ОпАмп кругови напон / струјни конвертер

Zero Drift Operational Amplifiers Webinar (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

ОпАмп кругови напон / струјни конвертер

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

Израчунајте струју кроз отпорник Р2 у овом опампном кругу за неколико различитих вредности Р 2 :


Р 2И Р 2


1 кΩ


2 кΩ


3 кΩ


4 кΩ


5 кΩ


6 кΩ


За сваку вриједност Р 2, шта је то што утврђује количину струје кроз њега "# 2"> Открити одговор Сакри одговор


Р 2И Р 2


1 кΩ3 мА


2 кΩ3 мА


3 кΩ3 мА


4 кΩ3 мА


5 кΩ3 мА


6 кΩ3 мА


Ово коло делује као текуће огледало, осим много прецизније.

Следеће питање: који фактор (и) ограничава највећу вредност отпорности Р 2 да оперативни појачавач може да одржи 3 милијасе струје кроз?

Напомене:

Поред разматрања сврхе тренутног круга огледала, ово питање скреће пажњу студената на тренутне могућности регулисања оперативног појачавача тиме што их анализирају као да су то једноставно неинверзијски склоп појачавача напона.

Питање 3

Објасните како оперативни појачавач одржава константну струју кроз оптерећење:

Напишите решавање једначина за регулисану струју оптерећења, с обзиром на релевантне варијабле приказане на шематском дијаграму (Р 1, В З, В напајање, А В (ОЛ) итд.).

Открити одговор Сакриј одговор

Ја учитам = В З


Р 2

Питање о следећем питању: да ли је транзистор извор енергије до оптерећења, или потапање струје из ње "белешке скривене"> Напомене:

Ово је добар пример како оперативни појачавачи могу знатно побољшати функције кругова дискретних компоненти. У овом случају, опамп врши функцију тренутног круга огледала, и то ради са већом прецизношћу и поузданошћу него што је то било могуће једноставно тренутно огледало.

Треба напоменути да једначина која се налази у одговору не директно предвиђа струју кроз оптерећење, него предвиђа струју кроз отпорник Р2. Ово је једнако струја оптерећења само ако је базна струја транзистора нула, што наравно не може бити. Права једначина за предвиђање струје оптерећења биће мало сложенија од онога што је дата у одговору, а ја остављам да ваши студенти изводе.

Питање 4

Објасните како оперативни појачавач одржава константну струју кроз оптерећење:

Напишите решавање једначина за регулисану струју оптерећења, с обзиром на релевантне варијабле приказане на шематском дијаграму (Р 1, В З, В напајање, А В (ОЛ) итд.). Такође, опишите шта ће се морати промијенити у овом кругу како би регулисана струја подесила на другачију вриједност.

Открити одговор Сакриј одговор

Ја учитам = В З


Р 1

Питање о следећем питању: да ли је транзистор извор енергије до оптерећења, или потапање струје из ње "белешке скривене"> Напомене:

Ово је добар пример како оперативни појачавачи могу знатно побољшати функције кругова дискретних компоненти. У овом случају, опамп врши функцију тренутног круга огледала, и то ради са већом прецизношћу и поузданошћу него што је то било могуће једноставно тренутно огледало.

Треба напоменути да једначина која се налази у одговору не директно предвиђа струју кроз оптерећење, него предвиђа струју кроз отпорник Р2. Ово је једнако струја оптерећења само ако је базна струја транзистора нула, што наравно не може бити. Права једначина за предвиђање струје оптерећења биће мало сложенија од онога што је дата у одговору, а ја остављам да ваши студенти изводе.

Питање 5

На први поглед, чини се да су повратне информације у овом кругу регулисане струјом. Имајте на уму како сигнал повратне спреге прелази на унверзијски (+) улаз оперативног појачавача, а не на инверзни улаз као што би се нормално очекивао за негативне повратне информације:

Објасните како овај оп-амп стварно пружа негативне повратне информације, што је наравно неопходно за стабилну тренутну регулацију, пошто би позитивна повратна информација била потпуно нестабилна.

Открити одговор Сакриј одговор

Ако се струја повећа, напон повратне спреге (мјерено у односу на тло) ће се смањити, и излаз из оп ампера у негативном смјеру. Ово има тенденцију да искључи транзистор, исправно исправљајући прекомерно стање струје.

Напомене:

Сврха овог питања је да ученици стекну негативне повратне информације не морају нужно да уђу у обрнути улаз. Оно што чини повратну информацију "негативном" је његова саморегулаторна природа: излаз оп-амп-а погони у супротности са пертурбацијом измереног сигнала како би се постигла стабилност на контролној тачки.

Питање 6

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

Ресистор Р 1 не отвори:
Зенер диода Д 1 није успела:
Ресистор Р 2 отказао:
Зенер диода Д 1 не отвара:
Оптерећење није успело:
Жица између излаза опампа и база транзистора отворена је:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Ресистор Р 1 не отвара: струја оптерећења пада на нулу.
Зенер диода Д 1 не успева: краткотрајна струја пада на нулу.
Отпорник Р 2 отказује: струја оптерећења пада на нулу.
Зенер диода Д 1 не отвара: повећава струја.
Оптерећење није завршено: струја оптерећења остаје иста.
Жица између излаза опампа и базе транзистора се отвара: оптерећење струје пада на нулу.

Следеће питање: који од два прикључка за напајање опампа (В напајање или Гроунд) носи више струје током нормалног рада и зашто "белешке сакривене"> 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 7

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

Ресистор Р 1 не отвори:
Ресистор Р 2 отказао:
Мост са сољем (кратки) преко отпорника Р 2 :
Зенер диода Д 1 није успела:
Зенер диода Д 1 не отвара:
Оптерећење није успело:
Жица између излаза опампа и база транзистора отворена је:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Ресистор Р 1 не отвара: струја оптерећења пада на нулу.
Отпорник Р 2 отказује: струја оптерећења пада на нулу.
Мост солдера (кратки) преко отпорника Р 2 : повећава се оптерећење струје.
Зенер диода Д 1 не успева: краткотрајна струја пада на нулу.
Зенер диода Д 1 не отвара: повећава струја.
Оптерећење није завршено: струја оптерећења остаје иста.
Жица између излаза опампа и базе транзистора се отвара: оптерећење струје пада на нулу.

Следеће питање: који од два прикључка за напајање опампа (В напајање или Гроунд) носи више струје током нормалног рада и зашто "белешке сакривене"> 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 8

Најједноставнији електронски уређај који може претворити струјни сигнал у напонски сигнал је отпорник:

Прецизни отпорници обично добро функционишу у ту сврху, нарочито када је количина напона која је пала преко ње мало посљедица. Због тога се често користе шантови отпорници у струјним круговима за мерење струје, низак отпорни "шунтни" отпорни елемент отпадног напона у прецизном пропорционалном односу са струјом која пролази кроз њега.

Међутим, ако не можемо приуштити да напустимо напон преко отпорности у кругу, ова техника конверзије струје до напона неће бити врло практична. Размислите о следећем научном апарату који се користи за мерење фотоелектричног ефекта (електрона која се емитују са чврсте површине због свјетлости која је удара):

Тренутни излаз са таквим фототубе је веома мали, а напон излаза је још мањи. Ако меримо струју кроз овај уређај, мораћемо да нађемо неку другу могућност осим отпорника за шантање да то урадимо.

Унесите оперативни појачавач, на спасавање! Објасните како следеће коло опампа може претворити слаб сигнал струје фототубе у јак напонски сигнал, без увођења било каквих значајних отпорности у круг фототубе:

Открити одговор Сакриј одговор

Дизајн овог кола је компликовано постојањем струје пристраности на опамп улази. Можда ће вам помоћи да анализирате поједностављену верзију истог кола. Имајте на уму да би ово поједностављено коло функционисало само ако опамп нема апсолутно никакву улазну струју:

Напомене:

Напомена својим ученицима да је ово једна од оних апликација гдје чак и "ситне" улазне струје биас могу утицати на резултате. У овом конкретном случају, фототубе излази у најмању мјесечну струју, и тако морамо надокнадити постојање струјних опампа опампа.

Питање 9

Приказано је једноставно коло за изградњу изузетно високог волтметра улазне импеданце на бежичној плочи, користећи једну половину ТЛ082 дуал оп-амп:

Направите схематски дијаграм овог кола, израчунајте потребну вредност отпорника да бисте добили мерач напона од 0 до 5 волти.

Открити одговор Сакриј одговор

Р = 5 кΩ

Следеће питање: одредите приближну улазну импеданцију овог волтметра, а такође и максимални напон који може да мери са било којим отпорником величине у кругу.

Напомене:

Ово је веома практичан склоп за ваше студенте који могу да изграде, а можда ће утврдити да она превазилази сопствене (купљене) волтметре у параметру улазне импеданце! Обавезно их питајте где су пронашли информације о улазној импеданси за опцију ТЛ082 и како су могли утврдити максимални улазни напон за овакав круг.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →