Como executar um processamento complexo com Op Amps

Se você entender os blocos de construção básicos de circuitos amp op, você está pronto para lidar com ações de processamento complexos com amplificadores operacionais. Usando circuitos op amp, você pode analisar um amplificador de instrumentação, resolver equações matemáticas, ou criar sistemas para processamento de sinal, instrumentação, filtragem, controle de processos, ou conversão digital-analógico / analógico para digital.

Analisar um amplificador de instrumentação

O amplificador de instrumentação é um amplificador diferencial adequado para o equipamento de medição e teste. Aqui é o estágio de entrada de um amplificador de instrumentação. Seu objetivo é encontrar a saída de tensão v_O proporcional à diferença das duas entradas, v₁ e v₂. Obtendo a saída desejada exige alguma ginástica algébricos, mas você pode lidar com isso.

No Nó C2, você aplicar KCL (Eu₁ + Eu₂ = 0) e lei de Ohm (Eu = v / R) E acabar com

No nó C1, a equação KCL (-Eu₂ + Eu₃ = 0) com a lei de Ohm leva a

O circuito de exemplo mostra a entrada não inversor conectado a tensões independentes v₁ e v₂. Use a restrição de tensão op amp v_P = v_N para obter o seguinte:

Substituto v₁ e v₂ em equações KCL, que lhe dá

Agora resolva para v_B2 e v_B1, porque a tensão de saída v_O depende destes dois valores:

A tensão de saída v_O é a diferença entre o v_B1 e v_B2:

Legal! resistência R₂ pode ser utilizada para amplificar a diferença v₂ - v₁. Afinal, é mais fácil para alterar o valor de um resistor R₂ do que de dois resistores R₁.

Implementar equações matemáticas eletronicamente

Como um exemplo de como amplificadores operacionais podem resolver equações, considere uma única saída e três sinais de entrada de tensão:

Você pode reescrever a equação de muitas maneiras para determinar quais circuitos amp op você precisa executar a matemática. Aqui está uma maneira:

A equação sugere que você tem uma inversão de verão com três entradas: -v₁, -v₂, e v₃. Você precisa de um amplificador inversor com um ganho de -1 para v₁ e v₂. Entrada v₁ tem um ganho de soma de -10, de entrada v₂ tem um ganho soma de -5, ea entrada v₃ tem um ganho soma de -4.

Você pode ver um dos muitos circuitos possível op amp no diagrama superior deste circuito amostra. As caixas tracejadas indicam os dois amplificadores inversores e o inversor de verão.

As saídas dos dois amplificadores inversores são - v₁ e -v₂, e eles são entradas para a inversão verão. A terceira entrada para o verão é v₃. Somando-se as três entradas com ganhos exigidos implica um verão de inversão, o que você vê no circuito de amostra.

para entrada v₁, a proporção de resistor de realimentação do inversor de verão de 200 k # 937- à sua resistência de entrada de 20 k # 937- fornece um ganho de -10. Da mesma forma, para a entrada de v₂, a razão entre a resistência de realimentação de 200 K # 937- à sua resistência de entrada de 40 K # 937- dá-lhe um ganho de -5.

Finalmente, para a entrada de v₃, a razão entre a resistência de realimentação de 200 K # 937- à sua resistência de entrada de 50 K # 937- fornece um ganho de -4. É possível utilizar outros valores possíveis do resistor, desde que a relação de resistências proporciona os ganhos de correcção para cada entrada.

Reduzir o número de amplificadores operacionais durante o processo de design ajuda a reduzir os custos. E com um pouco de criatividade, você pode reduzir o número de amplificadores operacionais no circuito por reescrever a equação matemática da relação de entrada-saída:

Isto sugere que você precisa de dois amplificadores operacionais. Uma entrada é uma combinação de entradas v₁ e v₂ formado por uma inversão de verão. Ao levar a saída do primeiro verão e alimentá-lo e uma outra entrada para um segundo inversor de verão, o resultado é proporcional v₃ com o ganho de -4. O diagrama inferior do circuito de exemplo mostra uma forma de implementar esta equação.

Para v₁, a razão entre a resistência de realimentação de 100 K # 937- à resistência de entrada de 20 K # 937- produz um ganho de -5. Para v₂, o resistor de entrada de 40 k # 937- lhe dá um ganho de -2,5. A saída do primeiro verão é então multiplicado pelo -2 por causa da relação de resistência de realimentação do segundo inversor de verão de 100 K # 937- à resistência de entrada de 50 K # 937-.

A entrada v₃ para o segundo verão é multiplicado pelo -4 causa da relação entre a resistência 100-K # 937- feedback para o 25-K # 937- resistor.

Criar sistemas com amplificadores operacionais

circuitos op amp são blocos de construção básicos para muitas aplicações em processamento de sinal, instrumentação, controle de processos, filtragem, conversão digital-analógico e conversão de analógico para digital.

Por exemplo, você pode fazer uma conversão digital-analógico (DAC), utilizando o inversor verão. O objetivo principal deste dispositivo comum é a de converter um sinal digital que consiste de 1s binários e 0s (talvez vindos de seu computador pessoal) para um sinal analógico e contínuo (para executar o seu motor DC em seu brinquedo de controle remoto). O dispositivo tem inúmeras aplicações em robótica, televisores de alta definição, e telefones celulares.

Este exemplo é simplificada, concentrando-se em dispositivos de 3 bits (embora a maioria dos aplicativos usam DACs 8 a 24 bits). DACs tem uma tensão de saída v_o com um número de entradas digitais (b₀, b₁, b₂), Juntamente com uma tensão de referência V_REF. Aqui você pode ver um diagrama de blocos de uma entrada de 3 bits.

A equação a seguir dá-lhe a relação entre a entrada digital e saída analógica:

Pouco b₂ é o bit mais significativo (MSB) porque ele é ponderado com o maior peso no bit sum- b₀ é o bit menos significativo (LSB), porque ele tem o menor peso.

Para implementar um DAC, você pode usar um verão invertendo, como mostrado na figura. Também são mostradas as entradas digitais que pode ter apenas um de dois valores de tensão: A 1 digital é igual V_REF, e um 0 digital é igual a 0 volts.

as entradas v₁, v₂, e v₃ para o verão são ponderadas de forma adequada para lhe dar a saída de tensão v_O com base nas três entradas. Entrada v₁ tem o maior peso, e de entrada v₃ tem o mínimo.