Operaciniai stiprintuvai: intro

Viskas gal prasidėjo nuo sponsorinės MAX4494AKA+T špūlės. Špūlėje kogero 2500 vienetai dvigubu operacinių stiprintuvų. Gana šlykščiam korpuse- SOT-23. Tai niekuom neišsiskiriantys stiprintuvai, kaip rašo datašytas “general-purpose operational amplifiers”, “unity-gain bandwidth
of 5MHz” ir bla bla kuri man nieko nesako, nes niekada nesimokiau ir per daug nesidomėjau aš operacinių stiprintuvų teorija. Bet praktiškai naudoju.
Taigis, turim pora “štukų” mikroschemų- reikia jas kam nors panaudoti. O kam gi, jei ne eksperimentams. Kai projektuoji PCB, dažnai lieka laisvos vietos iki standartinio dydžio, tai ko į tą vietą nesukišti tuos mikrobus.

max4494 babina

Tačiau pradedant apie praktiką, reikia pakalbėti ir apie teoriją, ypač tiems skaitytojams kurie nesusidūrė su operaciniais stiprintuvais.

Kas yra operacinis stiprintuvas- ogi tokia analoginės elektronikos statybinė plyta, kai reikia kiek “paoperuoti” su signalu: sustiprint (tiek įtampą, tiek galią), invertuoti, susumuoti, integruoti ar diferencijuoti. Visą šitą reikalą galima padaryti su su paprastais tranzistoriais, bet kam vargti, jei pramonė pagamino šias plyteles.

Teorija:

Įtampos kartotuvas. Jis nieko nestiprina, tačiau dažnai naudojamas kaip signalo “izoliatorius”- kad vieno kaskado parametrai neįtakotų kitam kaskadui. Šio teorinio stiprintuvo įėjimo varža begalinė, išėjimo varža nulinė. Praktiškai kiek kitaip, bet arti tiesos- į MAX4494 turi tekėti nanoamperinės srovės, kad stiprintuvas pradėtu veikti. O nano amperai ir keli voltai pasiverčia į daug daug omų. Tuo tarpu išėjimas 15mA (trumpas).

kartotuvas itampos
(Paveiksliukai pavogti iš interneto, iš www.electronics-tutorials.ws.)

Stiprintuvas neinvertuojantis. Tai jau tikras stiprintuvas. Jo įėjimo varža didelė, išėjimo mažoka, o su rezistoriais gali nustatyti kiek kartų galima sustiprinti signalą.

operacinis stiprintuvas neinvertuojantis
Formulėje matosi vienetukas- šis stiprintuvas visada stiprina, nes koeficientas visada daugiau už vieną. Kaip matosi iš formulės, rezistorių nominalai neaiškūs: tam pačiam stiprinimui tinka ir 10k su 20k pora ir tiek pat stiprins 100k su 200k pora. Kokius rezistorius dėti? Ogi aš tiksliai nežinau, bet spėju, dėti tokius kad per daug neapkrauti stiprintuvą ir kartu per daug neprisididint varžos, nes menkiausias trugdis ta gali patekti į stiprintuvą ir iškraipyti signalą. Dar- jei jungiam kelis kaskadus be kartotuvo, reikia taip parinkti rezistorius, kad vieno kaskado rezistoriai nepakeistu kito kaskado darbo. O jei dar naudojam kondensatorius, tai atsiranda toks daiktas kaip RC grandinės pasikrovimo laikas…

Invertuojantis stiprintuvas. Su signalo invertavimu biški bėda. Minusinė koja turi varžą (toeriškai nulinę), o ir normaliam darbui (kad stiprintuvas neiškraipytų signalo) reikalingas signalo “negative feedback”, kas jungia stiprintuvo išėjimą su iėjimu. Per čia signalas irgi trumpinasi.

inverteris
Kai rezistoriai vienodi, signalas tik invertuojamas. Tačiau šis stiprintuvas turi gana mažą (palyginus su neinvertuojančiu) varžą įėjime.

invertuojantis operacinis stiprintuvas
Pamanipuliavus rezistoriais, toks stiprintuvas gali ir sustiprinti signalą. O gal ir susilpninti.

Jei stiprintuvą pajungti be atgalinio ryšio (negative feedback), jo stiprinimas pasidaro begalinis (teoriškai), pas MAX4494 tai 110dB. Praktiškai- bet koks signalas kuris viršija ar žemiau nustatyti kitos kojeles įtampa sustiprinamas iki maitinimo šaltinio įtampos (pas rail to rail stiprintuvus). Tai gaunasi kaip detektorius, arba tiksliau palygintojas- komparatorius: Jei įtampa mažiau- išėjime 0V arba minusinė maitinimo įtampa (Vee). O jei daugiau, tai pliusas (Vcc).

komparatorius operacinis stiprintuvas.

Turint šias “kaladėles” galima pradėti konstruoti praktiškus dalykus. A, ir dar vienas nemalonus dalykas- kad lengviau dirbti su operaciniais, reikia naudoti dvigubą maitinimo šaltinį (Vcc ir Vee, kur GND yra per vidurį). Tačiau galima naudoti operacinius ir su vienu maitinimo šaltiniu, tik tada reikia naudoti virtualų GND, kuris bus per pusę itampos nuo maitino gnybtų. Tai svarbu.

4 replies on “Operaciniai stiprintuvai: intro”

  1. Susipažinau mėgejišku buitiniu lygmeniu kokiais 1991m?… vilma m212c(nauja katik pirkta), bac nera garso, nu kaime tysiam technikos stebūklą pas vietini kaimo šamana… tipo sitie nuleke … abu..?
    po poros men vel tysiam….klausiam kas? sako vėl šie šūdai.. taip ir gyvenom geru zodziu minedami, o draugelis kitam kaime pielavo 3-ios klases vilma ir vargo nemate(1985 m gamybos) nei ten mechanikai ne kam problemos jau tada budami vaikai supratom kad nebutinai progresas kaip sako…

  2. nu tarybinio šūdo nereikia painioti su pačio operacinio esme. Man rusišką elektroniką atstovauja televizorius “elektron” kur tėvas nupirko ir jį remontavo pagal garantinį kokius 3 kartus (poto tėvui “truko plionkė” ir atsirado Panasonic). Ir dar ištrauka iš radio konstruktoriaus instrukcijos: “nuvalykite rezistorių kojas su švitriniu popierium prieš lituodami, taip lydmetalis geriau prilips”. Nu ir dar- kreivi ir vienkartiniai varžteliai (M3, M2.5) rusiškuose prietaisuose, kurie nesisukdavo ir buvo pagaminti iš “plastelino”. 🙂

  3. Tiek trečios, tiek antros klasės Vilmos turėjo vieną specifinį defektą – “gudrūs” konstruktoriai paliko kabot ore rašymo/atkūrimo perjungimo CMOS D trigerio S ir R įėjimus. Taigi esant sausam orui dėl statinio krūvio atkuriant savaime įsijungdavo įrašymas 🙂 O toj 1985 metų Vilmoj juostos tempimo mechanizmas galėjo būti ir japoniškas – “Vilma” jo kopijas pradėjo dėt gal nuo kokių 1986/87 metų .
    Kas dėl tarybinės elektronikos – Levas absoliučiai teisus. Net ir karinė technika (nepaisant spec. atrinkimo (jei paklius tarybinės detalės su žvaigždute ar rombu – tai kaip tik tas 0,01% dokumentacijoj nurodytus parametrus turinčių detalių, atrinktų karinei elektronikai)) 🙂 gesdavo pakankamai greitai.
    O kas juokingiausia, kad aš, būdamas 1989 metais armijoj, iš R-155 imtuvo atsarginių dalių “privatizavau” 2N3055 (originalius Motorolos) ir BC177/BC179 tranzistorius (vietoj “karinių” 2T819 ir 2t3102/2t3107).

  4. Aš turbūt kitame pasaulyje gyvenu, nes man pati tarybinių elektronikos elementų bazė niekad nebuvo labai bloga neskaitant tam tikrų serijų. Pvz K157 operaciniai, kurie sproginėjo saujomis arba kondensatoriai K50-6, kuriuos netikrinus iškart galėjai keisti. Mano nuomone didžiausia problema buvo pats schemų sudarymas. Dabar dar tenka remontuoti apie 1982 metus statytas stakles. Ką reiškia vien valdymo mygtukų ir galinukų grandinėms sumontuotas 220V nuolatinės srovės šaltinis!!!, galintis duoti apie 100A laisvai. Ir visos schemos taip baisiai padarytos, kad net paaiškinti neįmanoma. Na bet taip 40 metų staklės dirba kiaurą parą, tai 220v relė nusibaigia, tai kondesatorius koks (žinoma K50-6) lieka tik su viena koja… Modernizuot niekas neleidžia niekas laiko neduoda. Beje tai ne horizontalios frezavimo staklės, šitos dar laaabai paprastos nors su tom pačiom bjauriom БТУ3601 plokštėm

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *