Арбалеты «Poe Lang»/»Интерлопер»: разберемся не тор опясь

 Arduino  Комментарии к записи Арбалеты «Poe Lang»/»Интерлопер»: разберемся не тор опясь отключены
Июн 122021
 

Арбалеты «Poe Lang»/»Интерлопер»: разберемся не торопясь

| Автор: ingewarr

Даже не верится, что статье «Новые арбалеты: «Poe Lang» наносит ответный удар» сегодня исполнилось три года! Понятно, с тех пор утекло немало воды, и настала пора рассказать о реалиях дня сегодняшнего.

На технических аспектах, плюсах и минусах, а также нюансах эксплуатации новинок останавливаться не будем, хотя бы потому, что особо говорить и не о чем. Пока имеем лишь разного рода полурекламные ролики, видео с первыми отстрелами и сетевые схватки сторонников и противников этих моделей и марки вообще. Вот через годик уже наверняка появится объективная информация от владельцев, включая временной тест на живучесть узлов и расходников не только с ГОСТовскими плечами на 43 кгс, но и с оригинальными охотничьими. В общем, поживем — увидим. А сегодня попытаемся разобраться с самими моделями, поскольку здесь наблюдается некоторая путаница, хотя и без технических подробностей обойтись не удастся.

Во-первых, сразу следует сказать, что всем известный портал «Интерлопера» (arbalet.ru), уже долгое время находившийся в подвешенном состоянии, ныне и вовсе перестал отвечать на запросы потенциальных покупателей. Если в двух словах, то данный ресурс сейчас передал эстафету своему «сменщику» — archezon.ru. Вот туда и следует обращаться со всеми вопросами. Кстати, именно там вы найдете как давно известные образцы, так и новинки, о которых сейчас пойдет речь. По устоявшейся традиции начинаем с младших моделей.

Оглавление

Рекурсивные арбалеты

Давайте оставим в стороне линейку компактных рекурсивных арбалетов «Интерлопер Скорпион» («Jaguar» у «ПоеЛанга»), которая, впрочем, обогатилась серией «Jaguar II» в исполнении булл-пап (на фото).

Кстати, в сравнении с прототипом, описанным в упомянутой выше статье про «ответный удар ПоеЛанга», внешний вид его серьезно изменился (можете сравнить сами). Даже стопоры тетивы (STS) идут в базе. «Jaguar II» выдает до 260 fps (79 м/с) при усилии натяжения 175 фунтов.

Следующая модель несомненно вызовет (точнее, уже вызвала) интерес у поклонников так называемой «тактикульности», то есть ультра-тактического оружейного стиля. Судите сами:

Ну как, не правда ли, производит впечатление?

По классификации самого «Poe Lang» это брутальное изделие с взводом, осуществляемым подствольным рычагом, имеет трудно выговариваемое название «R9 BK DELUXE(CR-090BA)», у нас и в Европе оно более известно под благозвучным именем «Cobra System R9» — совсем другое дело… Производитель декларирует скоростные показатели в 240 fps (73 м/с) при весьма скромном 90-фунтовом усилии натяжения. Ну да, в принципе игрушка, но насколько же крутая! Тут и взрослым дяденькам не зазорно приобщиться:

А теперь обратим свой взор на куда более серьезные модели, относящиеся уже к категории охотничьего оружия.

Блочные арбалеты

«Торпеда» ушла на дно…

Давайте посмотрим, удалось ли производителю воплотить в жизнь задумки, о которых мы писали три года назад. Увы, далеко не все…

Не пошла в производство анонсированная тогда серия «Torpedo», за исключением одной модели. По сути, это были «тактические» версии уже знакомых арбалетов:

Узнали? В центре известный на российском рынке вариант «Ифрита», предлагаемый в исполнении «булл-пап» под характерным названием «Тактик». Слева от него перелицованный «Архонт», справа – «Легат». Вот, на фото для сравнения «Torpedo-T» и старый добрый «Архонт»:

Ну да, исполнение булл-пап, телескопический приклад а-ля AR-15… А главное, появилась тогда у меня надежда, что в новой модели за счет компоновки будет устранен чуть ли не единственный недостаток «Архонта» — неудачная развесовка из-за массивной колодки плеч. Но не вышло.

А может, и к лучшему. «Тактических булл-папов» ныне в производственной линейке тайваньцев пруд пруди, и с появлением серии «Торпедо» вполне могла бы уйти в небытие замечательная классическая линейка «Легат» — «Ифрит» — «Архонт». Кстати, и сейчас считаю последний едва ли не самым лучшим образцом охотничьих арбалетов «ПоеЛанга», ведущим свою родословную от легендарного заокеанского «Ten Point Phantom».

Младшие модели охотничьих арбалетов : «Лезвие» и «Фобос»

В остальном же у компании «PoeLang» в минувшие три года все шло как по рельсам. Вышла на рынок младшая модель из линейки полноразмерых блочников — «Blade». На фото она в «полном фарше»:

У нас «Лезвие» можно приобрести и в бюджетном варианте (что-то порядка 20 тысяч рублей) без STS, оптики и гасителей вибрации плеч.

Сразу основные ТТХ:

Скорость стрелы: 340 fps (104 м\c)
Усилие натяжения: 43кг (95 lbs), максимальное 84 кг (185 lbs)
Рабочий ход тетивы: 330 мм
Ширина плеч: 475 мм
Ширина взведенных плечей: 415 мм
Общая длина: 870 – 930 мм
Вес (без комплектации): 2,9 кг
Подходящие стрелы (длина): 20″

На следующей ступеньке в производственной иерархии стоит «Guillotine-М», она же «Интерлопер Фобос»:

ТТХ:

Скорость стрелы: 370 fps (113 м\c)
Усилие натяжения: 43кг (95lbs), максимальное 84 кг (185lbs)
Рабочий ход тетивы: 350 мм
Ширина плеч: 520 мм
Ширина взведенных плечей: 430 мм
Общая длина: 895 мм
Вес (без комплектации): 3,6 кг
Подходящие стрелы (длина): 20″, 22″

В одном ряду с «Фобосом» следовало бы поставить «Жнец-370», по крайней мере — по аналогичным скоростным показателям. Однако, можно сказать, на наших глазах случилось нечто, о чем сейчас мы и расскажем.

Арбалет «Жнец-390» — выбор окончательный

Итак, российская арчери-компания «Интерлопер» сделала окончательный выбор — в качестве младшей модели в линейке «Жнецов» теперь не 370-я модель, а «Жнец-390» (на фото).

Основные ТТХ:

Начальная скорость стрелы: 119 м/с, или 390 fps (футов в секунду)
Усилие натяжения в кг: 43/85
Рабочий ход тетивы в см: 35
Стандарт стрел в дюймах: 20
Ширина в см (не взведенный/взведенный): 46 / 35
Вес (кг): 3,15

А теперь — самое интересное. Его предшественник «Жнец-370«, от которого компания отказалась в пользу более скоростного собрата, имел точно такие же показатели усилия натяжения и рабочего хода тетивы, но при этом отставал на нешуточные в арбалетном мире 20 fps (6 м/с). Откуда же взялся прирост скорости?

Начнем издалека. «Жнецы» — это российская ипостась выпускаемой тайваньским «ПоеЛангом» линейки арбалетов «Ballistic». Европейское отделение компании «EK ARCHERY» (см. последнюю главу данной статьи) именует ее «Accelerator». Причем «Ballistic-370«/»Accelerator-370» до сих пор производится. Мы попытались сравнить внешний вид 370-го и 390-го, поскольку по весу второй при одинаковых основных ТТХ тяжелее на целый фунт (0,45 кг) — хотелось понять, в чем тут дело.

На фото даны два фрагмента — на первом «Accelerator-370», на втором — «Accelerator-390». Заметно, что у последнего несколько иная колодка плеч, а главное — сами блоки. Похоже, что они более агрессивны, чем и обусловлен прирост скоростных показателей. Иного объяснения сему феномену у меня не имеется…

В скобках замечу, что 370-я модель окончательно не покинула отечественный оружейный рынок, она осталась в номенклатуре товаров, реализуемых ТД «Дендра».

Топ-модели новых линеек арбалетов

Тут тоже все в порядке, анонсированные три года назад образцы никуда не делись и уже появились на стеллажах оружейных магазинов. Это старший брат «Гильотины-М» — «Guillotine-Х»:

У нас она куда более известна как «Интерлопер Стикс«.

ТТХ:

Скорость стрелы: 400 fps (122 м\c)
Усилие натяжения: 43 кгс (95 lbs), максимальное 84 кгс (185 lbs)
Рабочий ход тетивы: 370 мм
Ширина плеч: 500 мм
Ширина взведенных плечей: 405 мм
Общая длина: 960 мм
Вес (без комплектации): 4 кг
Подходящие стрелы (длина): 20″, 22″

А теперь современный лидер по скоростным показателям среди всех арбалетов бюджетного сегмента. Не только у «ПоеЛанга», а вообще… Это «Ballistic-410»:

У него, разумеется, существует российский аватар — «Интерлопер Жнец-410«. Итак, ТТХ арбалета-монстра:

Скорость стрелы: 410 fps (125 м\c)
Усилие натяжения: 43 кгс (95 lbs), максимальное 84 кгс (185 lbs)
Рабочий ход тетивы: 375 мм
Ширина плеч: 490 мм
Ширина взведенных плечей: 390 мм
Общая длина: 960 мм
Вес (без комплектации): 3,6 кг
Подходящие стрелы (длина): 20″, 22»

Остается, пожалуй, лишь добавить, что все перечисленные выше модели идут как в черном «тактическом» оформлении, так и в «камуфляже».

Повторюсь, сегодня мы не рассматриваем особенности конструкции и эксплуатации новинок, на повестке дня исключительно беглый обзор и разъяснение некоторых запутанных моментов. Вот очередной из них, пока что последний.

Арбалеты компании «Ek Archery Research» — тот же «Poe Lang», только в профиль

Так, товарищи, появилась важная информация для лучников-арбалетчиков. Если вам вдруг на глаза попалось что-то вроде «арбалеты производства компании EK» с очень знакомыми изображениями, не пугайтесь — с головой и зрением все нормально !

Не секрет, что производителей метательного, да и пневматического оружия на планете не так уж много, по крайней мере куда меньше, чем брендов. Просто одни и те же изделия на разных рынках идут под разными названиями. Например, винтовки «Weihrauch» в США в основном продаются под маркой «Beeman», подобной путанице в смежной области мы посвятили целую статью «Вся правда об «Арбалете Crossbow» и еще немного о названиях«.

Так вот, расположенная в голландском городе Эйндховен компания «EK Archery Research» является европейским представительством известного тайваньского производителя «Poe Lang». Имейте в виду, что у абсолютного большинства моделей имеются и российские аналоги, тоже под другими названиями, но под общей маркой «Интерлопер». Особо повторяться на эту тему не видим смысла, просто приведем несколько наглядных примеров.

При этом семейство «Гильотин» (в России — «Фобос» и «Стикс») в Нидерландах сохранило свои имена.

И наконец, одно важное примечание. Модели, продающиеся под брендом «EK Archery», в отличие от своих более ранних прототипов прошли достаточно серьезную модернизацию. Она затронула не только «обвес», но и основные детали, включая плечи или систему крепления колодки. Поскольку оригинальные поеланговские «Баллистики» у нас официально не представлены, лучше обратить внимание на прошедшие российскую сертификацию их европейские аналоги

Еще статьи по теме:

Арбалет и стрельба из него
Мощный арбалет — что за зверь такой?
Новые арбалеты и луки 2020 года
Арбалет для зверовой охоты
Новые охотничьи арбалеты: единство и борьба противоположностей
Оружейная галерея: арбалетно-охотничий квартет «Леопард», «Легат», «Архонт», «Ифрит»
Вся правда об «Арбалете Crossbow» и еще немного о названиях
«Классика» или «традиция»
Новые модели пневматического оружия 2020. Часть 2

Таблица возможных замен реле различных производ ителей

 Arduino  Комментарии к записи Таблица возможных замен реле различных производ ителей отключены
Июн 012021
 
TIANBO HONGFA BESTAR FEME FINDER FUJITSU GOOD SKY NHG MATSUSHITA/
NAIS
NEC OMRON TYCO/SIEMENS OEG ORIGINAL P&B SONG CHUAN TAKAMISAWA ZETTLER TTI WANJA
690 JT G7G,
G8P
ORU T90,
T91
832 AZ2280,
AZ2290,
AZ2200
691 JT G7G,
G8P
ORU T90,
T91
AZ2210,
AZ2250
692 CS,
CF30
T92 AZ2800,
AZ2850
HJQ-15F-1 HF2100,
HF2120
JT G7G T91,
T9A
AZ210,
AZ2120
TR91(DC)
HJQ-15F-1 HF2150,
HF2110
BS-901-1C-1VDC CGQ NT90(T90) JT G7G,
G8P
T90 T90 ORU T9A,
T90
832,
832A,
835AWP
AZ2150,
AZ2110
TR90 WJ115
HJQ-15F-2 HF2160 852 AZ2160
HF7520 NT76 JV G5CE PCD 201 TRV
HF420 K MHS NV23154 R10 AZ420
TRDH HF8 EM-EMH UDH NT72(4459),
NT72-2
V23148 OUDH OUDE T73 843 LZ AZ8 TR72
TRV4,
TRV4-1U
HFV4 GRL NVF4-1(4-2) B VF-4 ORAL VF4 792H,
896,
896H
AZ973 TR92,
TR93
WJ204
HFD2 BT-2C TF,
TFL2,
ZFH-002
3022 FBR240 JRC-19F(4078) DS2Y MR62 G5V-2,
G6A
V23042,
V23105
T82,
T85
502 R2,
RA,
RY
AZ832,
AZ832P
TRS
TRAW HFKM,
HFKS
ARW-SH 4117 V23072-CI,
A203,
A204,
A205,
A206,
A207,
A208
OARW OAR(W) VKM 861 AZ975,
AZ976
TRM WJ201
TRKP HFKP CAR JQC-4(4120) V23076 VKP 822E,
822U
AZ970,
AZ971
TRP
HJR-78F HFKW FBR51 NG8QN JJM2W,
JJMX
G8QN WJ118
TRFM HVF6 VFM
TRV6,
TRV6-1U
HFV7,
HFV7A
NVF4-3(4-4) VF-7 897 AZ979,
AZ980
TR94 WJ207
HJR4102 HM4100F BS102-1C FBR211SC UA-SS N4100(4100F) G2E V23101,
A201
OUA OUA 842 AZ952,
AZ953
TRG
HJR4102E HM4101F BS101-1C ESH-001 FBR211SE AZ-SH N4100F-2(4100F) V23101,
B201
OUAZ OUAZ T81 842A MZ AZ951 TRBS WJ102K
JGC-4F,
JGC-5F
G3MB
JGX-31F G3NA
JGX-39F G3R
JGX-40F,
JGX-40FA
G3RD,
G3R
JPC-2F G6Y-1
TRDB JQC-12FF NT77 834 AZ766 TRCF
HJR-21FF JQC-21FF BS-115C-1C-12VDC FBR100,
FBR211SE
RUDH NT73 G5L SRUDH SRUDH 801H TRU,
TRD
WJ107
HJR-3FF,
TRKF
JQC-3FF VTA 3611 FBR161-H RW-SH NT73 JS MR301 G5L PCE-H SRUDH T72 833H AZ943 TRU,
TRD
JQC-25F G5G
JQC-26F V23088,
PB
HJR-7FF JQC-7FD,
JZC-7FF
VTA-001 FBR161-HB RUDH 4123,
NT71
JS MR501 G5L-E V23001 SRUDH SRUDH T72 812H,
812BH
CS,
GS
AZ942,
AZ941
TRD WJ108
TR5V JRC-23F EZ,
EZH
FBR21,
FBR22
JRC-23F HY G5V-1 V23111 TSC 804,
823
SY AZ957,
AZ955
TRG5
HJR1-2C JRC-19FD,
JRC27F
ZFH-002 3022 FBR244 GS,
SH-L
DS2Y MR62 G5V-2 V23102,
V23105
OVR ORZ T82,
T85
876 RY AZ821,
AZ822,
AZ831
TRS
JSB-53FA,
JSB-53FC
ST3 H3CT-8 GSVM-4
TRAF JQX-102F GQF JQX-102F LF G4A 302 AZ769,
AZ760
TRK
JQX-10FH,
JQX-10FF
RCP,
RCPT
6012,
6013
MK,
MK2,
MK3
KRPA 703,
703XB,
703XC
JQX-105F JT-N,
JT
G7G,
G8P
ORU ORU T90,
T91
832
JQX-115F,
JQX-115F-Q
M25 41XX FTR-H1,
FTR-F1
RT JW,
JW2
V23077,
RT
RT 845,
881DC
AZ761,
AZ762,
AZ743,
AZ763,
AZ764
JQX-116F HE G7L 841 AZ2400,
AZ2410
JQX-118F M15-E N68F G6RN RYII
HJQ-13F-2C,
HJQ-13F-1C
JQX-13F BS-108-1C-12VDC 56XX RET JQX-13F HL LY1,
LY2
TM SRET,
DRET,
RET
K10 SCLA-S,
SCLA-P,
SCL
MAT AZ164,
AZ168
TRL WJ151
TRA-1 JQX-141FF MI,
MIH
JQX-141FF JW MR71, MR72 G2R OMI OMI RT1,
RT2,
RT3,
RT4
845H AZ742,
AZ763,
AZ764
TRI-A1,
TRI-1C
WJ114
TRA-3 JQX-14FF MZPA-001 4031 FBR611 MI,
SH-L
JQX-14FC1,
JQX-14FC2,
JQX-14FC3
JR1,
JR1A
MR71 G2R RP41 OMI OMI RKA,
RKS
845H-1P,
845H-2P
VS,
VB
AZ697 TRI-H,
TRI-2C,
TRI-2A
WJ112,
WJ113
TRA-2 JQX-14FW MZPA-001 4061 FBR611-K GZF-L JR1AF G2RE RP31 OMI-H RKS 793 VSB AZ755 TRIH,
TRIE
JQX-14FY,
JQX-62F
JQX-62F JR1AF-TMP G5J OMIF OMIF 302 VR
JQX-15FS BS-901-1C-12VDC GU NT90 JT G8P ORU T90 832,
835AWP
AZ2251 WJ115
JQX-37F GPF PCF VF
TRAF JQX-54FE JQX-54FE JM G4F PCF 821-W,
302
VH AZ760 TRK
JQX-54FF G4F PCF 821 AZ2300
TRA-8 JQX-68F M15E 3441 G6RN V23061,
RYII
PCD JS AZ696
TRG-1 JZC-32F,
JZC-32FA
GJ JZC-32F OJE,
OJ
OJE 835 JV AZ767,
AZ765
TRC,
TRA
WJ105
JZC-33F JF JZC-33F JQ G5S RE 892 JY AZ940 TRJ
TRA-4 JZC-36F MXH FTR-H2,
FTR-F2,
HTR-H2,
HTR-F2
JZC-36F LK DGIU G5P-1 SDT SDT AZ672
JZC-38F VM T74 851 VE AZ960
TRA5 JZC-42F LA G5PA-2 OSA
TRGB JZC-43F NG5N LD G5N 202
JZC-48F PE,
RE
JZC-49F,
JZC-49FA
RB NPA PA NY
HJQ-14F JZX-140FF MZPA-002 4052 FBR621 MI,
SH-L
JR2,
JR2A
MR72 G2R RP82 OMI OMI RKA,
RKS
845-2P VB AZ733,
AZ733W
HJQ-22F JZX-18FF BMY-4C-12VDC 55XX RE JZX-18FF HC MY2,
MY3,
MY4
ZT STE,
SRE
KHA SCLB,
SCLD
MAT AZ164,
AZ168
TRY
BP P TQ-2 702 TRQ2
PS TQ-2L 702 TRQ2S
NX TX 902
BT,
BTL
M4,
M4S
502 TRS
M1B,
M1BS
502
4099 JZC-7F TR99
JZC-21F G2U T70
4088 JZC-20F
NT75-1 845H-1P TRIL-H
NT75-2 845H-2P TRIL-E
NT78 895 TR81
NT90T G7P T91 T91 832AWP TR91 WJ116
NT90TP G7P T91 T92 832AWP TRH
4117-2 861T TRM2
NV2R V2R TRE2
NVFM VFM WJ209
NVF VF TR82
HJR-78F,
TRKM
FBR51 R-501
TRB1,
TRB2
NG8N,
NG8ND
G8N,
G8ND2

Операционные усилители: 10 схем на (почти) все случ аи жизни

 Arduino  Комментарии к записи Операционные усилители: 10 схем на (почти) все случ аи жизни отключены
Июн 012021
 

Операционные усилители: 10 схем на (почти) все случаи жизни

Всем привет!

В последнее время я по большей части ушел в цифровую и, отчасти, в силовую электронику и схемы на операционных усилителях использую нечасто. В связи с этим, повинуясь неуклонному закону полураспада памяти, мои знания об операционных усилителях стали постепенно тускнеть, и каждый раз, когда все-таки надо было использовать ту или иную схему с их участием, мне приходилось гуглить ее расчет или искать его в книгах. Это оказалось не очень удобно, поэтому я решил написать своего рода шпаргалку, в которой отразил наиболее часто используемые схемы на операционных усилителях, приведя их расчет, а также результаты моделирования в LTSpice.

ghtwwjr7nnnzz1k0c4r1jnknwfa.jpeg

Введение

В рамках данной статьи будет рассмотрено десять широко используемых схем на операционных усилителя. При написании данной статьи я исходил из того, что читатель знает, что такое операционный усилитель и хотя бы в общих чертах представляет, как он работает. Также предполагается, что ему известны базовые вещи теории электрических цепей, такие как закон Ома или расчет делителя напряжения.

Не следует воспринимать эту статью как законченное руководство по применению операционных усилителей в любых ситуациях. Для большого количества задач, действительно, этих схем может быть достаточно, однако в сложных проектах всегда может потребоваться что-то нестандартное.

1. Неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель – наверное, наиболее часто встречающаяся схема включения операционного усилителя, она приведена на рисунке ниже.
7xfqtzvdeyztyqtemzak1qpdccw.jpeg

В этой схеме усиливаемый сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя, а сигнал с выхода через делитель напряжения попадает на инвертирующий вход.
Расчет этой схемы прост, он строится исходя из того, что операционный усилитель, охваченный петлей обратной связи, отрабатывает входное воздействие таким образом, чтобы напряжение на инвертирующем входе было равно напряжению на неинвертирующем:

VIN=VOUTR2R1+R2

Из этой формулы легко получается коэффициент усиления неинвертирующего усилителя:

k=VOUTVIN=1+R1R2

Рассчитаем и промоделируем неинвертирующий усилитель со следующими параметрами:

  • Операционный усилитель LT1803
  • Коэффициент усиления k=10
  • Частота входного сигнала кГцF=100 кГц
  • Амплитуда входного сигнала VINmax=0,1 B
  • Постоянная составляющая входного сигнала ВVIN==0,2 В

Выберем из ряда Е96 кОмR1=9,53 кОм и кОмR1=1,05 кОм. Тогда коэффициент усиления будет равен

k=1+R1R2=1+9,53⋅1031,05⋅103≈10

Результат моделирования данной схемы приведен на рисунке (картинка кликабельна):

pzkwvex2_jmaize3zsmd7agis5y.jpeg

Давайте теперь рассмотрим граничные случаи этого усилителя. Допустим, величина сопротивления резистора ОмR2=0 Ом. При этом мы получим, что коэффициент усиления будет стремиться к бесконечности. На самом деле, конечно, это хоть и очень большая, но все-таки конечная величина, она обычно приводится в документации на микросхему конкретного операционного усилителя. С другой стороны, величина выходного напряжения реального операционного усилителя даже при бесконечно большом коэффициенте усиления не может быть бесконечно большой: она ограничена напряжением питания микросхемы. На практике она зачастую даже несколько меньше, за исключением некоторых типов усилителей, которые отмечены как rail-to-rail. Но в любом случае не рекомендуется загонять операционные усилители в предельные состояния: это приводит к насыщению их внутренних выходных каскадов, нелинейным искажениям и перегрузкам микросхемы. Поэтому данный предельный случай не несет какой-то практической пользы.

Гораздо больший интерес представляет собой другой предельный случай, когда величина сопротивления ОмR1=0 Ом. Его мы рассмотрим в следующем разделе.

2. Повторитель

Как уже говорилось ранее, включение операционного усилителя по схеме повторителя – это предельный случай неинвертирующего усилителя, когда один из резисторов имеет нулевое сопротивление. Схема повторителя приведена на рисунке ниже.
ossguytevw5plhxb5zp7h84yo_g.jpeg

Как видно из формулы, приведенной в прошлом разделе, коэффициент передачи для повторителя равен единице, то есть выходной сигнал в точности повторяет входной. Зачем же вообще нужен операционный усилитель в таком случае? Он выступает в роли буфера, обладая высоким входным сопротивлением и маленьким выходным. Когда это бывает нужно? Допустим, мы имеем какой-то источник сигнала с большим выходным сопротивлением и хотим этот сигнал без искажения передать на относительно низкоомную разгрузку. Если мы это сделаем напрямую, без каких бы то ни было буферов, то неизбежно потеряем какую-то часть сигнала.

Убедимся в этом с помощью моделирования схемы со следующими основными параметрами:

  • Выходное сопротивление источника сигнала 10 кОм
  • Сопротивление нагрузки 1 кОм
  • Частота входного сигнала кГцF=100 кГц
  • Амплитуда входного сигнала VINmax=0,1 B
  • Постоянная составляющая входного сигнала ВVIN==0,2 В

Моделирования будем проводить для двух случаев: в первом случае пусть источник сигнала работает на нагрузку через повторитель, а во втором случае — напрямую.
Результаты моделирования приведены на рисунке ниже (картинка кликабельна): на верхней осциллограмме выходной и входной сигналы в точности совпадают друг с другом, тогда как на нижней сигнал на выходе в несколько раз меньше по амплитуде относительно сигнала на входе.

x0jydg7lwhxj3xngyahfbbtfuvs.jpeg

Вместо повторителя на операционном усилителе можно также использовать и эмиттерный повторитель на транзисторе, не забывая, однако, про присущие ему ограничения.

3. Инвертирующий усилитель (классическая схема)

В схеме инвертирующего усилителя входной сигнал подается на инвертирующий вывод микросхемы, на него же заведена и обратная связь. Неинвертирующий вход при этом подключается к земле (иногда к источнику смещения). Типовая схема инвертирующего усилителя приведена на рисунке ниже.
a1s0ghupb1aytscfyvovbu_b0m0.jpeg

Для входной цепи инвертирующего усилителя можно записать следующее выражение:

VIN−V−R1=V−−VOUTR2

Где V− — напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя.
Поскольку операционный усилитель, охваченный петлей обратной связи, стремится выровнять напряжения на своих входах, то V−=0, и при заземленном неинвертирующем входе получаем

VINR1=−VOUTR2

Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен

k=VOUTVIN=−R2R1

По инвертирующему усилителю можно сделать следующие выводы:

  1. Инвертирующий усилитель инвертирует сигнал. Это значит, что необходимо применение двухполярного питания.
  2. Величина модуля коэффициента усиления инвертирующего усилителя равна отношению резисторов цепи обратной связи. При равенстве номиналов двух резисторов коэффициент усиления равен -1, т.е. инвертирующий усилитель работает просто как инвертор сигнала.
  3. Величина входного сопротивления инвертирующего усилителя равна величине резистора R1. Это важно, потому что при маленьких значениях R1 может сильно нагружаться предыдущий каскад.

Для примера рассчитаем инвертирующий усилитель со следующими параметрами:

  • Операционный усилитель LT1803
  • Коэффициент усиления k=−10
  • Частота входного сигнала кГцF=100 кГц
  • Амплитуда входного сигнала VINmax=0,1 B
  • Постоянная составляющая входного сигнала ВVIN==0,2 В

В качестве резисторов в цепи обратной связи выберем резисторы номиналами кОмR1=10 кОм и кОмR2=100 кОм: их отношение как раз равно десяти.
Результаты моделирования усилителя приведены на рисунке (картинка кликабельна).

lnmzp1pi30iswnwttc4izeivwvs.jpeg

Как видим, выходной сигнал в 10 раз больше по амплитуде, чем входной, и при этом проинвертирован.

Входное сопротивление данной схемы равно кОмR1=10 кОм. А что будет, если источник сигнала будет иметь значительное выходное сопротивление, допустим, эти же 10 кОм? Результат моделирования этого случая представлен на рисунке ниже (картинка кликабельна).

h6u36nz4y0-wztoa6oy1fk0t4ku.jpeg

Амплитуда выходного сигнала просела в два раза по сравнению с предыдущим случаем! Очевидно, что это все из-за того, что выходное сопротивление генератора в этом случае равно входному сопротивлению инвертирующего усилителя. Таким образом, стоит всегда помнить про эту особенность инвертирующего усилителя. Как же быть, если все-таки требуется обеспечить работу источника сигнала с высоким выходным сопротивлением на инвертирующий усилитель? В теории надо увеличивать сопротивление R1. Однако одновременно с эти будет расти и сопротивление R2. Если мы хотим обеспечить входное сопротивление схемы в 500 кОм при коэффициенте усиления 10, резистор R2 должен иметь сопротивление в 5 МОм! Такие большие номиналы сопротивлений применять не рекомендуется: схема будет очень чувствительной к наводкам, пыли и флюсу на печатной плате. Есть ли какие-то выходы из этой ситуации? На самом деле да. Можно, например, использовать буфер-повторитель, который мы рассмотрели в прошлом разделе. А можно еще применить схему с Т-образным мостом в обратной связи, про нее поговорим в следующем разделе.

4. Инвертирующий усилитель с Т-образным мостом в цепи ОС

Схема инвертирующего усилителя с Т-образным мостом в цепи обратной связи приведена на рисунке ниже.
vi-iss1w7topatmybsbsn27h7a4.jpeg

Коэффициент усиления этой схемы равен

k=VOUTVIN=−R2+R3+R2⋅R3R4R1

Рассчитаем усилитель со следующими параметрами:

  • Операционный усилитель LT1803
  • Коэффициент усиления k=10
  • Частота входного сигнала кГцF=100 кГц
  • Амплитуда входного сигнала VINmax=0,1 B
  • Постоянная составляющая входного сигнала ВVIN==0,2 В
  • Входное сопротивление кОмR=500 кОм

Расчет показывает, что следящие номиналы резисторов должны сформировать усилитель с Т-образным мостом, отвечающий заявленным требованиям:

кОмR1=499 кОм

кОмR2=R3=22,6 кОм

ОмR4=100 Ом

Результаты моделирования схемы усилителя приведены на рисунке ниже (картинка кликабельна).

uqqcs-vvwmf7vjcbynh1vpaas44.jpeg

Попробуем теперь подключить источник с выходным сопротивлением 10 кОм, как мы это сделали в предыдущем разделе. Получим такую картинку (кликабельно):

szazlxewsyxvj10cykbtho2rtvc.jpeg

Выходной сигнал практически не изменился по амплитуде по сравнению с предыдущим моделированием, и это ни в какое сравнение не идет с тем, насколько он проседал в схеме простого инвертирующего усилителя без Т-моста. Кроме того, как мы видим, эта схема позволяет обойтись без мегаомных резисторов даже при больших коэффициентах усиления и значительном входном сопротивлении.

5. Инвертирующий усилитель в схемах с однополярным питанием

Схемы с однополярным питанием распространены гораздо больше, чем схемы с двухполярным. Вместе с тем, как мы выяснили в прошлых двух разделах, при использовании схемы инвертирующего усилителя у нас меняется знак выходного напряжения, что влечет за собой обязательное применение двухполярного источника питания. Можно ли как-то обойти это ограничение и использовать инвертирующий усилитель в схемах с однополярным питанием? На самом деле можно, для этого надо на неинвертирующий вход усилителя подать напряжение смещения как показано на рисунке ниже
xhlrtbdoenbuzi1g53-f5z091hk.jpeg
Примечание

Расчет этой схемы строится все на том же принципе равенства напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах усилителя. Ток через цепочку резисторов R1-R2 инвертирующего плеча равен.

IR1R2=VOUT−V−R2=V−−VINR1

Отсюда напряжения на инвертирующем входе равно

V−=VOUT⋅R1+VIN⋅R2R1+R2

Напряжение на неинвертирующем входе равно

V+=VREFR2R1+R2

Исходя из принципа равенства напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах получаем

VOUT⋅R1+VIN⋅R2=VREF⋅R2

Таким образом, напряжение на выходе операционного усилителя равно

VOUT=(VREF−VIN)R2R1

Отсюда делаем вывод, что для корректной работы напряжения смещения VREF должно быть больше максимального входного напряжения с учетом подаваемого на вход напряжения смещения.
Промоделируем схему инвертирующего усилителя со следующими параметрами:

  • Операционный усилитель LT1803
  • Коэффициент усиления k=10
  • Частота входного сигнала кГцF=100 кГц
  • Амплитуда входного сигнала VINmax=0,01 B
  • Постоянная составляющая входного сигнала ВVIN==0,2 В
  • Напряжение источника смещения ВVREF=0,22 В

Результаты моделирования приведены на рисунке ниже (картинка кликабельна)

rglmha2gn617-q5vii-jieooqua.jpeg

Как видим, мы получили усиленный в 10 раз инвертированный сигнал, при этом сигнал проинвертировался, однако, не залез в отрицательную область.

6. Инвертирующий сумматор

Операционный усилитель можно использовать для суммирования различных сигналов. С помощью резисторов можно задавать «вес» каждого из сигнала в общей сумме. Схема инвертирующего сумматора приведена на рисунке ниже.
hz0r1v3ulhx4l0nwykg1sormro0.jpeg

Расчет инвертирующего сумматора очень прост и основывается на принципе суперпозиции: суммарный выходной сигнал равен сумме отдельных составляющих:

VOUT1=−R4R1VIN1

VOUT2=−R4R2VIN2

VOUT3=−R4R3VIN3

VOUT=−(R4R1VIN1+R4R2VIN2+R4R3VIN3)

Рассчитаем и произведем моделирование инвертирующего сумматора со следующими параметрами:

  • Операционный усилитель LT1803
  • Частота входного сигнала кГцF=100 кГц
  • Амплитуда входного сигнала №1 ВVIN1=0,1 В
  • Амплитуда входного сигнала №2 ВVIN2=0,2 В
  • Амплитуда входного сигнала №3 ВVIN3=0,3 В
  • «Вес» сигнала №1 v1=3
  • «Вес» сигнала №2 v2=2
  • «Вес» сигнала №3 v3=1

Для обеспечения требуемых «весов» v1, v2 и v3 выберем следущие номиналы резисторов из ряда Е96:

кОмR1=10 кОм

кОмR2=20 кОм

кОмR3=R4=30,1 кОм

Результат моделирования приведен на рисунке ниже (картинка кликабельна).

7xh7gs2xry9m2qhmjiyoy0lgh54.jpeg

Видим, что выходной сигнал проинвертирован и усилен в соответствии с выражением, приведенным выше. Однако стоит всегда помнить, что приведенное выше выражение верно для постоянных напряжений (либо же мгновенных значений переменного сигнала). Если же сдвинуть сигналы по фазе или если они будут обладать разной частотой, то результат будет совершенно другим. Аналитически его можно рассчитать, воспользовавшись формулами преобразования тригонометрических выражений (в случае, если мы имеем дело с синусоидальными сигналами). В качестве примера на рисунке ниже приведен результат моделирования инвертирующего сумматора для случая сдвинутых по фазе входных сигналов (изображение кликабельно).

h1oscgkz42_uv3geztrvda-pabu.jpeg

Как видим, итоговый сигнал не превышает по амплитуде сигнал VIN3, а также имеет в начальной части артефакты, вызванные постепенным появлениями сигналов на входах.
Необходимо также помнить, что инвертирующий сумматор – по сути все тот же инвертирующий усилитель, и его входное сопротивление определяется величиной резистора в цепи обратной связи, поэтому его надо аккуратно применять в случаях, если источник сигнала имеет большое выходное сопротивление.

7. Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель предназначен для усиления разности сигналов, поступающих на его входы. Такое включение усилителей широко используется, например, для усиления сигнала с резистора-шунта-датчика тока. Что немаловажно, операционный усилитель в таком включении помимо, собственно, усиления сигнала, давит синфазную помеху.

Схема дифференциального усилителя приведена на рисунке.
esvnnynvzrcoep6uuk4cnfetu08.jpeg

Для дифференциального усилителя можно записать следующие выражения:

VOUT−V−R40=V−−VIN2R3

V+=VIN1R2R1+R2

V+=V−

Решая эту систему уравнений, получаем

VOUT=VIN1R2R1+R2R3+R4R3−VIN2R4R3.

Если мы примем, что

R2R1=R4R3,

то данное выражение упрощается и преобразуется в

VOUT=(VIN1−VIN2)R2R1.

Таким образом, коэффициент усиления дифференциального сигнала определяется отношением R2 к R1.

Эта формула (да и сама схема включения дифференциального усилителя) очень похожа на рассмотренный ранее случай инвертирующего усилителя в схеме с однополярным питанием. Действительно, все так и есть: схема инвертирующего усилителя с однополярным питанием и напряжением смещения есть частный случай дифференциального усилителя, просто в ней на один из входов подается не какой-то переменный сигнал, а постоянное напряжение.

Произведем моделирование схемы со следующими параметрами:

  • Операционный усилитель LT1803
  • Коэффициент усиления k=50
  • Частота входного сигнала кГцF=100 кГц
  • Амплитуда входного сигнала №1 VIN1=0,015 B
  • Амплитуда входного сигнала №2 VIN1=0,01 B
  • Величина усиливаемого сигнала ВΔ=VIN1−VIN2=0,005 В

Результаты моделирования приведены на рисунке ниже (изображение кликабельно).

tfbfayg_2iqvxsnk0hpfbigxwvy.jpeg

Как видим, разница между сигналами VIN1 и VIN2 в 5 мВ оказалась усиленной в 50 раз и стала 250 мВ.

Посмотрим теперь, как дифференциальный усилитель давит синфазную помеху. Для этого подключим к сигналам VIN1 и VIN2 общий генератор белого шума и произведем моделирование, его результаты представлены на рисунке (картинка кликабельна).

tzj9kcji_5cmijyfklwpmovewbo.jpeg

На верхней осциллограмме приведены сигналы VIN1 и VIN2 с добавленной помехой: самого сигнала уже даже не видно за шумами. На нижней осциллограмме приведен результат работы дифференциального усилителя. Поскольку помеха одна и та же для инвертирующего и неинвертирующего входа, дифференциальный усилитель ее убирает, и в результате мы имеем чистый сигнал, не отличающийся от случая без помехи.

Однако стоит все же помнить, что способность операционного усилителя давить синфазную помеху не бесконечна, данный параметр обычно приводится в документации на операционный усилитель. Кроме того, нельзя забывать и про величину входного сопротивления дифференциального усилителя со стороны инвертирующего входа: оно по-прежнему может быть невелико.

8. Источник тока

Операционный усилитель при определенном включении может работать как источник тока. Источник тока поддерживает постоянный ток вне зависимости от величины сопротивления нагрузки (в идеальном источнике нагрузка может быть вообще любая, в реальном – не больше какой-либо величины, пропорциональной максимально возможному напряжению, которое может сформировать на ней источник тока). Возможно как минимум две схемы источника тока на операционном усилителе: с плавающей нагрузкой и с заземленной нагрузкой. Схема источника тока с плавающей нагрузкой предельно проста и приведена на рисунке ниже
ixtf9glq-hs1_m_e9r9lkqtnnmy.jpeg

Как видим, на неинвертирующий вход подается опорное напряжение, а в роли нагрузки выступает один из элементов обратной связи. Величина тока при этом определяется следующим выражением

I=VREFR1

Однако все-таки чаще требуется, чтобы нагрузка была заземлена. В этому случае схема немного усложняется: потребуется дополнительный транзистор. Для этих целей лучше брать полевой транзистор: у биполярного транзистора токи коллектора и эмиттера немного отличаются из-за тока базы, что приведет к менее стабильной работе источника тока. Схема источника тока на операционном усилителе с заземленной нагрузкой приведена на рисунке ниже
ypayx6ndlxysvgqy17jhpq2m-fw.jpeg

Величина тока рассчитывается так:

I=VREF−V+R=VREFR(1−R2R1+R2)

Произведем расчет и моделирование источника тока со следующими параметрами:

  • Операционный усилитель LT1803
  • Величина силы тока мАI=10 мА
  • Величина сопротивления нагрузки ОмRload=10 Ом

Для обеспечения заданных характеристик подойдут следующие номиналы сопротивлений резисторов:

ОмR=250 Ом

кОмR1=R2=1 кОм

Результат моделирования источника тока с заданными параметрами представлен на рисунке ниже (изображение кликабельно).

weew-ek2xn5zzyylhdqdh_jo9sw.jpeg

На рисунке приведено два графика. Верхний график показывает величину тока через сопротивление нагрузки, и она равна 10 мА. Нижний график показывает напряжение на нагрузке, оно равно 100 мВ. Попробуем теперь изменить сопротивление нагрузки: вместо 10 Ом возьмем 100 Ом и промоделируем (изображение кликабельно):

6rlvd8ugtqdlctydvrbels4rjyy.jpeg

Как мы видим, через нагрузку течет все тот же самый ток в 10 мА: операционный усилитель отработал изменение нагрузки, повысив на ней напряжение, оно теперь стало равным 1 В. Но в реальности операционный усилитель не сможет поднимать напряжение бесконечно: оно ограничено напряжением источника питания (а зачастую еще и несколько меньше него). Что же будет, если задать сопротивление нагрузки слишком высоким? По сути, источник тока перестает работать. На рисунке ниже пример моделирования источника с сопротивление нагрузки в 1 кОм (изображение кликабельно).

u_n_z1aav3jlpge_s_k6fxm36-e.jpeg

Согласно графику, ток через нагрузку теперь уже никакие не 10 мА, а всего лишь 4 мА. При дальнейшем повышении сопротивления нагрузки ток будет все меньше и меньше.

Дополнительно по приведенным схемам источников тока на операционных усилителях надо отметить, что стабильность выходного тока в них зависит от стабильности напряжения VIN, в связи с этим оно должно быть хорошо стабилизированным. Существуют более сложные схемы, которые позволяют уйти от этой зависимости, но в рамках данной статьи мы их рассматривать не будем.

9. Интегратор на операционном усилителе

Думаю, что все читатели знакомы с классической схемой интегратора на RC-цепочке:
fx9-wop9uqtuzm6zbonmagdnbnq.jpeg

Эта схема чрезвычайно широко используется на практике, однако имеет в себе один серьезный недостаток: выходное сопротивление этой схемы велико и, как следствие, входной сигнал может существенно ослабляться. Для устранения этого недостатка возможно использование операционного усилителя.

Простейшая схема интегратора на операционном усилителе, встречающаяся во всех учебниках, приведена на рисунке ниже.
j2u2yhjgennkegwc93a4vgzoe7u.jpeg

Как видно из рисунка — это инвертирующий интегратор, т.е. помимо интегрирования сигнала, он меняет также и его полярность. Следует отметить, что это требуется далеко не всегда. Еще один серьезный недостаток этой схемы — конденсатор интегратора накапливает в себе заряд, который надо как-то сбрасывать. Для этого можно либо применять резистор, включенный параллельно с конденсатором (однако необходимо учитывать также его влияние на итоговый сигнал), либо же сбрасывать заряд с помощью полевого транзистора, открывая его в нужные моменты времени. По этой причине я решил рассмотреть более подробно другую схему интегратора с использованием операционного усилителя, которая, на мой взгляд, заслуживает больший практический интерес:
jne4hijlwkgkgh0dwvapl26o6bq.jpeg

Как видно из рисунка, эта схема представляет собой классический интегратор на RC-цепочке, к которому добавлен повторитель на операционном усилителе: с помощью него решается проблема выходного сопротивления.

Интегратор можно также рассматривать как фильтр нижних частот. Частота среза АЧХ фильтра высчитывается по формуле

fc=12πR1C1

Тут стоит обратить внимание на один очень важный момент. Надо всегда помнить, что частота среза, рассчитанная выше, верна только для RC-цепочки и не учитывает частотных свойств самого операционного усилителя. Частотными свойствами операционного усилителя можно пренебречь, если мы попадаем в его рабочий диапазон частот, но если мы вдруг выйдем за него, то итоговая частотная характеристика схемы будет совсем не такой, как мы ожидали. Грубо говоря, если у нас RC-цепочка настроена на 1 МГц, а операционный усилитель позволяет работать до 100 МГц – все хорошо. Но если у нас цепочка на 10 МГц, а операционный усилитель работает до 1 МГц – все плохо.

В качестве примера рассчитаем ФНЧ со следующими параметрами частотой среза АЧХ в 1 МГц. Для такой частоты можно выбрать

  • Частота среза АЧХ МГцfc=1 МГц
  • Операционный усилитель LT1803 (Максимальная частота 85 МГц)

Для заданной частоты среза АЧХ подойдут следующие номиналы сопротивления и емкости RC-цепочки:

кОмR1=1,58 кОм

пФC1=100 пФ

Результат моделирования приведен на рисунке ниже (изображение кликабельно). На этом рисунке показаны две частотные характеристики: отдельно для RC-цепочки (красная линия) и для всей схемы целиком (RC-цепочка+операционный усилитель, зеленая линия).

xp4xyxivzcmxcoz6hotczsphawu.jpeg

Как видно из рисунка, красная и зеленая линии сначала совпадают, а начиная с определенной частоты зеленая идет вниз гораздо круче. Это как раз и объясняется тем, что на частотные свойства схемы начинает оказывать влияние уже сам операционный усилитель.

Ну и поскольку все-таки мы рассматриваем интегратор, то на следующем рисунке (кликабельно) приведена классическая картинка из учебников: интегрирование прямоугольных импульсов. Параметры интегратора те же, какие были в предыдущем моделировании частотной характеристики.

juppfxjlgu4tkwmyif7i-0pu_p4.jpeg

10. Дифференциатор на операционном усилителе

Схема простейшего дифференциатора на RC-цепочке известна ничуть не меньше, чем схема интегратора:
be24x3hjhtajqhw-zzbnxt6-r_0.jpeg

Эта схема имеет все тот же недостаток, связанный с высоким выходным сопротивлением, и для его устранения можно аналогичным образом применить операционный усилитель. Схема инвертирующего дифференциатора получается из схемы инвертирующего интегратора путем замены конденсаторов на резисторы и резисторов на конденсаторы, она приведена на рисунке ниже.
60jvlzkvwbkpkdlydug22qkr_98.jpeg

Однако и в этом случае более подробно рассмотрим другую схему, состоящую из классического дифференциатора на RC-цепочке и повторителя на операционном усилителе:
jasdqqez8qy1dznimxirovodo5e.jpeg

Если интегратор мы рассматривали как простейший фильтр нижних частот, то дифференциатор наоборот – фильтр верхних частот. Частота среза АЧХ считается все по той же формуле

fc=12πR1C1

В случае дифференциатора также нельзя забывать про частотные свойства самого операционного усилителя: здесь они выражены даже более ярко, чем в случае с интегратором. Как мы уже убедились в прошлом разделе, начиная с определенной частоты операционный усилитель работает как фильтр нижних частот, тогда как дифференциатор – это фильтр верхних частот. Вместе они будут работать как полосовой фильтр.

В качестве примера рассчитаем ФВЧ с частотой среза АЧХ равной тем же 1 МГц. Для такой частоты можно выбрать все те же номиналы компонентов, которые были в случае ФНЧ:

кОмR1=1,58 кОм

пФC1=100 пФ

Результат моделирования приведен на рисунке ниже (картинка кликабельна). На этом рисунке показаны две частотные характеристики: отдельно для RC-цепочки (красная линия) и для всей схемы целиком (RC-цепочка + операционный усилитель, зеленая линия).

fr5rzvyncx2otxsltbvbhwgh0p4.jpeg

Как видно из рисунка, красная и зеленая линии сначала совпадают, а начиная с определенной частоты, зеленая линия идет резко вниз, тогда как красная линия, отражающая работу непосредственно самой RC-цепочки, горизонтальна.

Работа дифференциатор при подаче на его вход прямоугольных импульсов приведена на рисунке ниже (изображение кликабельно).

yfnqdljjdmnourupgvhhtmh6ey8.jpeg

Заключение

В данной статье мы рассмотрели десять наиболее часто встречающихся схем на операционных усилителях. Операционный усилитель – мощный инструмент в умелых руках, и количество схем, которые можно создать с его помощью, конечно, многократно превосходит то, что было рассмотрено, однако, надеюсь, данный материал будет кому-то полезен и поможет более уверенно использовать этот компонент в своих разработках.
Полезные ссылки

Теги: