Comment effectuer un traitement complexe avec des amplis op

Si vous comprenez les blocs de construction de base de circuits d'amplis op, vous êtes prêt à entreprendre des actions de traitement complexes avec des amplis op. Utilisant des circuits ampli op, vous pouvez analyser un amplificateur d'instrumentation, résoudre des équations mathématiques, ou de créer des systèmes de traitement du signal, de l'instrumentation, filtrage, contrôle de processus, ou la conversion numérique-analogique / analogique-numérique.

Sommaire

Analyser un amplificateur d'instrumentation

L'amplificateur de mesure est un amplificateur différentiel adapté à l'équipement de mesure et de test. Voici la scène d'un amplificateur d'instrumentation d'entrée. Votre but est de trouver la sortie de tension vO proportionnel à la différence des deux entrées, v1 et v2. Obtenir la sortie désirée exige une certaine gymnastique algébriques, mais vous pouvez le manipuler.

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Au noeud C2, vous appliquez KCL (je1 + je2 = 0) et la loi d'Ohm (je = v / R) Et se retrouver avec

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Au noeud C1, l'équation KCL (-je2 + je3 = 0) avec la loi d'Ohm vous mène à

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Le circuit de l'échantillon montre l'entrée non inverseuse connectée à des tensions indépendants v1 et v2. Utilisez la contrainte de tension ampli op vP = vN pour obtenir ce qui suit:

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Suppléant v1 et v2 en équations KCL, qui vous donne

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Maintenant résoudre pour vB2 et vB1, parce que la tension de sortie vO dépend de ces deux valeurs:

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La tension de sortie vO est la différence entre la vB1 et vB2:

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Frais! Résistance R2 peut être utilisé pour amplifier la différence v2 - v1. Après tout, il est plus facile de changer la valeur d'une résistance R2 que de deux résistances R1.

Mettre en œuvre des équations mathématiques électroniquement

Comme un exemple de la façon dont amplis op peuvent résoudre des équations, considérer une seule sortie et trois signaux d'entrée de tension:

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Vous pouvez réécrire l'équation dans de nombreuses façons de déterminer qui ampli op circuits vous devez effectuer le calcul. Voici une façon:

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L'équation suggère que vous avez été un inverseur à trois entrées: -v1, -v2, et v3. Vous avez besoin d'un amplificateur inverseur avec un gain de -1 pour v1 et v2. Entrée v1 a un gain de sommation de -10, entrée v2 a un gain de sommation de -5, et entrée v3 a un gain de sommation de -4.

Vous pouvez voir l'un des nombreux circuits possible ampli op dans le diagramme du haut de ce circuit de l'échantillon. Les boîtes pointillées indiquent les deux amplificateurs inverseurs et l'été d'inversion.

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Les sorties des deux amplificateurs inverseurs sont - v1 et - v2, et ils sont entrées à l'été d'inversion. La troisième entrée de l'été est v3. En additionnant les trois entrées avec des gains nécessaires entraîne une inversion de l'été, que vous voyez dans le circuit de l'échantillon.

Pour l'entrée v1, le rapport de la rétroaction résistance de l'été d'inversion de 200 k # 937- à sa résistance d'entrée de 20 k # 937- fournit un gain de -10. De même, pour l'entrée v2, le rapport entre la résistance de réaction de 200 k # 937- à sa résistance d'entrée de 40 k # 937- vous donne un gain de -5.

Enfin, pour l'entrée v3, le rapport entre la résistance de réaction de 200 k # 937- à sa résistance d'entrée de 50 k # 937- fournit un gain de -4. Vous pouvez utiliser d'autres valeurs de résistance possible tant que le rapport de résistances fournit les gains corrects pour chaque entrée.

Réduire le nombre d'amplis op pendant le processus de conception permet de réduire les coûts. Et avec un peu de créativité, vous pouvez réduire le nombre d'amplis op dans le circuit en réécrivant l'équation de la relation d'entrée-sortie mathématiques:

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Cela donne à penser que vous avez besoin de deux amplis op. Une entrée est une combinaison d'entrées v1 et v2 formé par un été d'inversion. Lorsque vous prenez la sortie du premier été et le nourrir et une autre entrée à un deuxième été d'inversion, le résultat est proportionnelle à v3 avec un gain -4. Le diagramme du bas du circuit de l'échantillon montre une façon de mettre en œuvre cette équation.

Pour v1, le rapport entre la résistance de réaction de 100 k # 937- à la résistance d'entrée de 20 k # 937- produit un gain de -5. Pour v2, la résistance d'entrée de 40 k # 937- vous donne un gain de -2,5. La sortie du premier additionneur est ensuite multiplié par -2 parce que le rapport de la résistance de rétroaction du deuxième inverseur été de 100 k # 937- à la résistance d'entrée de 50 k # 937-.

L'entrée v3 pour le deuxième été est multiplié par -4 raison du rapport entre la résistance 100-k # 937- rétroaction de la k-25 # 937- résistance.

Créer des systèmes avec des amplis op

Circuits ampli op sont des blocs de construction de base pour de nombreuses applications en traitement du signal, de l'instrumentation, contrôle de processus, filtrage, conversion numérique-analogique et la conversion analogique-numérique.

Par exemple, vous pouvez faire une conversion numérique-analogique (DAC) en utilisant de l'été d'inversion. Le but principal de ce dispositif commun est de convertir un signal numérique constitué de 1 binaires et de 0 (peut-être à venir à partir de votre ordinateur personnel) à un signal analogique et continu (pour faire fonctionner votre moteur à courant continu dans votre jouet de contrôle à distance). L'appareil dispose de vastes applications en robotique, un téléviseur haute définition, et les téléphones cellulaires.

Cet exemple est simplifié en se concentrant sur les dispositifs 3-bit (même si la plupart des applications utilisent DAC de 8 à 24 bits). CNA ont une tension de sortie vo avec un nombre d'entrées numériques (b0, b1, b2), Avec une tension de référence VREF. Ici vous voyez un schéma de principe d'une entrée 3-bit.

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L'équation suivante vous donne la relation entre l'entrée numérique et la sortie analogique:

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Bit b2 est le bit le plus significatif (MSB), car il est pondéré par le plus grand poids dans le peu l'été b0 est le bit le moins significatif (LSB), car il a le plus petit poids.

Pour mettre en œuvre un DAC, vous pouvez utiliser un été inverser, comme indiqué dans la figure. On trouvera également les entrées numériques qui peuvent avoir un seul des deux valeurs de tension: A numérique 1 est égal à VREF, et un convertisseur numérique 0 est égal à 0 volts.

Les entrées v1, v2, et v3 à l'été sont pondérés de manière appropriée pour vous donner la tension de sortie vO sur la base des trois entrées. Entrée v1 a le plus de poids, et l'entrée v3 a le moins.


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