Circuite OpAmp pentru convertoare de tensiune / curent

Unboxing electronice TME.RO, dmm AXIOMET AX-100, AXIOMET AX-105 (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Circuite OpAmp pentru convertoare de tensiune / curent

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

Calculați curentul prin rezistența R 2 în acest circuit opamp pentru mai multe valori diferite ale R 2 :


R2I R 2


1 kΩ


2 kΩ


3 kΩ


4 kΩ


5 kΩ


6 kΩ


Pentru fiecare valoare a lui R 2, care este ceea ce stabilește cantitatea de curent prin ea "# 2"> Răspuns dezvălui Hide answer


R2I R 2


1 kΩ3 mA


2 kΩ3 mA


3 kΩ3 mA


4 kΩ3 mA


5 kΩ3 mA


6 kΩ3 mA


Acest circuit acționează ca o oglindă curentă, cu excepția mult mai precis.

Următoarea întrebare: ce factor (e) limitează cea mai mare valoare a rezistenței R 2 pe care amplificatorul operațional îl poate suporta la 3 milliampuri de curent?

Note:

Pe lângă revizuirea scopului unui circuit de oglindă curent, această întrebare atrage atenția studenților asupra capacităților de reglare curentă ale unui amplificator operațional, analizându-l ca și cum ar fi un circuit amplificator de tensiune neinversiv.

Întrebarea 3

Explicați modul în care amplificatorul operațional menține un curent constant prin sarcină:

Scrieți o rezolvare a ecuațiilor pentru curentul de sarcină reglat, având în vedere variabilele relevante prezentate în diagrama schematică (R 1, V Z, V de alimentare, A V (OL), etc.).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Încărc V Z


R2

Următoarele întrebări: este tranzistorul aprovizionat curent cu încărcătura, sau curentul scufundat din acesta "note ascunse"> Note:

Acesta este un bun exemplu pentru modul în care amplificatoarele operaționale pot îmbunătăți considerabil funcțiile circuitelor componente separate. În acest caz, opampul efectuează funcția unui circuit de oglindă curent și face acest lucru cu o mai mare precizie și fiabilitate decât o singură oglindă curentă vreodată.

Trebuie remarcat faptul că ecuația furnizată în răspuns nu prezice direct curentul prin sarcină, ci mai degrabă prezice curentul prin rezistența R 2 . Aceasta este egală cu curentul de sarcină numai dacă curentul de bază al tranzistorului este zero, ceea ce, desigur, nu poate fi. Ecuația reală pentru prezicerea curentului de încărcare va fi un pic mai complexă decât ceea ce este dat în răspuns, iar eu îi las studenților să se dedice.

Întrebarea 4

Explicați modul în care amplificatorul operațional menține un curent constant prin sarcină:

Scrieți o rezolvare a ecuațiilor pentru curentul de sarcină reglat, având în vedere variabilele relevante prezentate în diagrama schematică (R 1, V Z, V de alimentare, A V (OL), etc.). De asemenea, descrieți ce ar trebui să fie schimbat în acest circuit pentru a seta curentul reglat la o valoare diferită.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Încărc V Z


R 1

Următoarele întrebări: este tranzistorul aprovizionat curent cu încărcătura, sau curentul scufundat din acesta "note ascunse"> Note:

Acesta este un bun exemplu pentru modul în care amplificatoarele operaționale pot îmbunătăți considerabil funcțiile circuitelor componente separate. În acest caz, opampul efectuează funcția unui circuit de oglindă curent și face acest lucru cu o mai mare precizie și fiabilitate decât o singură oglindă curentă vreodată.

Trebuie remarcat faptul că ecuația furnizată în răspuns nu prezice direct curentul prin sarcină, ci mai degrabă prezice curentul prin rezistența R 2 . Aceasta este egală cu curentul de sarcină numai dacă curentul de bază al tranzistorului este zero, ceea ce, desigur, nu poate fi. Ecuația reală pentru prezicerea curentului de încărcare va fi un pic mai complexă decât ceea ce este dat în răspuns, iar eu îi las studenților să se dedice.

Întrebarea 5

La prima vedere, feedback-ul pare să fie greșit în acest circuit de reglare a curentului. Rețineți modul în care semnalul de reacție ajunge la intrarea non-inversoare (+) a amplificatorului operațional, mai degrabă decât la intrarea inversoare, așa cum se așteaptă de obicei în cazul unui feedback negativ:

Explicați modul în care acest op-amp oferă cu adevărat un feedback negativ, ceea ce, desigur, este necesar pentru o reglementare stabilă actuală, deoarece feedback-ul pozitiv ar fi complet instabil.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă crește curentul, tensiunea de reacție (măsurată cu referire la masă) va scădea, determinând ieșirea op-amp în direcția negativă. Acest lucru tinde să oprească tranzistorul, corectându-se în mod corespunzător pentru starea curentului excesiv.

Note:

Scopul acestei întrebări este de a face pe studenți să realizeze că feedback-ul negativ nu trebuie neapărat să meargă la intrarea inversă. Ceea ce face ca feedback-ul să fie "negativ" este natura sa autocorecție: ieșirea op-amp acționează în direcția opusă unei perturbații a semnalului măsurat pentru a atinge stabilitatea la un punct de control.

Întrebarea 6

Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit de reglare a curentului 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:
Dioda Zener D 1 nu este scurtată:
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Zener dioda D 1 nu se deschide:
Încărcarea nu se scurtează:
Sârmă între ieșirea optică și baza de tranzistor se deschide:

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

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu funcționează deschis: Curentul de încărcare scade la zero.
Dioda Zener D 1 nu este scurtcircuitată: Curentul de încărcare scade la zero.
Rezistor R 2 nu funcționează deschis: Curentul de încărcare scade la zero.
Dioda Zener D 1 nu se deschide: crește sarcina curentului.
Încărcarea nu se scurtează: Curentul de încărcare rămâne același.
Sârmă dintre ieșirea optică și baza de tranzistor se deschide: Curentul de încărcare scade la zero.

Următoarea întrebare: care dintre cele două terminale de alimentare opamp ( alimentare V sau sol) poartă mai mult curent în timpul funcționării normale și de ce "notele sunt ascunse"> 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 7

Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit de reglare a curentului 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 2 :
Dioda Zener D 1 nu este scurtată:
Zener dioda D 1 nu se deschide:
Încărcarea nu se scurtează:
Sârmă între ieșirea optică și baza de tranzistor se deschide:

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

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu funcționează deschis: Curentul de încărcare scade la zero.
Rezistor R 2 nu funcționează deschis: Curentul de încărcare scade la zero.
Rețea de legătură (scurt) peste rezistența R 2 : Curentul de încărcare crește.
Dioda Zener D 1 nu este scurtcircuitată: Curentul de încărcare scade la zero.
Dioda Zener D 1 nu se deschide: crește sarcina curentului.
Încărcarea nu se scurtează: Curentul de încărcare rămâne același.
Sârmă dintre ieșirea optică și baza de tranzistor se deschide: Curentul de încărcare scade la zero.

Următoarea întrebare: care dintre cele două terminale de alimentare opamp ( alimentare V sau sol) poartă mai mult curent în timpul funcționării normale și de ce "notele sunt ascunse"> 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 8

Cel mai simplu dispozitiv electronic capabil de a converti un semnal de curent într-un semnal de tensiune este un rezistor:

Rezistențele de precizie funcționează, de obicei, foarte bine în acest scop, mai ales când cantitatea de tensiune care a scăzut peste ea este de mică importanță. Acesta este motivul pentru care rezistențele de șuntare sunt utilizate frecvent în circuitele de putere pentru a măsura curentul, un element de rezistență de "șunt" de rezistență scăzută care scade tensiunea în proporție precisă cu curentul care trece prin el.

Cu toate acestea, dacă nu ne putem permite să renunțăm la o tensiune pe o rezistență în circuit, această tehnică a conversiei curent-la-tensiune nu va fi foarte practică. Luați în considerare următorul aparat științific, folosit pentru a măsura efectul fotoelectric (electroni emise de o suprafață solidă din cauza luminii care îl lovește):

Ieșirea curentului de către o astfel de fototubiță este foarte mică, iar tensiunea de ieșire de către ea este mai mică. Dacă vom măsura curentul prin acest dispozitiv, va trebui să găsim un alt mod decât un rezistor de șunt pentru a face acest lucru.

Introduceți amplificatorul operațional, spre salvare! Explicați modul în care următorul circuit opamp este capabil să transforme semnalul de curent slab al fototubului într-un semnal puternic de tensiune, fără a impune rezistență semnificativă în circuitul fototubului:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Designul acestui circuit este complicat de existența curenților de polarizare la intrările opamp. Ar putea fi util să analizați o versiune simplificată a aceluiași circuit. Vă rugăm să rețineți că acest circuit simplificat ar funcționa numai dacă opamp nu a avut absolut nici un curenți bias de intrare, la toate:

Note:

Notați studenților că aceasta este una dintre acele aplicații în care chiar și "mici" curenți de părtinire de intrare pot afecta rezultatele. În acest caz particular, fototubița scoate curentul miniscule în cel mai bun caz, așa că trebuie să compensăm existența curenților de polarizare opamp.

Întrebarea 9

Este prezentat aici un circuit simplu pentru construirea unui voltmetru de impedanță de intrare extrem de mare pe un panou wireless cu ajutorul unei jumătăți a unui amplificator dual TL082:

Desenați o diagramă schematică a acestui circuit, calculați valoarea rezistorului necesară pentru a da un contor de măsurare a tensiunii de la 0 la 5 volți.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

R = 5 kΩ

Următoarele întrebări: stabiliți impedanța aproximativă de intrare a acestui voltmetru și, de asemenea, tensiunea maximă pe care o poate măsura cu orice rezistor de mărime din circuit.

Note:

Acesta este un circuit foarte practic pentru elevii dvs. de a construi, și ei pot găsi depășesc propriile (achiziționate) voltmetre în parametrul de impedanță de intrare! Asigurați-vă că le-ați întrebat unde au găsit informațiile despre impedanța de intrare pentru op-amp TL082 și cum au putut determina tensiunea maximă de intrare pentru un circuit ca acesta.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →