Основна оперативна појачала

Young Love: Audition Show / Engagement Ceremony / Visit by Janet's Mom and Jimmy's Dad (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Основна оперативна појачала

Аналогни интегрирани кругови


Питање 1

Одредите поларитет излазног напона овог оп амп-а (с обзиром на тло), с обзиром на следеће услове уласка:

Открити одговор Сакриј одговор

На овим илустрацијама упоредио сам акцију оп-амп-а са једнополним прекидачем са двоструким бацањем, показујући "везу" између прикључака за напајање и излазног прикључка.

Напомене:

Одређивање који "начин" излаза оп-амп уређаја под различитим условима улазног напона је збуњен за многе ученике. Разговарајте о томе са њима и замолите их да представе принципе или аналогије које користе како би запамтили "на који начин је то."

Питање 2

Немој само седети тамо! Изградите нешто!

Учење математички анализирајућих кола захтева много студија и праксе. Уобичајено, ученици практикују тако што раде кроз многе проблеме узорка и провјеравају своје одговоре против оних које предвиђа уџбеник или инструктор. Иако је ово добро, постоји много бољи начин.

Више ћете научити стварајући градњу и анализу стварних кола, дозвољавајући вашој опреми за тестирање да пружи "одговоре" уместо књиге или друге особе. За вежбе вежбања кола, следите ове кораке:

  1. Пажљиво измерите и забележите све компоненте прије изградње кола.
  2. Прикријемо шематски дијаграм за коло које треба анализирати.
  3. Пажљиво изградите овај круг на плочи или другом пригодном медију.
  4. Проверите тачност конструкције кола, пратите сваку жицу на сваку везну тачку и проверите ове елементе један по један на дијаграму.
  5. Математички анализирај круг, решавање за све напонске и тренутне вредности.
  6. Пажљиво измерите све напоне и струје како бисте потврдили тачност ваше анализе.
  7. Ако постоје било какве значајне грешке (веће од неколико процената), пажљиво провјерите конструкцију кола на дијаграму, а затим пажљиво поновно израчунајте вриједности и поновно измјерите.

Избегавајте да користите модел 741 оп-амп, осим ако не желите да оспорите вештине дизајна кола. Постоји више свестраних оп-амп модела који су обично доступни за почетника. Препоручујем ЛМ324 за ДЦ и ниске фреквенције, и ТЛ082 за АЦ пројекте који укључују аудио или вишу фреквенцију.

Као и обично, избјегавајте врло високе и врло ниске отпорне вриједности, како бисте избјегли мјерне грешке проузроковане "учитавањем" мерача. Препоручујем вредности отпорника између 1 кΩ и 100 кΩ.

Један од начина на који можете уштедјети време и смањити могућност грешке је започињање врло једноставног круга и постепено додавање компоненти како би се повећала његова сложеност након сваке анализе, умјесто изградње потпуно новог кола за сваки проблем у пракси. Друга техника за уштеду времена је поновна употреба истих компоненти у различитим конфигурацијама кола. На овај начин нећете морати да измерите вредност било које компоненте компоненте више од једном.

Открити одговор Сакриј одговор

Нека сами електрони дају одговоре на своје "проблеме у пракси"!

Напомене:

Било је моје искуство да студенти захтевају много вежбања са анализом кола како би постали способни. У том циљу, инструктори обично пружају својим ученицима мноштво проблема у пракси и пружају одговоре студентима да провере свој рад против. Иако овакав приступ чини ученицима умешан у теорију кола, не успије их потпуно образовати.

Студенти не требају само математичку праксу. Они такође требају стварне, практичне кругове за изградњу праксе и употребу опреме за тестирање. Дакле, предлажем следећи алтернативни приступ: ученици треба да граде сопствене "праксе" са стварним компонентама и покушају математички предвидјети различите напонске и тренутне вриједности. На овај начин, математичка теорија "оживи", а студенти стичу практичну стручност коју не би добили само решавањем једначина.

Други разлог за пратњу овог начина праксе јесте да науче ученичке научне методе : процес тестирања хипотезе (у овом случају, математичких предвиђања) вршењем правог експеримента. Студенти ће такође развити стварне вештине решавања проблема јер повремено врше грешке у конструкцији кола.

Проведите неколико тренутака са вашом класом да бисте прегледали неке од "правила" за изградњу кругова пре него што почну. Разговарајте о овим питањима са вашим ученицима на исти начин у Сократу како бисте нормално разговарали о питањима радног листа, а не само да им кажете шта требају и не би требало да раде. Никада не престајем да се чудим колико су лоши ученици схватили упуте када су представљени у типичном предавању (инструктор монологу) формату!

Напомена инструкторима који се могу жалити на "изгубљено" време потребно да ученици граде стварна кола уместо само математички анализирање теоријских кругова:

Која је сврха ученика који изводе курс "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 3

Оперативно појачало је посебан тип диференцијалног појачавача . Већина оп-ампера добија два сигнала улазног напона и излази један напонски сигнал:

Ево један оп-амп, приказан у два различита услова (различити улазни напони). Одредите добитак напона овог оп-амп, с обзиром на приказане услове:

Такође, напишите решење математичке формуле за диференцијално повећање напона (А В ) у смислу улазног и излазног напона оп-амп.

Открити одговор Сакриј одговор

А В = 530.000

А В = ΔВ излаз


Δ (В ин2 - В ин1 )

Следеће питање: претворите ову вредност повећања напона (као однос) у бројку повећања напона у децибелима.

Напомене:

Прорачуни за повећање напона овде се не разликују од израчунавања напона напона за било које друго појачало, осим што овде имамо посла са диференцијалним појачавачем уместо једног појединачног појачавача.

Диференцијално повећање напона од 530, 000 није неразумно за модерно оперативно појачало! Добитак који је тако екстремно може доћи као изненађење за многе ученике, али ће касније открити корисност такве високе добити.

Питање 4

Многи оп-амп кругови захтевају двоструко или подељено напајање, који се састоји од три прикључка за напајање: + В, -В и Гроунд. Нацртајте потребне везе између 6-волтних батерија у овом схематичком дијаграму да бисте добили +12 В, -12 В и Гроунд до овог оп-амп:

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Подстичем ваше студенте да науче како да снаге оп-амп кругова са међусобно повезаним батеријама, јер стварно помажу у изградњи њиховог разумијевања онога што је "подељено" напајање, као и омогућити им да изграде функционалне оп-амп кругове у одсуству квалитетног напојног напајања.

Питање 5

8-пински Дуал-Инлине-пакет (ДИП) је уобичајени формат у којем се смештају појединачни и двојни оперативни појачавачи. Овде су приказани обриси за два 8-пински ДИП-ова. Цртајте интерне оп-амп везе за једну оп-амп јединицу и за двоструку оп-амп јединицу:

Потребно је да истражите неке техничке листове оп-амп-ова како бисте пронашли ове информације. Примери појединачних оп-амп чипова укључују ЛМ741, ЦА3130 и ТЛ081. Примери дуал оп-амп чипова укључују ЛМ1458 и ТЛ082.

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Питајте своје ученике да открију своје изворе информација и који су конкретни модели оп-амп истражили.

Питање 6

Приказан је овде поједностављени шематски дијаграм једног од оперативних појачавача унутар интегрисаног кола оп амп ТЛ08к (ТЛ081, ТЛ082 или ТЛ084):

Квалитативно одредити шта ће се десити са излазним напоном (В излазом ) ако се напон на улазу који није усмерен (В ин + ) повећава, а напон на обрнутом улазу (В ин- ) остаје исти (сви напони су позитивне величине, на које се односи -В). Објасните шта се дешава у свакој фази оп-амп круга (повећање или смањење напона, струја која се повећава или смањује) са овом променом улазног напона.

Открити одговор Сакриј одговор

Овде сам означио неколико важних промена напона у кругу, што је резултат повећања улазног напона који није обрнут (В ин + ):

Напомене:

Одговор који је овде наведен је минималан. Изазовите својим ученицима да до краја заврше читаво коло, квалитативно оцјењујући напоне и тренутне промјене.

Случајно, чудан симбол двоструког круга је тренутни извор . Питајте своје ученике да ли могу да пронађу референцу где год описују шта овај симбол значи.

Питање 7

Приказано је поједностављени шематски дијаграм једног од оперативних појачавача унутар интегрисаног кола ЛМ324 куад оп-амп:

Квалитативно одредити шта ће се догодити са излазним напоном (В излаз ) ако се напон на улазу за инвертинг (В ин- ) повећава, а напон на улазу који није обрнут (В ин + ) остаје исти (сви напони су позитивне величине, референца на земљу). Објасните шта се дешава у свакој фази оп-амп круга (повећање или смањење напона, струја која се повећава или смањује) са овом променом улазног напона.

Открити одговор Сакриј одговор

Овдје сам означио неколико важних промјена напона у кругу, што је резултирало повећањем обртања улазног напона (В ин- ):

Напомене:

Одговор који је овде наведен је минималан. Изазовите својим ученицима да до краја заврше читаво коло, квалитативно оцјењујући напоне и тренутне промјене.

Случајно, чудан симбол двоструког круга је тренутни извор . Питајте своје ученике да ли могу да пронађу референцу где год описују шта овај симбол значи.

Питање 8

Један од првих популарних оперативних појачавача је произвела компанија Пхилбрицк Ресеарцхес, и названа је К2-В. Изграђен са два дуал-триоде вакуум цијеви, његов изворни шематски дијаграм изгледа овако:

Да би овај модерни ученици олакшали разумевање, заменићу еквивалентне компоненте чврсте супстанце за све цеви у оригиналном дизајну:

Објасните конфигурацију (цоммон-соурце, цоммон-драин или цоммон-гате) сваког транзистора у модернизованој шеми, идентификујући функцију сваког у кругу оперативног појачала.

Открити одговор Сакриј одговор

К 1 и К 2 формирају диференцијални пар, излажући сигнал пропорционалан разлици напона између два улаза. К3 је (бипассед) напонски појачавач заједничког извора, док је К 4 извор за праћење (цоммон-драин), обезбеђујући напон и струју.

Напомене:

Одговор као дат је непотпун. Може се детаљније елаборирати о функционисању сваког транзистора, и тиме би се боље разумијео оригинално појачало. Истражите ово коло са својим ученицима, изазивајући их да прате логику дизајна, покушавајући да открију шта је дизајнер (и) намеравао.

Ово питање такође пружа прилику да извуче паралеле између операције Д-типа МОСФЕТ и понашања вакумских цијеви типа триоде. Као и ДОС типови МОСФЕТ-а, триоде су били "обично пола-на" уређаји, чије проводљивост струје плоча-катода може бити побољшано или исцрпљено примјеном напона на мрежу (у односу на катоду).

Питање 9

Одредите функције за што више компоненти колико можете у следећем шематски дијаграму модела 741 оперативног појачала:

Открити одговор Сакриј одговор

Пустит ћу ти и твојој другарици да се забављају са овим питањем!

Напомене:

Иако се модел 741 оперативног појачала сматра многим савременим стандардима застарелим, и даље је одговарајући склоп за ову врсту истраживања са студентима. Бити способан погледати шематски дијаграм и схватити шта компоненте раде је битна вештина за рјешавање проблема. Чињеница да дизајнери људских склопова понекад понављају специфичне елементе кола и "модуле" (попут уобичајеног појачавача или тренутног огледала) у својим дизајном, а не изумеју нешто потпуно ново за сваки дизајн, поједностављује задатак каснијег тумачења.

Питање 10

Предвидите како ће утицати на рад овог оперативног круга појачавача као резултат следећих грешака. Конкретно, утврдите да ли ће се излазни напон (В излаз ) померити у позитивном правцу (ближе на шину + В) или у негативном смеру (ближе земљи). Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Транзистор К 5 није успио (колектор-емитер):
Транзистор К 6 није успео (колектор-емитер):
Ресистор Р 1 не отвори:
Тренутни извор И 2 није успио:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Транзистор К 5 није успио (колектор-то-емитер): В излаз негативан.
Транзистор К 6 не успева да закрпи (колектор-у-емитер): В излази позитивно.
Ресистор Р 1 не отвори: В излаз негативан.
Тренутни извор И 2 није успео: В излаз је негативан.

Напомене:

Сврха овог питања је да приступи домену решавања проблема са круговима из перспективе да сазнају која је грешка, а не само знати који су симптоми. Иако ово није нужно реална перспектива, он помаже ученицима да изграде темељна знања неопходна за дијагностификацију скривеног круга из емпиријских података. Питања као што је ово треба слиједити (евентуално) другим питањима од студената да идентификују вјероватне грешке засноване на мерењима.

Питање 11

Предвидите како ће утицати на рад овог оперативног круга појачавача као резултат следећих грешака. Конкретно, идентификујте да ли ће се излазни напон (В излаз ) померити у позитивном правцу (ближе на шину + В) или у негативном смеру (ближе на -В шину). Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Диода Д 1 није отворена:
Отпорник Р 1 није успео:
Транзистор К 2 није успио (одвод до извора):
Транзистор К 5 није успио (колектор-емитер):
Ресистор Р 2 отказао:
Тренутни извор И 2 није отворен:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Диода Д 1 није отворена: В излаз иде позитивно.
Ресистор Р 1 није успео: В излаз је негативан.
Транзистор К 2 не успева да закрпи (одвод до извора): В излаз негативан.
Транзистор К 5 није успео (колектор-то-емитер): В излаз је позитиван.
Ресистор Р 2 не отвори: В излаз негативан.
Тренутни извор И 2 није отворен: В излаз негативан.

Напомене:

Сврха овог питања је да приступи домену решавања проблема са круговима из перспективе да сазнају која је грешка, а не само знати који су симптоми. Иако ово није нужно реална перспектива, он помаже ученицима да изграде темељна знања неопходна за дијагностификацију скривеног круга из емпиријских података. Питања као што је ово треба слиједити (евентуално) другим питањима од студената да идентификују вјероватне грешке засноване на мерењима.

Питање 12

У идеалном случају, какав би излазни напон оп-амп требало да уради ако је не-обрнути напон већи (позитивнији) од инверзног напона "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз /00802к01.пнг ">

Открити одговор Сакриј одговор

У овом стању, излаз оп-амп-а би требао засићити позитивно (+ В), као да је директно повезивање направљено унутар оп-амп између излазног прикључка и + В прикључка за напајање:

Напомене:

Одређивање који "начин" излаза оп-амп уређаја под различитим условима улазног напона је збуњен за многе ученике. Разговарајте о томе са њима и замолите их да представе принципе или аналогије које користе како би запамтили "на који начин је то."

Питање 13

Корисни модел за разумевање функције опампа је место где се за излаз опампа сматра да је брисач потенциометра, а позиција брисача се аутоматски прилагођава у складу са разликом у напону мереном између два улаза:

Да бисте додатно елаборирали, замислите изузетно осетљив, аналогни волтметер са нултим центрима унутар опампа, где механизам покретног завојница волтметра механички погони брисач потенциометра. Положај брисача би онда био пропорционалан и величини и поларности разлике у напону између два улазна прикључка.

Реално, стварање таквог механизма волтметра / потенциометра са истом осјетљивошћу и динамичким перформансама као опсег струјног кола било би немогуће, али овдје је стварање опампа у смислу компоненти које смо већ добро упознали, а не предлажу алтернативну конструкцију за праве опампе.

Опишите како овај модел помаже у објашњавању граница излазног напона опампа, као и тамо где извори опампа или потоне напуне струју.

Открити одговор Сакриј одговор

Излазни напон опампа не може бити већи од напонског "шина" напона, и то су ти "шина" прикључци који излазе из струје или потапају.

Следеће питање: да ли овај модел реално приказује карактеристике уноса (нарочито улазну импеданцију ) опампа "белешке скривене"> Напомене:

Студенти су ми рекли да је овај модел опампа отворио очи "понашању излазних опампа, нарочито у ситуацијама када би иначе очекивали опамп да испоручује излазни напон који прелази један од жљебних напона или гдје је пут струје оптерећења био критичан. Једна од уобичајених пропуста нових студената о опампама је да излазна струја некако потиче од струје на једном или оба улазна терминала. Овај модел такође помаже у разбијању те илузије.

Као нови инструктор, био сам шокиран да видим такве неспоразуме у размишљању мојих студената. Сигурно из свог претходног искуства са везама појединих транзисторских појачала знали су да излазни напон из ДЦ никада не може бити већи од напона електричног напајања, зар не? Сигурно су схватили да тренутни добитак који је омогућио вишеструким транзисторским фазама ефективно изолује излазно оптерећење са инпута, тако да повећано оптерећење на излазу има занемарљив утицај на улазну струју, зар не? Па, не нужно тако!

Главни разлози због којих сам толико беспомоћан да студенти излажу своје концепције и процесе размишљања у дискусији у учионици (а не да ми мирно слушају предавање) је да могу да открију и исправи ове неспоразуме и да могу да инсталирају смисао унутрашњег дијалога тако да ученици науче да сами откривају и исправљају исте неспоразуме. Дубока и критичка мисао изгледа да није природна тенденција код већине људи. Напротив, многи људи изгледају савршено задовољни с слабим и плитким схватањима света око њих и морају бити подстакнути у процену онога што мисле да знају. Поставите питања својим ученицима који изазивају плитко размишљање, који излажу неспоразуме, и то силом ученика да размишљају дубоко него што су навикли. По мом мишљењу, изградња ових метакогнитивних вештина и навика је суштина високог образовања.

Питање 14

У овом кругу, оп-амп укључује ЛЕД ако су испуњени одговарајући услови напона:

Тражите потпуну путању струје напајања ЛЕД. Где тачно, да ли ЛЕД добија своју снагу из "# 14"> Открит одговор Сакриј одговор

Стријеле приказане на овом дијаграму траже "конвенционални" струјни ток, а не проток електрона:

Напомене:

Важно је напоменути да струја оптерећења не пролази кроз било који улазни терминал оп-амп. Све струје оптерећења потичу из напајања оп-амп-а! Разговарајте о значају ове чињенице са својим ученицима.

Питање 15

У идеалном случају, када су два улазна прикључка оп-амп кратког споја (стварање стања нултог диференцијалног напона ), а та два улаза су директно повезана на тло (стварање стања нултог заједничког режима напона ), шта би ово требало -амп излазни напон бити "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/00847к01.пнг">

У стварности, излазни напон оп-ампа у овим условима није исти као што би било најбоље предвидјено. Идентификујте основни проблем у стварним оп-амперима, а такође идентификујте најбоље решење.

Открити одговор Сакриј одговор

Идеално, В излаз = 0 волти. Међутим, излазни напон реалног оп-ампа под овим условима ће се увек "засићити" са пуним позитивним или потпуним негативним напоном због разлика у двије гране његовог (унутрашњег) диференцијалног парног кола. Да би се супротставили овоме, оп-амп мора бити "обрезан" спољашњим везама.

Следеће питање: количина диференцијалног напона потребног да би се излаз из стварног опампа усагласио на 0 волти типично се назива напонски оффсет напон . Истражити неке типичне улазне оффсет напоне за стварне оперативне појачаваче.

Цхалленге питање: идентификујте модел оп-амп који пружа додатне терминале за ову функцију "тримминг" и објасните како то функционише.

Напомене:

На много начина, стварни оп-ампери не испуњавају своја идеална очекивања. Међутим, савремени оп-ампери су далеко, далеко бољи од првих произведених модела. Са таквим широким спектром модела које можете изабрати, могуће је добити скоро савршен подудар за сваку апликацију коју имате за скромну цену.

Ако је могуће, размотрите како "обрезивање" ради у стварном оп-амп. Ако су ваши ученици узео "изазов" и пронашли неке таблице опампа оп-амп који описују како да имплементирају обрезивање, имајте на уму повезивање спољних компоненти са унутрашњим склоповима оп-амп-а.

Питање 16

Шта то значи ако оперативни појачавач има могућност да "окреће своју излазну шину на шину"? Зашто је ово важна карактеристика за нас?

Открити одговор Сакриј одговор

Могућност "кретања" излазног напона "шина на шину" значи да се цијели опсег излазног напона оп-амп-а протеже до миливолта или "шина" (+ В и -В) напајања.

Питање изазова: идентификујте барем један оп-амп модел који има ову способност, а бар један који не. Дајте таблице образаца за ове оп-амп моделе са вама за референцу током разговора.

Напомене:

Разговарајте о томе шта ова функција значи за нас као произвођаче кола у практичном смислу. Питајте ученике који су се суочили са изазовним питањем да потраже опсег излазног напона њихових оп-амп модела. Тачно колико близу + В и -В може излазни напон оп-амп-а недостајући "оутпут-раил-то-раил" излазна способност "свинг"?

Питање 17

Врло важан параметар перформанси оперативног појачала је брзина убризгавања . Опишите шта је "брзина" и зашто је за нас важно размотрити приликом одабира оп-амп за одређену апликацију.

Открити одговор Сакриј одговор

"Брзина снимања" је максимална брзина промене напона током времена ((дв / дт)) које оп-амп може излазити.

Напомене:

Питајте ученика зашто (дв / дт) може бити важан параметар у кругу? У којој апликацији (е) би нам требали оп-амп за брзо "свинг" његов излазни напон? У којим апликацијама не смемо да се бринемо о опадању оп-амп-а?

Питање 18

Неке прецизне оперативне појачаваче су програмабилне . Шта ова функција значи? На који начин можете "програмирати" оп-амп?

Открити одговор Сакриј одговор

"Програмабилни" оп-амп је један са додатним везама са својим унутрашњим колима који вам омогућавају да подесите тренутне вредности извора користећи спољне компоненте.

Напомене:

Које су могуће користи за "програмирање" тренутних изворних вредности у оперативном појачалу? Разговарајте о томе са својим ученицима, тражите од њих да деле оно што су пронашли кроз своје истраживање.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →