ОпАмп кругови негативних повратних информација

Zero Drift Operational Amplifiers Webinar (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

ОпАмп кругови негативних повратних информација

Аналогни интегрирани кругови


Питање 1

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 2

Повећање напона на једноосовном појачалу дефинише се као однос излазног напона до улазног напона:

А В = В оут


В ин

Често се добитак напона дефинира специфичније као однос промене излазног напона до промене улазног напона. Ово је опћенито познато као АЦ напон појачања појачала:

А В (АЦ) = ΔВ излаз


ΔВ ин

У сваком случају, добитак је однос једног излазног напона на један улазни напон.

Како онда генерално дефинишемо добит напона диференцијалног појачавача, где постоје два улаза, а не само једна "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/02287к02.пнг">

Открити одговор Сакриј одговор

Добитак напона за диференцијални појачавач је дефинисан као однос излазног напона до разлике у напону између два улаза.

Напомене:

Ово је веома важан концепт за ученике да се схвате, посебно пре него што почну с проучавањем оперативних појачавача, који нису ништа друго до диференцијалним појачавачима са изузетно високим напоном.

Питање 3

Напишите функцију преноса (улазна / излазна једначина) за оперативно појачало са повећаном напоном напона од 100.000. Другим речима, напишите једначину која описује излазни напон овог оп-амп (В излаз ) за било коју комбинацију улазних напона (В ин (+) и В у (-) ):

Открити одговор Сакриј одговор

В излаз = 100.000 (В ин (+) - В у (-) )

Напомене:

Концепт "функције преноса" је веома користан, и ово је можда прва изложеност ваших ученика идеји. То је израз који се често користи у инжењерским апликацијама и може означити једнаџбу, табелу бројева или графикон.

У овом конкретном питању, важно је да ученици знају како изводити и користити основну функцију преноса за диференцијални појачавач. Изазовите своје ученике да изразе ову функцију у општијем облику, тако да се рачунање може направити са различитим добитима напона отвореног круга.

Питање 4

Колико напона би требало да буде "биран" на потенциометру како би се стабилизовао излаз на тачно 0 волти, под претпоставком да опамп нема улазни напон напона "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом /имагес/куиз/00924к01.пнг ">

Открити одговор Сакриј одговор

5 волти

Напомене:

Ово питање је основни преглед идеалне функције диференцијалног појачавача. Питајте своје ученике који напон мора бити "биран" на потенциометру да би произвели 0 волта на излазу оп-амп за неколико различитих напона на другом улазу. Ако уопште не разумеју, убрзо ће након дискусије о алтернативним сценаријима.

Питање 5

Оп-амп има +3 волти примењен на обртни улаз и +3.002 волти примењен на улаз који није обрнут. Његова отворена количина напона је 220.000. Израчунајте излазни напон као што је предвиђено следећом формулом:

В излаз = А Вин (+) - В у (-) )

Колико је разлика диференцијалног напона (улазног) потребан за покретање излаза оп-амп до напона -4, 5 волти?

Открити одговор Сакриј одговор

В излаз = 440 волти

Следеће питање: да ли је ова напонска фигура реална? Да ли је могуће оп-амп као што је модел 741 да изађе 440 волти? Зашто или зашто не?

Диференцијални улазни напон који је потребан за вођење излаза овог оп-амп-а на -4, 5 волта је -20, 455 μВ.

Питање о следећем питању: шта значи да разлика улазног напона буде негативна од 20.455 микроолита? Обезбедите примјер два улазна напона (В ин (+) и В у (-) ) који би генерисали оволико диференцијални напон.

Напомене:

Очигледно, постоје ограничења за формулу оп-амп за израчунавање излазног напона, с обзиром на улазне напоне и повећање напона на отвореном кругу. Студенти треба да реализују практичне границе опсега излазног напона оп-амп-а и шта поставља те границе.

Питање 6

Веома важан концепт у електроници је негативна повратна информација . Ово је изузетно важан концепт за разумевање, пошто велики број електронских система експлоатише овај принцип за њихов рад и не може се правилно разумјети без разумијевања тога.

Међутим, важне негативне повратне информације могу бити, то није најједноставнији концепт за разумевање. Заправо, то је прилично концептуални скок за неке. Следећи је попис примера - неки електронски, неки не - показују негативне повратне информације:

Круг регулације напона
Систем аутоматског пилотирања авиона или брода
Термостатски систем за контролу температуре ("термостат")
Отпорник емитера у склопу појачавача БЈТ
Демонстрације Ленцовог закона (магнетно пригушење покретног објекта)
Температура тела сисара
Природна регулација цијена у слободној тржишној економији (Адам Смитхова "невидљива рука")
Научник се упознао са понашањем природног система кроз експериментисање.

За сваки случај одговорите на следећа питања:

Која варијабла се стабилизује негативним повратним информацијама?
Како се повратне информације одвијају (корак по корак)?
Какав би био одговор система био ако негативне повратне информације нису биле присутне?
Открити одговор Сакриј одговор

Одговори ћу само за један од примера, регулатор напона:

Која варијабла се стабилизује негативним повратним информацијама?
Излазни напон.
Како се повратне информације одвијају (корак по корак)?
Када излазни напон порасте, систем предузима акције да интерно напушта више напона, остављајући мање за излаз.
Какав би био одговор система био ако негативне повратне информације нису биле присутне?
Без негативних повратних напона, излазни напон би се повећао и падао директно са улазним напоном, и обратно са струјом струје.

Напомене:

Тешко је прецијенити важност примања негативних повратних информација у студији електронике. Толико много различитих врста система зависи од тога за њихов рад, тако да се не може изоставити из било ког озбиљног програма електронике. Ипак, видим да многи уџбеници не истражују овај принцип у довољној дубини, или расправљају у математичком смислу само тамо гдје ће студенти вероватно пропустити основни концепт јер ће бити превише усредсређени на рјешавање једначина.

Питање 7

Напишите трансфер функцију (улазна / излазна једначина) за оперативни појачавач са повећањем напона на отвореном кругу од 100, 000, а инвертни улаз прикључен директно на његов излазни терминал. Другим речима, напишите једначину која описује излазни напон овог оп-амп-а (В оут ) за било који улазни напон на улазу који није обрнут (В ин (+) ):

Затим, након што сте написали једначину, решите за све напонске напоне (А В = ((В оут ) / (В ин (+) ))) овог круга појачала и израчунајте излазни напон за не- обрнути улазни напон од +6 волти.

Открити одговор Сакриј одговор

В излаз = 100.000 (В ин (+) - В излаз )

(Оставио сам вам то да изведете алгебарско поједностављење овде!)

А В = 100, 000


100, 001

= 0.99999

За улазни напон од +6 волти, излазни напон ће бити +5, 99994 волти.

Напомене:

Значајна тачка овог питања је да ученици виде ојачање напона опамп-а који је радикално ослабио од 100.000 до приближно 1. Оно што није толико очигледно је колико је стабилна ова нова добит напона, што је једна од циљева за запошљавање негативне повратне информације.

Питање 8

Колико ће ефеката утицати на повећање напона оп-амп-а на отвореном кругу од укупног напона напона негативног повратног круга као што је овај "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес /куиз/02288к01.пнг ">

Ако би дошло до повећања отворене петље овог оперативног појачавача од 100.000 до 200.000, на пример, колико би величина ефекта имала на повећање напона, мерено из неинверзијског улаза на излаз?

Открити одговор Сакриј одговор

Разлика у укупном повећању напона ће бити тривијална.

Питање о следећем питању: која предност има у изградњи струјних кругова за напајање на овај начин, примјеном негативних повратних информација на "језгро" појачало са веома високим интринзичним добитком?

Напомене:

Радите са својим ученицима како бисте израчунали неколико примера сценарија, са старим добитком отворене петље у односу на нову добитак отворене петље. Ученици потврђују своје закључке са бројевима!

Негативна повратна информација је изузетно користан инжењерски принцип, а онај који нам омогућава изградњу прецизних појачавача користећи непрецизне компоненте. Кредит за ову идеју одлази у Харолд Блацк, електро инжењера, 1920-их. Господин Блацк је трагао за начином побољшања линеарности и стабилности појачавача у телефонским системима, и (као што то има легенда), идеја му се појавила у боји увида док је путовао на трајекту.

Интересантна историјска белешка је да је Блацк патент 1928 патентна пријава првобитно одбијена на основу тога што је покушавао да поднесе уређај за непрекидно покретање! Концепт негативних повратних информација у склопу појачавача био је толико супротан установљеној инжењерској мисли у то вријеме, да је Црна доживјела значајан отпор идеји унутар инжињеријске заједнице. С друге стране, канцеларија за патенте Сједињених Држава била је преплављена изумљивим тврдњама о трајном покрету и тиме је одбацила Блацков проналазак на први поглед.

Питање 9

Испуните табелу напона за овај опамп "цирцуит фолловер" круг:


В инВ оут


0 волти0 волти


+5 волти


+10 волти


+15 волти


+20 волти


-5 волти


-10 волти


-15 волти


-20 волти


Открити одговор Сакриј одговор


В инВ оут


0 волти0 волти


+5 волти+5 волти


+10 волти+10 волти


+15 волти+15 волти


+20 волти+15 волти


-5 волти-5 волти


-10 волти-10 волти


-15 волти-15 волти


-20 волти-15 волти


Следеће питање: вредности излазног напона датог у овој табели су идеалне. Прави опамп вероватно неће моћи да постигне чак ни оно што је овде приказано, због идиосинкразија ових кружница појачала. Објасните шта би се вероватно разликовало у правом опампном кругу од оног што је овде приказано.

Напомене:

Уобичајена грешка коју видим ученицима новим за производњу опампа претпоставља се да ће излазни напон чаробно достићи било коју вриједност коју предвиђа добитна једначина, без обзира на ограничење напона за напајање електричном енергијом.

Још једно добро питање које треба питати ученике је следеће: "Колико је напона између два улазна терминала у свакој од ситуација описаних у табели" ворксхеетпанел панел панел-дефаулт "итемсцопе>

Питање 10

Ово оперативно појачавачко коло се често назива напонским пуфером, јер има добитак јединства (0 дБ) и стога једноставно репродукује или "пуфери" улазни напон:

Оно што је могућа употреба је круг као што је овај, који не нуди напонску добит или било који други облик модификације сигнала "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/03801к02.пнг">

Открити одговор Сакриј одговор

Иако овај круг не нуди напонски напон, она нуди тренутну добит и трансформацију импедансе . Као и колектори појединих транзисторских појачала са заједничким колектором (или заједничко одвод) који су такође имали напон од (приближно) једнакости, кружни опампови опампа су корисни кад год треба возити релативно "тешко" (ниско импедансно) оптерећење са сигналом који долази из "слабог" (хигх импеданце) извора.

Напомене:

Открио сам да неки ученици имају потешкоће с изразима "тешка" и "лагана" у односу на карактеристике оптерећења. Да би "тешко" оптерећење имало врло мало импеданата ома, а "лагано" оптерећење би имало много ома импедансе за неке изгледа контраинтуитивно. Свеједно има смисла, иако ученици схватају да се термини "тешки" и "лагани" односе на количину струје која се вуче одговарајућим оптерећењем.

Замолите ученике да објасне зашто равно тело жице не успева да "напуни" сигнал напона на исти начин као и коло за праћење опампа.

Питање 11

За све практичне сврхе, колико напона постоји између инверзних и неинверзијских улазних терминала оп-амп у функционалном кругу негативних повратних информација?

Открити одговор Сакриј одговор

Зеро волтс

Напомене:

Замолите ученике да објасне зашто неће бити (практично) напона између улазних терминала оперативног појачала када се користи у кругу негативне повратне спреге.

Питање 12

Баш као што се одређене претпоставке често изводе за биполарне транзисторе како би се поједноставила њихова анализа у круговима (идеалан БЈТ има занемарљиву базну струју, И Ц = И Е, константа β, итд.), Често изводимо претпоставке о оперативним појачавачима, тако да можемо лакше анализирају своје понашање у затвореним круговима. Идентификујте неке од ових идеалних опамп опампа у вези са следећим параметрима:

Магнитуда улазних прикључних струја:
Улазна импеданса:
Излазна импеданса:
Опсег улазног напона:
Опсег излазног напона:
Диференцијални напон (између улазних терминала) са негативним повратним информацијама:
Открити одговор Сакриј одговор

Магнитуда улаза улазних струја: инфинитезимално
Улазна импеданса: бесконачна
Излазна импеданса: инфинитезимална
Опсег улазног напона: никада не прелази + В / -В
Опсег излазног напона: никада не прелази + В / -В
Диференцијални напон (између улазних терминала) са негативним повратним информацијама: инфинитезимално

Напомене:

Само у случају да ваши ученици нису упознати са бесконачним и бескрајним речима, реците им да једноставно знају "веће од великих" и "мање од малих", респективно.

Питање 13

Сврха овог склопа је обезбеђивање притисног тастера. Притиском једног дугмета се повећава излазни напон, а притиском на други тастер се смањује излазни напон. Када се не притисне ниједно дугме, напон остане стабилан:

Након што је веома добро функционирао дуго, круг изненада не успева: сада се само стално додаје нултој волт ДЦ-у.

Искусни техничар прво проверава напон напајања да види да ли је у границама и нормално. Онда, техничар проверава напон преко кондензатора. Објасните зашто је ово добра тестна тачка за провјеру и какве су резултати те провере рекли техничару о природи грешке.

Открити одговор Сакриј одговор

Провера напона преко кондензатора ће рећи техничару о томе који напон се пријемнику оп-амп "каже" да репродукује на излазу.

Питање за изазов: зашто претпостављате да сам спецификовао оперативно појачало ЦА3130 за ово одређено коло "белешке скривене"> Напомене:

Познавање куда проверити критичне сигнале у кругу је важна вештина, јер обично значи разлику између ефикасног лоцирања грешке и губитка времена. Замолите ученике да детаљно објасне разлоге за проверу напона преко кондензатора и (опет, у детаљима) шта би одређена мерења напона у тој тачки показала о природи грешке.

Питање 14

Студент гради следеће регулисано коло за напајање АЦ-ДЦ, али је незадовољан његовим перформансама:

Регулација напона није толико добра колико је студент очекивао. Када се учита, излазни напон "сагиње" више него што студент жели. Када се напон зенер диоде мери под истим условима (неизучен излаз, насупрот оптерећеном излазу), напон је забележен како би се сагнирао. Студенти схватају да је део проблема овде учитавање зенер диоде преко транзистора. У напору да побољша регулацију напона овог кола, ученик убацује опамп "напон пратилац" између зенер диоде и транзистора:

Сада је зенер диода ефективно изолована од ефеката учитавања транзистора, а такође и из излазног оптерећења. Опамп једноставно узима зенеров напон и репродукује га на бази транзистора, дајући толико струје транзистору по потреби без увођења додатних оптерећења на зенер диоде.

Ова модификација заиста побољшава способност кола да задржи стабилан излазни напон под променљивим условима оптерећења, али и даље постоји простор за побољшање. Други студент разматра модификовано коло и предлаже једну малу промјену која драматично побољшава регулацију напона:

Сада излазни напон држи стабилан на напону Зенер диоде, без скока "саг" под оптерећењем! Други студент је задовољан успјехом, али први студент не разуме зашто ова верзија кола функционира боље од претходне верзије. Како бисте објаснили побољшану перформансу овог кола првом ученику "# 14"> Открити одговор Сакриј одговор

Са релоцираном везом за повратне спреге, опамп сада "осети" напон оптерећења на излазним терминалима и може исправити за било какве губитке напона у транзистору снаге.

Следеће питање: нови, побољшани круг сигурно показује бољу регулацију напона, али такође уводи нешто што први ученик сматра изненађујућим: сада је излазни напон приближно 0, 7 волта већи него што је био. Објаснити зашто.

Напомене:

Ово је једно од мојих омиљених питања које треба питати ученике када почну да сазнају како негативне повратне информације функционишу. То је одличан "литмус тест" за разумевање негативних повратних информација: они који разумеју како и зашто негативни ефекти рада одмах ће схватити значај модификоване повратне везе; они који не разумеју негативне повратне информације не могу схватити зашто ово коло функционише уопште. Проведите толико времена колико вам је потребно да дискутујете о овом кругу, јер држи кључ за разумевање студената великог броја опамп кругова!

Питање 15

Предвидите како ће утицати на рад овог регулисаног кола за напајање као резултат следећих грешака. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Примарни намотај трансформатора Т 1 није отворен:
Исправна диода Д 3 не отвара:
Поправљена диода Д 4 није успјела:
Ресистор Р 1 не отвори:
Зенер диода Д 5 није отворена:
Оперативно појачало У 1 не успе са засићеним позитивним резултатом:
Транзистор К 1 не отвори (колектор-у-емитер):

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Примарни намотај трансформатора Т 1 не отвара: излазни напон пада на нулу након филтера кондензатора Ц 1 и Ц 2 пражњења.
Исправна диода Д 3 не отвара: Нема ефекта који се види без оптерећења, регулација пребрзи пре него што је оптерећење теже.
Издужење диоде Д 4 се не заврши: Осигурач може удвостручити, диода Д 2 може бити неуспела због прегревања (и брзо удари осигурач ако и не успије краткотрајно).
Отпорник Р 1 не отвори: Излазни напон пада на нулу након отпуштања Ц 2 кондензатора.
Зенер диода Д 5 није отворена: излазни напон се повећава до скоро пуне (нерегулисане) вредности.
Оперативно појачало У 1 не успе са засићеним позитивним излазом: Излазни напон се повећава до скоро пуне (нерегулисане) вредности.
Транзистор К 1 не отвара (колектор-то-емитер): Излазни напон пада на нулу након отпуштања Ц 2 кондензатора.

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 16

Ово регулисано коло за напајање има проблем. Уместо излаза 15 волти ДЦ (тачно) како треба, излази 0 волти ДЦ до оптерећења:

Измерите 0, 25 волта ДЦ између ТП4 и тла и 20 волти између ТП1 и тла, користећи свој волтметар. Из ове информације утврдите најмање две независне грешке које могу изазвати овај проблем.

Открити одговор Сакриј одговор

Могуће грешке: (обратите пажњу да ова листа није исцрпна)

Опамп (У 1 ) није успео са излазним засићеним негативним.
Зенер диода (Д 1 ) није успела.
Ресистор Р 1 није отворен.

Напомене:

Замолите ученике да објасне своје образложење, зашто су изабрали грешке компоненте које су урадили. Такође, замолите их да идентификују све компоненте за које мисле да раде исправно (без сумње).

Питање 17

"Сплит" или "дуал" ДЦ напајање су од суштинског значаја за напајање многих врста електронских кола, посебно одређених типова оперативних појачавачких кругова. Ако није доступно само једносмерно напајање из једносмерне струје, узорак за напајање Δплит може се грубо симулирати употребом резистивног разводника напона:

Проблем у томе је учитавање: ако се више струје извуче са једне од шина за напајање него од друге, "сплит" напона ће постати неуједначен. Једини начин да + В и -В има исту (апсолутну) вредност напона на оптерећењу је ако је импеданса оптерећења равномјерно уравнотежена између тих шина и тла. Овај сценарио је мало вероватан. Узмите на пример овај пример:

Једноставно опампно коло, међутим, може исправити овај проблем и одржати чак "поделу" напона између + В, Гроунд и -В:

Објасните како ово коло ради. Која функција оба отпорника изводе "# 17"> Откривени одговор Сакриј одговор

Два отпорника успостављају референтни напон тачно између + В и -В, што ће бити напон "Гроунд" који се види од стране оптерећења. Опамп држи стварни проводник уземљења на том референтном потенцијалу кроз негативну повратну спрегу, чинећи било који транзистор толико снажним колико је неопходно да задржи потенцијал Земље у центру између + В и -В.

Питање изазова: ако планирате изградњу оваквог круга, веома је препоручљиво постављање пар кондензатора преко обујмица. Објаснити зашто:

Напомене:

Ово коло није вредно само разговарати са својим ученицима као пример негативне повратне спреге у акцији, али је такође практично да их користе као непробојно напајање "сплитер" када је доступно само једно снабдевање. Ако одлучите да направите овај круг, будите пажљиви од расипања снаге транзистора! Одредите максималну струју небалансирања до оптерећења (колико ће струје бити извучено преко Терминала), а затим помножити ту струју са + В (или -В, апсолутно). Ово ће бити максимална вриједност дисипације снаге или транзистор може сигурно да се рукује.

Као одговор на изазовно питање, мудрост кондензатора за бајпас биће очигледна ако се пулсирајуће оптерећење (као што је ДЦ мотор са четком) налази између "шина" и "земље". Опамп мора врло брзо да своје излазне снаге окреће брзо и брзо да укључи сваки транзистор довољно брзо да се супротстави кретању у напону изазваном пулсирајућим оптерећењем. Кондензатори се природно супротстављају променама напона, и тако су идеални за ублажавање таквих напона, смањујући оптерећење на опампу.

Питање 18

Дизајнирајте пасивно коло које ће креирати "сплит" (+ В / -В) напајање из једног извора напона:

Открити одговор Сакриј одговор

За апликације слабе струје, следећа мрежа отпорника / кондензатора ради изузетно добро:

Следеће питање: које ограничења дизајна ће диктирати величине отпорника и кондензатора "белешке скривене"> Напомене:

Ова једноставна филтрирана кола одводника напона добро функционишу када су тренутни извлачења ниске, или барем врло близу једнакости, на шинама + В и -В. То не функционише тако добро за високо асиметрична оптерећења, или где је нискотлачна струја кратког споја важна (на пример, ниске снаге акумулатора). У апликацијама које захтевају бољу + В / В напонску стабилност, препоручује се опамп "фолловер" круг након разводника напона.

Питање 19

Комплементарни потисни транзисторски појачавач саграђен тачно онако како је приказано, учинио би прилично слабо, показивши унакрсну дисторзију:

Најједноставнији начин смањења или елиминисања ове дисторзије је додавање неког напона напона на сваки од улаза транзистора, тако да никада неће бити времена када се два транзистора истовремено прекидају:

Један проблем са овим решењем је да само мало превише напона пристрасности доведе до прегријавања транзистора, јер оне истовремено врше струју близу тачке нултог прелаза АЦ сигнала. Још софистициранији начин ублажавања унакрсног изобличења је коришћење опампа са негативним повратним информацијама, овако:

Објасните како је опамп у стању елиминисати унакрсну дисторзију у овом колу појачавача без притиска.

Открити одговор Сакриј одговор

Осјетљавајући В, опамп може "рећи" да ли излазни напон одговара улазном напону или не, тако да може транзисторе возити толико јако колико их треба водити да би добили излазни напон тамо гдје би требао бити.

Питање изазова: практичнији облик комбинује две стратегије попут овога:

Објасните зашто употреба мање напона напрезања и негативне повратне спреге са опампом резултира бољим перформансама него било који метод који се користи сам.

Напомене:

Много се може рећи о добром дизајну кола на овом питању, али основна тачка је да ученици виде како негативне повратне спреге у комбинацији са изузетно високим добитком опамп минимизирају унакрсну дисторзију. Обавезно усмерите пажњу студената на ту тачку све док их добро не схвате пре него што почну дискусију о финијим тачкама дизајна појачала.

Треба напоменути да ово решење унакрсног изобличења у колу за појачавање притиска не повлачи најбоље резултате. Да би опамп обезбедио глатку транзицију између полу-циклуса, његов излаз мора одмах да скочи око 1, 4 волта како би прешао од окретања једног транзистора до окретања другог транзистора. Наравно, ниједан опамп не може то учинити, јер сви имају ограничене стопе. Дакле, и даље ће бити неких унакрсних изобличења, али не и скоро колико без опампа (и са далеко мањим распршивањем снаге у диодном рјешењу!).

Питање 20

Паразитска капацитивност која се природно налази у двожичним кабловима може изазвати проблеме када се повеже са електронским уређајима високе импедансе. Узмите на пример одређене биомедицинске сонде које се користе за откривање електрохемијских догађаја у живом ткиву. Такве сонде могу се моделирати као извори напона у серији са отпорима, они отпори који су обично прилично велики због површина сонде са врло малим површинама (контактима):

Када се повеже са каблом са паразитским капацитетом, формира се ниско-струјни РЦ филтер круг:

Овај нископропусни филтер (или пасивни интегратор, ако желите) је чисто ненамјеран. Нико није затражио да буде тамо, али у сваком случају постоји само због природног отпора сонде и природног капацитета кабла. У идеалном случају, наравно, желели бисмо да пошаљемо сигнални напон ( сигнал В) директно на појачаваче без интерференције или филтрирања било које врсте, тако да можемо видети тачно шта је то што покушавамо да измеримо.

Један паметан начин практично елиминисања ефеката кабловске капацитете је да се огради сигнална жица у сопственом штиту, а затим да се тај штит покрене са истом количином напона од прикључка напона на другом крају кабла. Ово се зове чување :

Еквивалентна схема може учинити ову технику разумљивијом:

Објасните зашто чување сигналне жице ефикасно елиминише ефекте капацитета кабла. Наравно, капацитети су и даље присутни, па како то више нема ефекта на слаб сигнал "# 20"> Открити одговор Сакри одговор

Заштитни опамп држи заштитни штит истог потенцијала као и средишњи проводник, одржавајући 0 волти преко паразитске капацитивности између тих два проводника. Без напона преко тог капацитета, можда чак и неће бити!

Питање о следећем питању: иако капацитивност од центра до стражара може имати нула волта преко ње све време захваљујући опампу, капацитивност штитника (спољашњег) штитника и даље има пун сигнални напон преко њега. Објасните зашто то нас не брине, и зашто његово присуство не формира филтер за нископропусни однос, јер је оригинални (нехрањени) кабловски капацитети једном учинио.

Напомене:

Чување је техника која се користи у многим сценаријима тестирања и мерења, и служи као одличан примјер опампа који се користе као напонски следбеници.

Ако ученици нису уверени у озбиљност кабловске капацитивности у апликацији као што је она описана, предложите им те вредности и затражите од њих да израчунају прекидну фреквенцију нископропусног филтера формираног помоћу сигнала Р и Ц кабла :

Р сигнал = 20 МΩ
Ц кабл = 175 пФ

Питање 21

У идеалном случају, улазни терминали оперативног појачавача проводе нулту струју, што нам омогућава поједноставити анализу многих опамп кругова. Међутим, у стварности постоји веома мала количина струје која пролази кроз сваки улазни прикључак било ког опампа са БЈТ улазним колима. Ово може проузроковати неочекиване грешке напона у колима.

Размислите о следећем колону напона пуног напона:

Ја пристрасност (-) не изазива никакве проблеме за нас, јер се у потпуности испоручује излазом опампа. Друга биас струја, ипак, узрокује невоље, јер мора проћи кроз отпор Тхеновина извора. Када то уради, пада неки напон преко тог унутрашњег отпорног извора, скевујући количину напона заправо видјеног на неинвертирајућем терминалу опампа.

Често решење за ово је додавање још једног отпорника у коло, овако:

Објасните зашто додавање отпорника решава проблем.

Открити одговор Сакриј одговор

Додатни отпорник треба да испусти једнаку количину напона, чиме се поништава било који напон напона који је уведен кроз струју пристрасности која пролази кроз унутрашњи отпор извора. Димензионирање овог "компензирајућег" отпорника једнак отпорности Тхевенина извора претпоставља нулту струју оффсет струје.

Напомене:

Једноставно напонски пуферни напон је најлакши контекст у коме се разумије функција компензационог отпорника тренутног утицаја, тако да је овде представљен како би се студентима омогућило да види свој утицај.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →