- Asas Op-Amp
- Litar gelung terbuka Op-amp (Perbandingan)
- Litar gelung tertutup Op-amp (Penguat)
- Penguat Pembezaan atau Pengurang Voltan
- Bagaimana menetapkan keuntungan penguat pembezaan?
- Simulasi litar Penguat Pembezaan
- Menguji Litar Penguat Pembezaan pada Perkakasan
Op-Amps pada mulanya dikembangkan untuk pengiraan matematik Analog, sejak saat ini ia terbukti berguna dalam banyak aplikasi reka bentuk. Seperti yang dikatakan oleh profesor saya, op-amp adalah kalkulator voltan aritmetik, mereka boleh melakukan penambahan dua nilai voltan yang diberikan menggunakan litar Summing Amplifier dan perbezaan antara dua nilai voltan menggunakan Penguat Pembezaan. Selain itu Op-Amp juga biasa digunakan sebagai Penguat Pembalik dan Penguat Tidak Terbalik.
Kami telah belajar bagaimana kita dapat menggunakan Op-Amp sebagai Voltage Adder atau Summing Amplifier, jadi dalam tutorial ini kita akan belajar bagaimana menggunakan op-amp sebagai Penguat pembezaan untuk mencari perbezaan voltan antara dua nilai voltan. Ia juga dinamakan Voltage Subtractor. Kami juga akan mencuba litar pengurang voltan di papan roti dan memeriksa sama ada litar berfungsi seperti yang diharapkan.
Asas Op-Amp
Sebelum kita menyelami Op-amp pembezaan, mari kita cepat-cepat mempelajari asas-asas Op-Amp. Op-Amp adalah peranti lima terminal (satu paket) dengan dua terminal (Vs +, Vs-) untuk menghidupkan peranti. Dari baki tiga terminal dua (V +, V-) digunakan untuk isyarat yang disebut terminal Pembalik dan Bukan Pembalik dan yang lain (Vout) adalah terminal output. Simbol asas Op-Amp ditunjukkan di bawah.
Pengoperasian Op-Amp sangat sederhana, ia memerlukan voltan berbeza dari dua pin (V +, V-), memperkuatnya dengan nilai Gain dan memberikannya sebagai voltan output (Vout). Keuntungan Op-Amp boleh menjadi sangat tinggi menjadikannya sesuai untuk aplikasi audio. Sentiasa ingat bahawa voltan input Op-Amp mestilah kurang daripada voltan operasi. Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai op-amp, periksa aplikasinya dalam pelbagai rangkaian berasaskan op-amp.
Untuk Op-Amp Ideal impedans input akan sangat tinggi, tidak ada arus yang akan mengalir masuk atau keluar Op-Amp melalui pin Input (V +, V-). Untuk memahami cara kerja op-amp, kita secara luas dapat mengkategorikan rangkaian op-amp sebagai gelung terbuka dan gelung tertutup.
Litar gelung terbuka Op-amp (Perbandingan)
Dalam litar op-amp gelung terbuka, pin output (Vout) tidak disambungkan dengan pin input mana pun, tidak ada maklum balas yang diberikan. Dalam keadaan gelung terbuka seperti itu, op-amp berfungsi sebagai pembanding. Pembanding op-amp ringkas ditunjukkan di bawah. Perhatikan bahawa pin Vout tidak dihubungkan dengan pin input V1 atau V2.
Dalam keadaan ini, jika voltan yang dibekalkan ke V1 lebih besar daripada V2 maka output Vout akan menjadi tinggi. Begitu juga jika voltan yang dibekalkan ke V2 lebih besar daripada V1 maka output Vout akan menjadi rendah.
Litar gelung tertutup Op-amp (Penguat)
Dalam litar op-amp gelung tertutup pin output op-amp dihubungkan dengan salah satu pin input untuk memberikan maklum balas. Maklum balas ini dipanggil sebagai sambungan gelung tertutup. Semasa gelung tertutup, Op-amp berfungsi sebagai penguat, semasa mod ini op-amp menemui banyak aplikasi berguna seperti penyangga, pengikut voltan, Penguat Pembalik, penguat Tidak Membalikkan, penguat Summing, Penguat pembezaan, pengurang voltan dll. pin Vout disambungkan ke terminal Pembalik maka ia dipanggil sebagai litar maklum balas negatif (ditunjukkan di bawah) dan jika disambungkan ke terminal Tidak Membalikkan ia dipanggil sebagai litar maklum balas positif.
Penguat Pembezaan atau Pengurang Voltan
Sekarang mari kita masuk ke topik kita, Penguat Pembezaan. Penguat pembezaan pada dasarnya mengambil dua nilai voltan, mencari perbezaan antara dua nilai ini dan menguatkannya. Voltan yang dihasilkan dapat diperoleh dari pin output. Litar penguat Pembezaan asas ditunjukkan di bawah.
Tetapi tunggu!, Bukankah ini yang dilakukan oleh Op-Amp secara lalai walaupun tidak mempunyai maklum balas, ia memerlukan dua input dan memberikan perbezaannya pada pin output. Lalu mengapa kita memerlukan semua perintang mewah ini?
Baiklah, tetapi op-amp apabila digunakan dalam gelung terbuka (tanpa maklum balas) akan mempunyai keuntungan yang tidak terkawal yang sangat tinggi yang praktikalnya tidak berguna. Oleh itu, kami menggunakan reka bentuk di atas untuk menetapkan nilai keuntungan menggunakan perintang dalam gelung maklum balas negatif. Dalam litar kami di atas perintang R3 bertindak sebagai perintang maklum balas negatif dan perintang R2 dan R4 membentuk pembahagi berpotensi. Nilai gandaan dapat ditetapkan dengan menggunakan nilai perintang yang tepat.
Bagaimana menetapkan keuntungan penguat pembezaan?
The voltan output penguat beza ditunjukkan di atas boleh diberikan oleh formula berikut
Vout = -V1 (R3 / R1) + V2 (R4 / (R2 + R4)) ((R1 + R3) / R1)
Rumus di atas diperoleh daripada fungsi pemindahan litar di atas menggunakan teorema superposisi. Tetapi jangan sampai kita memahami perkara itu. Kita dapat mempermudah persamaan di atas dengan mempertimbangkan R1 = R2 dan R3 = R4. Jadi kita akan dapat
Vout = (R3 / R1) (V2-V1) apabila R1 = R2 dan R3 = R4
Dari rumus di atas kita dapat menyimpulkan bahawa nisbah antara R3 dan R1 akan sama dengan keuntungan penguat.
Keuntungan = R3 / R1
Sekarang, mari kita ganti nilai perintang untuk litar di atas dan periksa sama ada litar berfungsi seperti yang diharapkan.
Simulasi litar Penguat Pembezaan
Nilai perintang yang telah saya pilih ialah 10k untuk R1 dan R2 dan 22k untuk R3 dan R4. Simulasi litar untuk yang sama ditunjukkan di bawah.
Untuk tujuan simulasi, saya telah membekalkan 4V untuk V2 dan 3.6V untuk V1. Perintang 22k dan 10k mengikut formula akan menetapkan kenaikan 2.2 (22/10). Jadi pengurangan akan menjadi 0.4V (4-3.6) dan ia akan dikalikan dengan nilai keuntungan 2.2 sehingga voltan yang dihasilkan akan menjadi 0.88V seperti yang ditunjukkan dalam simulasi di atas. Mari kita sama-sama mengesahkannya dengan menggunakan formula yang telah kita bincangkan sebelumnya.
Vout = (R3 / R1) (V2-V1) apabila R1 = R2 dan R3 = R4 = (22/10) (4-3.6) = (2.2) x (0.4) = 0.88v
Menguji Litar Penguat Pembezaan pada Perkakasan
Sekarang untuk bahagian yang menyeronokkan, mari kita betul-betul membina litar yang sama di papan roti dan periksa sama ada kita dapat mencapai hasil yang sama. Saya menggunakan LM324 Op-Amp untuk membina litar dan menggunakan modul bekalan kuasa Breadboard yang kami bina sebelumnya. Modul ini dapat memberikan output 5V dan 3.3V, jadi saya menggunakan rel kuasa 5V untuk menguatkan op-amp saya dan rel kuasa 3.3V sebagai V1. Kemudian saya menggunakan RPS saya (Regulated Power Supply) untuk menyediakan 3.7V ke pin V2. Perbezaan antara voltan adalah 0.4 dan kita mempunyai keuntungan 2.2 yang seharusnya memberi kita 0.88V dan itulah yang saya dapat. Gambar di bawah menunjukkan susunan dan multimeter dengan bacaan 0.88V di atasnya.
Ini membuktikan bahawa pemahaman kita mengenai op-amp pembezaan adalah betul dan sekarang kita tahu bagaimana merancang sendiri dengan nilai keuntungan yang diperlukan. Kerja yang lengkap juga boleh didapati dalam video yang diberikan di bawah. Litar ini lebih kerap digunakan dalam aplikasi kawalan kelantangan.
Tetapi, kerana litar mempunyai perintang di sisi voltan masukan (V1 dan V2) ia tidak memberikan impedans input yang sangat tinggi dan juga mempunyai keuntungan mod biasa yang tinggi yang membawa kepada nisbah CMRR rendah. Untuk mengatasi kelemahan ini, terdapat versi improvisasi penguat pembezaan yang disebut penguat instrumentasi, tetapi mari kita tinggalkan untuk tutorial lain.
Mudah-mudahan anda memahami tutorial dan menikmati pembelajaran mengenai penguat pembezaan. Sekiranya anda mempunyai pertanyaan, tinggalkan di bahagian komen atau gunakan forum untuk lebih banyak pertanyaan teknikal dan tindak balas yang lebih pantas.