лет. Впоследствии он был писателем-фантастом, преподавал компьютерную графику и работал ведущим автором в журнале Wired, но всю жизнь сохранял свою любовь к электронике — главному хобби своей жизни. В настоящее время Чарльз работает редактором в журнале MAKE и занимается разработкой новых образцов медицинского оборудования. Его книга «Электроника для начинающих» (Make: Electronics) стала мировым бестселлером.

Отрицательная обратная связь в усилителе

Обратная связь – процесс передачи сигнала с выхода усилителя обратно на его вход, а также цепь, осуществляющая эту передачу.

Обратная связь (ОС) называется отрицательной (ООС, NFB), если выходной сигнал усилителя вычитается из входного. Для простоты будем рассматривать установившийся режим работы всей системы, причем усилитель работает в активном режиме (т.е. нормально усиливает сигнал без всяких там перегрузок).

Структурная схема усилителя, охваченного ООС, показана на рис.1.

Рис. 1. Структурная схема усилителя, охваченного ООС.

Здесь некоторый «виртуальный» усилитель с коэффициентом усиления по напряжению Ku’ получается из исходного «реального» усилителя, имеющего коэффициент усиления Ku, и охваченного цепью ООС. На самом деле термин «виртуальный» не совсем корректен, но я буду пользоваться им, потому что с точки зрения внешних устройств, подключенных к системе в целом, она представляет собой усилитель с параметрами, отличающимися от параметров реального исходного усилителя без ООС.

С выхода реального усилителя напряжение передается на его вход через цепь ООС с коэффициентом передачи β:

Обычно цепь ООС является пассивной, и β ≤ 1. Если цепь ООС усиливает, то это принципиально ничего не меняет, и все формулы в этом случае выводятся аналогично. Если β = 0, то это означает, что Uоос = 0 и обратная связь отсутствует. Обратите внимание, что совершенно безразлично, какую именно схему имеет цепь ООС. Главное – это насколько (во сколько раз) она ослабляет напряжение.

В данной системе присутствует два разных входных напряжения, и чтобы не путаться, я им дам различные наименования:

1.    Напряжение, подаваемое на вход «виртуального» усилителя от источника сигнала. Его будем обозначать Uсигн.

2.    Напряжение, приходящее на вход реального усилителя – Uвх.

Итак, выходное напряжение усилителя Uвых превращается цепью ООС в напряжение обратной связи Uоос и вычитается из входного напряжения. Результат – входное напряжение реального усилителя:

Важный момент: Uоос всегда меньше Uсигн, поэтому Uвх всегда больше нуля.

Реальный усилитель усиливает свой входной сигнал в Ku раз:

Преобразуем формулу (3):

Но Uвых/Uсигн – это коэффициент усиления Ku’ «виртуального» усилителя, как он проявляется для внешнего мира, поэтому:

Таким образом, мы получили формулу для вычисления коэффициента усиления для усилителя, охваченного ООС.

Теперь можно объяснить, почему Uоос < Uсигн. Допустим, что Uоос = Uсигн. Тогда напряжение, приходящее на вход реального усилителя равно нулю: Uвх = Uсигн – Uоос = 0. А раз так, то и выходное напряжение усилителя равно нулю: Uвых = Uвх∙Ku. Но ведь Uоос получается из выходного напряжения: Uоос = Uвых∙β, значит оно также будет равно нулю! Пришли к противоречию: предположив, что Uоос = Uсигн, получили, что Uоос = 0. Так происходит только при отсутствии сигнала на входе всей системы, когда 

все напряжения равны нулю. Что будет, если Uоос > Uсигн, рассмотрите самостоятельно. С точки зрения математики, исходное утверждение доказывается элементарно:

Рассматривая физику процессов, следует помнить, что выходное напряжение усилителя появляется не само по себе, а является следствием его усиления и образуется из его входного напряжения: Uвых = Ku∙Uвх.

Итак, при охвате усилителя ООС, его коэффициент усиления уменьшается в (1+β∙Ku) раз. Но введение ООС изменяет и другие параметры усилителя.

1. Отрицательная обратная связь изменяет в (1+β∙Ku) раз входное и выходное сопротивления усилителя. При этом они могут как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от способа соединения цепи ООС со входом и выходом усилителя – последовательно или параллельно. Способы подключения цепи ООС ко входу усилителя показаны на рис. 2, а к выходу усилителя – на рис. 3.

Рис. 2. Способы подключения цепи ООС ко входу усилителя.

Эти формулы несложно вывести, но мы это делать не будем, а будем пользоваться готовыми. И объяснить их с точки зрения схемотехники также несложно. Например, на рис. 2а, напряжение на входе усилителя после замыкания цепи ООС возросло в (1+β∙Ku) раз: Uсигн = Uвх∙(1+β∙Ku), а входной ток остался прежним. Значит, по закону Ома (R=U/I) и сопротивление возросло в (1+β∙Ku) раз.

Рис. 3. Способы подключения цепи ООС к выходу усилителя.

При последовательной по выходу ООС через ее цепь проходит выходной ток усилителя (ток нагрузки), поэтому ее часто называют обратной связью по току. Несколько примеров разных включений цепи ООС показано на рис. 4 и рис. 5. Цепь ООС является четырехполюсником, который обычно замыкается через «землю» цепи, явным образом это показано на рис. 4б.

Рис. 5. Примеры включения цепи ООС в усилителе на ОУ.

2. Отрицательная обратная связь расширяет частотный диапазон усилителя. Нижняя fн и верхняя  граничные частоты увеличиваются примерно в (1+β∙Ku), если усилитель имеет спад АЧХ 6 дБ/октаву. На самом деле, при охвате усилителя ООС могут происходить самые разные процессы, вплоть до превращения усилителя в генератор, но если все работает, то частотный диапазон обязательно расширяется. Это иллюстрируют АЧХ исходного усилителя (синяя) и усилителя, охваченного ООС (красная) на рис. 6. Там же показаны границы частотного диапазона без ООС и с ней. Напоминаю, что граничной частотой считается такая частота, где коэффициент усиления уменьшается в корень из двух (примерно 1,41) раз.

Рис. 6. Расширение частотного диапазона при помощи ООС.

3. Введение ООС уменьшает нелинейные искажения усилителя (коэффициент гармоник) примерно в (1+β∙Ku) раз. Это происходит оттого, что ООС линеаризует систему и уменьшает ее ошибки. Изменяется и амплитудная характеристика усилителя (рис.7), на ней плавный переход к области насыщения превращается в довольно острый излом – ООС линеаризует этот участок и «пытается» вытянуть пропорциональное усиление даже там, где оно уже начинает уменьшаться.

Рис. 7. Улучшение линейности усилителя при помощи ООС.

На самом деле (1+β∙Ku) – это очень приблизительная оценка, поскольку для анализа нелинейных цепей используется уже совсем другая математика и там все очень сильно зависит от нелинейности усилителя. Но, тем не менее, искажения усилителя снижаются тем сильнее, чем глубже ООС, и в «простых» случаях формула (1+β∙Ku) работает достаточно хорошо.

Итак, мы видим, что охват усилителя отрицательной обратной связью изменяет ряд его основных параметров в (1+β∙Ku) раз. Проанализируем это выражение сначала чисто математически, не вникая пока в его физический смысл. Очевидно, что тут возможны три варианта:

а) β∙Ku << 1 и это слагаемое практически не влияет на результат. Это происходит при очень малой глубине ООС.

б) β∙Ku ≈ 1. В этом случае можно считать, что глубина ООС становится достаточно большой, чтобы начать оказывать влияние на параметры усилителя.

г) β∙Ku >> 1. Тут обратная связь очень глубока. Интересно, что для очень глубокой ООС формула (4) превращается вот во что:

То есть, свойства усилителя (коэффициент усиления и АЧХ) определяются исключительно параметрами цепи ООС. При значении β∙Ku = 100, погрешность применения вместо формулы (4) упрощенной формулы (5) составляет 1%, такой погрешностью в большинстве случаев можно пренебречь. А в реальных схемах на операционных усилителях величина β∙Ku может достигать десятков тысяч, делая погрешность «упрощения формулы» практически незначимой.

Обратите внимание, что в формуле присутствует величина β∙Ku, как произведение. При этом одинаковое значение этого произведения можно получить как при большой величине Ku и маленьком β, так и при большом β и небольшом Ku, так что в данном смысле эти два параметра равнозначны. Термин «глубина обратной связи» часто ассоциируется с термином «коэффициент передачи цепи ООС», который обозначает величину β, а хорошо было бы ввести некоторое понятие, отражающее именно величину β∙Ku, как более важную для применения. Так сейчас и поступим, только не забывайте, что у нас β ≤ 1, так что понятие большое или маленькое β означает, например, такие значения: β = 0,1 или β = 0,0001.

Теперь давайте оценим степень влияния отрицательной обратной связи, исходя из физического смысла и электроники. Обратимся к рис. 1. Внутри усилителя присутствует два напряжения: Uвх и Uоос. Очевидно, что степень влияния ООС на усилитель зависит от соотношения этих напряжений. Если Uоос << Uвх, то сигнал обратной связи незначителен на фоне входного сигнала усилителя, и ООС влияет слабо. И наоборот, если Uоос >> Uвх, то главную роль во входном сигнале «реального» усилителя играет именно ООС (т.к. Uсигн = Uоос + Uвх и значит входной сигнал «виртуального» усилителя практически равен Uоос). С другой стороны, Uоос получается из напряжения Uвх, после усиления его усилителем и ослабления цепью ООС. Как оно получается? Мысленно разомкнем петлю обратной связи в точке А (разрывать цепь электрически можно не всегда – иногда от этого изменяется величина β), рис. 8.

Рис. 8. Разомкнутая петля ООС.

Со стороны точки приложения сигнала ООС (это точка А), входной сигнал проходит два элемента – усилитель и цепь ООС. Общий коэффициент передачи последовательно соединенных устройств равен произведению их коэффициентов передачи: Ku∙β. Эта величина является коэффициентом усиления сигнала в петле обратной связи и называется петлевым усилением:

С другой стороны:

Это то самое взаимоотношение между напряжением ООС и входным напряжением «реального» усилителя, которое показывает степень влияния обратной связи. Кроме того, оно полностью соответствует выражению, которое мы вывели, математически анализируя формулу коэффициента усиления усилителя с замкнутой ООС. Так что глубину обратной связи характеризует именно петлевое усиление, и именно его имеют ввиду, когда говорят о глубине ООС. Хотя иногда под глубиной ООС подразумевают коэффициент передачи цепи обратной связи β – в случаях, когда Ku велико, и величину A = β∙Ku определяет в основном β.

Таким образом, именно петлевое усиление определяет свойства усилителя, которые он проявляет для внешнего мира. Именно на эту величину изменяются коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления, граничные частоты и коэффициент гармоник.

В некоторых случаях вычисление петлевого усиления по формуле (6) может быть затруднено, тогда можно найти его из изменения коэффициента усиления усилителя при охвате его ООС:

Последнее выражение достаточно точно, при А≥100. Проще всего определять таким способом петлевое усиление по логарифмической АЧХ усилителя (диаграмме Боде). На рис. 9 петлевое усиление А = 100 – 60 = 40 дБ, т.е. 100 раз. На самом деле А = 100 – 1 = 99 раз (39,9 дБ), но этим зачастую можно пренебречь, поэтому обычно в таких случаях говорят, что петлевое усиление равно ровно 40 дБ.

Рис. 9. Определение глубины ООС по АЧХ.

Пока что я ничего не говорил о свойствах и схеме самой цепи ООС. На самом деле, значение ее коэффициента передачи не обязательно являются константой. Эта цепь может быть частотнозависимой, тогда величина β меняется с частотой. Такое свойственно современным усилителям сигналов, когда для постоянного тока стремятся получить стопроцентную обратную связь (β=1), дающую максимальную стабильность режима работы усилителя, а для переменного тока глубину ООС выбирают такой, чтобы Ku’ для него (усиливаемого сигнала) был равен 10…1000 (β≈0,1…0,001). На самом деле при снижении частоты f ниже определенного значения, β начинает расти, доходя до единицы при f = 0, т.е. на постоянном токе. Но это все происходит ниже рабочего диапазона частот усилителя, поэтому в таких случаях глубину ООС принято оценивать двумя значениями: для постоянного тока, и для переменного тока (в рабочем диапазоне частот).

Если вернуться к формуле (5) для коэффициента усиления с замкнутой цепью ООС, то видно, что при достаточно большом значении петлевого усиления, свойства усилителя – это обратная величина от свойств цепи обратной связи. Такая ситуация лучше всего получается, если усилитель имеет очень большой коэффициент усиления без ООС – десятки-сотни тысяч и миллионы. Для работы в таких условиях созданы специальные микросхемы, называемые операционными усилителями (ОУ).

Понятие операционного усилителя появилось во второй половине ХХ века, когда получили широкое распространение аналоговые электронно-вычислительные машины (АВМ). Принцип их применения был основан на том, что подбиралась соответствующая электрическая цепь, описываемая теми же уравнениями, что и исследуемый неэлектрический процесс. Измеряя напряжения и токи в цепи, получали значения параметров исследуемого процесса. Для АВМ требовались блоки (функциональные узлы), выполняющие определенные математические операции: масштабирование (усиление), сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и др. Довольно быстро пришли к выводу, что вместо того, чтобы разрабатывать каждый такой блок по-отдельности, проще получить их все из одинаковых усилителей, охваченных цепью ООС – так и появились ОУ. В настоящее время возможности цифровых вычислительных машин настолько велики, что моделирование (и управление) проще и точнее выполнять на них, и АВМ практически исчезли, а операционные усилители остались – они оказались очень удобными для применения, ведь из них можно получить практически любое устройство, всего лишь охватив их соответствующей ООС.

Так что получить, например, усилитель с нужной АЧХ достаточно просто, достаточно охватить его ООС, имеющей АЧХ «зеркальной» к требуемой (рис. 10).

Рис. 10. Частотнозависимая ООС.

Схемы, реализующие данные АЧХ показаны на рис. 11.

Рис. 11. Цепь частотнозависимой ООС.

Однако, конструируя схемы на операционных усилителях, следует помнить, что их огромный коэффициент усиления сохраняется только на очень низких частотах, а потом начинает падать со скоростью 20 дБ/декада. У большинства ОУ широкого применения спад АЧХ начинается с частоты порядка 10 Гц. Поэтому на частотах в десятки килогерц Ku может быть довольно мал, и при попытке получить на такой частоте большое усиление, глубина обратной связи (петлевое усиление) может оказаться слишком маленьким. При этом возрастет погрешность выполняемой функции, и повышаются нелинейные искажения. На рис. 12 показаны АЧХ усилителя (см. рис. 10 и рис. 11) без ООС и с ООС. На частотах 20 Гц, 1 кГц и 20 кГц глубина ООС (петлевое усиление) составляет 39 дБ, 24 дБ и 11 дБ соответственно. Вполне можно считать, что на частоте 20 кГц обратная связь имеет очень низкую глубину и практически не улучшает параметров усилителя.

Рис. 12. Зависимость глубины ООС от частоты.

В заключение хотелось бы отметить, что это только элементарная теория обратной связи. Здесь, например, не учтен тот факт, что на переменном токе и коэффициент усиления «реального» усилителя, и коэффициент передачи цепи обратной связи обычно величины комплексные (петлевое усиление также является комплекным). Поэтому формула (4) верна только для модулей, а «на все случаи жизни» ее надо записывать так:

При этом цепь ООС может изменять не только амплитуду сигнала, но и его фазу. Причем, если сдвиг фаз в петле ООС станет равным 180 градусам, то сигнал обратной связи будет не вычитаться из сигнала источника, а прибавляться к нему, и обратная связь из отрицательной превратится в положительную. Но это уже совсем другая история…

Главная цель этого материала – дать понимание основ обратной связи для дальнейшего углубленного ее изучения, тем более что физика и математика процессов показана совершенно правильно.

Готовлю продолжение о секретах применения отрицательной обратной связи.

23.11.2010

Total Page Visits: 13379 — Today Page Visits: 13

Программируемые усилители — презентация онлайн

Электрические измерения
Лекция 10
Программируемые усилители
преподаватель:
доцент кафедры электротехники,
автоматики и метрологии, к.п.н.
Елена Артуровна
Вахтина

2. ПЛАН

Лекция 10
1. Теорема минимальной реализации схемы усилителя
2. Минимальная реализация программируемого усилителя с
управляемым сопротивлением
2
Лекция 10
Программируемые операционные усилители (ОУ)
применяются в электронных схемах, к которым
предъявляются жесткие ограничения по потребляемому току,
например, схемы с питанием от гальванических элементов,
аккумуляторов, солнечных батарей, а также с паразитным
питанием.
3
Лекция 10
1. Теорема минимальной
реализации схемы усилителя
Для минимальной реализации набора из N произвольных
коэффициентов усиления Ак значения которых лежат в
диапазонах: Ак ≤ 0, 0 ≤ Ак ≤ 1 или Ак ≥ 1, и получения нулевого
выходного сопротивления схемы, необходимо иметь N + 1
резистор, N ключей и один операционный усилитель (ОУ). В
зависимости от заданного диапазона значений коэффициента
усиления ОУ включается как буфер-аттенюатор, или как
инвертирующий или неинвертирующий усилитель.
Доказательство: Поскольку на пассивных компонентах нельзя
построить схему для усиления или ослабления сигнала,
обладающую нулевым выходным сопротивлением, в нее
необходимо ввести хотя бы один активный элемент. Выберем в
качестве активного элемента ОУ.
4
1. Теорема минимальной
реализации схемы усилителя
Лекция 10
Так как коэффициент усиления является безразмерной
величиной, то как минимум два пассивных элемента
одинаковой физической природы, и, следовательно, одной
размерности, должны входить в виде отношения в
выражение, задающее значение Ак.
Выберем резисторы в качестве пассивных элементов.
Рассмотрим три возможных варианта схем, построенных на
основе одного ОУ и двух резисторов.
а) инвертирующий усилитель
AI = — gr,
5
Лекция 10
1. Теорема минимальной
реализации схемы усилителя
б) аттенюатор
в) неинвертирующий усилитель
6
1. Теорема минимальной
Лекция 10
реализации схемы усилителя
Из уравнений видно, что коэффициенты Ак ≤ 0, 0 ≤ Ак ≤ 1 или
Ак ≥ 1 можно получить при помощи любой из трех схем.
Следовательно, для построения минимальной реализации
программируемого усилителя, в любую из этих схем нужно
ввести дополнительные ключи для реализации каждого из
значений коэффициента усиления.
Для задания N значений коэффициента усиления,
необходимо выполнить N операций переключения.
Соответственно, для этого потребуется как минимум N
ключей.
Это справедливо для режимов и одиночного, и группового
переключения.
7
1. Теорема минимальной
Лекция 10
реализации схемы усилителя
Пусть есть один ОУ и N ключей, работающих либо в режиме
одиночного, либо группового переключения. Требуется
определить количество резисторов, необходимых для
реализации N произвольных значений коэффициента
усиления.
Из уравнений (а, б, в) видно, что коэффициент усиления
может меняться при варьировании параметров g или r по
отдельности или одновременно.
Рассмотрим случай, когда меняется только один из
параметров: g или r .
Тогда для реализации N значений коэффициента усиления,
параметр g или r должен принимать N значений. Для этого,
как было доказано ранее, требуется N ключей и N резисторов.
Следовательно, минимальная схема для получения N
произвольных значений коэффициента усиления должна
8
состоять из одного ОУ, N ключей и N + 1 резистора.
1. Теорема минимальной
Лекция 10
реализации схемы усилителя
Оба параметра g или r меняются одновременно. Если
варьировать оба параметра независимо друг от друга,
потребуется огромное количество резисторов. Очевидно, что
эта реализация не минимальна.
Оба параметра меняются одновременно, но их общее
сопротивление или общая проводимость остаются
постоянными.
Для этого случая уравнения (а, б и в) могут быть
переписаны:
(а)
(б)
(в)
9
1. Теорема минимальной
Лекция 10
реализации схемы усилителя
Таким образом, коэффициентом усиления можно
управлять изменением комбинации параметров g — r в схемах
на рис. (а, б, в) при этом должно оставаться постоянным либо
значение GT либо RТ.
Резисторы g и r могут быть заменены. многозвенными
схемами программируемых сопротивлений: G-цепочек, Rцепочек.
Таким образом, для программирования N значений
коэффициента усиления снова требуется N + 1 резистор, N
ключей и один ОУ.
Теорема доказана.
10
2. Минимальная реализация Лекция 10
программируемого усилителя (ПУ) с
управляемым сопротивлением
a)
Если в схеме (а) g или r
заменить на один из модулей
управляемых сопротивлений
получим минимальную
реализацию
программируемого
инвертирующего усилителя,
состоящего из одного ОУ, N + 1
резисторов и N ключей.
Параллельный программируемый усилитель в режиме
одиночного переключения
11
2. Минимальная реализация Лекция 10
ПУ с управляемым сопротивлением
Последовательный
программируемый
усилитель в режиме
одиночного
переключения
б)
Программируемый
усилитель из Gцепочек в режиме
одиночного
переключения
в)
12
2. Минимальная реализация Лекция 10
ПУ с управляемым сопротивлением
г)
Программируемый усилитель из R-цепочек в
режиме одиночного переключения
13
2. Минимальная реализация Лекция 10
ПУ с управляемым сопротивлением
д)
Параллельный программируемый усилитель в режиме
группового переключения
14
2. Минимальная реализация Лекция 10
ПУ с управляемым сопротивлением
Последовательный
программируемый
усилитель в
режиме
группового
переключения
е)
Программируемый
усилитель из Gцепочек в режиме
группового
переключения
ж)
15
2. Минимальная реализация Лекция 10
ПУ с управляемым сопротивлением
з)
Программируемый
усилитель из Rцепочек в режиме
группового
переключения
16
2. Минимальная реализация Лекция 10
ПУ с управляемым сопротивлением
и)
Программируемый усилитель из G-цепочек c
фиксированным значением GT (независимое
переключение).
17
2. Минимальная реализация Лекция 10
ПУ с управляемым сопротивлением
к)
Программируемый усилитель из R-цепочек при
фиксированном значении RT (независимое
переключение).
18
Лекция 10
2. Минимальная реализация
ПУ с управляемым сопротивлением
На рис. (а)-(з) показаны только варианты схем с
фиксированным параметром g. Предполагается, что
реализуется коэффициент усиления Аk, если ключи находятся в
положении, показанном на рис., и что Аk > Аk – 1 (2 ≤ k ≤ N).
Аналогично можно спроектировать еще восемь схем
программируемых усилителей для случаев изменения
параметра g при фиксированном значении r.
Заменив в схеме на рис. (а) комбинацию g — r на модуль
управляемых сопротивлений многозвенного типа,
представленных на рис. (в) и (г), получим еще два
программируемых усилителя (рис. (и)-(к)).
Таким образом, всего можно спроектировать 18 схем
программируемых инвертирующих усилителей. Отметим, что
коэффициент усиления таких схем увеличивается с ростом
значения r и/или g.
19
Задание для
самостоятельной работы
Лекция 10
1. Разработайте схемы для получения наборов
сопротивлений:
а) 0, 1, 2, 3, … 15
б) 1, 10, 100, 1000
в) 15, 14, 13, 12, …, 1, 0
Сравните эти схемы по полному сопротивлению, диапазону
значений используемых сопротивлений.
2. Разработайте схему программируемого сопротивления в
соответствии со схемой, который может принимать
следующие значения: 1кОм, 10 кОм, 100 кОм, 1000 кОм.
20
Проверь себя!
Лекция 10
Вопрос 1: …
Ответы:
а) действующее значение напряжения
б) мгновенное
в) среднее
г) среднеквадратическое
21
Проверь себя!
Лекция 10
Вопрос 2: …
Ответы:
а) действующее значение напряжения
б) мгновенное
в) среднее
г) среднеквадратическое
22
Проверь себя!
Лекция 10
Вопрос 3 : …
Ответы:
а)
23
Проверь себя!
Лекция 10
Вопрос 4 : …
Ответы:
а)
24
Проверь себя!
Лекция 10
Вопрос 5 : …
Ответы:
а)
б)
в)
г)
д)
25
Правильные ответы
1
2
3
4
Лекция 10
5
26

Видеонаблюдение для «чайников»: общие сведенья

Еще не так давно на системы видеонаблюдения смотрели как на роскошь. Видеонаблюдение использовалось в основном на крупных коммерческих предприятиях, или же в домах олигархов. Но время идет, оборудование дешевеет, услуги становятся доступней. И вот сегодня видеонаблюдение доступно как небольшому бизнесу, так и среднестатистическому частному клиенту. К данной охранной системе все чаще и чаще относятся как к бытовой технике. И если ранее выбор оборудования всецело возлагался на монтажную организацию, то сегодня потребитель желает разобраться самостоятельно — что же стоит поставить. В результате и процесс выбора видеонаблюдения становится сродни выбору холодильника или телевизора. У потребителя возникают вопросы — какую систему выбрать? Какие камеры лучше? Какие хуже? Какие мне нужны? А собственно, что кроме камер мне еще нужно? Вас интересуют ответы? Читайте дальше!

Принцип работы

Стандартная система видеонаблюдения состоит из видеокамер, проводов, записывающего устройства (видеорегистратора) и монитора. Конечно, подобное разделение достаточно примитивно. Но в общем случае система выглядит именно так.


Принцип работы системы достаточно прост: камера считывает информацию об изображении находящимся перед ней и передает ее через видео кабель на видеорегистратор. Видеорегистратор обрабатывает полученную от камеры видеоинформацию, выводит видео на монитор и записывает информацию к себе в память или на съемный носитель. Соответственно, выбирая систему видеонаблюдения, Вам придется оценить сразу 4 компонента: камеры, видеорегистратор, кабель, и монитор. Каждая составная часть системы обладает своими характеристиками и параметрами. По этому, и описывать мы будем каждую часть по отдельности. Начнем с камеры.

При выборе видеокамеры для системы видеонаблюдения, прежде всего, стоит определиться, где Вы будете устанавливать видеонаблюдение — в помещении или под открытым небом. В зависимости от места использования камеры делятся на две большие группы:

  • внутренние;
  • уличные.
 

Внутренние камеры

Основное отличие внутренних камер от уличных заключается в том, что их нельзя размещать за пределами помещения. Внутренние камеры, как правило, имеют пластиковый, водопроницаемый корпус. А могут не иметь корпуса совсем. Их микросхемы и элементная база не выдерживают низких температур. Главные же преимущества внутренних камер перед уличными -это их низкая стоимость и меньшие размеры. По этому, если Вы устанавливаете видеонаблюдение, допустим, в своем офисе, то Вам нет смысла покупать дорогую уличную камеру и устанавливать ее в помещении. Внутренняя камера с такими же показателями будет стоить в полтора, а то и в два раза дороже.

Уличные камеры

В свою очередь основное преимущество уличных камер очевидно из их названия. Все банально — уличные камеры могут быть установлены на улице.

Они защищены от дождя и снега, их элементы выдерживают низкие температуры, некоторые из них способны выдерживать прямые потоки воды и отражать нападки хулиганов. У многих потребителей, уличная камера видеонаблюдения ассоциируется с огромной белой пушкой, висящей возле навороченных офисов. Обращаем Ваше внимание, что уличная камера это не обязательно громоздкая огромная пушка. Дело в том, что любую комнатную камеру можно сделать уличной. Для этого ее нужно разместить в специальный обогреваемый корпус -термокожух. Именно термокожух и выглядит как большая белая пушка. Для чего нужны термокожухи с внутренними камерами, если есть уличные камеры без подогрева? Смысл в использовании такого кожуха появляется тогда, когда необходима установка камеры с механическими (подвижными) элементами.


Например — с механической фокусировкой. Такие элементы замерзают при -5. Соответственно без подогрева не обойтись никак. В остальных же случаях для решения большинства проблем отлично подойдут уличные камеры без подогрева.

Определившись, с местом расположения камеры необходимо перейти к выбору характеристик камеры. Основными характеристиками камер, влияющими на ее качество и стоимость являются:

  • цветность;
  • минимальная освещенность;
  • разрешающая способность;
  • характеристики матрицы;
  • производитель камеры;
 

— цветность. Камеры бывают цветные и черно-белые. Может показаться удивительным то, что в век цифровых технологий до сих пор используются черно-белые камеры. Ведь цветное изображение смотреть намного приятней, чем ч/б. На самом деле в этом нет ничего удивительного. В первую очередь черно-белые камеры интересны невысокой стоимостью. Черно-белая камера может стоить в 5 раз дешевле цветной! Во вторую очередь, черно-белые камеры намного лучше видят в темное время суток, чем цветные. Скажем больше, цветные камеры в темноте абсолютно ничего не видят! Все цветные камеры при наступлении темноты переключаются в черно-белый режим. Поэтому если Вы планируете устанавливать камеры в темном или слабо освещенном помещении, то переплачивать за цветную камеру нет смысла.

— минимальная освещенность. Минимальная освещенность — возможность камеры качественно различать картинку перед собой в темное время суток. Измеряется данный параметр в люксах (Лк). То есть, если минимальная освещенность камеры 10 Лк, это означает что при освещенности 10 Лк камера будет видеть. А вот при освещенности 9 Лк -уже нет. Естественно чем ниже данное значение, тем при более низкой освещенности способна видеть камера, тем лучше. Но будьте осторожны при выборе камеры, если вы делаете большой уклон на данную характеристику. Производители часто заявляют для своих камер уровень «Минимальной освещенности» ниже реального, объясняя свои действия тем, что заявленный уровень был замерен при использовании специальных усилителей расположенных внутри камеры. По этому, при выборе, обязательно поинтересуйтесь – при каких условиях замерен данный параметр. Средним значением на сегодняшний день является освещенность 0,1 Лк. То есть среднестатистическая камера «видит» практически без света.

— разрешающая способность. Разрешающая способность камеры – количественное измерение четкости изображения. Измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ). Чем больше телевизионных линий может показать камера, тем четче будет изображение у Вас на мониторе. Средний показатель по рынку – 420 ТВЛ. Отличный – 640. Тут все просто, чем больше ТВЛ, тем лучше. И тем дороже. Зацикливаться на «твлиниях» не стоит. Опыт показывает, что человеческий глаз с трудом различает разницу в разрешающей способности, если она составляет менее 50 ТВЛ. По этому, хорошо подумайте, нужна ли Вам «сверхнавороченная» камера на 520 ТВЛ или вполне хватит 420, а то и 380? Конечно, если Вы собираетесь просмотреть видео на огромном плазменном телевизоре – пожалуй, стоит переплатить за эксклюзив в 640 ТВЛ. Если же Вы банально хотите обеспечить свою автомойку видеонаблюдением – смело берите 380-420 ТВЛ.

— характеристики матрицы. Матрица камеры – элемент, воспринимающий изображение и перегоняющий его в электрический сигнал. Это ключевой элемент камеры. О характеристиках матрицы можно говорить очень долго и посвятить ей отдельно тысячи статей. Но так как в основном, известны Вам будут 2-3 характеристики матрицы, то речь пойдет только о них.

На рисунке показаны те самые три характеристики, которые обычно указывает производитель камеры для «матрицы» или «сенсора»:

  • Размер матрицы
  • Тип сенсора
  • Фирма производитель

— размер матрицы. Сама матрица выглядит приблизительно следующим образом: Пиксель – мельчайший элемент матрицы, воспринимающий свет. Чем больше этих элементов и чем они больше, тем лучше. Чем больше пикселей – тем четче картинка. Чем больше пиксель – тем лучше цветопередача, красочней изображения. Количество пикселей можно условно определить исходя из разрешающей способности камеры. То есть чем больше ТВЛ заявлено, тем больше пикселей в камере. Размер пикселей определяется исходя из размера матрицы. Размер матрицы указывается в частях дюйма. Например «1/3”» означает, что размер матрицы – треть дюйма. Чем меньше число в знаменателе (в данном случае 3), тем матрица больше – соответственно лучше. То есть условно 1/3” матрица лучше, чем 1/4”. Но дороже.

— тип сенсора. На сегодняшний день наиболее распространенными являются два типа сенсоров CMOS(КМОП) и CCD. CMOS — более новая технология. Матрицы CMOS потребляет меньше энергии, стоят дешевле, чем CCD. Но по качеству изображения CMOS немного уступает CCD. Если Вы решаете бытовую, тривиальную задачу — большинство CMOS камер полностью удовлетворят Ваши потребности. Поэтому нет смысла переплачивать за CCD сенсор.

— фирма производитель. Рынок производства матриц практически пополам поделили две фирмы. Фирма SHARP и фирма SONY. Матрицы фирмы SONY традиционно считаются наиболее качественными. Насколько это утверждение справедливо — сказать сложно. По факту матрицы SONY стоят дороже и используются чаще в камерах высшего ценового диапазона. Матрицы SHARP дешевле и чаще встречаются в недорогих камерах.

— производитель камеры. Напоследок хочется обратить Ваше внимание на следующий факт – важнейшим фактором, влияющим на качество камеры, является производитель камеры. Плохое схемное решение, некачественная сборка могут быть причиной посредственного видео, при отличных характеристиках матрицы! Допустим, Вы держите в руках две камеры от производителя А и Б. У камеры А больше твлиний, больше размер сенсора, выше минимальная освещенность, чем у камеры Б. Может ли камера А выдавать худшую картинку, чем Б? Да, может. При чем — легко. Характеристики – цифры для «прицела». Окончательный выбор лучше делать лишь после просмотра видео с конкретной камеры.

Запись видео — видеозахват

Видеозахват – запись видео с камер. Очень необычное слово для неподготовленного читателя. На самом деле смысл данного слова прост: камера «собирает» изображение перед собой и передает на устройство, которое «захватывает» видеосигнал. Существует множество устройств, способных осуществить захват видеосигнала. Наиболее распространенными из них являются:

  • Платы видеозахвата
  • Видеорегистратор (DVR)

Плата видеозахвата

Плата видеозахвата – устройство, позволяющее записывать видео на компьютер и выводить через компьютер на монитор. Сама по себе плата не может осуществлять видеозапись. Она даже работать сама по себе не может. Плата обязательно должна быть установлена в стационарный ПК. По рисунку видно, что плата не имеет специального корпуса, и из нее торчат четыре разъема для подключения четырех камер. Такая плата устанавливается в материнскую плату вашего компьютера и выдает изображение с камер на экран монитора. Записывается видео на Ваш жесткий диск. Соответственно, чем больше объем винчестера на Вашем ПК, тем больше часов видеоданных Вы сможете записать. При покупке платы видео захвата необходимо обращать внимание на следующие характеристики:

  • Разрешение записи
  • Скорость записи
  • Совместимость платы с аппаратной частью компьютера
  • Количество подключаемых камер
  • Формат сжатия

— разрешение записи. Чем больше разрешение, тем мельче детали можно разглядеть на записанной картинке. На что ориентироваться? 720х576 — очень хорошее разрешение. Если ваша плата поддерживает такое разрешение и больше, у вас очень хорошая и качественная плата. Соответственно, чем меньше разрешение, тем хуже. Минимально приемлемое – 360х288. На еще меньшем разрешении разглядеть детали будет абсолютно не возможно. Цена – прямо пропорциональна разрешению.

— скорость записи. Под скоростью записи понимается количество кадров записанных за одну секунду на один канал (с одной камеры). Человеческий глаз видит 24 кадра за секунду. Соответственно, если скорость записи с камеры составляет 25 кадров, то лучшего и желать не стоит. Что же касается цены то тут практически линейная зависимость, чем меньше кадров на канал поддерживает плата, тем она дешевле. Стоит ли экономить, и покупать плату с меньшей скоростью? Если перед камерой будет не очень много движущихся объектов, например автомойка или загородный дом, то достаточно и 10 кадров. Если же Вы ставите систему видеонаблюдения на проходной или в школе – тогда экономить на данном параметре не стоит.

— совместимость платы с аппаратной частью компьютера. Некоторые производитель плат указывают минимальные требования компьютера для нормального функционирования подключенной к нему платы. Старайтесь выбирать компьютер с более высокими показателями, чем заявленные минимальные требования. В противном случае – будет «глючить» и «тормозить».

— количество подключаемых камер. Чем больше подключаемых камер поддерживает плата, тем она дороже. Поэтому, если Вы собираетесь установить четыре камеры, то не стоит покупать плату на восемь. Все строго по Вашим потребностям.

— формат сжатия. Формат сжатия – способ «сжимания» видео. В-первую очередь от формата сжатия зависит размеры записываемых видеофайлов. Чем лучше сжатие – тем меньше места занимает записанное видео в памяти ПК. Во-вторых, от формата сжатия зависит надежность передачи видео. Самый «слабый» на сегодняшний день формат сжатия – MJPEG, далее идут MPEG2 и MJPEG 4. Наиболее совершенный из доступных на рынке форматов является H.264. Цена в зависимости от формата соответственно растет от более раннего, до более современного.

Видеорегистратор

Видеорегистратор – автономное устройство, «захватывающее» видео с камер. В отличие от плат видеозахвата к видеорегистраторам нет необходимости подключать компьютер. По сути видеорегистратор это и есть компьютер, только этот компьютер специально спроектирован для работы с видеоданными. Естественно видеорегистраторы стоят дороже плат видеозахвата. Идеология работы видеорегистраторов и плат видеозахвата в контексте обработки видеоданных практически не отличается. По этому, такие характеристики как разрешение записи, скорость записи и количество подключаемых камер, формат сжатия справедливы как для платы, так и для видеорегистратора. Но помимо этих характеристик, при выборе видеорегистратора стоит обратить внимание на еще парочку параметров:

  • Тип носителя и его максимальный объем;
  • Наличие VGA выхода; П
  • оддержка сетевого протокола TCP/IP;

— тип памяти и его максимальный объем. Каждый видерегистратор оснащен внутренней памятью, для записи видео. В качестве носителей информации чаще всего используют SD карточки (не большого объема) и жесткие диски (винчестеры) способные записывать большие объемы видеоданных. Объем карты памяти, как правило, ограничен 32 Гб. Объем винчестера – Терабайтами. Много это или мало? 10 минут записи видеоинформации с одной камеры при самом слабом формате сжатия и среднем качестве равны 81 Mb дискового пространства. Т.е. на SD карточку в 16 ГБ вы можете записать 33 часа видео. На 500 гигабайтный винчестер — 44 дня и девять часов. Но учтите, что это только для одной камеры! Соответственно для четырех время придется разделить еще на 4 , для 8 — на восемь и т.д. Учитывая то, что карты памяти стоят дороже винчестеров, может показаться, что однозначно лучше выбирать винчестер. Не всегда. Карты памяти компактней винчестеров, меньше потребляют энергии, не восприимчивы к ударам и тряске.

— наличие VGA выхода. Если VGA выход есть, то к видеорегистратору можно подключить любой стандартный компьютерный монитор. Если нет, то придется подключать или профессиональный монитор, либо обычный телевизор. Как правило, компьютерный монитор стоит дешевле профессионального и занимает меньше место, чем телевизор.

— поддержка сетевого протокола TCP/IP. Поддержка данного протокола подразумевает наличие сетевой карты внутри видеорегистратора, Благодаря ей видеорегистратор может быть подключен к локальной сети. Соответственно, Вы сможете просматривать видео удаленно через Интернет. Конечно же, при наличии подключения к всемирной паутине.

Как Вы уже поняли выбор устройства видеозахвата задача не тривиальная. Вам нужно четко понимать чего Вы хотите от своей системы видеонаблюдения и, исходя из этого делать, какой либо выбор. Посчитайте во сколько Вам обойдется вся система с платой, а потом с видеорегистратором оцените удобство и эргономичность системы и на основании всего этого примите решение в пользу того или иного устройства. После того, как с устройством видеозахвата Вы определились, то можете приступать к выбору проводов.

Передача видеоинформации по проводам

Видеосигнал от камеры до устройства записи проходит по специальным проводам. От типа провода зависит максимальное расстояние, на которое может быть передан видеосигнал. На сегодняшний день используются три типа:

  • Коаксиальный кабель
  • Кабель витой пары
  • Оптоволоконный кабель

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель – в народе больше известен как телевизионный. По тому, как используется в отечественном кабельном телевидении. Основное преимущество коаксиального кабеля в том, что для соединения камеры и видеорегистратора при помощи «коаксиала» Вам не нужно никаких дополнительных устройств. К одному концу провода подключаете камеру, ко второму – устройства видеорегистрации. Основной недостаток коаксиального кабеля состоит в том, что максимальное расстояние между камерой и видеорегистратором или монитором составляет максимум 200 м. Если расстояние больше – необходимо использовать специальные повторители.

Итого: «коаксиал» очень удобен для небольших объектов, а вот для крупных объектов лучше выбрать другой тип кабеля.

Кабель витой пары

Витая пара – кабель, широко используемый для компьютерных сетей. Кабелем витой пары пользуются в ситуациях, когда расстояние от камеры до видеорегистратора или монитора больше двухсот метров. Если говорить о цене то такой кабель стоит сравнительно дешевле, чем коаксиальный. Недостаток использования такого типа кабеля состоит в том, что в дополнение к кабелю необходимо покупать одно передающее и одно приемное устройство. По тому, как завести витую пару на камеру и большинство видеорегистраторов невозможно. Использование дополнительных приемников и передатчиков увеличивает не только стоимость системы, но и риск потерять сигнал, если какой-либо из этих двух компонентов выйдет из строя.

  
Стоит отметить, что использование витой пары особенно удобно, когда для записи видеосигнала используются цифровые видеорегистраторы. К ним данный тип кабеля можно подключать напрямую.

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель, если он корректно протянут и хорошо заделан — это наиболее лучшее и самое надежное средство передачи видеосигнала. Волоконная оптика — это технология, в которой в качестве носителя информации используется свет; при этом не важно, о каком типе информации идет речь — аналоговом или цифровом. Преимуществами такого типа передачи данных являются следующие:

— Оптоволоконный кабель миниатюрен и легок.
— Для передачи данных на огромное расстояние нет необходимости в доп. усилителях
— Качество передаваемого сигнала очень высокое.

К сожалению даже у такой совершенной системы есть свои недостатки. Цена такого кабеля колеблется в пределах от 1 до 10$ за метр в зависимости от типа. Не говоря уже о том, что для работы с таким кабелем нужно специальное, очень дорогостоящее оборудование и уровень подготовки специалистов должен быть очень высоким.

В заключение, хотелось бы отметить, что для систем видеонаблюдения низкого и среднего уровня подойдет как коаксиальный кабель, так и витая пара (чаще коаксиальный). Если же Вы задумали что-то громоздкое и сложное есть смысл использовать волоконную оптику для сохранения качества сигнала, упрощение монтажных работ и будущей перспективы (обычно системы, в которых используется волоконная оптика, состоят минимум из 16-ти камер). Если вы собрались самостоятельно установить видеонаблюдение у себя дома, то тут чем проще, тем лучше. Купите комплект с готовым набором проводов и инструкций по быстрому старту (быстрый сбор и запуск системы) и все, видеонаблюдение готово.

Итого

Принимая во внимание все выше сказанное, хотелось бы подвести итог. При выборе системы видеонаблюдения стоит руководствоваться исключительно решаемой задачей. Погоня за «наворотами» может опустошить Ваш кошелек на не одну тысячу долларов. А чрезмерное желание сэкономить – не позволит записать видео в нужном Вам качестве. Систему нужно выбирать сбалансированную. То есть не должно быть сочетания супер дорогих камер, и дешевого видеорегистратора. Как показывает практика, удачный синтез цены и качества при использовании даже недорогих камер и устройств видеозахвата может решить 90% бытовых задач.

Схемы Металлоискателей — Паятель.Ру — Все электронные схемы

КАТЕГОРИИ СХЕМ

СПРАВОЧНИК

ИНТЕРЕСНЫЕ СХЕМЫ


Схема простого металлоискателя для чайников
 

Этот металлоискатель пригодится для «чайников», тех кто впервые собирает такой прибор. Он может обнаружить скрытые крупные металлические предметы на глубине до 0,6 м. Его удобно использовать для поиска засыпанных снегом или землей, стройматериалами, колодцев водоснабжения, можно обнаружить неглубоко проложенные трубы водоснабжения. Принцип действия традиционный: сравниваются частоты двух генераторов, частота одного генератора постоянная, частота второго зависит от внешних индуктивностей, следовательно от расположенных на некотором расстоянии от контурной катушки металлических предметов.
Подробнее…

Своими руками — простой металлоискатель
 

Принцип действия металлоискателя основан на сравнении двух частот, частоты стабильной, и частоты изменяемой под действием внешнего металлического предмета, при приближении изменяющего индуктивность контурной катушки второго генератора. В исходном состоянии частоты равны и нулевые биения между ними минимальны, при приближении металла индуктивность катушки одного генератора изменяется и соответственно изменяется его частота, в результате разность частот этих двух генераторов увеличивается и соответственно увеличивается разностная частота, а так-же тон воспроизводимого звукового сигнала.
Подробнее…

Схема простого металлоискателя на одной микросхеме
 

Металлоискатель, схема которого приведена на рисунке сделан на одной микросхеме. Он состоит из двух одинаковых LC генераторов и детектора , к выходу которого подключены головные телефоны. Генераторы высокочастотные, работают на частоте около 465 кгц. Один из генераторов имеет неперестраиваемый контур, контур второго имеет объемную катушку L2, индуктивность которой изменяется при приближении к металлическому предмету.
Подробнее…

Схема металлоискателя скрытой проводки
 

Металлоискатель обнаруживает водопроводную трубу под слоем стены толщиной до 150 мм, канализационную трубу — до 250-300 мм, современную пятирублевую монету на глубине до 40 мм, электрический провод на глубине до 30 мм. В большинстве случаев, при проведении ремонтно-строительных работ такой чувствительности достаточно. Схема собрана на одной микросхеме CD40106, в которой содержится шесть триггеров Шмитта с инверторами на выходах.
Подробнее…

САМЫЕ ПОПУЛЯРНЫЕ СХЕМЫ

ТЕГИ


Книги для начинающих и продвинутых

Радиотехническая литература. Книги для начинающих и продвинутых.

1 2 3
Радиолюбительская азбука Том 1 Цифровая техника  
2003г.
17 Мб
pdf
273 стр.
Это простой в понимании и максимально наглядный самоучитель для тех, кто хочет научиться разбираться в радиоэлектронике. Первый том посвящен основам цифровой техники. В нем рассматриваются принципы работы и особенности применения современных логических микросхем. Приведены примеры практических конструкций. Книга рассчитана на школьников и начинающих радиолюбителей. Резистор. Конденсатор. Полупроводниковые приборы. Диод. Биполярный транзистор. Полевые транзисторы. Тиристоры. Светоизлучающие и фотоприемные приборы. Оптроны. Микросхемы. Цифровые микросхемы. Цифровая электроника. Логические элементы. Триггеры. Счетчики. Регистры. Дешифраторы. Коммутаторы. Память. Проектирование цифровых устройств. Устройства со сверхнизким энергопотреблением.
   
Радиолюбительская азбука Том 2 Аналоговые устройства  
2004г.
392 Мб
pdf
287 стр.
Здесь даны сведения об усилителях на электронных лампах и транзисторах. Согласование цифровых и аналоговых схем. Помимо теоретических выкладок, книга содержит обширный справочный раздел. Практические советы по изготовлению самодельных радиодеталей. Книга написана живым языком и иллюстрирована наглядными примерами. Усилительные приборы. Операционные усилители. Обратная связь. Усилители со сложной обратной связью и с изменяющимся коэффициентом усиления. Импульсные источники питания. Мощные интегральные УМЗЧ. Согласование аналоговых схем с примерами. Согласование цифровых и аналоговых схем. Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Источники электропитания. Измерительные приборы. Изготовление платы. Расчет трансформаторов.
   
Журнал Схемотехника 2000-2007г  
2000-2007г.
190 Мб
djvu
Подборка журналов Схемотехника 2000 — 2007г. Схемотехника — научно-популярных журнал, ориентированный на самый широкий круг читателей. На его страницах представлены как разнообразные отдельные схемотехнические решения, так и законченные устройства, использующие в основном преимущества элементной базы, появившейся и ставшей доступной отечественным электронщикам в последние несколько лет. Тематика журнала — цифровая и аналоговая техника, силовая электроника и источники питания, устройства автоматики, управления и регулирования, аудиотехника, телефония, автомобильная электроника, системы безопасности, измерительные устройства, малотиражные радиоэлектронные технологии, программное обеспечение, а также полезная справочная информация для электронщиков.
   
1 2 3

Дифференциальный усилитель – обзор

3.5 Усилители

При правильном смещении преобразователя можно получить небольшой сигнал дифференциального напряжения с выходных клемм, часто наложенный на большой синфазный сигнал постоянного тока. Задача усилителя состоит в том, чтобы усилить этот слабый дифференциальный сигнал, подавляя при этом большой синфазный сигнал. Основной схемой для выполнения этой задачи является дифференциальный усилитель (рис. 3-13), также известный как инструментальный усилитель (или входной усилитель).

Рис. 3-13. Инструментальный усилитель.

Типичный дифференциальный усилитель имеет положительную и отрицательную входную клемму и выходную клемму. К сожалению, схематическое обозначение очень похоже на обозначение операционного усилителя, что иногда приводит к некоторой путанице. Некоторые дифференциальные усилители имеют дополнительную опорную входную клемму, на которую ссылается выходное напряжение. Для большинства приложений этот терминал будет заземлен. В идеале выходное напряжение представляет собой разницу двух входных напряжений.Поскольку идеальных устройств пока нет, вам придется пойти на компромисс между различными рабочими характеристиками, чтобы получить усилитель, отвечающий вашим потребностям. Некоторые из ключевых параметров для дифференциальных усилителей:

• 2
9001 •

Устойчивость усиления

Напряжение ввода

Входные прессы. Ток

Образование общего режима

SHOOL

SHOOL

Дифференциальная прибыль — это усиление, с помощью которого усилитель повышает разницу входных сигналов.Хотя существуют монолитные инструментальные усилители с фиксированным коэффициентом усиления, этот параметр часто настраивается пользователем в широких пределах, обычно доступны диапазоны 1000:1.

Повышение стабильности. Для получения точного усиления используется инструментальный усилитель, и это одна из особенностей, которая отличает их от более распространенных операционных усилителей, которые имеют очень большой (> 50 000), но не очень хорошо контролируемый коэффициент усиления. Ключевые проблемы стабильности усиления связаны с начальной точностью (% погрешности усиления) и стабильностью при изменении температуры (% дрейфа/°C).

Входное напряжение смещения . Это небольшое напряжение ошибки, которое добавляется к дифференциальному входному сигналу инструментальным усилителем. Это происходит из-за производственных вариаций внутренней конструкции усилителя. Напряжение смещения умножается на усиление вместе с интересующим сигналом и может быть значительным источником ошибки измерения.

Входной ток смещения . Входы инструментального усилителя потребляют небольшое количество входного тока.Величина сильно зависит от технологии, используемой для реализации усилителя. Устройства, использующие биполярные транзисторы во входных каскадах, имеют тенденцию потреблять входные токи в диапазоне наноампер, в то время как устройства, основанные на полевых транзисторах (FET), имеют тенденцию потреблять входные токи смещения в пикоамперах или даже фемтоамперах (10 –15 ). спектр. Хотя инструментальные усилители с полевыми транзисторами имеют более низкие токи смещения, чем их биполярные аналоги, входные напряжения смещения обычно выше, а это означает, что необходимо принимать компромиссное решение, чтобы определить, какую технологию использовать для данного приложения.

Подавление синфазного сигнала . Хотя целью дифференциального усилителя является усиление только разницы между входными сигналами, он также пропускает некоторую синфазную или усредненную составляющую входного сигнала. Способность данного усилителя игнорировать среднее значение двух входных сигналов называется коэффициентом подавления синфазного сигнала , или CMRR. Он определяется как отношение между дифференциальным усилением ( A Vd ) и синфазным усилением ( A Vc ) и, как и многие другие электрические параметры, часто выражается логарифмически в децибелах. :

(Уравнение 3-2) CMRR=20 log(AVdAVc)

Коэффициент подавления синфазного сигнала 80–120 дБ (10 000–100 000) можно легко получить, используя монолитные инструментальные усилители.Кроме того, CMRR для многих устройств увеличивается по мере увеличения усиления.

Пропускная способность . Если вас не интересуют только очень медленно изменяющиеся сигналы, вас, вероятно, будет интересовать частотная характеристика или полоса пропускания усилителя. Это обычно указывается в терминах произведения усиления на пропускную способность (GBP). Грубо говоря, произведение усиления на полосу пропускания можно определить как произведение усиления на максимальную частоту, на которой можно добиться этого усиления. Для многих типов усилителей GBP примерно постоянен в широком диапазоне частот.Например, усилитель с GBP 1 МГц может обеспечить полосу пропускания 1 МГц при коэффициенте усиления 1 или, наоборот, полосу пропускания только 1000 Гц при коэффициенте усиления 1000. На рис. Усилитель GBP различается при установке различных коэффициентов усиления.

Рис. 3-14. Частотная характеристика инструментального усилителя в зависимости от коэффициента усиления.

Одно предостережение, однако, заключается в том, что усилитель не просто блокирует сигналы, превышающие его частотную характеристику; ответ изящно деградирует. Для точных приложений вы захотите выбрать полосу пропускания так, чтобы она была как минимум в 5–10 раз больше, чем у интересующего вас сигнала.Таким образом, в случае усилителя с коэффициентом усиления 1000, усиливающего сигналы с полезной информацией примерно до 1000 Гц, вы можете захотеть использовать инструментальный усилитель с GBP от 5 до 10 МГц для сохранения целостности сигнала.

Шум . В дополнение к шуму от преобразователя усилитель добавит свой собственный шум. Хотя источники шума усилителя сложны и выходят за рамки этого текста, его можно смоделировать как бесшумный усилитель с источниками шума как напряжения, так и тока на входе, как показано на рис. 3-15.Поскольку шум от источника тока преобразуется в напряжение за счет импеданса источника, он также в конечном итоге проявляется как шум напряжения. Для данного входного импеданса R s общий шум усилителя определяется как:

Рисунок 3-15. Шумовая модель усилителя.

(уравнение 3-3) νNT=(vN)2+(RsiN)2

Шум указывается в заданной полосе пропускания и обычно выражается в В√Гц для шума напряжения и в амперах/√герц для шума тока . Как и в случае с шумом преобразователя, чем больше исследуемая полоса пропускания, тем больше будет видно шума.(См. рис. 3-15.)

Различные технологии обеспечивают различные компромиссы между величиной напряжения и тока источников шума. Усилители с биполярным входом, как правило, имеют шум низкого напряжения и шум сильного тока, тогда как усилители, использующие технологию FET, имеют тенденцию иметь более высокий шум напряжения и более низкий шум тока. Выбор технологии сложен и диктуется как техническими требованиями, так и экономическими аспектами применения. Однако, как правило, усилители с биполярным входом имеют тенденцию давать лучшие шумовые характеристики с преобразователями с низким импедансом (<1 кОм), в то время как устройства с полевыми транзисторами вносят меньший шум при использовании с источниками с более высоким импедансом.В Таблице 3-1 перечислены параметры напряжения и шума нескольких общедоступных операционных усилителей.

Таблица 3-1. Типичные шумовые характеристики различных операционных усилителей на частоте 1 кГц.

Устройство технологии VN (NV / √hz) в (PA / √HZ)
Bipolar 3 1
Op42 JFET 13 0,007
TLC272 CMOS 25 Не используется.

Руководство по узловому анализу схем ОУ

Аннотация: Создание операционного усилителя представило новый фундаментальный компонент и ознаменовало собой изменение мышления разработчиков аналоговых устройств. Поскольку он так широко используется, почти любая схема операционного усилителя, которую инженер должен реализовать, уже спроектирована, и инженер может просто адаптировать номиналы компонентов. Этот подход, хотя и быстрый, не всегда означает, что разработчик имеет фундаментальное понимание теории работы схемы.В этих указаниях по применению объясняется, как можно получить передаточную функцию большинства схем операционных усилителей с помощью простого процесса узлового анализа.

Основы

Ни один электронный компонент не идеален, и операционный усилитель не является исключением. Как обычно, мы предполагаем идеальный операционный усилитель с пониманием того, что в какой-то момент может потребоваться рассмотрение реальных ограничений.

В частности, мы предполагаем бесконечное входное сопротивление и нулевое выходное сопротивление. Передний конец схемы никоим образом не нагружается операционным усилителем, и его выход может генерировать или потреблять столько тока, сколько необходимо для точного отклика на вход.С этими предположениями и конфигурациями операционных усилителей с отрицательной обратной связью напряжение на двух входах идентично, а выход настраивается на напряжение, чтобы поддерживать это состояние.

Также предполагается, что полоса пропускания операционного усилителя достаточна для отвечают потребностям схемы, а коэффициент усиления разомкнутого контура усилителя бесконечен.

Производительность современных компонентов такова, что в большинстве случаев приведенные выше допущения вполне приемлемы, и при удалении от идеала происходит очень незначительное снижение производительности.

Узловой анализ

Задолго до изобретения операционного усилителя закон Кирхгофа гласил, что ток, втекающий в любой узел электрической цепи, равен току, вытекающему из него. (Есть условия закона Кирхгофа, которые здесь не имеют значения.) Схема операционного усилителя может быть разбита на ряд узлов, каждый из которых имеет узловое уравнение. Уравнения могут быть объединены для формирования передаточной функции.

Рассмотрим схему на входе операционного усилителя. Ток, протекающий к входному контакту, равен току, утекающему от контакта (поскольку ток не течет на контакт из-за его бесконечного входного импеданса).То же самое нельзя сказать о выходе, поскольку операционный усилитель может подавать или потреблять ток.

Преобразователь тока в напряжение

Простой преобразователь тока в напряжение показан на рис. 1 . Его поведение можно легко понять, используя ранее описанный узловой анализ. Входной ток (I IN ), втекающий в инвертирующий вход, равен току, вытекающему из него через резистор обратной связи (R). Этот ток создает падение потенциала на R, определяемое как:

В = I IN × R.

Как объяснялось ранее, напряжение на инвертирующем входе равно напряжению на неинвертирующем входе, потому что в схеме имеется отрицательная обратная связь; то есть инвертирующий вход фиксируется на V REF . Эта «виртуальная земля» на инвертирующем входе означает, что операционный усилитель постоянно регулирует свое выходное напряжение (V OUT ), чтобы поддерживать ток I IN , протекающий через R. V OUT равен V REF с нулевым входом. ток, и он уменьшается пропорционально увеличению I IN .В результате получается следующее уравнение:

В ВЫХ = В ЗАДАНИЕ — (I ВХОД × R)


Рис. 1.

Дифференциальный усилитель

Развивая это понятие еще дальше, Рис. 2 показывает дифференциальный усилитель. Его передаточную функцию можно рассчитать, снова учитывая токи, втекающие в узлы и выходящие из них.


Рис. 2.

Рассмотрим ток, текущий к неинвертирующему контакту.Это может быть представлено как:

Аналогично, ток, текущий от этого узла, может быть представлен как

Объединение уравнения 1 с уравнением 2 дает

Теперь жизнь становится проще, если мы используем проводимости вместо сопротивлений. (это сводит дроби к минимуму). Таким образом,

, где

So

SO

, следовательно, напряжение V + задано на

узловые уравнения для инвертирующего узла так же как прямые вперед

, чтобы найти функцию передачи, мы

Объединение уравнений 3 и 5 в уравнение 4 дает

, поэтому

Другими словами, выходное напряжение зависит от входы и резисторы регулировки усиления, как и следовало ожидать.

Генератор венского моста

Технику узлового анализа можно использовать для анализа цепей с реактивными компонентами. Точно так же, как мы рассматривали проводимости резисторов, с реактивными компонентами уравнения упрощаются за счет учета их проводимостей. Конденсатор имеет проводимость sC. Обратите внимание, что используется номенклатура Лапласа, так как опять же, это делает уравнения более простыми, и психологические последствия этого значительны. Точно так же мы могли бы использовать jw вместо s, если бы хотели получить представление о фазовых эффектах цепи, и это будет сделано позже.

Смело продолжая вышеизложенное предположение, теперь можно проанализировать мостовой осциллятор Вина. На рис. 3 показана общая конфигурация этой цепи. Опять же, чтобы упростить уравнения, большинство инженеров используют одинаковые значения резисторов и конденсаторов. В этой схеме у нас есть как параллельные, так и последовательные сети, поэтому для простоты математики не имеет значения, используются ли проводимости или реактивные сопротивления. Следующий анализ продолжит предыдущий текст и использует допуски.


Рис. 3.

Во-первых, из уравнения 3 напряжение на инвертирующем выводе равно

. обратные (по той же формуле, что и для двух резисторов, включенных параллельно). Точно так же, если два адмиттанса расположены параллельно, общий адмиттанс равен сумме адмиттансов. Таким образом, проводимость с выхода операционного усилителя на неинвертирующий вход составляет

. Точно так же проводимость с неинвертирующего вывода на землю составляет

. Используя методологию, описанную выше, можно показать, что (в конечном итоге)

Если положить s = jw и R = 1/G, получится

Таким образом, используя принципы узлового анализа, была получена передаточная функция для мостового генератора Вина.Из этого уравнения можно сделать два вывода, оба из которых являются хорошо известными условиями колебаний мостового осциллятора Вина.

Во-первых, для возникновения колебаний должен быть нулевой фазовый сдвиг от входа к выходу. Это происходит только на одной частоте (когда w = 1/CR). На этой частоте действительные члены числителя сокращаются, а фазовый сдвиг, представленный мнимыми членами как в числителе, так и в знаменателе, аннулируется (по сути, если у вас нет j членов ни в числителе, ни в знаменателе, сдвиг фазы отсутствует).Во-вторых, на этой частоте отношение V OUT к V + (отсюда V ) должно быть равно 3. Если меньше 3, колебание затухнет. Все, что больше 3, и выход будет насыщаться. Это диктует отношение G f к G i для поддержания колебаний: R f должно быть равно точно удвоенному значению R i .

Заключение

Используя закон Кирхгофа, токи, втекающие в узлы и выходящие из них вокруг операционного усилителя можно перевести в уравнения, и из этого можно получить передаточную функцию.В приведенных выше примерах вместо импедансов используются допуски, но принципы остаются теми же, и инженеру остается решить, какой из них более подходит. После того, как уравнения были получены, математика (в зависимости от сложности схемы) достаточно проста для получения передаточной функции. Затем мощность программ математической обработки может быть применена к уравнениям, чтобы определить, например, когда возникает нестабильность или восприимчивость схемы к изменениям компонентов, если это необходимо.

Аналогичная версия этой статьи появилась в декабрьском номере журнала New Electronics за 2002 год.

404 Ошибка — Страница не найдена

Страна COUNTRYAfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBruneiBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCaribbean NetherlandsCayman IslandsChadChileChinaChristmas IslandCocos IslandsColombiaComorosCongo, Демократическая RepublicCook IslandsCosta RicaCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsle из ManIsraelItalyIvory CoastJamaicaJapanJerseyJordan KazakhstanKenyaKiribatiKosovoKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfork IslandNorwayOmanPakistanPalauPalestinian TerritoryPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairn IslandPolandPortugalPuerto RicoQatarRepublic из CongoReunionRomaniaRussiaRwandaSaint HelenaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSaint Пьер и MiquelonSaint Винсент и GrenadinesSamoaSan MarinoSao Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSint MaartenSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Грузии и Южные Сандвичевы IslandsSouth KoreaSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyriaTaiwanTajikistanTanzaniaThaila нд ТогоТокелауТонгаТринидад и ТобагоТунисТурцияТуркменистанОстрова Теркс и КайкосТувалуУгандаУкраинаОбъединенные Арабские ЭмиратыВеликобританияСоединенные ШтатыОтдаленные малые острова СШАУругвайУзбекистанВануатуВатиканВенесуэлаВьетнамВиргинские острова, Британские Виргинские острова, СШАЗападная СахараЙеменЗамбияЗимбабве

20 формул для проектирования схем операционных усилителей

Ⅰ Введение

Хотя существует много типов операционных усилителей , различные схемы усилителей подходят для сопряжения с датчиками различных типов, но самые сложные усилители строятся путем объединения операционных усилителей.Чтобы получить хороший эффект усиления, необходимо спроектировать схему усилителя. В этой статье будут представлены 20 формул операционных усилителей в качестве справочного материала по проектированию.

Формулы операционных усилителей для расчета напряжения

Каталог

Ⅱ Формулы операционных усилителей

В настоящее время в большинстве случаев операционные усилители конфигурируются по-разному, используя сеть обратной связи для «вычисления» входного сигнала. Для расчета используется 20 формул.

Рис. 1.Повторитель напряжения

Примечание. Буферизация сигнала с высоким импедансом и нагрузки с низким импедансом

 

Рис. 2. Синфазный операционный усилитель

Примечание. Синфазное усиление сигнала

 

Рис. 3. Операционный усилитель с обращенной фазой

Примечание. Усиление и инвертирование входа

 

Рис. 4. Вычитатель напряжения, дифференциальный усилитель

Примечание: усиление разности напряжений и подавление синфазного напряжения

 

Рисунок 5.Сумматор напряжения

Примечание: суммирование значений напряжения

 

Рис. 6. Фильтр нижних частот, Интегратор

Примечание. Ограничение полосы пропускания сигнала

 

Рисунок 7. Фильтр верхних частот, дифференциатор

Примечание: устранение постоянного тока, усиление сигнала переменного тока

 

Рисунок 8. Дифференциальный усилитель

Примечание. Преобразователь дифференциального сигнала в аналого-цифровой от источника дифференциального или несимметричного сигнала

 

Рис. 9.Инструментальный усилитель

Примечание. Усиление разностного сигнала низкого уровня и подавление синфазного сигнала

 

Рис. 10. Шум операционного усилителя с одним состоянием

Примечание: ШУМ RTO=NG×ШУМ RTI

     RTI=преобразовано во вход

RTO=преобразовано в выход

 

Формула децибел (эквивалентное сопротивление)

 

Формула шума Джонсона-Найквиста

 

 

Закон Ома (цепь постоянного тока)

 

Рисунок 11.Частотная характеристика с обратной связью (усилитель с обратной связью по напряжению)

 

Формулы сопротивления

 

Формулы реактивного сопротивления

 

Трансформатор (повышающий или понижающий)

 

Формулы импеданса (последовательно)

Примечание: RL в серии

RC в серии

ЛК серии

RLC в серии

 

Формулы напряжения и импеданса (параллельное соединение)

 

Ⅲ Часто задаваемые вопросы о схеме операционного усилителя

1.Как сделать схему на операционном усилителе?

 

2. Что такое усилитель на примере?

Усилители

обычно предназначены для хорошей работы в конкретном приложении, например: радио- и телевизионные передатчики и приемники, высококачественное («hi-fi») стереооборудование, микрокомпьютеры и другое цифровое оборудование, а также усилители для гитар и других инструментов.

 

3. Почему операционные усилители имеют два входа?

Операционные усилители имеют две шины питания, потому что им обычно требуется биполярное колебание — выходные напряжения, которые становятся положительными или отрицательными в зависимости от нормального диапазона входных сигналов…. Без двойного питания выходной сигнал будет ограничиваться потенциалом земли.

 

4. Какой тип усилителя лучше?

Усилители класса «А»

считаются лучшим классом конструкции усилителей, в основном благодаря их превосходной линейности, высокому коэффициенту усиления и низкому уровню искажения сигнала при правильном проектировании.

 

5. Операционные усилители переменного или постоянного тока?

Базовая конструкция операционного усилителя представляет собой устройство с 3 клеммами, 2 входами и 1 выходом (исключая соединения питания).Операционный усилитель работает либо от двойного положительного (+V) и соответствующего отрицательного (-V) источников питания, либо от одного источника постоянного напряжения.

 

6. Может ли операционный усилитель усиливать как переменный, так и постоянный ток?

Infinite — идеальный операционный усилитель имеет бесконечную частотную характеристику и может усиливать любой частотный сигнал от постоянного тока до самых высоких частот переменного тока, поэтому предполагается, что он имеет бесконечную полосу пропускания.

 

7.Работают ли операционные усилители с постоянным током?

В принципе да, можно усилить постоянный ток с помощью ОУ, с учетом ограничений усилителя. В основном, усиленное выходное напряжение должно находиться в пределах выходных пределов операционного усилителя. … (Часть конечного выхода источника питания подается обратно на отрицательный вход операционного усилителя для регулирования всей схемы.)

 

8. Как вы усиливаете постоянный ток?

Транзистор можно использовать для увеличения тока.У вас будет путь с низким током от базы к эмиттеру в NPN и путь с более высоким током от коллектора к эмиттеру. Ток коллектора будет кратен току базы, если это позволяет схема.

 

9. Каковы идеальные характеристики операционного усилителя?

Идеальные операционные усилители не потребляют энергии, имеют бесконечный входной импеданс, неограниченную полосу усиления и скорость нарастания, не имеют входного тока смещения и входного смещения. Они имеют неограниченную совместимость по напряжению.

 

10.Что такое скорость нарастания операционного усилителя?

Скорость нарастания определяется как максимальная скорость изменения выходного напряжения операционного усилителя и выражается в вольтах в микросекунду. Скорость нарастания измеряется путем подачи большого шага сигнала, например 1 В, на вход операционного усилителя и измерения скорости изменения от 10% до 90% амплитуды выходного сигнала.

Альтернативные модели

Деталь Сравнить Производители Категория Описание
Произв.Номер детали: Y078510K0000T9L Сравните: Текущая часть Производители: Vishay Semiconductor Категория: Резисторы со сквозным отверстием Описание: VISHAY FOIL RESISTORS Y078510K0000T9L Резистор со сквозным отверстием, металлическая фольга, 10 кОм, 300 В, с радиальными выводами, 600 мВт, ± 0.01%, серия S
№ производителя: Y000710K0000T9L Сравните: Y078510K0000T9L против Y000710K0000T9L Производители: Vishay Semiconductor Категория: Резисторы со сквозным отверстием Описание: VISHAY FOIL RESISTORS Y000710K0000T9L Металлический фольговый резистор со сквозным отверстием, серия S, 10 кОм, 600 мВт, — 0.01%, 300 В, радиальные выводы
№ производителя: Y000710K0000T139L Сравните: Y078510K0000T9L ПРОТИВ Y000710K0000T139L Производители: Vishay Semiconductor Категория: Описание: RES 10 кОм 0.6W 0,01% РАДИАЛЬНЫЙ
№ производителя: Y079310K0000T9L Сравните: Y078510K0000T9L ПРОТИВ Y079310K0000T9L Производители: Vishay Semiconductor Категория: Описание: RES 10 кОм 0.6W 0,01% РАДИАЛЬНЫЙ

Глава 6. Операционные усилители. Основы прикладной электротехники

Операционный усилитель или операционный усилитель — это активное электронное устройство, используемое для многих приложений, включая усиление сигнала, фильтрацию, сравнение значений напряжения, суммирование сигналов, буферизацию или изоляцию компонентов схемы, а также создание синхронизирующих генераторов.Операционные усилители являются активными устройствами, а это означает, что для работы на них необходимо подавать питание в виде однополярных или биполярных источников постоянного напряжения. Операционный усилитель — это дифференциальный усилитель, который создает выходное напряжение, пропорциональное разнице между двумя входами, неинвертирующим входом, обозначаемым + или , и инвертирующим входом, обозначаемым — или . Схематическое обозначение операционного усилителя представляет собой треугольник с двумя входами и одним выходом.

Рис. 6.1 Схематическое обозначение операционного усилителя

Операционный усилитель — это активное электронное устройство, состоящее из десятков транзисторов; детали такой конструкции нас здесь не интересуют.Вместо этого нас интересует использование операционных усилителей для различных схемных приложений, и поэтому нам необходимо понять, как ведет себя операционный усилитель, когда он используется в качестве элемента схемы. Для работы операционных усилителей обычно требуется биполярная (одно положительное напряжение и одно отрицательное напряжение) пара внешних напряжений постоянного тока, обозначенная и показанная на рисунке. Обратите внимание, что все напряжения, показанные на этой диаграмме, являются напряжениями узла, и они измеряются относительно общего опорного или заземляющего узла, который устанавливается источниками питания, как описано ниже.

Рис. 6.2 Схема операционного усилителя, показывающая биполярные источники питания

Требование к внешнему напряжению может быть выполнено с помощью однополярного источника питания (например, , = земля) или биполярного источника питания (например, , ), как показано ниже. Обратите внимание, что заземление — это отрицательная клемма источника питания.

Рис. 6.3. Операционный усилитель с однополярным источником питания

Обычно эту схему изображают без соединительного провода между клеммой «–» батареи, но вместо этого используют символы заземления. Имейте в виду, что два входных сигнала и , каждый относительно земли,

Рисунок 6.4 Схематический символ операционного усилителя, показывающий однополярный источник питания и узел заземления

В конфигурации с биполярным источником питания заземление — это узел, соединяющий клемму «–» одного источника питания и клемму «+» другого источника.

Рисунок 6.5 Операционный усилитель с биполярным источником питания

Биполярный источник питания используется, когда операционный усилитель принимает дифференциальные входные напряжения переменного тока и/или создает выходные напряжения переменного тока. Примером приложения, требующего биполярного источника питания, может быть схема операционного усилителя, которая усиливает звуковой сигнал, такой как колебательное напряжение на микрофоне.

Рисунок 6.6 Биполярные входные и выходные напряжения

 

Примером приложения, требующего однополярного источника питания, может быть схема на операционном усилителе, которая генерирует управляющее напряжение для включения или выключения светодиода на основе сравнения двух входных значений. Этот пример будет обсуждаться далее в этой части книги. Наши приложения в этом курсе будут в основном связаны с однополярными источниками напряжения. Обратите внимание, что на схемах, показанных на этой странице, операционные усилители показаны с пятью клеммами или соединениями: дифференциальные входы и , выход, и шины питания.Униполярные шины питания часто маркируются символом заземления. тогда как биполярные шины питания помечены и . (Как и большая часть маркировки в электронике, имеет историческое значение, относится к положительному напряжению на коллекторе и отрицательному напряжению на эмиттере транзистора. Такие обозначения имеют тенденцию сохраняться и становятся частью общего использования. .) Напряжения источника питания часто называют шинами питания. На схематических рисунках схем операционных усилителей иногда показаны шины питания, но не всегда.

Насыщение операционного усилителя. Напряжение на шинах обычно находится в диапазоне между вольтами и вольтами, в зависимости от конкретного выбранного операционного усилителя. Выходное напряжение операционного усилителя не может превышать напряжение источника питания . Если произведение дифференциального входного напряжения и коэффициента усиления операционного усилителя превышает напряжение шины, выходное напряжение будет насыщаться или ограничиваться напряжением шины. Рассмотрим приведенную ниже иллюстрацию схемы усилителя, которая имеет коэффициент усиления (мы рассмотрим это в следующем разделе) и однополярную шину напряжения питания .Инвертирующий вход заземлен, а на неинвертирующий вход подается входное напряжение, так что выходное напряжение равно . Уровни дифференциального входного напряжения < будут усиливаться за счет коэффициента усиления по напряжению в этой схеме, в то время как превышение дифференциальных входных уровней приведет к ограничению усиления или насыщению из-за неспособности операционного усилителя обеспечить выходное напряжение, превышающее . Характерной чертой любого операционного усилителя является очень большой коэффициент усиления без обратной связи, который обычно равен или даже выше.Следствием такого большого коэффициента усиления является то, что операционные усилители легко насыщаются при очень малых дифференциальных входных сигналах; это происходит, если не вводятся пути отрицательной обратной связи для уменьшения общего усиления схемы. Это развивается в следующих двух главах этой части текста.

 

Рисунок 6.7 Пример насыщенного или ограниченного сигнала усилителя Рисунок 6.8 Схемы выводов двух интегральных схем (ИС) операционных усилителей Операционные усилители

часто поставляются в виде интегральных схем с двойным расположением выводов (DIP), чертежи которых показаны ниже.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.