Pagkakaiba ng amplifier o boltahe na nagbabawas ng circuit

Op-Amps ay orihinal na binuo para sa mga kalkulasyon ng matematika ng Analog, mula noon ay napatunayan nilang maging kapaki-pakinabang sa maraming mga application ng disenyo. Tulad ng sinabi ng aking propesor na tama, ang mga op-amp ay mga calculator ng boltahe ng arithmetic, maaari silang magsagawa ng pagdaragdag ng dalawang ibinigay na mga halaga ng boltahe gamit ang Summing Amplifier circuit at pagkakaiba sa pagitan ng dalawang halaga ng boltahe gamit ang isang Differential Amplifier. Maliban dito ang Op-Amp ay karaniwang ginagamit din bilang Inverting Amplifiers at Non-Inverting Amplifiers.

Natutunan na namin kung paano namin magagamit ang isang Op-Amp bilang isang Voltage Adder o Summing Amplifier, kaya sa tutorial na ito matututunan natin kung paano gamitin ang op-amp bilang isang Differential amplifier upang mahanap ang pagkakaiba ng boltahe sa pagitan ng dalawang mga halaga ng boltahe. Tinatawag din itong Voltage Subtractor. Susubukan din namin ang circuit ng boltahe na nagbabawas sa isang breadboard at suriin kung gumagana ang circuit tulad ng inaasahan.

Batayan ng Op-Amp

Bago tayo sumisid sa mga kaugalian na Op-amp, mabilis nating patakbuhin ang mga pangunahing kaalaman sa Op-Amp. Ang isang Op-Amp ay isang limang aparato ng terminal (solong pakete) na may dalawang mga terminal (Vs +, Vs-) para sa pagpapatakbo ng aparato. Sa natitirang tatlong mga terminal dalawa (V +, V-) ang ginagamit para sa mga senyas na tinatawag na Inverting at Non-Inverting terminal at ang natitirang isa (Vout) ay ang output terminal. Ang pangunahing simbolo ng isang Op-Amp ay ipinapakita sa ibaba.

Ang pagtatrabaho ng isang Op-Amp ay napaka-simple, tumatagal ito ng iba't ibang boltahe mula sa dalawang mga pin (V +, V-), pinalalakas ito ng isang halaga ng Gain at binibigyan ito bilang output voltage (Vout). Ang pagkakaroon ng isang Op-Amp ay maaaring maging napakataas na ginagawang angkop para sa mga audio application. Palaging tandaan na ang input boltahe ng Op-Amp ay dapat na mas mababa sa boltahe ng operating nito. Upang matuto nang higit pa tungkol sa op-amp, suriin ang aplikasyon nito sa iba't ibang mga circuit na batay sa op-amp.

Para sa isang Ideyal na Op-Amp ang input impedance ay magiging napakataas, na walang kasalukuyang daloy sa o palabas ng Op-Amp sa pamamagitan ng mga Input pin (V +, V-). Upang maunawaan ang pagtatrabaho ng op-amp maaari naming malawak na ikategorya ang mga circuit ng op-amp bilang bukas na loop at closed loop.

Op-amp Open loop circuit (Mga Comparator)

Sa isang bukas na loop op-amp circuit, ang output pin (Vout) ay hindi konektado sa alinman sa mga input pin, walang ibinigay na puna. Sa ganitong mga kondisyon ng open-loop ang op-amp ay gumagana bilang isang kumpara. Ang isang simpleng kumpare ng op-amp ay ipinapakita sa ibaba. Pansinin na ang Vout pin ay hindi konektado sa mga input pin na V1 o V2.

Sa kondisyong ito, kung ang boltahe na ibinibigay sa V1 ay mas malaki kaysa sa V2 ang output Vout ay magiging mataas. Gayundin kung ang mga voltages na ibinibigay sa V2 ay mas malaki kaysa sa V1 pagkatapos ay ang output Vout ay magiging mababa.

Op-amp closed circuit circuit (Mga Amplifier)

Sa isang closed loop op-amp circuit ang output pin ng op-amp ay konektado sa alinman sa input pin upang magbigay ng isang puna. Ang feedback na ito ay tinawag bilang koneksyon ng closed loop. Sa panahon ng closed loop ang isang Op-amp ay gumagana bilang isang amplifier, ito ay sa mode na ito ng op-amp na nakakahanap ng maraming kapaki-pakinabang na application tulad ng buffer, tagasunod ng boltahe, Inverting Amplifier, Non-Inverting amplifier, Summing amplifier, Differential amplifier, Voltage subtractor atbp Kung ang Vout pin ay konektado sa Inverting terminal pagkatapos ito ay tinawag bilang negatibong feedback circuit (ipinapakita sa ibaba) at kung nakakonekta ito sa Non-Inverting terminal tinatawag itong Positive feedback circuit.

Pagkakaiba ng Amplifier o Tagapagbawas ng Boltahe

Ipaalam sa amin ngayon sa aming paksa, Pagkakaiba ng Amplifier. Ang isang kaugalian na amplifier ay karaniwang tumatagal ng dalawang mga halaga ng boltahe, nahahanap ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang halagang ito at pinalalaki ito. Ang nagreresultang boltahe ay maaaring makuha mula sa output pin. Ang isang pangunahing Differential amplifier circuit ay ipinapakita sa ibaba.

Ngunit maghintay !, Hindi ba ito ang ginagawa ng isang Op-Amp bilang default kahit na wala itong feedback, tumatagal ng dalawang mga input at nagbibigay ng kanilang mga pagkakaiba sa output pin. Kung gayon bakit kailangan natin ang lahat ng mga magarbong resistor na ito?

Oo oo, ngunit ang op-amp kapag ginamit sa bukas na loop (nang walang feedback) ay magkakaroon ng isang napakataas na hindi mapigil na pakinabang na praktikal na hindi kapaki-pakinabang. Kaya ginagamit namin ang disenyo sa itaas upang itakda ang halaga ng nakuha gamit ang resistors sa isang negatibong loop ng feedback. Sa aming circuit sa itaas ng risistor R3 ay gumaganap bilang isang negatibong feedback resistor at ang resistors R2 at R4 ay bumubuo ng isang potensyal na divider. Ang halaga ng pakinabang ay maaaring itakda sa pamamagitan ng paggamit ng tamang halaga ng resistors.

Paano maitakda ang pakinabang ng isang kaugalian na amplifier?

Ang boltahe ng output ng pagkakaiba-iba ng amplifier na ipinakita sa itaas ay maaaring ibigay ng formula sa ibaba

Vout = -V1 (R3 / R1) + V2 (R4 / (R2 + R4)) ((R1 + R3) / R1)

Ang pormula sa itaas ay nakuha mula sa pagpapaandar ng paglipat ng nasa itaas na circuit gamit ang superposition theorem. Ngunit huwag muna tayong makapasok doon. Maaari pa nating gawing simple ang equation sa itaas sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa R1 = R2 at R3 = R4. Kaya makukuha natin

Vout = (R3 / R1) (V2-V1) kapag R1 = R2 at R3 = R4

Mula sa pormula sa itaas maaari nating tapusin na ang ratio sa pagitan ng R3 at R1 ay magiging katumbas ng pakinabang ng amplifier.

Makita = R3 / R1

Ngayon, palitan natin ang mga halaga ng resistors para sa circuit sa itaas at suriin kung gumagana ang circuit tulad ng inaasahan.

Simulation ng Differential Amplifier circuit

Ang halaga ng risistor na pinili ko ay 10k para sa R1 at R2 at 22k para sa R3 at R4. Ang circuit simulation para sa pareho ay ipinapakita sa ibaba.

Para sa layunin ng simulation, nag-supply ako ng 4V para sa V2 at 3.6V para sa V1. Ang resistor 22k at 10k alinsunod sa mga formula ay magtatakda ng isang nakuha na 2.2 (22/10). Kaya't ang pagbabawas ay magiging 0.4V (4-3.6) at ito ay magpaparami ng halaga ng pakinabang na 2.2 kaya ang magresultang boltahe ay 0.88V tulad ng ipinakita sa simulasi sa itaas. Suriin din natin ang pareho gamit ang pormula na tinalakay natin kanina.

Vout = (R3 / R1) (V2-V1) kapag R1 = R2 at R3 = R4 = (22/10) (4-3.6) = (2.2) x (0.4) = 0.88v

Pagsubok sa Differential Amplifier Circuit sa Hardware

Ngayon sa kasiya-siyang bahagi, bumuo talaga tayo ng parehong circuit sa breadboard at suriin kung nakukuha natin na makakamit ang parehong mga resulta. Gumagamit ako ng LM324 Op-Amp upang maitayo ang circuit at ginagamit ang module ng supply ng kuryente ng Breadboard na binuo namin nang mas maaga. Ang modyul na ito ay maaaring magbigay ng 5V at 3.3V output, kaya gumagamit ako ng 5V power rail upang mapagana ang aking op-amp at ang 3.3V power rail bilang V1. Pagkatapos ay ginamit ko ang aking RPS (Regulated Power Supply) upang magbigay 3.7V sa pin V2. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga voltages ay 0.4 at mayroon kaming nakuha na 2.2 na dapat magbigay sa amin ng 0.88V at iyon mismo ang nakuha ko. Ipinapakita ng larawan sa ibaba ang set-up at ang multimeter na may read na 0.88V dito.

Pinatutunayan nito na ang aming pag-unawa sa kaugalian na op-amp ay tama at ngayon alam namin kung paano magdisenyo ng isa sa aming sarili na may kinakailangang halaga ng kita. Ang kumpletong pagtatrabaho ay maaari ding matagpuan sa video na ibinigay sa ibaba. Ang mga circuit na ito ay mas madalas na ginagamit sa mga application ng kontrol sa dami.

Ngunit, dahil ang circuit ay may resistors sa input boltahe na bahagi (V1 at V2) hindi ito nagbibigay ng napakataas na impedance ng pag-input at mayroon ding isang mataas na karaniwang pakinabang ng mode na hahantong sa mababang ratio ng CMRR. Upang mapagtagumpayan ang mga dehadong ito mayroong isang improvised na bersyon ng kaugaliang amplifier na tinatawag na instrumentation amplifier, ngunit iwanan natin iyon para sa isa pang tutorial.

Inaasahan kong naintindihan mo ang tutorial at nasiyahan sa pag-aaral tungkol sa mga pagkakaiba-iba ng amplifier. Kung mayroon kang anumang mga query iwanan ang mga ito sa seksyon ng komento o gamitin ang mga forum para sa higit pang mga teknikal na katanungan at mas mabilis na tugon.