So führen Sie eine komplexe Verarbeitung mit Op-Amps
Wenn Sie die grundlegenden Bausteine des OPV-Schaltungen zu verstehen, sind Sie bereit, komplexe Verarbeitungsaktionen mit Operationsverstärkern zu bewältigen. Mit Operationsverstärker-Schaltungen, können Sie einen Instrumentenverstärker, lösen mathematische Gleichungen oder schaffen Systeme zur Signalverarbeitung, Mess-, Filterung, Prozesssteuerung oder Digital-Analog / Analog-Digital-Wandlung zu analysieren.
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Analysieren Sie einen Instrumentenverstärker
Der Messverstärker ist ein Differenzverstärker für Mess- und Prüfgeräte geeignet. Hier ist die Eingangsstufe eines Instrumentenverstärkers. Ihr Ziel ist es, den Spannungsausgang zu finden vO proportional zu der Differenz der beiden Eingänge, v1 und v2. die gewünschte Ausgabe bekommen erfordert einige algebraische Gymnastik, aber man kann damit umgehen.
Am Knoten C2, wenden Sie KCL (ich1 + ich2 = 0) und dem Ohmschen Gesetz (ich = v / R) Und Wind mit
Am Knoten C1, die KCL Gleichung (-ich2 + ich3 = 0) mit dem Ohmschen Gesetz führt zu
Die Probe Schaltung zeigt den nichtinvertierenden Eingang an unabhängige Spannungen verbunden v1 und v2. Verwenden Sie die Operationsverstärker Spannung Einschränkung vP = vN Folgendes erhalten:
Ersatz v1 und v2 in KCL Gleichungen, die gibt Ihnen
Jetzt lösen für vB2 und vB1, weil die Ausgangsspannung vO abhängig von diesen beiden Werten:
Die Ausgangsspannung vO ist die Differenz zwischen der vB1 und vB2:
Cool! Widerstand R2 kann verwendet werden, um die Differenz zu verstärken, v2 - v1. Schließlich ist es einfacher, den Wert eines Widerstandes zu wechseln R2 als aus zwei Widerständen R1.
Implementieren Sie mathematische Gleichungen elektronisch
Als Beispiel dafür, wie op amps Gleichungen lösen kann, einen einzigen Ausgang und drei Spannungseingangssignale berücksichtigen:
Sie können die Gleichung in vielerlei Hinsicht neu zu schreiben, um zu bestimmen, welche Operationsverstärker-Schaltungen Sie die Mathematik durchführen müssen. Hier ist eine Möglichkeit:
Die Gleichung zeigt, dass Sie ein invertierender Sommer mit drei Eingängen haben: -v1, -v2, und v3. Sie benötigen einen invertierenden Verstärker mit einer Verstärkung von -1 v1 und v2. Eingang v1 hat eine Summierung Verstärkung von -10, Eingang v2 hat eine Addition Gewinn von -5 und Eingabe v3 hat eine Summierung Gewinn von -4.
Sie können eine von vielen möglichen Operationsverstärker-Schaltungen im oberen Diagramm dieser Probe Schaltung zu sehen. Die gestrichelten Kästchen zeigen die beiden invertierenden Verstärker und den invertierenden Sommer.
Die Ausgänge der zwei invertierende Verstärker sind - v1 und -v2, und sie sind Eingänge an den invertierenden Sommer. Die dritte Eingabe in den Sommer v3. Addiert man die drei Eingänge mit den erforderlichen Gewinne bringt einen invertierenden Sommer, die Sie in der Probe Schaltung zu sehen.
Für die Eingabe v1, das Verhältnis der Rückkopplungswiderstand des invertierenden Sommer 200 k # 937- seiner Eingangswiderstand von 20 k # 937- liefert eine Verstärkung von -10. Ebenso eingabe v2, das Verhältnis des Rückkopplungswiderstand von 200 k # 937- seiner Eingangswiderstand von 40 k # 937- gibt man eine Verstärkung von -5.
Schließlich eingabe v3, das Verhältnis des Rückkopplungswiderstand von 200 k # 937- seiner Eingangswiderstand von 50 k # 937- liefert eine Verstärkung von -4. Sie können so lange anderen möglichen Widerstandswerte verwenden, wie das Verhältnis der Widerstände, die richtigen Verstärkungen für jeden Eingabe liefert.
Die Verringerung der Anzahl von Operationsverstärkern während des Designprozesses hilft Kosten zu senken. Und mit etwas Kreativität können Sie die Anzahl der Operationsverstärker in der Schaltung zu reduzieren, indem die mathematische Gleichung der Eingangs-Ausgangs-Beziehung neu zu schreiben:
Dies legt nahe, zwei Operationsverstärker benötigen. Ein Eingang ist eine Kombination von Eingängen v1 und v2 durch einen Umkehr Sommer gebildet. Wenn die Ausgabe des ersten Summierers nehmen und ihn und einen anderen Eingang mit einem zweiten invertierenden Sommer, ist das Ergebnis proportional zu v3 mit Gewinn -4. Das untere Diagramm der Probe Schaltung zeigt eine Möglichkeit, diese Gleichung zu implementieren.
Für v1, das Verhältnis des Rückkopplungswiderstand von 100 k # 937- zu dem Eingangswiderstand von 20 k # 937- erzeugt eine Verstärkung von -5. Für v2, der Eingangswiderstand von 40 k # 937- gibt Ihnen einen Gewinn von -2,5. Der Ausgang des ersten Summierers wird dann mit -2 multipliziert, weil das Verhältnis der zweiten Rückkopplungswiderstand des invertierenden Sommer 100 k # 937- zu dem Eingangswiderstand von 50 k # 937-.
Die Eingabe v3 auf den zweiten Sommer wird von -4 wegen des Verhältnisses zwischen dem mit dem # 937- Widerstand 25-k 100-k # 937- Rückkopplungswiderstand multipliziert.
Erstellen Sie Systeme mit Operationsverstärkern
Operationsverstärker-Schaltungen sind Grundbausteine für viele Anwendungen in der Signalverarbeitung, Instrumentierung, Prozesssteuerung, Filtern, Digital-Analog-Wandlung und Analog-Digital-Wandlung.
Zum Beispiel können Sie ein Digital-Analog-Wandlung (DAC) mit dem invertierenden Sommer tun. Der primäre Zweck dieser gemeinsamen Gerät ist ein digitales Signal, das aus binären 1 und 0 (vielleicht von Ihrem PC kommen) zu konvertieren, in ein analoges und kontinuierliches Signal (Ihr DC-Motor in Ihrer Remote-Control-Spielzeug zu laufen). Das Gerät verfügt über umfangreiche Anwendungen in der Robotik, High-Definition-Fernseher und Handys.
Dieses Beispiel ist durch die Konzentration auf 3-Bit-Geräte vereinfacht (obwohl die meisten Anwendungen 8- bis 24-Bit-DACs verwendet werden). DACs haben eine Ausgangsspannung vO mit einer Anzahl von digitalen Eingängen (b0, b1, b2), Zusammen mit einer Referenzspannung VREF. Hier sehen Sie ein Blockdiagramm eines 3-Bit-Eingang.
Die folgende Gleichung gibt Ihnen die Beziehung zwischen dem digitalen Eingangs- und Analogausgang:
Bit b2 wird, da das höchstwertige Bit (MSB) ist es mit dem größten Gewicht in der Summen- Bit gewichtet b0 ist das niedrigstwertige Bit (LSB), weil sie die kleinste Gewicht hat.
Um einen DAC implementieren, können Sie ein Umkehren Sommer verwenden, wie in der Abbildung dargestellt. Ebenfalls gezeigt sind die digitalen Eingänge, die nur eine von zwei Spannungswerte haben kann: Ein digitales 1 gleich VREF, und eine digitale 0 gleich 0 Volt.
Die Eingänge v1, v2, und v3 bis zum Sommer werden in geeigneter Weise Sie den Spannungsausgang gewichtet geben vO basierend auf den drei Eingängen. Eingang v1 hat das meiste Gewicht und Eingabe v3 hat die geringste.