Circuite OpAmp de feedback pozitiv

How to Get Positive & Negative Voltage Outputs from DC Power Supplies (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Circuite OpAmp de feedback pozitiv

Circuite integrate analogice


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza matematic circuitele necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Cu atenție măsurați și înregistrați toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului.
  2. Desenați diagrama schematică pentru circuitul care urmează să fie analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  4. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  5. Analiza matematică a circuitului, rezolvarea tuturor valorilor tensiunii și curentului.
  6. Măsurați cu atenție toate tensiunile și curenții, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi calculați cu atenție valorile și re-măsurați cu atenție.

Evitați utilizarea modelului 741 op-amp, cu excepția cazului în care doriți să contestați abilitățile de proiectare a circuitelor. Există mai multe versatil op-amp modele disponibile în mod obișnuit pentru începători. Vă recomandăm LM324 pentru circuitele de curent continuu și cu frecvență joasă și proiectele TL082 pentru AC care implică semnale audio sau frecvențe mai mari.

Ca de obicei, evitați valorile rezistenței foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului. Vă recomand valori rezistor între 1 kΩ și 100 kΩ.

O modalitate de a economisi timp și de a reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați treptat componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, în loc să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să- și construiască propriile "probleme de practică" cu componente reale și să încerce să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a preda studenților metodă științifică : procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Acesta este un circuit obișnuit de oscilator opamp, tehnic de tip relaxare :

Explicați modul în care funcționează acest circuit și ce forme de undă vor fi măsurate la punctele A și B. Asigurați-vă că faceți referire la constantele de timp RC în explicația dumneavoastră.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Veți măsura o formă de undă asemănătoare fierăstrăului în punctul A și un val pătrat la punctul B.

Întrebare de provocare: explicați modul în care ați putea merge despre calcularea frecvenței unui astfel de circuit, pe baza a ceea ce știți despre circuitele de timp RC RC. Să presupunem că opampul poate să-și schimbe traiectoria de ieșire pe șină, pentru simplitate.

Note:

Acest circuit este cel mai bine înțeles prin construcție și testare. Dacă folosiți valori mari ale condensatorului și / sau un rezistor de mare valoare în calea curentă a condensatorului, oscilația va fi suficient de lentă pentru a analiza mai degrabă un voltmetru decât un osciloscop.

Întrebarea 3

Să presupunem că comparatorul din acest circuit este capabil să-și "învârtă" puterea de ieșire la 1 volt din tensiunea de alimentare a șinei. Calculați tensiunile de prag superior și inferior, având în vedere valorile rezistorului afișate:

V UT = V LT =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V UT = +2.093 volți

V LT = -2.093 volți

Note:

Deoarece multe opampe și comparatoare sunt incapabile de a leșina de la șină la șine, această întrebare este destul de realistă.

Întrebarea 4

O analogie folosită pentru a explica și a contraface feedback-ul negativ față de feedback-ul pozitiv este cea a unei pietre rotunde, așezate fie pe vârful unui deal, fie pe vale:

Stabilitatea pietrei în fiecare dintre aceste scenarii reprezintă stabilitatea unui tip specific de sistem de reacție electrică. Care dintre aceste scenarii reprezintă feedback negativ, care reprezintă feedback pozitiv și de ce "# 4"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Valea reprezintă un feedback negativ, în timp ce dealul reprezintă un feedback pozitiv.

Note:

Am constatat că această analogie simplă este cea mai utilă atunci când explicăm sistemele de feedback studenților, deoarece comportamentul fiecăruia este intuitiv evident.

Întrebarea 5

Un student intenționează să conecteze un opamp TL082 ca un follower de tensiune, pentru a "urmări" tensiunea generată de un potențiometru, dar face o greșeală în cablajul cablajului:

Desenați o diagramă schematică a acestui circuit defect și stabiliți ce indicație va fi voltmetrul, explicând de ce este așa.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Circuit schematic, astfel cum cu fir:

Tensiunea de ieșire se va satura la aproximativ + 11 volți sau -11 volți, potențiometrul având un efect redus sau fără efect.

Note:

Cereți studenților dvs. să caracterizeze tipul de feedback prezentat în acest circuit. Cum afectează acest tip de feedback opțiunea de comportament a opusului "panoul de lucru" panoul panoului de panou implicit "itemscope>

Întrebarea 6

Determinați tensiunea de "declanșare" a acestui circuit de comparator: valoarea tensiunii de intrare la care se schimbă starea de ieșire a op-ului de la pozitiv complet la negativ sau viza:

Acum, ce credeți că s-ar întâmpla dacă ieșirea ar fi alimentată înapoi la intrarea neinversivă printr-un rezistor "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02294x02.png">

Pentru informațiile dvs., această configurație a circuitului este adesea menționată ca declanșator Schmitt .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cu nici un rezistor de feedback, tensiunea "trip" ar fi de 9, 21 volți. Cu rezistor de feedback în loc, tensiunea de "călătorie" s-ar schimba în funcție de starea de ieșire opamp lui!

Următoarele întrebări: descrieți ce efect va avea această valoare de tensiune "de declanșare" în schimbare asupra funcționării acestui circuit comparator.

Note:

Circuitele de declanșare Schmitt sunt foarte populare pentru capacitatea lor de a schimba cu ușurință stările datorită unui semnal de intrare zgomotos. Am evitat intenționat calculele numerice în această întrebare, astfel încât elevii să se poată concentra asupra conceptului de feedback pozitiv și a modului în care afectează acest circuit.

Întrebarea 7

Un comparator este folosit ca o alarmă de viteză mare a vântului în acest circuit, declanșând un ton audio care să sune ori de câte ori viteza vântului depășește un punct de alarmă prestabilit:

Circuitul funcționează bine pentru a avertiza despre viteza mare a vântului, dar când viteza vântului se află aproape de nivelul pragului, fiecare miros rău provoacă o alarma scurtă, apoi se oprește din nou. Ceea ce ar fi mai bine este ca alarma sa sune la o viteza setata a vantului, apoi sa ramana pana cand viteza vantului scade sub pragul de prag (de exemplu: alarma la 60 km / h, resetare la 50 km / h).

Un tehnician cu experiență în electronică decide să adauge această funcție la circuit prin adăugarea a două rezistențe:

Explicați de ce funcționează această modificare a circuitului pentru a rezolva problema.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistențele adăugate oferă feedback pozitiv circuitului opamp, determinând-o să prezinte histerezis.

Întrebare la întrebare: să presupunem că ați dorit să măriți diferența dintre pragurile de alarmă superioare și inferioare. Ce valoare de rezistență ar trebui să modificați pentru a realiza această ajustare "note notes hidden"> Note:

O ilustrare practică pentru feedback pozitiv într-un circuit opamp. Există multe de discutat aici, chiar și dincolo de contextul imediat al feedback-ului pozitiv. Luați de exemplu circuitul oscilatorului și tranzistorul de control pornit / oprit. Pentru examinare, cereți studenților dvs. să explice cum funcționează aceste două secțiuni ale circuitelor.

Întrebarea 8

Să presupunem că comparatorul din acest circuit este capabil să "leagă" ieșirea complet de la șină la șină. Calculați tensiunile de prag superior și inferior, având în vedere valorile rezistorului afișate:

V UT = V LT =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V UT = +8 volți

V LT = -8 volți

Întrebare provocare: cum ați recomanda schimbarea circuitului pentru a da tensiuni de prag de +6 volți și -6 volți, respectiv "note ascunse"> Note:

Cereți studenților dvs. să explice termenii "prag superior" și "prag inferior" în ceea ce privește tensiunea de intrare într-un circuit precum acesta.

Întrebarea 9

Să presupunem că comparatorul din acest circuit este capabil să-și "învârtă" puterea de ieșire la 1 volt din tensiunea de alimentare a șinei. Calculați tensiunile de prag superior și inferior, având în vedere valorile rezistorului afișate:

V UT = V LT =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V UT = +4.087 volți

V LT = -4, 087 volți

Note:

Deoarece multe opampe și comparatoare sunt incapabile de a leșina de la șină la șine, această întrebare este destul de realistă.

Întrebarea 10

Să presupunem că comparatorul din acest circuit este capabil să-și "învârtă" puterea de ieșire la 1 volt din tensiunea de alimentare a șinei. Calculați tensiunile de prag superior și inferior, având în vedere valorile rezistorului afișate:

V UT = V LT =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V UT = +10, 29 volți

V LT = -10, 29 volți

Întrebare provocare: cum ați recomanda schimbarea circuitului astfel încât tensiunile de prag să fie centrate în jurul valorii de o anumită valoare de tensiune, alta decât zero "note hidden"> Note:

Deoarece multe opampe și comparatoare sunt incapabile de a leșina de la șină la șine, această întrebare este destul de realistă.

Întrebarea 11

Comparatorii cu feedback pozitiv sunt uneori numiți declanșatori Schmitt . Să presupunem că aveți nevoie de un declanșator Schmitt pentru un circuit pe care îl construiți, dar nu aveați comparate de circuite integrate sau op-amperi de folosit. Tot ce aveți la dispoziție pentru dvs. sunt componente discrete. Există vreo modalitate în care vă puteți gândi să modificați următoarea pereche diferențială diferențială a tranzistorului, astfel încât să se comporte ca un declanșator Schmitt?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Cereți elevilor să determine dacă acest circuit declanșator Schmitt inversează sau nu inversează. Îi explicați raționamentul pas cu pas.

Autori Paul Horowitz și Winfield Hill, în cartea lor

, spuneți că rezistența colectorului Q1 trebuie să fie mai mare decât rezistența colectorului Q2 pentru ca acest circuit să funcționeze corect (pagina 232, ediția a doua).

Întrebarea 12

Răspunsul pozitiv sau regenerativ este o caracteristică esențială a tuturor circuitelor oscilatoare. De ce, atunci, nu circuite de comparator care utilizează feedback-ul pozitiv nu oscilează "# 12"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Răspunsul pozitiv utilizat în circuitele de oscilator este întotdeauna schimbat în fază 360 o, în timp ce feedback-ul pozitiv utilizat în circuitele de comparator nu are nici o schimbare de fază, fiind cuplat direct.

Note:

Aceasta este o întrebare provocatoare și poate că nu este potrivită pentru toți elevii. Practic, ceea ce încerc să fac elevii să facă aici este să se gândească cu atenție la natura feedback-ului pozitiv, așa cum este folosit în circuitele de comparator, versus așa cum este folosit în circuitele de oscilator. Elevii care au memorat pur și simplu conceptul de "feedback pozitiv care provoacă oscilații" nu vor înțelege ce se cere în această întrebare, înțeleg mai mult răspunsul dat.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →