정밀 전압 추종자

부품 및 재료

<울>

연산 증폭기, 모델 1458 또는 353 권장(각각 Radio Shack 카탈로그 번호 276-038 및 900-6298)

6볼트 배터리 3개

10kΩ 전위차계 1개, 선형 테이퍼(Radio Shack 카탈로그 번호 271-1715)

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 3권, 8장:"연산 증폭기"

학습 목표

<울>

연산 증폭기를 전압 팔로워로 사용하는 방법을 설명하기 위해

부정적인 피드백의 목적을 설명하기 위해

몇 가지 문제 해결 전략을 설명하기 위해

개략도

그림

<강한>

지침

이전 연산 증폭기 실험에서 증폭기는 "개루프 " 모드; 즉, 피드백 없이 출력에서 입력으로. 이와 같이 연산 증폭기의 전체 전압 이득을 사용할 수 있었고 결과적으로 두 입력 단자 사이에 적용된 차동 전압의 거의 모든 양에 대해 출력 전압이 포화되었습니다. 이것은 비교기 연산을 원할 때 좋지만 연산 증폭기가 진정한 증폭기처럼 작동하기를 원할 때 좋습니다. , 관리 가능한 전압 이득을 나타내기 위해 필요합니다.

우리는 연산 증폭기의 집적 회로를 분해하고 더 적은 전압 이득을 제공하기 위해 저항 값을 변경할 여유가 없기 때문에 외부 연결 및 부품으로 제한됩니다. 실제로 이것은 피드백과 결합된 극도로 높은 개방 루프 전압 이득의 조합을 통해 연산 증폭기를 훨씬 다양한 목적으로 사용할 수 있기 때문에 생각하는 것처럼 단점이 아닙니다. 내부 회로 수정 옵션.

피드백과 결합된 극도로 높은 개방 루프 전압 이득의 조합으로 인해 내부 회로를 수정하는 옵션을 실행하는 것보다 훨씬 더 다양한 목적으로 연산 증폭기를 사용할 수 있기 때문입니다.

연산 증폭기의 출력을 반전(-) 입력에 연결하면 출력 전압은 반전 입력의 전압과 비반전(+) 입력에 적용된 전압의 균형을 유지하는 데 필요한 레벨을 찾습니다. 이 피드백 연결이 직선 와이어와 같이 직접 연결되면 출력 전압은 비반전 입력의 전압을 정확하게 "따릅니다".

전압 팔로워와 달리 입력 전압을 10분의 1볼트 이내로 근사한 단일 트랜지스터(챕터 5:이산 반도체 회로 참조)로 만들어진 회로에서 이 전압 추종자 회로는 마이크로볼트 이내의 정확한 전압을 출력합니다. 입력 전압의.

연산 증폭기의 비반전(+) 입력 단자와 회로 접지(전원 공급 장치의 음극 측) 사이에 연결된 전압계와 연산 증폭기의 출력 단자와 회로 접지 사이의 출력 전압을 연결하여 이 회로의 입력 전압을 측정합니다. 범위를 통해 전위차계를 조정할 때 연산 증폭기의 출력 전압이 입력 전압을 따르는지 확인하십시오.

차이 또는 오차를 직접 측정할 수 있습니다. , 연산 증폭기의 두 입력 단자 사이에 전압계를 연결하여 출력과 입력 전압 사이. 대부분의 전위차계 범위에서 이 오류 전압은 거의 0이어야 합니다.

전위차계를 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 극단적인 위치 중 하나로 이동해 보십시오. 오류 전압을 측정하거나 출력 전압을 입력 전압과 비교합니다. 특이한 점을 발견하셨습니까? 이 실험에 모델 1458 또는 모델 353 연산 증폭기를 사용하는 경우 상당한 오류 전압 또는 출력과 입력 간의 차이를 측정해야 합니다.

지정된 모델이 포함된 많은 연산 증폭기는 출력 전압을 최대 전원 공급 장치("레일 ") 전압 레벨. 이 경우 "레일" 전압은 각각 +18볼트와 0볼트입니다. 1458의 내부 회로 제한으로 인해 출력 전압이 이러한 상한 및 하한에 정확히 도달할 수 없습니다. 전원 공급 장치 "레일의 2볼트 이내로만 들어갈 수 있음을 알 수 있습니다. ".

이것은 연산 증폭기를 사용하여 회로를 설계할 때 이해해야 하는 매우 중요한 제한 사항입니다. 가득 찬 경우 “rail-to-rail ” 출력 전압 스윙은 회로 설계에 필요하며 이 기능을 제공하는 다른 연산 증폭기 모델을 선택할 수 있습니다. 모델 3130은 그러한 연산 증폭기 중 하나입니다.

정밀 전압 팔로워 회로는 증폭할 전압 신호가 "부하를 견딜 수 없는 경우에 유용합니다. "; 즉, 소스 임피던스가 높은 경우입니다. 전압 추종자는 정의에 따라 1의 전압 이득을 가지므로 그 목적은 전압 증폭과 관련이 없으며 오히려 전류를 전달하는 신호 용량을 증폭하는 것입니다. 부하에.

전압 팔로워 회로는 회로 빌더에게 또 다른 중요한 용도가 있습니다. 즉, 연산 증폭기의 간단한 선형 테스트를 허용합니다. 제가 권장하는 문제 해결 기술 중 하나는 단순화 및 재구성입니다. . 고급 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 연산 증폭기를 사용하여 회로를 구축한다고 가정합니다.

이러한 연산 증폭기 중 하나가 문제를 일으키는 것 같고 결함이 있는 것으로 의심되면 단순 전압 팔로워로 다시 연결하고 해당 용량에서 작동하는지 확인하십시오. 전압 팔로워로 작동하지 않는 연산 증폭기는 확실히 더 복잡한 것으로 작동하지 않습니다.

컴퓨터 시뮬레이션

SPICE 노드 번호가 있는 도식:

Netlist(다음 텍스트를 포함하는 텍스트 파일 만들기, 그대로):

전압 추종자 vinput 1 0 rbogus 1 0 1meg e1 2 0 1 2 999meg rload 2 0 10k .dc vinput 5 5 1 .print dc v(1,0) v(2,0) v(1,2) . 끝 

이상적인 연산 증폭기는 종속 전압 소스를 사용하여 SPICE에서 시뮬레이션될 수 있습니다. (e1 넷리스트에서). 출력 노드가 먼저 지정됩니다(2 0 ), 두 개의 입력 노드, 비 반전 입력 먼저 (1 2 ). 개루프 이득은 마지막에 지정됩니다(999meg ) 종속 전압 소스 라인에서.

SPICE는 종속 소스의 입력 임피던스를 무한대로 보기 때문에 분석 오류를 피하기 위해 어느 정도 유한한 양의 저항을 포함해야 합니다. 이것이 R_가짜의 목적입니다. :V_입력에 대한 접지에 대한 DC 경로 제공 전압 소스. 이러한 "가짜" 저항은 임의로 커야 합니다. 이 시뮬레이션에서는 R_가짜에 대해 1MΩ을 선택했습니다. 가치.

부하 저항은 거의 같은 이유로 회로에 포함됩니다. 종속 전압 소스의 출력에서 ​​전류에 대한 DC 경로를 제공하기 위한 것입니다. 보시다시피 SPICE는 개방 회로를 좋아하지 않습니다!

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<울> <리>

포지티브 피드백 OpAmp 회로 워크시트