Dispozitiv pentru testarea amplificatoarelor operaționale. Verificarea functionalitatii amplificatoarelor operationale. Schema, descriere. Model de amplificator operațional ideal și real

În practica radioamatorilor, este adesea necesar să se utilizeze amplificatoare operaționale extrase din modele vechi sau plăci de circuite imprimate. După cum arată practica, nu este de prisos să verificați microcircuitele achiziționate pe piața radio.
Prima metodă testarea se bazează pe utilizarea unui amplificator operațional ca adept de tensiune. Să o luăm în considerare folosind exemplul celui mai simplu op-amp cu corecție internă LM358N.

Conexiunea pinilor externi este prezentată în Fig. 1 și în Fig. 2 - schema de testare. Pentru a instala op-amp, se folosește o priză DIP-8, dar poate fi folosit și DIP-14/I6. Toate piesele sunt atașate la priză cu cele mai scurte cabluri posibile. Deoarece un pachet LM358N conține două amplificatoare operaționale, verificați mai întâi pe primul (pinii 1, 2, 3). și apoi al doilea (5, 6, 7). Condensatorul SZ este montat direct pe priză. Apoi, asamblați circuitul de testare din Fig. 2 și furnizați-i energie. Rezistorul R2 este utilizat dacă sursa de alimentare utilizată nu are reglarea curentului de protecție.

Dacă este, atunci R2 nu este instalat, dar curentul de protecție a sursei de alimentare este pornit la valoarea curentului de scurtcircuit. 10...20 mA. Un voltmetru PV cu tensiune constantă cu o limită de 20 V este conectat la ieșirea amplificatorului operațional. În unele cazuri, este posibil ca elementele R1, CI, C2 să nu fie instalate. După pornire, mutam SA1 dintr-o poziție în alta și observăm voltmetrul. Dacă amplificatorul operațional funcționează corect, atunci în poziția „1” a comutatorului voltmetrul ar trebui să arate aproape tensiunea de alimentare, iar în poziția „O” - aproape de zero.
A doua metodă testarea se bazează pe circuitul de comutare al amplificatorului operațional ca comparator, adică compararea a două tensiuni (Fig. 3). Cerințele de instalare pentru acest circuit sunt aceleași cu cel precedent. Folosind R1, se setează o tensiune de câțiva volți, care este controlată de un voltmetru de înaltă rezistență PV1. Aproximativ aceeași tensiune trebuie setată cu rezistența R2, care este, de asemenea, controlată de PV2 de înaltă rezistență.

Tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional este controlată de un voltmetru PV3, iar pentru un amplificator operațional funcțional se va schimba brusc de la alimentare practic la aproape zero cu o mișcare ușoară a motorului R1 într-o direcție sau alta. Puteți alege orice valori ale rezistențelor R1, R2 în intervalul de la 10 kOhm la 1 MOhm, dar trebuie să fie aceleași. Desigur, nu este deloc necesar să folosiți trei voltmetre în circuitul considerat, acesta poate fi unul, conectat alternativ în trei puncte;
În concluzie, observăm că cea de-a doua schemă este mai universală, deoarece vă permite să testați amplificatoare operaționale care nu conțin corecție încorporată („anti-excitație”), fără a instala acestea din urmă cu elemente externe.

Vladislav Artemenko, UT5UDJ, Kiev

La configurarea diferitelor circuite folosind amplificatoare operaționale (amplificatoare operaționale), devine necesar să se verifice mai întâi, înainte de a-l instala pe placă, funcționarea amplificatorului operațional conform principiului trecere/eșec. După cum se poate observa din diagrama prezentată în Fig. 1, amplificatorul operațional testat este conectat printr-un adept de tensiune, a cărui intrare neinversătoare este alimentată cu tensiune de la ieșirea amplificatorului printr-un lanț cu trei zale RC rețea cu patru terminale cu defazaj zero.

Acest generator produce oscilații apropiate de formă dreptunghiulară. Deoarece curentul de ieșire al unui amplificator operațional utilizat pe scară largă este de obicei insuficient pentru ca LED-urile să strălucească puternic, la ieșirea amplificatorului operațional este pornit un amplificator de curent, realizat într-un circuit cu doi pini, folosind tranzistori cu diferite tipuri de conductivitate. . Când amplificatorul operațional funcționează corect, LED-urile se aprind alternativ. Dacă unul dintre LED-uri este aprins, atunci amplificatorul este inutilizabil.
Pentru alimentarea circuitului, este utilizată o sursă de alimentare bipolară cu o tensiune nominală pentru majoritatea tipurilor de amplificatoare operaționale.
În acest circuit, puteți verifica amplificatoarele operaționale KR140UD608 (K140UD6), KR140UD708 (K140UD7), K140UD18, K544UD1, precum și altele, ținând cont de pinout și, dacă este necesar, de circuitele de corecție a frecvenței.
Circuitul de testare poate fi montat pe o placă de circuit imprimat din fibră de sticlă folie cu o singură față cu dimensiunile 55x42,5 mm și grosimea de 1,5 mm. Locația căilor conductoare pe placă și elementele radio este prezentată în Fig. 2. Elemente pasive de orice tip, de exemplu, condensatoare C1.C3 tip K73-17, condensatoare C4, C5 tip K10-17, rezistențe cu o putere de 0,125 sau 0,25 W. LED-uri de orice tip de radiație vizibilă cu orice culoare strălucitoare. Luminozitatea strălucirii este setată selectând R4.
Acest circuit poate fi folosit ca „intermitent” chiar și cu lămpi cu incandescență.
Pentru a face acest lucru, dacă este necesar, tranzistoarele VT1, VT2 sunt realizate sub formă de compozite, iar tensiunea de alimentare este selectată pentru tipul de lămpi utilizate.
Literatură RADIOAMATOR 6.2000

• Articole înrudite

Conectați-vă folosind:

Articole aleatorii

• 05.10.2014

  Acest preamplificator este simplu și are parametri buni. Acest circuit se bazează pe TCA5550, care conține un amplificator dublu și ieșiri pentru controlul și egalizarea volumului, înalte, bass, volum, echilibru. Circuitul consumă foarte puțin curent. Regulatoarele trebuie să fie amplasate cât mai aproape de cip pentru a reduce interferența, interferența și zgomotul. Baza elementului R1-2-3-4=100 Kohmi C3-4=100nF …

• 16.11.2014

  Figura prezintă circuitul unui amplificator simplu de 2 wați (stereo). Circuitul este ușor de asamblat și are un cost redus. Tensiune de alimentare 12 V. Rezistenta de sarcina 8 Ohmi. Desen PCB circuit amplificator (stereo)

• 20.09.2014

  Semnificația sa este diferită pentru diferite modele de hard disk. Spre deosebire de formatarea la nivel înalt - crearea de partiții și structuri de fișiere, formatarea la nivel scăzut înseamnă aspectul de bază al suprafețelor discului. Pentru hard disk-urile de model inițial care au fost furnizate cu suprafețe curate, o astfel de formatare creează numai sectoare de informații și poate fi efectuată de controlerul hard disk-ului sub controlul programului corespunzător. ...

Au început adesea să-mi pună întrebări despre electronica analogică. Sesiunea i-a luat pe studenți de la sine înțeles? ;) Bine, este timpul pentru o mică activitate educațională. În special, cu privire la funcționarea amplificatoarelor operaționale. Ce este, cu ce se mănâncă și cum se calculează.

Ce este asta
Un amplificator operațional este un amplificator cu două intrări, niciodată... hmm... câștig mare de semnal și o ieșire. Aceste. avem U out = K*U in și K este în mod ideal egal cu infinitul. În practică, desigur, cifrele sunt mai modeste. Să zicem 1.000.000 Dar chiar și astfel de numere îți supără mintea când încerci să le aplici direct. Prin urmare, ca la grădiniță, un brad, doi, trei, mulți brazi de Crăciun - avem o mulțime de întăriri aici;) Și asta este tot.

Și sunt două intrări. Și una dintre ele este directă, iar cealaltă este inversă.

În plus, intrările sunt de înaltă impedanță. Aceste. impedanța lor de intrare este infinită în cazul ideal și FOARTE mare în cazul real. Numărul de acolo ajunge la sute de MegaOhmi, sau chiar gigaohmi. Aceste. măsoară tensiunea la intrare, dar are un efect minim asupra acesteia. Și putem presupune că nu curge curent în amplificatorul operațional.

Tensiunea de ieșire în acest caz se calculează astfel:

U out =(U 2 -U 1)*K

Evident, dacă tensiunea la intrarea directă este mai mare decât la intrarea inversă, atunci ieșirea este plus infinit. Altfel, va fi minus infinitul.

Desigur, într-un circuit real nu vor exista infinitate plus și minus, iar acestea vor fi înlocuite cu cea mai mare și mai mică tensiune de alimentare posibilă a amplificatorului. Și vom obține:

Comparator
Un dispozitiv care vă permite să comparați două semnale analogice și să dați un verdict - care semnal este mai mare. Deja interesant. Puteți veni cu o mulțime de aplicații pentru el. Apropo, același comparator este încorporat în majoritatea microcontrolerelor și am arătat cum să-l folosesc folosind exemplul AVR în articole despre creație. Comparatorul este, de asemenea, excelent pentru a crea .

Dar problema nu se limitează la un singur comparator, pentru că dacă introduci feedback, atunci se pot face multe de la amplificatorul operațional.

Feedback
Dacă luăm un semnal de la ieșire și îl trimitem direct la intrare, atunci va apărea feedback.

Feedback pozitiv
Să luăm și să conducem semnalul direct de la ieșire la intrarea directă.

• Tensiunea U1 este mai mare decât zero - ieșirea este de -15 volți
• Tensiunea U1 este mai mică decât zero - ieșirea este de +15 volți

Ce se întâmplă dacă tensiunea este zero? În teorie, ieșirea ar trebui să fie zero. Dar, în realitate, tensiunea nu va fi NICIODATĂ zero. La urma urmei, chiar dacă sarcina celui din dreapta depășește sarcina celui din stânga unul câte un electron, atunci acest lucru este deja suficient pentru a conduce potențialul la ieșire la un câștig infinit. Și la ieșire va începe tot iadul - semnalul sare ici și colo cu viteza perturbărilor aleatorii induse la intrările comparatorului.

Pentru a rezolva această problemă, se introduce histerezisul. Aceste. un fel de decalaj între trecerea de la o stare la alta. Pentru a face acest lucru, se introduce feedback pozitiv, astfel:

Presupunem că în acest moment există +10 volți la intrarea inversă. Ieșirea de la amplificatorul operațional este de minus 15 volți. La intrarea directă nu mai este zero, ci o mică parte din tensiunea de ieșire de la divizor. Aproximativ -1,4 volți Acum, până când tensiunea de la intrarea inversă scade sub -1,4 volți, ieșirea amplificatorului operațional nu își va schimba tensiunea. Și de îndată ce tensiunea scade sub -1,4, ieșirea amplificatorului operațional va crește brusc la +15 și va exista deja o polarizare de +1,4 volți la intrarea directă.

Și pentru a schimba tensiunea la ieșirea comparatorului, semnalul U1 va trebui să crească cu până la 2,8 volți pentru a ajunge la nivelul superior de +1,4.

Apare un fel de gol acolo unde nu există sensibilitate, între 1,4 și -1,4 volți. Lățimea decalajului este controlată de rapoartele rezistențelor din R1 și R2. Tensiunea de prag este calculată ca Uout/(R1+R2) * R1 Să presupunem că 1 până la 100 va da +/-0,14 volți.

Dar totuși, amplificatoarele operaționale sunt mai des folosite în modul feedback negativ.

Feedback negativ
Bine, hai să o spunem altfel:

În cazul feedback-ului negativ, amplificatorul operațional are o proprietate interesantă. Acesta va încerca întotdeauna să-și ajusteze tensiunea de ieșire astfel încât tensiunile la intrări să fie egale, rezultând o diferență zero.
Până nu am citit asta în marea carte a camarazilor Horowitz și Hill, nu am putut intra în munca OU. Dar s-a dovedit a fi simplu.

Repetitor
Și avem un repetor. Aceste. la intrarea U 1, la intrarea inversă U out = U 1. Ei bine, se dovedește că U out = U 1.

Întrebarea este de ce avem nevoie de o asemenea fericire? A fost posibil să se conecteze direct firul și nu ar fi nevoie de amplificator operațional!

Este posibil, dar nu întotdeauna. Să ne imaginăm această situație: există un senzor realizat sub forma unui divizor rezistiv:

Rezistența mai mică își schimbă valoarea, distribuția tensiunilor de ieșire de la divizor se modifică. Și trebuie să luăm citiri din el cu un voltmetru. Dar voltmetrul are propria rezistență internă, deși mare, dar va schimba citirile de la senzor. Mai mult, ce se întâmplă dacă nu vrem un voltmetru, dar vrem ca becul să schimbe luminozitatea? Nu mai există nicio modalitate de a conecta un bec aici! Prin urmare, tamponăm ieșirea cu un amplificator operațional. Rezistența sa de intrare este uriașă și influența sa va fi minimă, iar ieșirea poate furniza un curent destul de vizibil (zeci de miliamperi sau chiar sute), care este suficient pentru a funcționa becul.
În general, puteți găsi aplicații pentru un repetor. Mai ales în circuitele analogice de precizie. Sau unde circuitele unei etape pot afecta funcționarea alteia, pentru a le separa.

Amplificator
Acum să facem o feșă cu urechile noastre - luați feedback-ul nostru și conectați-l la pământ printr-un divizor de tensiune:

Acum jumătate din tensiunea de ieșire este furnizată la intrarea inversă. Dar amplificatorul mai trebuie să egalizeze tensiunile la intrările sale. Ce va trebui să facă? Așa este - ridicați tensiunea la ieșire de două ori mai mare decât înainte pentru a compensa divizorul rezultat.

Acum va fi U 1 pe linie dreaptă. Pe invers U out /2 = U 1 sau U out = 2*U 1.

Dacă punem un divizor cu un raport diferit, situația se va schimba în același mod. Pentru a nu trebui să vă întoarceți formula divizorului de tensiune în minte, o voi da imediat:

U out = U 1 *(1+R 1 /R 2)

Este mnemonic să ne amintim ceea ce este împărțit în ceea ce este foarte simplu:

Se pare că semnalul de intrare trece printr-un lanț de rezistențe R 2, R 1 în U afară. În acest caz, intrarea directă a amplificatorului este setată la zero. Să ne amintim de obiceiurile amplificatorului operațional - acesta va încerca, prin cârlig sau prin escroc, să se asigure că la intrarea sa inversă este generată o tensiune egală cu intrarea directă. Aceste. zero. Singura modalitate de a face acest lucru este să reduceți tensiunea de ieșire sub zero, astfel încât să apară un zero în punctul 1.

Aşa. Să ne imaginăm că U out =0. Încă este zero. Și tensiunea de intrare, de exemplu, este de 10 volți în raport cu U out. Un divizor al lui R 1 și R 2 îl va împărți în jumătate. Astfel, la punctul 1 sunt cinci volți.

Cinci volți nu sunt zero și amplificatorul operațional își scade puterea până când punctul 1 este zero. Pentru a face acest lucru, ieșirea ar trebui să devină (-10) volți. În acest caz, raportat la intrare, diferența va fi de 20 volți, iar divizorul ne va furniza exact 0 la punctul 1. Avem un invertor.

Dar putem alege și alte rezistențe, astfel încât divizorul nostru să producă diferiți coeficienți!
În general, formula câștigului pentru un astfel de amplificator va fi următoarea:

U out = - U in * R 1 / R 2

Ei bine, o imagine mnemonică pentru memorarea rapidă a xy din xy.

Să presupunem că U 2 și U 1 au 10 volți fiecare. Apoi, la al 2-lea punct vor fi 5 volți. Și ieșirea va trebui să devină astfel încât la primul punct să fie și 5 volți. Adică zero. Deci, se dovedește că 10 volți minus 10 volți este egal cu zero. Asta e corect :)

Dacă U 1 devine 20 volți, atunci ieșirea va trebui să scadă la -10 volți.
Faceți singuri calculele - diferența dintre U 1 și U out va fi de 30 de volți. Curentul prin rezistorul R4 va fi (U 1 -U afară)/(R 3 +R 4) = 30/20000 = 0,0015A, iar căderea de tensiune la rezistorul R 4 va fi R 4 *I 4 = 10000 * 0,0015 = 15 volți. Scădeți căderea de 15 volți din căderea de intrare de 20 și obțineți 5 volți.

Astfel, amplificatorul nostru operațional a rezolvat o problemă aritmetică din 10 scăzut 20, rezultând -10 volți.

Mai mult, problema conține coeficienți determinați de rezistențe. Doar că, pentru simplitate, am ales rezistențe de aceeași valoare și, prin urmare, toți coeficienții sunt egali cu unul. Dar, de fapt, dacă luăm rezistențe arbitrare, atunci dependența ieșirii de intrare va fi astfel:

U out = U 2 *K 2 - U 1 *K 1

K2 = ((R 3 +R 4) * R 6) / (R 6 +R 5)*R 4
K1 = R3/R4

Tehnica mnemonică pentru amintirea formulei de calcul a coeficienților este următoarea:
Exact conform schemei. Numătorul fracției este în partea de sus, așa că adunăm rezistențele superioare din circuitul de curgere a curentului și înmulțim cu cea inferioară. Numitorul este mai jos, așa că adunăm rezistențele inferioare și înmulțim cu cea de sus.

Totul este simplu aici. Deoarece punctul 1 este redus constant la 0, atunci putem presupune că curenții care curg în el sunt întotdeauna egali cu U/R, iar curenții care intră în nodul numărul 1 sunt însumați. Raportul dintre rezistența de intrare și rezistența de feedback determină greutatea curentului de intrare.

Pot fi câte crengi vrei, dar am desenat doar două.

U out = -1(R 3 *U 1 /R 1 + R 3 *U 2 /R 2)

Rezistoarele de la intrare (R 1, R 2) determină cantitatea de curent și, prin urmare, greutatea totală a semnalului de intrare. Dacă faceți toate rezistențele egale, ca și ale mele, atunci greutatea va fi aceeași, iar factorul de multiplicare al fiecărui termen va fi egal cu 1. Și U out = -1(U 1 + U 2)

Adder care nu se inversează
Totul este puțin mai complicat aici, dar este similar.

Uout = U 1 *K 1 + U 2 *K 2

K1 = R5/R1
K2 = R5/R2

În plus, rezistențele din feedback trebuie să fie astfel încât să se respecte ecuația R 3 / R 4 = K 1 + K 2

În general, puteți face orice matematică folosind amplificatoare operaționale, puteți adăuga, înmulți, împărți, calcula derivate și integrale. Și aproape instantaneu. Calculatoarele analogice sunt realizate folosind amplificatoare operaționale. Am văzut chiar una dintre acestea la etajul cinci al SUSU - un prost cât o jumătate de cameră. Mai multe dulapuri metalice. Programul este tastat prin conectarea diferitelor blocuri cu fire :)

Amplificatoarele operaționale (OA) sunt utilizate pe scară largă de radioamatorii în proiectarea diferitelor dispozitive radio. Mai mult, având în vedere costul în creștere al elementelor radio și lipsa acestora, uneori este necesar să se utilizeze microcircuite care au fost deja folosite anterior în muncă. Pentru a fi sigur de adecvarea unui astfel de amplificator operațional, ar trebui verificat, de exemplu, folosind sonda descrisă în [L].
Cu toate acestea, testele practice ale acestui dispozitiv au arătat că la testarea unor serii de amplificatoare operaționale (cum ar fi KR544UD1B, K153UD2), sonda semnalează întotdeauna o defecțiune a acestor microcircuite, indiferent de starea lor.
După ce am analizat funcționarea dispozitivului și modurile de funcționare ale amplificatorului operațional, am reușit să aflu motivul acestui „comportament” selectiv al sondei și, prin eliminarea acestuia, am extins semnificativ gama de amplificatoare testate.
Diagrama schematică a sondei modernizate este prezentată în Fig. 1. În practică, nu este mult diferit de predecesorul său: diodele VD2-VD4 sunt incluse în circuitul de bază al tranzistorului VT1, iar valorile unor rezistențe au fost modificate.

Fig.1 Diagrama schematică

Amplificatorul operațional testat este conectat la prizele conectorului X1 (conexiunea amplificatorului operațional K140UD2 este prezentată ca exemplu). Această includere formează un generator de relaxare care produce impulsuri dreptunghiulare (meadru) cu o frecvență de 1...2 Hz. Tensiunea de alimentare este furnizată generatorului de la stabilizatorul parametric R1VD1.
Dacă amplificatorul operațional se dovedește a fi potrivit, generatorul va începe să funcționeze, iar LED-ul HL1 va clipi în timp cu frecvența impulsurilor generate.
Dacă amplificatorul operațional testat se dovedește a fi inutilizabil, generatorul nu va funcționa, iar LED-ul, în funcție de cauza defecțiunii amplificatorului, fie se va aprinde continuu, fie nu se va aprinde deloc.
Care este motivul pentru care la testarea amplificatoarelor operaționale adecvate din seria KR544UD1B, K153UD2 cu o sondă [L], LED-ul HL1 a semnalat o defecțiune a amplificatoarelor?
Când luați o oscilogramă în punctul „a”, este clar că tensiunea minimă (U2, Fig. 2, a) a impulsurilor generate este prea mare în valoare absolută pentru a închide tranzistorul structurii n-p-n (în funcție de seria de op-amps, această tensiune poate atinge o valoare de 2 V): U2 > U1, unde U1 este tensiunea de prag la care se deschide joncțiunea emițătorului tranzistorului. Prin urmare, în ciuda faptului că generatorul funcționează (deoarece microcircuitul funcționează), tranzistorul VT1 este deschis în mod constant, iar LED-ul HL1 este aprins, indicând faptul că microcircuitul este inutilizabil.

Fig.2

Pentru a reduce tensiunea la punctul „a”, diodele VD2-VD4 sunt incluse în circuitul de bază al tranzistorului VT1. Acum oscilograma în acest punct are forma prezentată în Fig. 2b: tensiunea minimă a impulsurilor generate este mai mică decât valoarea de prag a joncțiunii emițătorului tranzistorului. Tranzistorul se va deschide și se va închide, iar LED-ul va clipi la frecvența impulsurilor generate.
În sondă, pe lângă cele indicate în diagramă, puteți utiliza tranzistori KT312A-KT312V, KT315A, KT315V-KT315I, KT503A-KT503E, diode KD521A-KD521G, KD103A, KD103A, KD103A, KD103A, panou de montare KD103B, Connector D81 Zener dio - montare D81 Zener G. pentru microcircuite, carcasă tip 21 03.16 .
Părțile dispozitivului sunt așezate pe o placă de circuit imprimat (Fig. 3), realizată dintr-o folie laminată din fibră de sticlă cu o grosime de 1...1,5 mm.
O sondă asamblată corect nu necesită ajustare.
Folosind o sondă, puteți verifica aproape toate amplificatoarele operaționale cele mai utilizate în practică, cu excepția celor a căror rezistență de ieșire este comparabilă sau depășește rezistența rezistorului R7, de exemplu, amplificatoarele operaționale de microputere K140UD12, K153UD4.

Fig.3

LITERATURĂ
Kozlov F., Prilepko A. „Cube” pentru testarea amplificatoarelor operaționale. - Radio. 1986, nr. 11, p. 59.

Sursa: Radio Nr 5, 1994, p.29.