ОпАмп Осцилаторски кругови

Zero Drift Operational Amplifiers Webinar (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

ОпАмп Осцилаторски кругови

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

Објасните шта је критеријум Баркхаузена за коло осцилатора. Како ће се утицати на перформансе осцилаторског кола ако Баркхаусенов критеријум пада испод 1 или иде много више од 1?

Открити одговор Сакриј одговор

Допустићу вам да одредите тачно шта је критеријум "Баркхаусен". Ако је његова вриједност мања од 1, излаз осцилатора ће се смањити амплитудом током времена. Ако је његова вредност већа од 1, излаз осцилатора неће бити синусоидан!

Напомене:

На питање "Који је критеријум Баркхаусена" могла би се одговорити кратком реченицом, која се добијала у дословном запису из уџбеника. Али оно што тражим овде је стварно схватање теме. Да ли вам ученици објасне разлог зашто амплитуда осцилације зависи од овог фактора.

Питање 3

Колико степена фазног помака мора да круг повратне спреге (квадратна кутија у овој шеми) уведе сигнал, како би ово окретно коло појачало осцилирало?

Открити одговор Сакриј одговор

Мрежа за повратне информације у овом кругу мора обезбедити 180 степени измене фазе, како би одржала осцилације.

Напомене:

Замолите ученике да објасне зашто мрежа за повратне информације мора обезбедити 180 степени фазног помака на сигнал. Замолите их да објасне како се овај захтев односи на потребу за регенеративним повратним информацијама у кругу осцилатора.

Питање 4

Колико степена смене фазе мора повратно коло (квадратна кутија у овој шеми) представити сигналу како би ово неинверзијско коло појачало осцилирало "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом /имагес/куиз/02670к01.пнг ">

Открити одговор Сакриј одговор

Мрежа за повратне информације у овом кругу мора обезбедити 360 степени измене фазе, како би одржала осцилације.

Напомене:

Замолите ученике да објасне зашто мрежа за повратне информације мора обезбедити 180 степени фазног помака на сигнал. Замолите их да објасне како се овај захтев односи на потребу за регенеративним повратним информацијама у кругу осцилатора.

Питање 5

Ово је врло уобичајени колектор опамп осцилатора, технички од релаксационог типа:

Објасните како ово коло функционише, и који ће се таласни облици мјерити у тачкама А и Б. Обавезно упућујте на константе РЦ времена у вашем објашњењу.

Открити одговор Сакриј одговор

Измерићеш псеудообликован таласни облик у тачки А, а квадратни талас у тачки Б.

Питање изазова: објасните како бисте могли да израчунате учесталост таквог круга, на основу онога што знате о РЦ константама временске константности. Претпоставимо да опамп може замахнути своју излазну шину-шину, ради једноставности.

Напомене:

Овај круг је најбоље разумети изградњом и тестирањем. Ако користите велике кондензаторске вриједности и / или отпорник велике вриједности на тренутном путању кондензатора, осцилација ће бити довољно спора да се анализира са волтметром умјесто осцилоскопом.

Питање 6

Варијанта у заједничком дизајну осцилатора ослобађања осјетника опампа је то што му даје могућност промјењивог циклуса рада:

Објасните како ово коло функционише и у ком смеру се брисач потенциометра мора померати да би се повећао радни циклус (више времена проведено са опампом излазном засићеном на + В, а мање времена проведено засићено на -В).

Открити одговор Сакриј одговор

Померите брисач да повећате радни циклус.

Напомене:

Овај круг је најбоље разумети изградњом и тестирањем. Ако користите велике кондензаторске вриједности и / или отпорник велике вриједности на тренутном путању кондензатора, осцилација ће бити довољно спора да се анализира са волтметром умјесто осцилоскопом.

Успут, Сцхотткиове ​​диоде нису битне за рад овог кола, осим ако је очекивана фреквенција веома висока. Заиста, сврха Сцхоттки диода, са својим ниским падом напона напона (типично 0, 4 волта) и минималним складиштењем пуњења, је да олакша посао опампа при сваком преокрету излазног поларитета. Запамтите да ово коло не користи негативне повратне информације! У суштини, то је позитивни повратни круг, а сваки пад напона и нелинеарност на тренутном путању кондензатора ће имати утицај на пуњење / празњење кондензатора.

Питање 7

Дуал или сплит, напојници су веома корисни у опамп круговима јер омогућавају да се излазни напон изнад, као и потопи испод земље, ради стварне АЦ радње. У неким апликацијама, можда није практично или приступачно да имате двоструко напајање за напајање вашег опампног кола. У овом случају, морате бити у стању да схватите како да прилагодите круг са двоструким напајањем на операцију са једним снабдевањем.

Добар пример таквог изазова је познати осцилатор ослобађања опампа, приказан овде:

Прво, одредите шта би се догодило ако једноставно елиминишемо негативан део двоструког напајања и покушамо да покренемо круг на једном напојном уређају (+ В и Гроунд само):

Затим, модификујте шематски тако да ће коло радити исто као и раније са двоструким напајањем.

Открити одговор Сакриј одговор

Ево једног решења:

Ево још једног решења:

Следеће питање: сада само знате шта ћу питати следеће, зар не "бележи скривене"> Напомене:

Дуални напојни уређаји су луксуз у многим стварним условима, тако да ће ваши ученици морати схватити како се опампови раде у апликацијама са једним снабдевањем! Радите са својим ученицима како бисте анализирали функцију предложеног решења, како бисте видели како је истовремено сличан и другачији од једноставније верзије двоструке потрошње.

Питање 8

Идентификујете која је то врста кола осцилатора и напишите једначину која описује његову радну фреквенцију:

Открити одговор Сакриј одговор

Ово је Виен мостов осјетилац осјетника, а његова радна фреквенција се одређује на исти начин као колектор осцилатора Виен моста са дискретним транзисторима:

ф = 1


2 πР Ц

Следеће питање: на основу ваше анализе кола, колико фазно померање Виен мостни круг уведе у повратни сигнал "напомене скривене"> Напомене:

За разлику од неких дискретних транзисторских осцилаторских кола, овај Виен мост је комплетан и пун Виен мост, а не "полу-мост". За пример Виен полу- мостног круга, погледајте ово (компоненте Виен моста приказане у другој боји):

Питање 9

Објасните сврху круга резервоара (Л 1 и Ц 1 ) у следећем кругу осцилатора и напишите једначину која описује његову радну фреквенцију:

Открити одговор Сакриј одговор

ф = 1


2 π


Л 1 Ц 1

Следеће питање: Шта мислите да је сврха потенциометра у овом кругу осцилатора "белешке скривене"> Напомене:

Замолите ученике да опишу количину фазног помака који цев резервоара пружа повратном сигналу. Такође, замолите их да објасне како природна фреквенција осцилаторског кола може бити измењена.

Напомена: подешавање потенциометра (напона) је кључно за добијање квалитетног синусног таласа из ове врсте кола. Ако ваши ученици одлуче да га изграде, они би требали бити свјесни да ће бити потребно неко експериментисање како би се произвело квалитетан синусни талас!

Питање 10

То осцилаторско коло моста у Виен-у је врло осјетљиво на промјене у добитку. Имајте на уму како је потенциометар који се користи у овом склопу "тример", подесив са шрафцигером, а не помоћу ручице или друге контроле руке:

Разлог за овај избор у потенциометрима је да се случајне промене у окружењу добију мање вероватне. Ако изградите овај круг, видећете да мале измене у овом потенциометру подешавају велику разлику у квалитету излазног сине таласа. Мало превише добитка, а синусни талас постаје приметно искривљен. Превелик добитак, а коло зауставља потпуно осциловање!

Очигледно је да није добро имати овакву осетљивост на мање промене у било ком практичном кругу који се очекује поуздано изводити из дана у дан. Једно решење за овај проблем је додавање ограничавајуће мреже на коло састављено од две диоде и два отпорника:

Са овом мрежом на месту, добит кола може се подесити знатно изнад прага осцилације (критеријум Баркхаусен) без излагања прекомерне дисторзије као што би то било без ограничавајуће мреже. Објасните зашто ограничавајућа мрежа ово омогућава.

Открити одговор Сакриј одговор

Ограничавајућа мрежа смањује повећање струје док максимални напон почиње да прелази 0, 7 волта. Ово ослобађање помаже у спречавању клизања опампа.

Следеће питање: који ефекат има ова "ограничавајућа мрежа" на чистоћу спектра излазног сигнала осцилатора "напомене скривене"> Напомене:

Ово коло је важно за ученике да се сусрећу, јер открива врло практично ограничење верзије "уџбеника" кола осцилатора Виен моста. Није довољно да дизајн кола ради у идеалним условима - практично коло мора бити у стању да толерише одређену варијансу у вриједностима компоненти или неће радити поуздано.

Питање 11

Ова занимљива кола опампа стварају трифазне синусоидалне таласне облике напона, од којих су три тачна:

Са свим отпорницима и кондензаторима, можда сте претпоставили да је то фаза-смен тип осцилаторског кола, и ви бисте били тачни. Ево, свака паралелна РЦ мрежа обезбеђује 60 степени заостајања фазног помака како би се комбиновао са 180 степени фазног помака који су својствени инверзивним конфигурацијама појачавача, дајући 120 степени помака по опамп фази.

Изведите решење формуле за радну фреквенцију овог осцилаторског кола, знајући да импеданција сваке паралелне РЦ мреже има фазни угао од -60 о . Такође, одредите где ћете на овом кругу добити три обавезна синусна таласа.

Открити одговор Сакриј одговор

ф = √3


2 πР Ц

Даћу вам наговештај како да решите овај проблем: троугао пријема за паралелну РЦ мрежу има углове од 60 о, 30 о и наравно 90 о :

Напомене:

За разлику од вишестепених РЦ фазних сменских мрежа, навикли смо да видимо у дискретним транзисторским фазним смицајним осцилаторским колима, мреже фазног помака у овом осцилаторском кругу су много "чистије", што су ефективно изоловане једни од других тренутним добитком сваког опампа . Овде, свака РЦ мрежа обезбеђује исту количину фазног помака, а након тога не напуни РЦ мрежу. То чини математику лијепим и лаганим (релативно), и добрим прегледом тригонометрије!

Ово коло је дошло са страница једне од мојих омиљених књига о опампу, Приручник за примену рачунара за моделирање, мерење, манипулацију и пуно других . Објавио Пхилбрицк Ресеарцхес Инц. 1966. године, то је чудесно написана обилазак "модерних" оперативних појачавача апликација и техника. Ја само желим (истински) писане савремене текстове, као и ову невероватну књижицу!

Питање 12

Предвидите како ће утицати на рад овог релаксационог кола осцилатора као последица следећих грешака. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Ресистор Р 1 не отвори:
Мост са сољем (кратки) преко отпорника Р 1 :
Кондензатор Ц 1 није успео:
Мост са сољем (кратки) преко отпорника Р 2 :
Ресистор Р 3 не отвори:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Ресистор Р 1 не отвори: Излаз Опамп засићује било позитивним или негативним.
Мост са солдером (кратки) преко отпорника Р 1 : излазни напон поравнава се на 0 волта.
Кондензатор Ц 1 није успео: Опамп излаз засићује било позитивним или негативним.
Мостни солдер (кратак) преко отпорника Р 2 : Излазни напон се постави на 0 волта.
Отпорник Р3 не отвара: излазни напон поравнава се на 0 волта.

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 13

Идентификујте најмање две различите грешке компоненти које би резултирале промјеном циклуса рада за овај осцилаторски круг:

Открити одговор Сакриј одговор

Кратак у било којој од две диоде изазвао би се радни циклус.

Следеће питање: шта би се догодило ако било која од ове две диоде није отворена "белешке скривене"> Напомене:

Замолите ученике да објасне зашто би се радни циклус променио као резултат неизвршене диоде. Ово је добра прилика за даље истраживање рада овог осцилаторног кола.

Питање 14

Претпоставимо да је овај ЛЦ осцилатор престао да ради, а ви сте сумњали да или кондензатор или индуктор нису успели. Како можете провјерити ове двије компоненте без кориштења ЛЦР бројача?

Открити одговор Сакриј одговор

Покушајте да користите омаметар на свакој компоненти, уклоните из кола. Кондензатор треба читати "отворен" и индуктор треба да прочита низак отпор, ако су оба у добром стању.

Следеће питање: да ли је тест омажера довољно свеобухватан да би се откриле све могуће грешке са овим двема врстама компоненти "белешке скривене"> Напомене:

Знање како провјерити стање компоненти са примитивном опремом за тестирање је вриједна вјештина. Вредно је вриједити времена да детаљно расправите о овом питању (и његовим одговорима) с вашим студентима, тако да сви схватају укључене концепте.

Питање 15

Већина оперативних појачавача немају могућност да окрећу своје излазне напоне шина-шина. Већина њих не симулира своје излазне напоне. То јест, типичан опамп непропуснице од шина до шине може бити у могућности да приступи једном напону шине напајања ближе од друге; нпр. када се напаја путем напајања + 15 / -15 волт, излаз засићује позитивно на +14 волти и засићује негативан на -13.5 волти.

Какав ефекат претпостављаш да ће овај несиметрични излазни опсег имати на типичном колу осцилатора релаксације, као што је сљедеће, и како можете да предложите да решимо проблем?

Открити одговор Сакриј одговор

Дежурни циклус неће бити 50%. Један од начина за решавање проблема је учинити нешто овако:

Следеће питање: објасните како и зашто ово решење функционише. Сада сте управо знали да ћу поставити ово питање у тренутку када сте видели дијаграм, да ли сте "запазили скривене"> Напомене:

Имајте на уму да сам додао додатни отпорник на коло, у серији са излазним терминалом опампа. У неким случајевима ово није неопходно, јер опамп је самодимензионалан у излазној струји, али ипак је добра пракса дизајна. У случају да се неко замени оригиналним опампом за другачији модел без недостатка прекострујне заштите, нови опамп неће постати оштећен.

Питање 16

Овај резонантни ЛЦ осцилаторски круг је веома осетљив на промене у добитку. Имајте на уму како је потенциометар који се користи у овом склопу "тример", подесив са шрафцигером, а не помоћу ручице или друге контроле руке:

Разлог за овај избор у потенциометрима је да се случајне промене у окружењу добију мање вероватне. Ако изградите овај круг, видећете да мале измене у овом потенциометру подешавају велику разлику у квалитету излазног сине таласа. Мало превише добитка, а синусни талас постаје приметно искривљен. Превелик добитак, а коло зауставља потпуно осциловање!

Очигледно је да није добро имати овакву осетљивост на мање промене у било ком практичном кругу који се очекује поуздано изводити из дана у дан. Једно решење за овај проблем је додавање ограничавајуће мреже на коло састављено од две диоде и два отпорника:

Са овом мрежом на месту, добит кола може се подесити знатно изнад прага осцилације (критеријум Баркхаусен) без излагања прекомерне дисторзије као што би то било без ограничавајуће мреже. Објасните зашто ограничавајућа мрежа ово омогућава.

Открити одговор Сакриј одговор

Ограничавајућа мрежа смањује повећање струје док максимални напон почиње да прелази 0, 7 волта. Ово ослобађање помаже у спречавању клизања опампа.

Следеће питање: који ефекат има ова "ограничавајућа мрежа" на чистоћу спектра излазног сигнала осцилатора "напомене скривене"> Напомене:

Ово коло је важно за ученике да се суоче, јер открива врло практично ограничење верзије "уџбеника" резонантног кола осцилатора. Није довољно да дизајн кола ради у идеалним условима - практично коло мора бити у стању да толерише одређену варијансу у вриједностима компоненти или неће радити поуздано.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →