Коло диференцијалног појачала или напона одузимача

Оп-ампери су првобитно развијени за аналогне математичке прорачуне, од тада су се данас показали корисним у многим дизајнерским апликацијама. Као што су моји професори с правом рекли, оп-појачала су аритметички калкулатори напона, они могу да изврше сабирање две задате вредности напона помоћу кола сумирајућег појачала и разлике између две вредности напона помоћу диференцијалног појачала. Поред тога, Оп-појачало се такође често користи као инверзна појачала и неинвертујућа појачала.

Већ смо научили како можемо да користимо Оп-појачало као збрајач напона или збрајно појачало, па ћемо у овом упутству научити како користити оп-појачало као диференцијално појачало за проналажење разлике напона између две вредности напона. Такође се назива и одузимач напона. Такође ћемо испробати круг одузимача напона на плочи и проверити да ли круг ради како се очекивало.

Основе оп-амп-а

Пре него што заронимо у диференцијална Оп-појачала, прођимо брзо кроз основе Оп-појачала. Оп-Амп је пет терминалних уређаја (један пакет) са два терминала (Вс +, Вс-) за напајање уређаја. Од преостала три терминала два (В +, В-) се користе за сигнале који се називају Инвертујући и Неинвертујући терминал, а преостали (Воут) је излазни терминал. Основни симбол Оп-појачала приказан је испод.

Рад Оп-појачала је врло једноставан, он узима различити напон са два пина (В +, В-), појачава га за вредност појачања и даје као излазни напон (Воут). Појачање Оп-појачала може бити врло велико што га чини погодним за аудио апликације. Увек имајте на уму да улазни напон Оп-појачала треба да буде мањи од његовог радног напона. Да бисте сазнали више о оп-амп-у, проверите његову примену у разним круговима заснованим на оп-амп-у.

За идеално Оп-појачало, улазна импеданса ће бити врло висока, тј. Струја неће улазити или излазити из Оп-појачала кроз улазне пинове (В +, В-). Да бисмо разумели рад оп-амп-а, можемо опћенито сврстати оп-амп кругове у отворену и затворену петљу.

Оп-амп Круг отворене петље (компаратори)

У кругу оп-ампера отворене петље, излазни пин (Воут) није повезан ни са једним улазним пином, односно повратне информације нису обезбеђене. У таквим условима отворене петље оп-амп ради као упоређивач. Једноставан компаратор оп-амп је приказан испод. Приметите да Воут пин није повезан са улазним пиновима В1 или В2.

У овом стању, ако је напон који се напаја на В1 већи од В2, излазни Воут ће бити висок. Исто тако ако су напони напајани на В2 већи од В1, тада ће излазни Воут пасти на низак ниво.

Оп-амп круг затворене петље (појачала)

У склопу оп-ампера затворене петље излазни пин оп-ампера је повезан са било којим улазним пином да би се обезбедиле повратне информације. Ова повратна спрега се назива веза затворене петље. Током затворене петље Оп-појачало ради као појачало, у овом режиму оп-појачало проналази мноштво корисних апликација попут бафера, следбеника напона, Инвертујућег појачала, Неинвертујућег појачала, Збирног појачала, Диференцијалног појачала, Одузимача напона итд. Воут пин је повезан са инвертујућим терминалом, тада се назива коло негативне повратне спреге (приказано доле), а ако је повезан са неинвертујућим терминалом, назива се позитивним кругом повратне спреге.

Диференцијално појачало или одузимач напона

Сада ћемо ући у нашу тему, Диференцијално појачало. Диференцијално појачало у основи узима две вредности напона, проналази разлику између ове две вредности и појачава је. Добијени напон се може добити из излазног пина. Основни круг диференцијалног појачала приказан је испод.

Али сачекајте !, није ли то оно што Оп-Амп подразумевано ради чак и када нема повратне информације, потребна су два улаза и дају њихове разлике на излазном пину. Зашто су нам онда потребни сви ови отмени отпорници?

Па да, али оп-појачало када се користи у отвореној петљи (без повратне информације) имаће врло висок неконтролисан добитак, што практично није корисно. Дакле, користимо горњи дизајн за подешавање вредности појачања помоћу отпорника у негативној повратној петљи. У нашем колу изнад отпора Р3 делује као отпорник са негативном повратном спрегом и отпорници Р2 и Р4 чине потенцијални делилац. Вредност добитка се може подесити употребом праве вредности отпорника.

Како подесити појачање диференцијалног појачала?

Излазни напон диференцијално појачало приказан горе може дати у доњој формули

Воут = -В1 (Р3 / Р1) + В2 (Р4 / (Р2 + Р4)) ((Р1 + Р3) / Р1)

Горња формула је добијена из преносне функције горњег кола коришћењем теореме о суперпозицији. Али, немојмо пуно улазити у то. Горњу једначину можемо даље поједноставити разматрањем Р1 = Р2 и Р3 = Р4. Па ћемо добити

Воут = (Р3 / Р1) (В2-В1) када је Р1 = Р2 и Р3 = Р4

Из горње формуле можемо закључити да ће однос између Р3 и Р1 бити једнак појачању појачала.

Добитак = Р3 / Р1

Заменимо сада вредности отпорника за горњи круг и проверимо да ли круг ради како се очекивало.

Симулација кола диференцијалног појачала

Вредност отпорника коју сам изабрао је 10к за Р1 и Р2 и 22к за Р3 и Р4. Симулација кола за исти је приказана у наставку.

У сврху симулације испоручио сам 4В за В2 и 3,6В за В1. Отпорници 22к и 10к према формулама поставиће појачање од 2,2 (22/10). Дакле, одузимање ће бити 0,4 В (4-3,6) и помножиће се са вредношћу појачања 2,2, тако да ће резултујући напон бити 0,88 В, као што је приказано у горњој симулацији. Потврдимо такође исто користећи формулу о којој смо раније разговарали.

Воут = (Р3 / Р1) (В2-В1) када је Р1 = Р2 и Р3 = Р4 = (22/10) (4-3.6) = (2.2) к (0.4) = 0.88в

Тестирање круга диференцијалног појачала на хардверу

А сада на забавни део, хајде да заправо направимо исти круг на плочи и проверимо да ли смо у стању да постигнемо исте резултате. Користим ЛМ324 Оп-Амп за израду струјног круга и користим модул за напајање Бреадбоард који смо раније направили. Овај модул може да обезбеди излаз од 5 В и 3,3 В, тако да користим напонску шину од 5 В за напајање опционог појачавача и 3.3 В мрежну шину као В1. Тада сам користио свој РПС (регулисано напајање) да бих осигурао 3,7 В на пин В2. Разлика између напона је 0,4 и имамо добитак од 2,2 што би требало да нам да 0,88 В и управо то сам и добио. На доњој слици је приказано подешавање и мултиметар са очитавањем 0,88В на њему.

То доказује да је наше разумевање диференцијалног оп-појачала тачно и сада знамо како да га сами дизајнирамо са потребном вредношћу појачања. Комплетан рад се такође може наћи у видеу датом у наставку. Ови кругови се чешће користе у апликацијама за контролу јачине звука.

Али, с обзиром да коло има отпорнике на страни улазног напона (В1 и В2), то не даје врло високу улазну импедансу, а такође има и високи заједнички модусни добитак што доводи до ниског ЦМРР односа. Да би се превазишли ови недостаци, постоји импровизована верзија диференцијалног појачала која се назива инструментационо појачало, али оставимо то за други водич.

Надам се да сте разумели упутство и уживали сте у учењу о диференцијалним појачалима. Ако имате питања, оставите их у одељку за коментаре или користите форуме за више техничких питања и бржи одговор.