استاندارد مقاومت
مرداد ۱۳, ۱۳۹۸
اینورتر ۴۰۰ هرتز
شهریور ۲۵, ۱۳۹۸
کاربردها و عملکرد فیدبک مثبت در تقویت کننده های عملیاتی
فیدبک منفی موضوع بسیار پرکاربرد در مورد تقویت کننده های عملیاتی و کنترل مدارهای الکتریکی است. فیدبک منفی این امکان را می دهد تا با ایجاد تغییراتی در مقادیر المان های مختلف متصل به تقویت کننده عملیاتی گین مدار ، پاسخ زمانی و ولتاژ خروجی تقویت کننده و سایر پارامترهای مهم را به طور دقیق تنظیم کنیم. فیدبک منفی باعث می شود مدارات الکترونیکی در حالت پایدار و بدون اشباع شدن کارکنند.
اصل اساسی فیدبک منفی این است که خروجی تقویت کننده تمایل به حرکت در جهتی دارد که باعث می شود در مدار تعادل ایجاد شود و کنترل پارامترهای مدار به درستی انجام شود. در مدار تقویت کننده بدون فیدبک ، هیچ مکانیسم اصلاحی وجود ندارد و ولتاژ خروجی با کمترین مقدار ولتاژ تفاضلی بین پایه های ورودی اشباع می شود. این مورد در مقایسه کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از فیدبک منفی در مدار، سعی می شود تقویت کننده اشباع نشود. به همین منظور(جلوگیری از اشباع تقویت کننده) خروجی به اندازه ای زیاد و کم می شود تا ورودی تقویت کننده متعادل شود.

شکل 1- تقویت کننده عملیاتی با فیدبک منفی

این که خروجی مستقیماً به ورودی پایه منفی متصل شود یا از طریق مجموعه ای از المان ها به این پایه وصل شود تاثیری در متعادل شدن خروجی ندارد. نوع دیگری از فیدبک ، یعنی فیدبک مثبت ، در مدارهای با تقویت کننده عملیاتی استفاده می شود. برخلاف فیدبک منفی که ولتاژ خروجی به پایه منفی متصل می شود ، در فیدبک مثبت ولتاژ خروجی به طریقی (با استفاده از المان های الکترونیکی) به ورودی پایه مثبت متصل می شود. در ساده ترین شکل آن ، می توان یک قطعه سیم را از خروجی به ورودی متصل کرد. در شکل 2 اتصال خروجی به پایه مثبت نشان داده شده است.

شکل 2- تقویت کننده عملیاتی با فیدبک مثبت

ورودی منفی از حلقه فیدبک جدا شده و می توان ولتاژ ورودی را به آن اعمال کرد. در حالت اول به پایه منفی ولتاژ صفر وصل می شود. این موضوع در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3- تقویت کننده عملیاتی با فیدبک مثبت و ورودی پایه منفی صفر

با اتصال ولتاژ صفر به پایه منفی و با توجه به شکل فوق ولتاژ خروجی از لحاظ علامت و اندازه برابر ولتاژ پایه مثبت است. در صورت مثبت بودن ولتاژ پایه مثبت، ولتاژ خروجی Op-Amp نیز مثبت خواهد بود ، با توجه به مثبت بودن این ولتاژ و بازگشت آن به پایه مثبت ولتاژ افزایش یافته و تقویت کننده اشباع می شود. از طرف دیگر اگر ولتاژ منفی به پایه مثبت اعمال شود مجددا خروجی ولتاژ منفی پیدا می کند. با منفی شدن ولتاژ خروجی و بازگشت آن به پایه مثبت ولتاژ خروجی به سطح منفی اشباع می شود. اتفاقی که در این حالت می افتد این است که تقویت کننده دوحالت را خواهد داشت. 1- ولتاژ اشباع شده مثبت 2- ولتاژ اشباع شده منفی. پس از رسیدن به یکی از حالت های اشباع ، تقویت کننده تمایل به ماندن در آن حالت بدون تغییر خواهد داشت. آنچه برای جابجایی تغییر حالت تقویت کننده لازم است ، ولتاژی است که به ورودی پایه منفی با همان علامت اعمال شود اما از لحاظ اندازه ولتاژ آن کمی بیشتر باشد. به عنوان مثال ، اگر خروجی تقویت کننده در ولتاژ خروجی 12+ ولت اشباع شود ، یک ولتاژ ورودی به پایه منفی حداقل 12+ ولت اعمال شود، ولتاژ خروجی تغییر می کند ، با کمی افزایش ولتاژ پایه منفی ورودی، خروجی کاملاً به سطح منفی اشباع خواهد شد. بنابراین ، یک تقویت کننده با فیدبک مثبت تمایل دارد تا در هر حالت که خروجی در آن قرار دارد ، بماند. این به این معنی است که ولتاژ بین دو حالت اشباع مثبت و منفی لچ می شود. از نظر فنی ، این به عنوان حلقه هیسترزیس شناخته می شود. حلقه هیسترزیس می تواند یک ویژگی مفید برای داشتن یک مدار مقایسه باشد. در شکل 4 می توان یک مدار کاربردی برای تولید موج مربعی با استفاده از مقایسه کننده را مشاهده کرد. در صورتی که ولتاژ سینوسی بدون هارمونیک و نویز باشد خروجی تقویت کننده مربعی خواهد شد.

شکل4- پالس خروجی مقایسه کننده با ولتاژ سینوسی اعمالی به ورودی

اما اگر اغتشاش هایی در شکل موج وجود داشته باشد مانند هارمونیک یا اسپایک که باعث افزایش و افت ولتاژ در زمان کم شود ، ممکن است خروجی مقایسه کننده به سرعت تغییر کند.

شکل 5- خروجی مقایسه کننده در صورت داشتن هارمونیک در ولتاژ ورودی

هر زمان که ولتاژ از سطح ولتاژ مرجع بیشتر شود ، مهم نیست که این انتقال چقدر کوچک باشد ، مقایسه کننده ولتاژ خروجی را تغییر می دهد و موج مربعی با تغییرات زیاد ایجاد می شود. اگر فیدبک مثبت به مدار مقایسه کننده اضافه شود در واقع حلقه هسترزیس به مدار اضافه شده است. این حلقه هیسترزیس باعث می شود خروجی در حالت فعلی خود باقی بماند مگر اینکه اندازه ولتاژ ورودی AC تغییر کند.

شکل 6- تقویت کننده عملیاتی با فیدبک مثبت و ورودی سینوسی اعمالی به پایه منفی

هنگامی که خروجی Op-Ampاشباع مثبت شود ، ولتاژ مرجع در پایه مثبت، مثبت تر از گذشته خواهد بود. برعکس ، هنگامی که خروجی Op-Amp اشباع منفی باشد ، ولتاژ مرجع در ورودی مثبت منفی تر از گذشته خواهد بود. در شکل 7 نمودار تغییرات ولتاژ خروجی مشخص است.

شکل 7- شکل موج ولتاژ خروجی تقویت کننده عملیاتی با شکل موج ورودی با مولفه های هارمونیکی

هنگامی که خروجی Op-Amp اشباع مثبت شود ، ولتاژ مرجع فوق الذکرتاثیر می یابد ، و خروجی به سطح منفی اشباع نمی شود ، مگر اینکه ورودی AC از آن سطح مرجع، بیشتر شود. برعکس ، هنگامی که خروجی Op-Amp اشباع منفی شود ، ولتاژ مرجع پایین تر می آید و خروجی به سطح مثبت اشباع نمی شود ، مگر اینکه ورودی AC از پایین تر از سطح مرجع پایین بیاید. در نتیجه ، با وجود مقادیر قابل توجهی اعوجاج در سیگنال ورودی AC ، باز هم موج خروجی، موج مربعی است. کاربرد دیگر فیدبک مثبت در مدارهای Op-Amp، در ساخت مدارهای نوسان ساز است. نوسان ساز مداری است که ولتاژ خروجی متناوب (AC ) یا پالس مربعی تولید می کند. از نظر فنی ، اسیلاتور به عنوان یک مدار ناپایدار شناخته می شود که حالت خروجی پایداری ندارد. نوسان ساز مدار پرکاربردی است که می تواند ساختار ساده ای به صورت شکل 8 داشته باشد.

شکل 8- مدار نوسان ساز با استفاده از تقویت کننده عملیاتی

وقتی خروجی به سطح مثبت اشباع شود ، V-Refمثبت خواهد بود و خازن در جهت مثبت شارژ می شود. وقتی V-rampبا کمترین اختلاف از V-Refبیشتر شود ، خروجی به سطح منفی اشباع می شود و خازن در جهت مخالف (پلاریته) دشارژ می شود. به دلیل اینکه تغییر فیدبک مثبت آنی است و فیدبک منفی به تأخیر می افتد (با استفاده از ثابت زمانی RC) خروجی نوسانی ایجاد می شود. فرکانس این اسیلاتور با تغییر اندازه هر یک از مؤلفه ها قابل تنظیم است. ولتاژ خروجی شبیه به ولتاژ مرجع می باشد اما مقدار آن بیشتر است.