ในบทความต่อไปนี้ เราจะพูดถึงพารามิเตอร์หลักของ op amp และวงจรแอปพลิเคชันพื้นฐานของ op amp ที่เกี่ยวข้องพร้อมสมการ สำหรับการแก้ค่าส่วนประกอบเฉพาะ

ออปแอมป์ (เครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน) เป็นวงจรรวมชนิดพิเศษที่มีแอมพลิฟายเออร์กำลังขยายสูงที่เชื่อมต่อโดยตรงพร้อมคุณสมบัติการตอบสนองโดยรวมที่ปรับโดยคำติชม

op-amp ได้ชื่อมาจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันสามารถทำการคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้หลากหลาย เนื่องจากการตอบสนองของมัน op-amp จึงเรียกอีกอย่างว่าวงจรรวมเชิงเส้นและเป็นองค์ประกอบหลักของระบบอะนาล็อกจำนวนมาก

op amp มีอัตราขยายที่สูงมากเป็นพิเศษ (อาจใกล้ถึงระยะอนันต์) ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้ผ่านการตอบรับ การเพิ่มตัวเก็บประจุหรือตัวเหนี่ยวนำในเครือข่ายป้อนกลับอาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตามความถี่ ซึ่งส่งผลต่อสถานะการทำงานโดยรวมของวงจรรวม

ดังที่แสดงในรูปด้านบน op amp พื้นฐานเป็นอุปกรณ์เทอร์มินัลสามตัวที่มีอินพุตสองตัวและเอาต์พุตหนึ่งตัว ขั้วอินพุตถูกจัดประเภทเป็น 'กลับด้าน' หรือ 'ไม่กลับด้าน'

พารามิเตอร์ Op Amp

เมื่อจ่ายไฟเข้าที่เท่ากัน เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ในอุดมคติหรือ 'op amp' จะเป็นศูนย์หรือ '0 โวลต์'

VIN 1 = VIN 2 ให้ VOUT = 0

op-amps ที่ใช้งานได้จริงมีอินพุตที่สมดุลไม่สมบูรณ์แบบ ทำให้กระแสอคติที่ไม่สม่ำเสมอไหลผ่านเทอร์มินัลอินพุต ในการปรับสมดุลเอาต์พุตของ op amp จะต้องจัดให้มีแรงดันไฟฟ้าขาเข้าระหว่างขั้วอินพุตทั้งสอง

1) อินพุตอคติปัจจุบัน

เมื่อเอาต์พุตสมดุลหรือเมื่อV_ออก = 0 กระแสอคติอินพุต (I_บี ) เท่ากับครึ่งหนึ่งของกระแสแต่ละอันที่เข้าสู่การเชื่อมต่ออินพุตทั้งสอง มักจะเป็นตัวเลขที่น้อยมาก ตัวอย่างเช่น ฉัน_บี = 100 nA เป็นค่าปกติ

2) อินพุตออฟเซ็ตปัจจุบัน

ความแตกต่างระหว่างกระแสแต่ละกระแสที่ไปถึงขั้วอินพุทเรียกว่ากระแสไฟออฟเซ็ตอินพุท (I_นี้ ). อีกครั้งมักจะมีมูลค่าต่ำมาก ตัวอย่างเช่น ค่าทั่วไปคือ I_นี้ = 10 นาโนเมตร

3) แรงดันออฟเซ็ตอินพุต

เพื่อให้ออปแอมป์มีความสมดุล แรงดันออฟเซ็ตอินพุต V_นี้ ต้องใช้ข้ามขั้วอินพุต โดยปกติค่าของ V_นี้ คือ = 1 mV

ค่าของI_นี้ และ V_นี้ อาจแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ และการเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่า I_นี้ ดริฟท์และV_นี้ ดริฟท์ ตามลำดับ

4) อัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSRR)

อัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตอินพุตต่อการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันในแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟเรียกว่าอัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟหรือ PSRR ซึ่งมักอยู่ในช่วง 10 ถึง 20 uV/V

พารามิเตอร์เพิ่มเติมสำหรับ op-amps ที่อาจกล่าวถึงคือ:

5) กำไรแบบวงเปิด / กำไรแบบวงปิด

Open-loop gain หมายถึงเกนของ op-amp โดยไม่มีวงจรป้อนกลับ ในขณะที่การขยายแบบวงปิดหมายถึงเกนของ op-amp ที่มีวงจรป้อนกลับ โดยทั่วไปจะแสดงเป็น A_d .

6) อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป (CMRR)

นี่คืออัตราส่วนของสัญญาณความแตกต่างกับสัญญาณโหมดทั่วไปและทำหน้าที่เป็นตัววัดประสิทธิภาพของแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล เราใช้เดซิเบล (dB) เพื่อแสดงอัตราส่วนนี้

7) อัตราการฆ่า

อัตราการสลูว์คืออัตราที่แรงดันเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เปลี่ยนแปลงภายใต้สภาวะสัญญาณขนาดใหญ่ มันถูกแสดงโดยใช้หน่วย V/us

วงจรแอพพลิเคชั่นพื้นฐาน Op Amp

ในย่อหน้าต่อไปนี้ เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับวงจรพื้นฐานของ op amp ที่น่าสนใจหลายอย่าง การออกแบบพื้นฐานแต่ละแบบมีการอธิบายด้วยสูตรเพื่อแก้ไขค่าส่วนประกอบและคุณลักษณะ

เครื่องขยายเสียงหรือบัฟเฟอร์

วงจรสำหรับแอมพลิฟายเออร์อินเวอร์เตอร์หรืออินเวอร์เตอร์สามารถเห็นได้ในรูปที่ 1 ด้านบน กำไรของวงจรถูกกำหนดโดย:

ปิด = - R2/R1

โปรดทราบว่าอัตราขยายเป็นลบหนึ่งซึ่งแสดงว่าวงจรทำงานเป็นผู้ติดตามแรงดันไฟกลับเฟส หากความต้านทานทั้งสองมีค่าเท่ากัน (เช่น R1 = R2) เอาต์พุตจะเหมือนกับอินพุตโดยมีการกลับขั้ว

ในความเป็นจริง ตัวต้านทานอาจถูกถอดออกเพื่อเพิ่มความสามัคคีและแทนที่ด้วยสายจัมเปอร์โดยตรง ดังแสดงในรูปที่ 2 ด้านล่าง

เป็นไปได้เพราะ R1 = R2 = 0 ในวงจรนี้ โดยปกติ R3 จะถูกลบออกจากวงจรผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้ากลับด้าน

เอาต์พุต op amp จะขยายสัญญาณอินพุตหาก R1 น้อยกว่า R2 ตัวอย่างเช่น ถ้า R1 คือ 2.2 K และ R1 คือ 22 K อัตราขยายสามารถแสดงเป็น:

ปิด = - 22,000/2,200 = -10

สัญลักษณ์เชิงลบแสดงถึงการผกผันของเฟส ขั้วอินพุตและเอาต์พุตจะกลับด้าน

เมื่อทำให้ R1 มีขนาดใหญ่กว่า R2 วงจรเดียวกันอาจลดทอน (ลดความแรงของ) สัญญาณอินพุต ตัวอย่างเช่น ถ้า R1 คือ 120 K และ R2 คือ 47 K ค่าเกนของวงจรจะประมาณ:

ปิด = 47,000/120,000 = - 0.4

อีกครั้ง ขั้วของเอาต์พุตเป็นค่าผกผันของอินพุต แม้ว่าค่าของ R3 จะไม่สำคัญเป็นพิเศษ แต่ก็ควรเท่ากับค่าผสมคู่ขนานของ R1 และ R2 ซึ่งเป็น:

R3 = (R1 x R2)/(R1 + R2)

เพื่อแสดงสิ่งนี้ ให้พิจารณาตัวอย่างก่อนหน้าของเรา โดยที่ R1 = 2.2 K และ R2 = 22 K ค่าของ R3 ในสถานการณ์นี้ควรเป็นค่าประมาณ:

R3 = (2200 x 22000)/(2200 + 22000) = 48,400,000/24,200 = 2000 Ω

เราสามารถเลือกค่าความต้านทานมาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุดสำหรับ R3 ได้ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีค่าที่แม่นยำ ในกรณีนี้สามารถใช้ตัวต้านทาน 1.8 K หรือ 2.2 K ได้

การผกผันเฟสที่สร้างขึ้นโดยวงจรในรูปที่ 2 อาจไม่เป็นที่ยอมรับในหลายสถานการณ์ ในการใช้ op-amp เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน (หรือเหมือนบัฟเฟอร์ธรรมดา) ให้เชื่อมต่อดังแสดงในรูปที่ 3 ด้านล่าง

อัตราขยายในวงจรนี้แสดงดังนี้:

ปิด = 1 + R2/R1

เอาต์พุตและอินพุตมีขั้วเท่ากันและอยู่ในเฟส

โปรดทราบว่ากำไรจะต้องอยู่ที่อย่างน้อย 1 (ความสามัคคี) เสมอ เป็นไปไม่ได้ที่จะลดทอน (ลด) สัญญาณโดยใช้วงจรที่ไม่กลับด้าน

อัตราขยายของวงจรจะค่อนข้างแข็งแกร่งหากค่า R2 มากกว่า R1 อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น ถ้า R1 = 10 K และ R2 = 47 K อัตราขยายของ op amp จะเป็นดังนี้:

ปิด = 1 + 470,000/10,000 = 1 + 47 = 48

“ข้อใดไม่ถูกต้องเกี่ยวกับ risc ”

อย่างไรก็ตาม หาก R1 มากกว่า R2 อย่างมีนัยสำคัญ กำไรก็จะมากกว่าความสามัคคีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ถ้า R1 = 100 K และ R2 = 22 K ค่าเกนที่ได้จะเป็น:

ปิด = 1 + 22,000/100,000 = 1 + 0.22 = 1.22

ในกรณีที่ความต้านทานทั้งสองเท่ากัน (R1 = R2) เกนจะเป็น 2 เสมอ เพื่อโน้มน้าวตัวเองในเรื่องนี้ ลองใช้สมการเกนในบางสถานการณ์

สถานการณ์เฉพาะคือเมื่อความต้านทานทั้งสองถูกตั้งค่าเป็น 0 กล่าวอีกนัยหนึ่งดังที่แสดงในรูปที่ 4 ด้านล่าง การเชื่อมต่อโดยตรงถูกใช้แทนตัวต้านทาน

กำไรเป็นหนึ่งเดียวในกรณีนี้ นี้สอดคล้องกับสูตรกำไร:

ปิด = 1 + R2/R1 = 1 + 0/0 = 1

อินพุตและเอาต์พุตเหมือนกัน แอปพลิเคชันสำหรับวงจรผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าที่ไม่กลับด้านนี้รวมถึงการจับคู่อิมพีแดนซ์ การแยก และบัฟเฟอร์

ADDER (แอมพลิฟายเออร์รวม)

สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอินพุตได้จำนวนหนึ่งโดยใช้ op amp ดังที่แสดงในรูปที่ 5 ด้านล่าง สัญญาณอินพุต V1, V2,… Vn ถูกนำไปใช้กับ op amp ผ่านตัวต้านทาน R1, R2,… Rn

สัญญาณเหล่านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างสัญญาณเอาท์พุต ซึ่งเท่ากับผลรวมของสัญญาณอินพุต สูตรต่อไปนี้อาจใช้ในการคำนวณประสิทธิภาพที่แท้จริงของ op-amp เป็น adder:

VOUT = - Ro ((V1/R1) + (V2/R2) . . . + (Vn/Rn))

ดูสัญลักษณ์เชิงลบ ซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตถูกกลับด้าน (ขั้วกลับด้าน) กล่าวอีกนัยหนึ่งวงจรนี้เป็นตัวบวกกลับด้าน

วงจรอาจถูกเปลี่ยนให้ทำหน้าที่เป็นแอดเดอร์ที่ไม่กลับด้านโดยสลับการเชื่อมต่อกับอินพุทกลับด้านและไม่กลับด้านของ op-amp ดังแสดงในรูปที่ 6 ด้านล่าง

สมการเอาท์พุตสามารถทำให้ง่ายขึ้นได้โดยสมมติว่าตัวต้านทานอินพุตทั้งหมดมีค่าเท่ากัน

VOUT = - Ro ((V1 + V2 . . . + Vn)/R)

แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล

รูปที่ 7 ด้านบนแสดงวงจรพื้นฐานของแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล ค่าส่วนประกอบถูกตั้งค่าเพื่อให้ R1 = R2 และ R3 = R4 ดังนั้น ประสิทธิภาพของวงจรจึงสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรดังนี้

VOUT = VIN 2 - VIN 1

ตราบใดที่ op amp ยอมรับได้ว่าอินพุต 1 และ 2 มีอิมพีแดนซ์ต่างกัน (อินพุต 1 มีอิมพีแดนซ์ R1 และอินพุต 2 มีอิมพีแดนซ์ R1 บวก R3)

ตัวบวก/ตัวลบ

รูปที่ 8 ด้านบนแสดงการกำหนดค่าสำหรับวงจรบวก / ตัวลบ op amp ในกรณีที่ R1 และ R2 มีค่าเหมือนกัน และ R3 และ R4 ถูกตั้งค่าเป็นค่าเดียวกันเช่นเดียวกัน ดังนั้น:

VOUT = (V3 + V4) - (V1 - V2)

กล่าวอีกนัยหนึ่ง Vout = V3 + V4 คือผลรวมของอินพุต V3 และ V4 ในขณะที่เป็นการลบของอินพุต V1 และ V2 ค่าสำหรับ R1, R2, R3 และ R4 จะถูกเลือกเพื่อให้ตรงกับคุณสมบัติของออปแอมป์ R5 ควรเท่ากับ R3 และ R4 และ R6 ควรเท่ากับ R1 และ R2

ตัวคูณ

การคูณอย่างง่ายสามารถทำได้ด้วยวงจรดังรูปที่ 9 ด้านบน โปรดทราบว่านี่เป็นวงจรเดียวกับในรูปที่ 1 เพื่อให้ได้เกนที่สม่ำเสมอ (และต่อมามีการคูณแรงดันไฟฟ้าขาเข้าในอัตราส่วน R2/R1) และผลลัพธ์ที่แม่นยำ ตัวต้านทานความแม่นยำด้วยค่าที่กำหนดไว้สำหรับ R1 และ R2 ควรใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เฟสเอาต์พุตจะกลับด้านโดยวงจรนี้ แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตจะเท่ากับ:

VOUT = - (VIN x ปิด)

โดยที่ Av คืออัตราขยายตามที่กำหนดโดย R1 และ R2 VOUT และ VIN คือแรงดันเอาต์พุตและอินพุตตามลำดับ

ดังที่เห็นในรูปที่ 10 ด้านบน ค่าคงที่การคูณสามารถเปลี่ยนแปลงได้หาก R2 เป็นความต้านทานผันแปร (โพเทนชิออมิเตอร์) รอบๆ ก้านควบคุม คุณสามารถติดตั้งแป้นหมุนปรับเทียบพร้อมเครื่องหมายสำหรับค่าทั่วไปต่างๆ ค่าคงที่การคูณสามารถอ่านได้โดยตรงจากแป้นหมุนนี้โดยใช้การอ่านที่ปรับเทียบแล้ว

ผู้บูรณาการ

อย่างน้อยที่สุด op-amp จะทำหน้าที่เป็นผู้รวมระบบในทางทฤษฎีเมื่ออินพุทกลับด้านควบคู่กับเอาต์พุตผ่านตัวเก็บประจุ

ดังที่แสดงในรูปที่ 11 ด้านบน ตัวต้านทานแบบขนานต้องเชื่อมต่อระหว่างตัวเก็บประจุนี้ เพื่อรักษาเสถียรภาพกระแสตรง วงจรนี้ใช้ความสัมพันธ์ต่อไปนี้เพื่อรวมสัญญาณอินพุต:

ควรเลือกค่าของ R2 เพื่อให้ตรงกับพารามิเตอร์ของ op amp เช่น:

VOUT = R2/R1 x VIN

ดิฟเฟอเรนติเอเตอร์

วงจรแอมป์ดิฟเฟอเรนติเอเตอร์ประกอบด้วยตัวเก็บประจุในสายอินพุตที่เชื่อมต่อกับอินพุตกลับด้านและตัวต้านทานที่เชื่อมต่ออินพุตนี้กับเอาต์พุต อย่างไรก็ตาม วงจรนี้มีข้อ จำกัด ที่ชัดเจน ดังนั้นการตั้งค่าที่ดีกว่าจะเป็นการขนานตัวต้านทานและตัวเก็บประจุดังที่แสดงในรูปที่ 12 ด้านบน

สมการต่อไปนี้กำหนดว่าวงจรนี้ทำงานได้ดีเพียงใด:

VOUT = - (R2 x C1) dVIN/dt

ล็อกแอมพลิฟายเออร์

วงจรพื้นฐาน (รูปที่ 13 ด้านบน) ใช้ทรานซิสเตอร์ NPN และ op-amp เพื่อสร้างสัดส่วนเอาต์พุตตามบันทึกของอินพุต:

VOUT = (- k บันทึก₁₀ ) ศ./ศ._อู๋

วงจร 'กลับด้าน' ซึ่งทำงานเป็นเครื่องขยายสัญญาณป้องกันล็อกพื้นฐาน แสดงไว้ในแผนภาพด้านล่าง โดยทั่วไปแล้ว ตัวเก็บประจุจะมีค่าต่ำ (เช่น 20 pF)

แอมป์เสียง

op amp เป็นเครื่องขยายสัญญาณ dc โดยพื้นฐานแล้ว แต่อาจนำไปใช้กับแอปพลิเคชัน ac ได้ เครื่องขยายเสียงแบบตรงไปตรงมาแสดงในรูปที่ 14 ด้านบน

เครื่องผสมเสียง

วงจรนี้มีการดัดแปลงเครื่องขยายเสียง (รูปที่ 15 ด้านบน) คุณสามารถดูว่าวงจรนี้คล้ายกับวงจรบวกอย่างไรในรูปที่ 5 สัญญาณอินพุตต่างๆ จะถูกผสมหรือรวมเข้าด้วยกัน โพเทนชิออมิเตอร์อินพุตของสัญญาณอินพุตแต่ละตัวช่วยให้ปรับระดับได้ ผู้ใช้สามารถปรับสัดส่วนสัมพัทธ์ของสัญญาณอินพุตต่างๆ ในเอาต์พุตได้

ตัวแยกสัญญาณ

วงจรตัวแยกสัญญาณที่เห็นในรูปที่ 16 ด้านบนเป็นเพียงสิ่งที่ตรงกันข้ามกับเครื่องผสม สัญญาณเอาท์พุตเดียวแบ่งออกเป็นหลายเอาต์พุตที่เหมือนกันซึ่งป้อนอินพุตต่างๆ เส้นสัญญาณหลายเส้นแยกออกจากกันโดยใช้วงจรนี้ ในการปรับระดับที่ต้องการ สายเอาต์พุตแต่ละสายจะมีโพเทนชิออมิเตอร์แยกจากกัน

แรงดันไฟไปยังตัวแปลงกระแสไฟ

วงจรที่แสดงในรูปที่ 17 ด้านบนจะทำให้โหลดอิมพีแดนซ์ R2 และ R1 สัมผัสกับกระแสไฟแบบเดียวกัน

ค่าของกระแสนี้จะแปรผันตามแรงดันสัญญาณอินพุตและไม่ขึ้นกับโหลด

“วิธีทำเครื่องป้องกันไฟกระชาก ”

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเทอร์มินัลที่ไม่กลับด้านมีความต้านทานอินพุตสูง กระแสจะมีค่าค่อนข้างต่ำ กระแสนี้มีค่าที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับ VIN/R1

กระแสสลับเป็นตัวแปลงแรงดัน

หากแรงดันเอาต์พุตเท่ากับ IIN x R2 และใช้การออกแบบ (รูปที่ 18 ด้านบน) กระแสสัญญาณอินพุตสามารถไหลตรงผ่านตัวต้านทานป้อนกลับ R2

กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระแสอินพุตจะถูกแปลงเป็นแรงดันเอาต์พุตตามสัดส่วน

วงจรอคติที่สร้างขึ้นที่อินพุทอินพุทจะกำหนดขีด จำกัด ล่างของกระแสซึ่งป้องกันไม่ให้กระแสไหลผ่าน R2 เพื่อขจัด 'สัญญาณรบกวน' คุณสามารถเพิ่มตัวเก็บประจุลงในวงจรนี้ได้ดังแสดงในรูป

แหล่งที่มาปัจจุบัน

รูปที่ 19 ด้านบนแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ op amp เหมือนกับแหล่งสัญญาณปัจจุบันได้อย่างไร ค่าตัวต้านทานสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

R1 = R2

R3 = R4 + R5

กระแสไฟขาออกสามารถประเมินได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

Iout = (R3 x VIN) / (R1 x R5)

มัลติไวเบรเตอร์

คุณสามารถปรับ op amp เพื่อใช้เป็นเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ได้ รูปที่ 20 ด้านบนแสดงวงจรพื้นฐานสองวงจร การออกแบบที่ด้านซ้ายบนเป็นเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ (astable) ที่ใช้งานได้ฟรี ซึ่งควบคุมความถี่โดย:

วงจรมัลติไวเบรเตอร์แบบ monostable ที่สามารถเปิดใช้งานโดยอินพุตพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมสามารถดูได้ในแผนภาพด้านล่างขวา ค่าส่วนประกอบที่ให้ไว้สำหรับออปแอมป์ CA741

เครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยม

รูปที่ 21 ด้านบนแสดงวงจรเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมที่ใช้งานได้โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่ op amp วงจรกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมนี้อาจเป็นวงจรที่ตรงไปตรงมาที่สุด จำเป็นต้องมีตัวต้านทานภายนอกเพียงสามตัวและตัวเก็บประจุหนึ่งตัวนอกเหนือจากตัวแอมป์เอง

องค์ประกอบหลักสององค์ประกอบที่กำหนดเวลาคงที่ของวงจร (ความถี่เอาต์พุต) คือตัวต้านทาน R1 และตัวเก็บประจุ C1 อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อตอบรับเชิงบวกบน R2 และ R3 ก็มีผลกระทบต่อความถี่เอาต์พุตเช่นกัน แม้ว่าสมการมักจะค่อนข้างซับซ้อน แต่ก็สามารถทำให้ง่ายขึ้นสำหรับอัตราส่วน R3/R2 โดยเฉพาะ สำหรับภาพประกอบ:

ถ้า R3/R2 ≈ 1.0 แล้ว F ≈ 0.5/(R1/C1)

หรือ,

ถ้า R3/R2 ≈ 10 แล้ว F ≈ 5/(R1/C1)

วิธีปฏิบัติมากที่สุดคือการใช้อัตราส่วนมาตรฐานเหล่านี้และเปลี่ยนค่าของ R1 และ C1 เพื่อให้ได้ความถี่ที่ต้องการ สำหรับ R2 และ R3 อาจใช้ค่าทั่วไป ตัวอย่างเช่น อัตราส่วน R3/R2 จะเป็น 10 ถ้า R2 = 10K และ R3 = 100K ดังนั้น:

F = 5/(R1/C1)

ในกรณีส่วนใหญ่ เราจะทราบความถี่ที่ต้องการแล้ว และเราจะต้องเลือกเฉพาะค่าส่วนประกอบที่เหมาะสมเท่านั้น วิธีที่ง่ายที่สุดคือเลือกค่า C1 ที่ดูสมเหตุสมผลก่อน จากนั้นจึงจัดเรียงสมการใหม่เพื่อหา R1:

R1 = 5/(F x C1)

ลองดูตัวอย่างทั่วไปของความถี่ 1200 Hz ที่เรากำลังมองหา หาก C1 เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุ 0.22uF แล้ว R1 ควรมีค่าตามที่ปรากฎในสูตรต่อไปนี้:

R1 = 5/(1200 x 0.0000022) = 5/0.000264 = 18.940 Ω

อาจใช้ตัวต้านทาน 18K ทั่วไปในการใช้งานส่วนใหญ่ สามารถเพิ่มโพเทนชิออมิเตอร์แบบอนุกรมด้วย R1 เพื่อเพิ่มประโยชน์และความสามารถในการปรับตัวของวงจรนี้ ดังแสดงในรูปที่ 22 ด้านล่าง ทำให้สามารถปรับความถี่เอาต์พุตได้ด้วยตนเอง

สำหรับวงจรนี้ ใช้การคำนวณแบบเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ค่าของ R1 ถูกเปลี่ยนเพื่อให้ตรงกับชุดค่าผสมของตัวต้านทานคงที่ R1a และค่าที่ปรับแล้วของโพเทนชิโอมิเตอร์ R1b:

R1 = R1a + R1b

ใส่ตัวต้านทานคงที่เพื่อให้แน่ใจว่าค่าของ R1 จะไม่ลดลงเหลือศูนย์ ช่วงความถี่เอาท์พุตถูกกำหนดโดยค่าคงที่ของ R1a และความต้านทานสูงสุดของ R1b

เครื่องกำเนิดความกว้างพัลส์ตัวแปร

คลื่นสี่เหลี่ยมมีความสมมาตรโดยสิ้นเชิง รอบหน้าที่ของสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของเวลาระดับสูงต่อรอบเวลาทั้งหมด คลื่นสี่เหลี่ยมมีรอบการทำงาน 1:2 ตามคำจำกัดความ

ด้วยส่วนประกอบอีกเพียงสองอย่าง เครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมจากส่วนก่อนหน้าอาจถูกแปลงเป็นเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยม รูปที่ 23 ด้านบนแสดงวงจรที่อัปเดต

Diode D1 จำกัดการไหลของกระแสผ่าน R4 ในครึ่งรอบเชิงลบ R1 และ C1 ประกอบกันเป็นค่าคงที่เวลาตามที่แสดงในสมการต่อไปนี้:

T1 = 5/(2C1 x R1)

อย่างไรก็ตาม ในครึ่งรอบบวก ไดโอดสามารถดำเนินการได้ และการรวมกันแบบขนานของ R1 และ R4 ร่วมกับ C1 จะกำหนดค่าคงที่ของเวลา ดังแสดงในการคำนวณต่อไปนี้:

T2 = 5/(2C1 ((R1 R4)/(R1 + R4)))

ความยาวรอบโดยรวมเป็นเพียงผลรวมของค่าคงที่เวลาครึ่งรอบสองค่า:

Tt = T1 + T2

ความถี่เอาต์พุตเป็นค่าผกผันของค่าคงที่เวลารวมของรอบทั้งหมด:

F = 1/Tt

ในที่นี้ รอบการทำงานจะไม่เท่ากับ 1:2 เนื่องจากค่าคงที่เวลาสำหรับส่วนระดับสูงและต่ำของรอบจะแตกต่างกัน ผลลัพธ์จะเกิดรูปคลื่นที่ไม่สมมาตร เป็นไปได้ที่จะทำให้ R1 หรือ R4 ปรับได้ หรือแม้กระทั่งทั้งสองอย่าง แต่พึงระลึกไว้เสมอว่าการทำเช่นนั้นจะเปลี่ยนทั้งความถี่เอาต์พุตและรอบการทำงาน

ออสซิลเลเตอร์คลื่นไซน์

คลื่นไซน์ซึ่งแสดงในรูปที่ 24 ด้านล่างเป็นสัญญาณพื้นฐานที่สำคัญที่สุดของสัญญาณ ac ทั้งหมด

ไม่มีเนื้อหาฮาร์มอนิกอย่างแน่นอนในสัญญาณที่บริสุทธิ์อย่างยิ่งนี้ มีความถี่พื้นฐานเพียงความถี่เดียวในคลื่นไซน์ อันที่จริง การสร้างคลื่นไซน์ที่ปราศจากความผิดเพี้ยนโดยสมบูรณ์นั้นค่อนข้างยาก โชคดีที่การใช้วงจรออสซิลเลเตอร์ที่สร้างขึ้นจาก op-amp ทำให้เราเข้าใกล้รูปคลื่นที่เหมาะสมที่สุดได้

รูปที่ 25 ด้านบนแสดงวงจรออสซิลเลเตอร์คลื่นไซน์ทั่วไปที่รวมออปแอมป์ วงจร twin-T ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกรองแบนด์รีเจกต์ (หรือรอยบาก) ทำหน้าที่เป็นเครือข่ายป้อนกลับ ตัวเก็บประจุ C1 และตัวต้านทาน R1 และ R2 ประกอบขึ้นจาก T. C2, C3, R3 และ R4 รวมกันเป็น T อีกตัวหนึ่ง แผนผังมีการย้อนกลับ ค่าส่วนประกอบต้องมีความสัมพันธ์ต่อไปนี้เพื่อให้วงจรนี้ทำงานได้อย่างถูกต้อง:

สูตรต่อไปนี้กำหนดความถี่เอาต์พุต:

F = 1/(6.28 x R1 x C2)

ด้วยการเปลี่ยนค่าของ R4 การปรับแต่งเครือข่ายป้อนกลับของ twin-T สามารถปรับเปลี่ยนได้บ้าง โดยปกติแล้ว นี่อาจเป็นโพเทนชิออมิเตอร์ขนาดเล็กของทริมเมอร์ โพเทนชิออมิเตอร์ถูกตั้งค่าเป็นความต้านทานสูงสุดแล้วค่อยๆ ลดระดับลงจนกระทั่งวงจรลอยอยู่บนขอบเหวของการสั่น คลื่นไซน์เอาท์พุตอาจเสียหายหากปรับความต้านทานต่ำเกินไป

Schmitt ทริกเกอร์

ในทางเทคนิค ทริกเกอร์ Schmitt อาจเรียกได้ว่าเป็นตัวเปรียบเทียบการสร้างใหม่ หน้าที่หลักของมันคือการแปลงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ค่อยๆ เปลี่ยนเป็นสัญญาณเอาท์พุต ที่แรงดันไฟขาเข้าเฉพาะ

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือมีคุณสมบัติ 'ฟันเฟือง' ที่เรียกว่าฮิสเทรีซิสซึ่งทำหน้าที่เหมือน 'ทริกเกอร์' ของแรงดันไฟฟ้า op amp กลายเป็นส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับการทำงานของทริกเกอร์ Schmitt (ดูรูปที่ 26 ด้านบน) ปัจจัยต่อไปนี้กำหนดแรงดันทริกเกอร์หรือทริป:

ใน_{การเดินทาง} = (ว_ออก x R1) / (-R1 + R2)

ในวงจรประเภทนี้ ฮิสเทรีซิสจะเพิ่มเป็นสองเท่าของแรงดันทริป

ในรูปที่ 27 ด้านล่าง จะแสดงวงจรทริกเกอร์ Schmitt อีกอันหนึ่ง ในวงจรนี้ เอาต์พุตจะ 'ถูกกระตุ้น' เมื่ออินพุท dc กระทบประมาณหนึ่งในห้าของแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายอาจอยู่ที่ใดก็ได้ระหว่าง 6 ถึง 15 โวลต์ ดังนั้น ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่เลือก ทริกเกอร์สามารถตั้งค่าให้ทำงานที่ 1.2 ถึง 3 โวลต์ หากจำเป็น จุดกระตุ้นจริงสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการปรับเปลี่ยนค่าของ R4

เอาต์พุตจะเหมือนกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายทันทีที่ทริกเกอร์ หากเอาท์พุตต่อกับหลอดไส้หรือไฟ LED (ผ่านตัวต้านทานบัลลาสต์แบบอนุกรม) หลอดไฟ (หรือ LED) จะสว่างขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าถึงค่าที่กระตุ้น ซึ่งบ่งชี้ว่าระดับแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำนี้ได้รับที่อินพุตแล้ว