Circuite OpAmp de vară și subtractor

What is a zener diode? (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Circuite OpAmp de vară și subtractor

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 prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât 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

Rețeaua simplă de rezistență prezentată aici este cunoscută ca un averaging pasiv . Descrieți cuvântul "pasiv" în acest context și scrieți o ecuație care descrie tensiunea de ieșire (V d ) în ceea ce privește tensiunile de intrare (V a, V b și V c ):

Indiciu: există o teoremă de rețea care se aplică direct acestei forme de circuit și este cunoscută sub numele de Teorema lui Millman . Cercetați această teoremă și folosiți-o pentru a vă genera ecuația!

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Pasiv" înseamnă că circuitul nu conține componente de amplificare.

V d = V a + V b + V c


3

Note:

Elevii trebuie să realizeze că circuitele pasive chiar sunt capabile să modeleze (unele) funcții matematice! Întrebați elevii dvs. dacă se pot gândi la orice metodă de analiză a rețelei pentru a calcula cu ușurință tensiunea de ieșire (Vd) a acestui circuit, având în vedere tensiunile de intrare. Există o teorema în special care funcționează foarte bine pentru acest circuit special.

Întrebarea 3

Adăugați un circuit op-amp la ieșirea acestei rețele de avertizoare pasive pentru a produce un circuit de vară : un circuit de funcționare generând o tensiune de ieșire egală cu suma celor patru tensiuni de intrare. Apoi scrieți o ecuație care descrie funcția întregului circuit.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V suma = V a + V b + V c + V d

Note:

Ecuația pentru acest circuit este suficient de simplă încât să nu necesite explicații. Modul în care elevii dvs. au derivat această ecuație, din ecuația de bază a unei rețele de medii pasive, pe de altă parte, merită discutate. Discutați cu ei câștigul necesar al circuitului op-amp și modul în care această cifră câștigă convertește o funcție de mediere într-o funcție de însumare.

Întrebarea 4

Scrieți o ecuație matematică pentru acest circuit op-amp, presupunând că toate valorile rezistorului sunt egale:

Ce este acest circuit denumit de obicei "# 4"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

c = - (a + b)

Acest tip de circuit este de obicei numit o vară inversoare .

Următoarele întrebări: explicați de ce adăugarea unui alt rezistor în acest circuit este recomandată pentru o precizie optimă, după cum se arată în schema următoare.

Întrebare la întrebare: scrieți o ecuație care descrie valoarea corectă a acestui rezistor suplimentar.

Note:

Adresați-vă studenților despre valorile potrivite ale rezistenței pentru un circuit de vară inversor. Alegerile de valori ale rezistenței nu sunt cu siguranță aceleași pentru circuitele de vară care inversează vara și nu inversează vara! Discutați de ce valorile sunt ceea ce sunt într-un circuit inversat de vară (folosind Legea lui Ohm pentru a analiza funcția circuitului), subliniind înțelegerea asupra memoriei roților.

Întrebarea 5

Acest circuit opamp este cunoscut ca un amplificator diferențial, denumit uneori un subtractor . Presupunând că toate valorile rezistorului sunt egale în circuit, scrieți o ecuație care exprimă ieșirea (y) în funcție de cele două tensiuni de intrare (a și b):

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

y = b - a

Note:

Lucrați prin câteva exemple de condiții de tensiune de intrare și valorile rezistorului pentru a calcula tensiunea de ieșire folosind Legea lui Ohm și principiul general al feedback-ului negativ într-un circuit opamp (și anume, o ipoteză de zero diferență de tensiune la intrările de opamp). Scopul este de a înțelege de ce acest circuit scade o tensiune de la alta, mai degrabă decât să încurajeze memorarea memoriei.

Întrebarea 6

Determinați toate magnitudinile și direcțiile actuale, precum și căderile de tensiune, în acest circuit:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: ceea ce ar fi necesar pentru a obține acest circuit pentru a scoate suma exactă a celor patru tensiuni de intrare "note hidden"> Note:

Această întrebare nu numai că oferă o practică care analizează comportamentul unui circuit de vară, dar și analizează comportamentul unui circuit de avertizare pasivă. Dacă elevii dvs. au nevoie de ceva răcoritoare pentru analiza mediei pasive, este posibil să doriți să examinați împreună cu ei teorema lui Millman.

Întrebarea 7

Determinați toate magnitudinile și direcțiile actuale, precum și căderile de tensiune, în acest circuit:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: ceea ce ar fi necesar pentru a obține acest circuit pentru a scoate suma exactă a celor patru tensiuni de intrare "note hidden"> Note:

Această întrebare nu numai că oferă o practică care analizează comportamentul unui circuit de vară, dar și analizează comportamentul unui circuit de avertizare pasivă. Dacă elevii dvs. au nevoie de ceva răcoritoare pentru analiza mediei pasive, este posibil să doriți să examinați împreună cu ei teorema lui Millman.

Întrebarea 8

Determinați cantitatea de curent de la punctul A la punctul B în acest circuit:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I = 6, 5 mA

Note:

Această întrebare, deși este o aplicație a Legii actuale a lui Kirchhoff, este de asemenea un preludiu al unui circuit inversat de vară, în care un opamp ia curentul de 6, 5 mA (total) și îl transformă într-o tensiune de ieșire.

Întrebarea 9

Determinați cantitatea de curent de la punctul A la punctul B din acest circuit și, de asemenea, tensiunea de ieșire a amplificatorului operațional:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I = 6, 5 mA V out = -6, 5 V

Note:

Această întrebare este cel mai bine precedată de # 02516, care cere studenților să rezolve pentru curentul dintre A și B fără opamp în circuit (pur și simplu legat la punctul B ). Când elevii își dau seama că punctul B este acum un teren virtual în loc de un real real, ei văd că aceeași concluzie derivată de la Legea actuală a lui Kirchhoff în circuitul pasiv este încă valabilă în acest circuit activ și că rezultatul este o tensiune de ieșire corespunzătoare acel curent.

Întrebarea 10

Identificați unele dintre caracteristicile distinctive ale circuitelor de vară care inversează și care nu inversează. Cum puteți identifica care este, și cum puteți determina valorile corecte ale rezistenței, pentru ca fiecare să funcționeze așa cum ar trebui "# 10"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Nu voi răspunde direct la întrebările de aici, dar voi da câteva sugestii. Un circuit de vară neinversivă este alcătuit dintr-un circuit de avertizare de tensiune pasiv cuplat la un amplificator de tensiune neinversivă, cu un câștig de tensiune egal cu numărul de intrări pe averager. Un circuit inversat de vară este compus dintr-un nod de vară curent pasiv cuplat la un convertor de curent-la-tensiune .

Note:

Această întrebare are rolul de a stimula discuțiile dintre elevii dvs., schimbând idei despre caracteristicile definitorii ale fiecărui circuit. Studiind studenții fiecare tip de circuit pe cont propriu, ajungând la propriile concluzii cu privire la modul de diferențiere a celor două, este o modalitate mult mai eficientă de ai face să înțeleagă diferențele decât să le spună direct.

Întrebarea 11

Completați tabelul de valori pentru acest circuit opamp, calculând tensiunea de ieșire pentru fiecare combinație de tensiuni de intrare afișate:


V 1V 2V out


0 V0 V


+1 V0 V


0 V+1 V


+2 V+1, 5 V


+3, 4 V+1, 2 V


-2 V+4 V


+5 V+5 V


-3 V-3 V


Ce model observi în datele "# 11"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul


V 1V 2V out


0 V0 V0 V


+1 V0 V-1 V


0 V+1 V+1 V


+2 V+1, 5 V-0, 5 V


+3, 4 V+1, 2 V-2, 2 V


-2 V+4 V+6 V


+5 V+5 V0 V


-3 V-3 V0 V


Note:

Am crezut că ar putea fi dificil să se calculeze tensiunea de ieșire pentru fiecare set de tensiuni de intrare, care lucrează prin toate căderile de tensiune și curenții din circuitul opamp unul câte unul, arată elevilor modul în care acestea pot fi capabile să discerne funcția unui circuit opamp doar prin aplicarea legilor de bază ale electricității (Legea lui Ohm, KVL, și KCL) și "ipotezele de aur" ale circuitelor de opamp feedback negativ (fără curenți de intrare, zero tensiune de intrare diferențială).

Întrebarea 12

Cum se compară funcționarea acestui circuit al amplificatorului de diferență cu valorile rezistenței date (2R = dublul rezistenței lui R), față de funcționarea lui cu toate valorile rezistorului egale?

Descrieți ce abordare sau tehnică ați folosit pentru a obține răspunsul dvs. și, de asemenea, explicați cum se poate generaliza concluzia dvs. pentru acest circuit pentru toate circuitele amplificatoare diferențiale.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Este foarte important să vă dezvoltați abilitatea de a "explora" o configurație a circuitelor pentru a vedea ce va face, mai degrabă decât să vă spună ce face (fie de către instructor, fie de o carte). Tot ce trebuie să aveți este o cunoaștere solidă a principiilor electrice de bază (Legea lui Ohm, Tensiunea lui Kirchhoff și Legile actuale) și știți cum se comportă opamps când este configurat pentru feedback negativ.

În ceea ce privește o concluzie generalizată:

Note:

Este ușor pentru dvs. (instructorul) să arătați cum și de ce acest circuit acționează așa cum se întâmplă. Punctul acestei întrebări este, totuși, să-i facem pe elevi să ia inițiativa de a explora circuitul pe cont propriu. Este suficient de simplu ca orice student să stabilească niște condiții ipotetice de testare (un experiment gândit ) pentru a analiza ceea ce va face acest circuit, că singurul lucru care îi împiedică să facă acest lucru este atitudinea, nu aptitudinea.

Acesta este un lucru pe care l-am observat de-a lungul anilor de învățământ: atât de mulți studenți care sunt mai mult decât capabili de a face matematica și de a aplica reguli electrice bine înțelese refuză să o facă singuri, deoarece ani de tradiție educațională le-a indoctrinat să aștepte mai degrabă decât să exploreze un concept pe cont propriu.

Întrebarea 13

Dacă un semnal slab de tensiune este transmis de la o sursă la un amplificator, amplificatorul poate detecta mai mult decât semnalul dorit. Împreună cu semnalul dorit, "zgomotul" electronic extern poate fi cuplat la sârma de transmisie din surse de curent alternativ, cum ar fi conductorii de curent electric, undele radio și alte surse de interferență electromagnetică. Observați cele două valuri, reprezentând tensiunile de-a lungul conductorului de transmisie măsurate cu referire la pământ:

Ecranarea sârmei de transmisie este întotdeauna o idee bună în mediile cu zgomot electric, dar există o soluție mai elegantă decât simpla încercare de a proteja interferențele de a ajunge la fir. În loc să folosim un amplificator cu un singur capăt pentru a recepționa semnalul, putem transmite semnalul de-a lungul a două fire și folosim un amplificator diferențial la capătul de recepție. Observați cele patru forme de undă indicate, reprezentând tensiuni la acele puncte măsurate cu referire la solul de sol:

Dacă cele două fire sunt executate paralele între ele pe întreaga distanță, astfel încât să fie expuse la exact aceleași surse de zgomot de-a lungul acelei distanțe, tensiunea de zgomot la capătul firului inferior va fi aceeași tensiune de zgomot ca cea suprapusă pe semnalul de la capătul firului superior.

Explicați modul în care amplificatorul diferențial este capabil să restabilească tensiunea semnalului original (curat) de la cele două tensiuni de zgomot observate la intrările sale în raport cu solul și, de asemenea, modul în care se aplică tensiunea comună a modului de expresie pentru acest scenariu.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tensiunea "comună" se referă la tensiunea care este comună pentru două sau mai multe fire, măsurată cu referire la un al treilea punct (în acest caz, la sol). Amplificatorul din al doilea circuit transmite doar diferența dintre cele două semnale și, ca atare, nu reproduce tensiunea de zgomot (mod comun) la ieșirea sa.

Întrebare de provocare: redimensionați schema originală (un fir plus sol) pentru a modela sursele de interferență și impedanța sârmei, pentru a arăta exact modul în care semnalul ar putea fi amestecat cu zgomotul de la sursă la amplificator.

Note:

Transmisia semnalului diferențial este o aplicație foarte practică a amplificatoarelor diferențiale și formează fundația anumitor straturi fizice standard de transmisie a datelor, cum ar fi RS-422 și RS-485.

Întrebarea 14

Singerii care doresc să practice cântând muzică populară consideră că este util următorul circuit eliminator vocal :

Circuitul funcționează pe principiul că piesele vocale sunt de obicei înregistrate printr-un singur microfon la studioul de înregistrare și astfel sunt reprezentate în mod egal pe fiecare canal al unui sistem stereo de sunet. Acest circuit elimină în mod eficient piesa vocală din cântec, lăsând doar muzica să fie auzită prin căști sau difuzor.

Explicați modul în care amplificatorii operaționali îndeplinesc această sarcină de eliminare a pieselor vocale. Ce rol are fiecare joc opamp în acest circuit "# 14"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Primele două opampe doar "tamponează" intrările de semnale audio, astfel încât acestea să nu devină încărcate inutil de către rezistoare. Al treilea opamp scade semnalul canalului stâng din semnalul canalului drept, eliminând orice sunete comune ambelor canale.

Întrebare provocată: din nefericire, circuitul prezentat tinde să elimine tonurile de bas și vocile, deoarece proprietățile acustice ale tonurilor de bas le fac reprezentate aproape în mod egal pe ambele canale. Determinați modul în care circuitul poate fi extins pentru a include opampe care reintroduc tonurile de bas la ieșirea "eliminată vocal".

Note:

Circuitele de acest fel sunt foarte bune pentru a ilustra, deoarece arată aplicarea practică a unui principiu în timp ce implică interesul elevilor.

Unul dintre elevii mei, când sa confruntat cu întrebarea provocată, a sugerat plasarea unui filtru de trecere înaintea uneia din intrările subtractorului, eliminând tonurile de bas la una dintre intrările și, prin urmare, reproducând tonurile de bas la ieșirea subtractorului. Aceasta este o idee minunată și arată ce se poate întâmpla când elevilor li se dă un forum pentru a gândi creativ și pentru a-și exprima liber ideile, dar există câteva motive practice care ar fi dificil de pus în aplicare. Conceptul funcționează excelent dacă presupunem utilizarea unui filtru HP perfect, cu trecerea absolută a fazei și zero atenuare prin întreaga bandă de trecere. Din nefericire, circuitele reale ale filtrelor prezintă întotdeauna un anumit grad și astfel procesul de scădere nu ar fi la fel de eficient ca necesar pentru a elimina vocile dintr-o melodie.

Întrebarea 15

Următorul circuit este cunoscut ca un amplificator de instrumentație :

Să presupunem că o tensiune DC ar trebui să fie aplicată la borna de intrare neinversoare, +1 volt la V în (+), iar borna de intrare inversă este legată la pământ. Completați următorul tabel care arată tensiunea de ieșire a acestui circuit pentru valori diferite de m:


mV out


1


2


3


4


5


6


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul


mV out


13 volți


22 volți


31, 66 volți


41, 5 volți


51, 4 volți


61, 33 volți


A V (diff) = 2 + m


m

Următoarea întrebare: De ce am ales să setați tensiunea de intrare neinversivă la +1 volți și la masă intrarea inversoare "note notes hidden"> Note:

În timp ce relația dintre câștigul diferențial diferențial amplificator de instrumente și m poate fi privit în orice manual de circuit opamp bun, este ceva ce elevii dvs. ar trebui să învețe să-și dea seama pe cont propriu din datele din tabel.

Întrebarea 16

Găsiți foaia de date pentru un amplificator real de instrumente (ambalat ca un singur circuit integrat) și aduceți-l la clasă pentru a discuta cu colegii de clasă. Analizați și discutați despre funcționarea interioară a circuitului și despre câțiva dintre parametrii săi de performanță. Dacă nu știți de unde să începeți să căutați, încercați să cercetați modelul Analog Devices AD623, fie într-o carte de referință sau pe internet.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Voi lăsa discuția până la tine și colegii tăi de clasă. Cu orice noroc, ar fi trebuit să găsiți câteva exemple de circuite care să arate cum poate fi folosit amplificatorul de instrumentație sau, eventual, unele note de aplicație care să completeze foaia de date.

Note:

Ideea acestei întrebări este de a face pe studenți să caute aplicații de circuite integrate reale, să le învețe cum să facă această cercetare și, de asemenea, să interpreteze ceea ce găsesc. Deoarece există atât de multe amplificatoare de înaltă calitate pentru instrumente, deja construite și ambalate ca unități monolitice, nu merită, de obicei, timpul tehnicianului să producă unul din opampe individuale. Cu toate acestea, atunci când specificați un amplificator de instrumentație pre-construit, este esențial să știți ce aveți nevoie și cum să-l utilizați odată ce acesta sosește!

Întrebarea 17

Următorul circuit este un tip de amplificator de diferență, asemănător comportamentului cu amplificatorul de instrumentație, dar numai cu două amplificatoare operaționale în loc de trei:

Completați tabelul de valori pentru acest circuit opamp, calculând tensiunea de ieșire pentru fiecare combinație de tensiuni de intrare afișate. Din valorile calculate ale tensiunii de ieșire, determinați ce intrare a acestui circuit inversează și care nu este inversibilă și, de asemenea, cât de mult câștig de tensiune diferențial are acest circuit. Exprimați aceste concluzii sub forma unei ecuații.


V 1V 2V out


0 V0 V


+1 V0 V


0 V+1 V


+2 V+1, 5 V


+3, 4 V+1, 2 V


-2 V+4 V


+5 V+5 V


-3 V-3 V


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul


V 1V 2V out


0 V0 V0 V


+1 V0 V-2 V


0 V+1 V+2 V


+2 V+1, 5 V-1 V


+3, 4 V+1, 2 V-4, 4 V


-2 V+4 V+12 V


+5 V+5 V0 V


-3 V-3 V0 V


V out = 2 (V 2 - V 1 )

Următoarea întrebare: explicați modul în care acest circuit este simultan similar și diferit de circuitul popular al amplificatorului de instrumente.

Note:

Deși ar fi destul de ușor să le spunem studenților care sunt inversarea și care nu sunt inversoare, vor învăța mai mult (și vor practica mai mult abilitățile lor de analiză) dacă ar fi rugați să lucreze prin tabelul de valori pentru a-și da seama.

Întrebarea 18

Un parametru important al oricărui amplificator diferențial - opamps goale și amplificatoare diferențiale realizate de la opamps - este respingerea în mod obișnuit sau CMR. Explicați ce înseamnă acest parametru, modul în care următorul circuit testează acest parametru și de ce este important pentru noi:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

CMR măsoară gradul în care un amplificator diferențial ignoră semnalele de mod comun.

Următoarele întrebări: ce gama de valori CMR ați aștepta de la un amplificator diferențial bun, dacă este supus testului prezentat în schematică și CMR calculat prin formula "note notes hidden"> Note:

În cazul în care unii elevi nu-și amintesc (!), Formula logaritmică nu este nimic special. Pur și simplu oferă un răspuns în unități de decibeli.

Întrebarea 19

Explicați ce înseamnă rata de respingere comună pentru un amplificator diferențial și dați o formulă pentru calculul acestuia.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Modul comun de respingere compară câștigul de tensiune diferențial al unui amplificator cu câștigul de tensiune în modul obișnuit. În mod ideal, CMRR este infinit.

CMRR = 20 log⎛ ⎝ Un diff (raport)


Un CM (raport)

 

Mecanismul fundamental care determină un semnal de mod comun pentru a ajunge la ieșirea unui amplificator diferențial este o schimbare a tensiunii de intrare a offsetului care rezultă din schimbările de polarizare cauzate de această tensiune comună. Deci, uneori puteți vedea CMRR definit ca atare:

CMRR = 20 log⎛ ⎝ ΔV in (comun)


Deplasare ΔV

 

Note:

O aplicație care arată cu adevărat valoarea unui CMRR mare este transmisia semnalului diferențial, după cum se arată în întrebarea # 02519. Pentru acei studenți care nu înțeleg semnificația CMRR, ar fi un circuit bun pentru a le arăta.

Întrebarea 20

Prezintă modul în care funcționarea acestei rețele de avertizoare pasive va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 1 :
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 2 :
Rezistor R 3 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 3 :

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: V avg devine numai media V 2 și V 3 .
Zona de lipire (scurt) pe rezistența R 1 : V avg devine exact egală cu V 1 .
Rezistorul R 2 nu este deschis: V avg devine doar media V1 și V3.
Zona de lipire (scurt) pe rezistența R 2 : V avg devine exact egală cu V 2 .
Rezistorul R 3 nu este deschis: V avg devine doar media V1 și V2.
Zona de lipire (scurt) pe rezistența R 3 : V avg devine exact egală cu V 3 .

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 21

Preziceți modul în care funcționarea acestui circuit de vară va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 3 :
Rezistorul R 4 nu se deschide:
Rezistorul R 5 nu funcționează deschis:
Parte de lipit (scurt) peste rezistor R 5:
Rezistor R 6 nu funcționează deschis:

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: V out devine egal cu 4/3 suma tensiunilor V 2, V 3 și V 4 .
Zona de lipire (scurt) pe rezistența R 3 : V out devine egală cu 4 ori V 3 .
Rezistorul R 4 nu este deschis: V out devine egal cu 4/3 suma tensiunilor V 1, V 2 și V 3 .
Rezistorul R 5 nu funcționează deschis: Circuitul funcționează ca un averager, nu vară.
Legătura de lipire (scurt) pe rezistența R 5 : V este saturată într-o direcție pozitivă.
Rezistorul R 6 nu este deschis: V este saturat într-o direcție pozitivă.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 22

Preziceți modul în care funcționarea acestui circuit de vară va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 3 :
Rezistorul R 4 nu se deschide:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 4 :

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: V out devine (inversat) suma numai a V 2 și V 3 .
Rezistorul R 2 nu este deschis: V out devine (inversată) suma numai a V1 și V3.
Legătura de lipire (scurt) pe rezistența R 3 : V este saturată în direcție negativă.
Rezistorul R 4 nu se deschide: V este saturat într-o direcție negativă.
Pâlnie de lipire (scurt) pe rezistența R 4 : V out merge la 0 volți.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 23

Preziceți modul în care funcționarea acestui circuit amplificator diferențial va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 3 :
Rezistorul R 4 nu se deschide:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 4 :

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: V out devine egal cu 1/2 V 2 .
Rezistor R 2 nu este deschis: V este saturat.
Zona de lipire (scurt) peste rezistența R 3 : V out devine egală cu 2 V 2 - V 1 în loc de V 2 - V 1 .
Rezistorul R 4 nu este deschis: V out devine egal cu 2 V 2 - V 1 în loc de V 2 - V 1 .
Rețea de lipire (scurt) pe rezistența R 4 : V out devine egală cu -V 1 .

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 24

Amplificatorul de instrumentație este o configurație populară a circuitului pentru condiționarea semnalului analogic într-o gamă largă de aplicații de măsurare electronică. Unul dintre motivele pentru care este atât de popular este că câștigul său diferențial poate fi stabilit prin schimbarea valorii unei singure rezistențe, a cărei valoare este reprezentată în această schemă printr-o constantă multiplicatoare numită m:

Există o ecuație care descrie câștigul diferențial al unui amplificator de instrumentație, dar este destul de ușor să cercetați, așa că voi lăsa acel detaliu până la tine. Ceea ce aș vrea să faceți aici este algebric derivă acea ecuație bazată pe ceea ce știți despre circuitele de amplificare operațională care inversează și care nu inversează.

Să presupunem că aplicăm +1 volt la intrarea neinversivă și la masă intrarea inversoare, oferind o tensiune diferențială de intrare de 1 volt. Orice tensiune apare la ieșirea circuitului amplificatorului de instrumente, atunci reprezintă direct câștigul de tensiune:

O sugestie pentru construirea unei explicații algebrice pentru tensiunea de ieșire a circuitului este aceea de a vizualiza separat cele două opampe "tampon", ca amplificatoare inversoare și neinversoare:

Notați configurația (inversoare sau neinvertitoare) a fiecăruia dintre aceste circuite asemănătoare, dezvoltați funcții de transfer pentru fiecare (Output =

.

Input), apoi combinați cele două ecuații într-o manieră ce reprezintă ceea ce va face circuitul de subtractor. Rezultatul dvs. final ar trebui să fie ecuația de câștig pentru un amplificator de instrumentație în termeni de m.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Nu vă voi arăta răspunsul complet, dar iată un început:

Ecuație pentru partea inversoare:

Ieșire = -⎛ ⎝ R


Dl

  Intrare

Ecuație pentru partea neinvertitoare:

Ieșire =⎛ ⎝ R


Dl

+ 1  Intrare

Note:

Această întrebare a provenit de la unul dintre studenții mei în timp ce el a încercat să găsească o explicație algebrică pentru amplificatorul de instrumentație! Am crezut că ideea a fost atât de bună încât am decis să o includ ca pe o întrebare în proiectul Socratic Electronics.

Studenții buni vor observa că semnul negativ din ecuația amplificatorului inversat devine foarte important în această dovadă. În calitate de instructor, deseori evit semnele, alegând să dau seama de polaritatea semnalului ca ultim pas după ce toată aritmetica a fost terminată pentru o analiză de circuit. Ca atare, eu de obicei prezintă ecuația amplificatorului inversat ca (( Rf ) / (Rin)) cu avertismentul de polaritate inversată de la intrare la ieșire. Aici, însă, semnul negativ devine o parte vitală a soluției!

Întrebarea 25

Calculați câștigul de tensiune al următorului circuit optic cu potențiometrul întors în sus, exact în poziția mijlocie și complet în jos:

A V (oală complet în sus) =
A V (poziția mid-pot) =
A V (potul complet jos) =
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

A V (oală complet în sus) = +1
A V (poziția mid-pot) = 0
A V (potul complet jos) = -1

Urmărire întrebare: vă puteți gândi la orice aplicații interesante pentru un circuit cum ar fi "notele ascunse"> Note:

Întrebați elevii dvs. cum au abordat această problemă. Cum, exact, au ales să o creeze, astfel încât soluția să devină cea mai evidentă?

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →