Korekta projektu układu z wzmacniaczem operacyjnym - wartości elementów i obliczenia

Witam,
mam dane zadanie z układów elektronicznych, takie jak w załączniku nr 1 ( zad2.jpg ) i nie do końca sie orientuje, czy moje próby jego zrobienia nadają sie do prezentacji memu ćwiczeniowowi Wobec tego mam prośbe o wytkniecie mi błedówi ewentualne pokierowanie we właściwym kierunku.

Uklad, tak jak go sobie wyobrazam jest w zalaczniku nr 2 ( zadrysunek.jpg)

A teraz clue programu:
No wiec to co mi wyszlo z moich jakże niesamowitych obliczeń to to:
nachylenie 20dB/dekade -> jedna pojemnosc albo inducyjnosc w ukladzie
górna granica wzmocnienia -> 100 V/V, czyli 40 dB
musi byc indukcyjnosc, bo dla malych czestotliwosci zwiera, równolegle z oporem
A wartosci:
Rg np. 1k
R1 = 1k
R2 = 99k
L1 = 159.2 H i tu mam niepewnosc czy napewno tyle, liczylem tak:
L1/R1 = 1/2*pi*f gdzie f = 1Hz

I jeszcze jedno, co to u licha jest ta odchyłka [ odnośnie punktu nr 2] ?

No i to bylo na tyle, aha w razie co w tu są cir'y ( projekt2.rar) do symulacji w pspice jakby ktos chcial przylookac jak to dziala, bo wlasciwie wychodzi mi ze dziala w sumie nieźle.

Dzieki za pomoc!


edit: dodałem nowe cir'y, bo tamte chyba nie byly do konca ok, a te sa raczej tak
i ponawiam pytanko: co to jest ta odchyłka w tym zadanku?

Nie wiem czemu nie chce sie ujawnic ten plik.. zad2.jpg
A tu jeszcze ten zadrysunek,jpg, czyli jak ja to sobie wyobrażam...

Mnie sie wydaje, że ten ukladzik jest calkiem sensowny, choc z drugiej dtrony pierwszy raz widze układ WO z cewką ( ale ja niedoswiadczony jestem to może dlatego ). Natomiast, nie wiem czy, ten układ uA741 dobrze sie sprawuje, bo odchyłka to jest róznica, a tu ta ochyłka musiałaby byc wyrazana, w dB/dekade... wiec nie za bardzo tez sie orientuje... Moze ktos cos napisze, bo też jestem ciekaw jak to zdefiniować.... Aha i wydaje mi sie że ciut lepiej można by dobrać ta cewke, bo nie do końca ten wykres zakrzywia sie tak jak powinien ( tzn. zaczyna jeszcze przed 1Hz, a konczy wlascieie OK...)... Ale niekoniecznie bierz moje slowa do serca, bo nie do konca jestem pewny tego
pzdro

Odchyłka wystąpi dla wysokich częstotliwości gdy 741 zacznie rżnąć pasmo. Ta górna części charakterystyki tego filtru półkowego powyżej pewnej częstotliwości nie będzie pozioma tylko zacznie lecieć na "twarz"

Czyli charakterystyka będzie taka



W takich filtrach na pasma akustyczne unika się cewek ze względu na unikanie łapania przydźwięku sieciowego od rozproszonego pola transformatora sieciowego. Do tego cewka o takiej indukcyjności zajmie ci całą szafkę i głównie będziesz mógł słuchać "ciekawego" programu okolicznych stacji transformatorowych (muzyka na jednej nucie (50Hz ≈ A w oktawie kontra + harmoniczne)

Raczej stosuje się pojemności bocznikujące część tego rezystora do masy.
Dzielisz go tak by kawałek niezbocznikowany kondensatorem wyznaczał większe wzmocnienie (górna półka) a całość mniejsze (dolna półka).
Oczywiście to są proporcje. Wartości absolutne dobierasz do częstotliwości.
Układ w załączniku ma bardziej realne wartości elementów.
(Do obliczeń rezystorów przyjmujesz dolne wzmocnienie 1.01 (błąd 1%) by wyszły wartości)

Rezystor sprzężenia może być 10 k zamiast 9.9k i też wielkiego błędu nie będzie.

I charakterystyka dla 741

dla 1 Hz wzmocnienie wynosi 0.4 dB
dla 1 kHz wzmocnienie wynosi 39.74 dB

dB=20 log |kuf|

kuf=10^(dB/20);

Zasada jest taka, że wyliczyć można dowolne wartości elementów ale zrealizować można tylko te realne

O kurcze, dziękuje... Rzeczywiscie zupełnie nie wpadłem, na tą ( tę ) drugą mozliwość... Uradowany chwilowym powodzeniem spoczołem na laurach... dobrze, że jest cos takiego jak elektroda.pl
Przy czym mam jeszcze pytanko, do tej pory spotykałem się z wartościami odchyłki zapisanej procentowo.. A tutaj im wyzsze czestotliwosci tym ta odchyłka wieksza ( charakterystyka opada i opada) więc jak to zapisać? Procentowo sie przecierz nie da , czyli w dB/dek?

Możesz podać górną częstotliwość graniczną 3 dB czyli tam gdzie wzmocnienie opada do 70.7 (bo normalnie powyżej 1kHz powinno być cały czas 100) i ewentualnie zobaczyć czy opada z jednym nachyleniem czy może gdzieś pojawia się następne zagięcie.

Rzeczywiście wykresik tego schemaciku taki sam...
Ale skąd te 4,7uF? Machnąłem to sobie i mi za cholercie nie chce tyle wyjść...Rozumiem że liczyles to z ku(s) i tam z licznika stałą czasową tak?
I jeszcze pytanko do specjalisty ( uszanowanie P.S.), jakie są typowe wartości indukcyjności używanych w ukladach?

Od razu mówie że jestem bardziej hobbysta i pseudozapaleniec majsterkowicz... Ale jakis wzór tu by mi sie przydał, bo tak na oko to ni w ząb te 4,7uF nie widze...

Prawdę mówiąc obliczyłem tylko rezystory z wartości granicznych wzmocnienia. Kondensator dopasowałem na symulatorze układowym Circuit Maker (wrzuciłem jakąś typową wartość, przesymulowałem, zobaczyłem, w którą stronę trzeba przesunąć zmieniłem pojemność na jakąś inną z szeregu podstawowego i już przy czwartym razie trafiłem.
Liczenie pojemności na piechotę jest bardzo niewdzięczne:

|ku|=| (Z1+R3)/Z1 |

gdzie Z1 = R1+R2/(1+jω*R2*C)

$$ku(j\omega)=\frac{R1+R3+\frac{R2}{1+j\omega*R2*C}}{R1+\frac{R2}{1+j\omega*R2*C}}$$

z którego widać, że:

k(0)=(R1+R2+R3)/(R2+R1)
k(∞)=(R1+R3)/R1

liczenie punktów przegięć wymaga wyprowadzenia wzoru na modul ku(jω) i wybranie jakichś wartości wzmocnień dla częstotliwości granicznych np. +1-3dB (1Hz) i 37-39 dB(1kHz) i policzenie z pogibanego wzoru z pierwiastkami wartości pojemności. Potem i tak zaokrąglamy ją najczęściej do jakiejś typowej wartości lub sumy dwóch typowych wartości. W przypadku urządzeń akustycznych to liczenie z dużą dokładnością nie ma sensu ze względu na to, że i tak nikt nie usłyszy gdzie dokładnie zagina się charakterystyka (do tego dochodzą tolerancje użytych elementów -> koszt produkcji)

Co do pytania o indukcyjności: nie można jednoznacznie powiedzieć jakie są typowe wartości, bo to zależy od tego co układ ma realizować ale:

- unika się jak ognia cewek w małych i średnich, bo łapią każdego przelatującego gaussa czy inną teslę szczególnie drgające z czestotliwością 50Hz (i pochodne) względnie 15625 (odchylanie TV) . Jedyne miejsca stosowania to filtry przeciwzakłóceniowe w.cz używające dławików o małych indukcyjnościach (10-100 uH).

- w układach korekcyjnych (filtry) unika się cewek z tego względu, że aby uzyskać duże indukcyjności cewek trzeba je nawijać na rdzeniach ferromagnetycznych a te łapią pola magnetyczne, zajmują dużo miejsca, wprowadzają zniekształcenia ze względu na nieliniowości rdzeni.
Zamiast tego stosuje się symulatory indukcyjności na żyratorach zamieniających impedancję pojemnościową na indukcyjną. Pozwalają one uzyskac duże wartości "indukcyjności" przy pomocy elementów RC i np. wzmacniacza operacyjnego.

- cewki stosuje się w układach w.cz. gdzie łatwiej jest realizować filtry LC o dużej dobroci (ωL>>Rcewki)

- dławiki stosuje się też jako elementy filtrujące w układach zasilania.

A jeszcze pytanko :
Wywaliłem po prostu ten 1Megowy opornik ( R2 ) i wlasciwie nie mam wiekszych różnic w tej charakterystyce... Tzn, charakterystyka obniżyła sie o ok 0.08 dB dla czestotliwosci w okolicach 1Hz, niz gdyby ten opornik tam siedział... A cos poza tym sie zmienia?
Czy ten opornik spełnia jakas inna role poza "swoim byciem" tam ?

Aha i zabawiłem sie obliczonko tego cudownego wzoru [ upraszczając go oczywiscie gdzie tylko można ], dla k=39,5 dB i wyszlo mi 4,85 uF wiec 4,7uF to jakby nie patrzec wlasciwie to samo ...

Faktycznie można go wywalić, był dla ustalenia uwagi i skomplikowania wzoru .

Gratuluję myślenia, własnie na tym polega elektronika !

Hehe, znaczy, że nie taka straszna ze mnie noga
I mam jeszcze pytanko, wale, na ten układ ten sygnał co w zadaniu pkt.3 [ znaczy sie prostokątny, wypełnienie 1/2 i f=1kHz, Vpp=100mV ], a na wyjsciu mam cos takiego [ dla ideału]

Czy ma to jakikolwiek sens? Po co komus takie "wzmacnianie" akurat przy tej częstotliwosci??
Z koleji dla uA741 zupełnie to na wyjściu wychodzi inaczej niż przewiduje norma :/ Tzn. sygnał wychodzący jest obniżony a wygląda tak samo... Ale mysle, że to mój błąd gdzieś powstał, i jeszcze to przemysle...
Dzieki


edit: I jest jeszcze sprawa doboru oporników, 9.9k i 100Ω , ale przeciez 99k i 1k tez styknie [ no i ogólnie stosunek tylko sie liczy ]...
Wiec moje pytanko który zestaw oprorników jest najlepszy [ ze względu np. na opornosc wyj. albo wej.] i dlaczego ?
Thx

No, taki wykresik jest spowodowany tym, że czestotliwosc to wlasnie 1kHz, a to znaczy, że kondensatorek bedący w układzie zacznnie sie rozładowywac i tak te charakterystyke zmodyfikuje...
A jesli chodzi o ten plik cir'owy po pspice to rzeczywiscie jak w tym z uA741 na wyjsciu powstaje ten sam sygnał ale obnizony o około 9 voltów. Mnie sie wydaje, że poprostu źle to podłączyłeś i ten układ działa na napięciu -9 V podpietego do uA741 i cos tam jest mocno źle połączone, a że nie ja tworzyłem ten cir, to żeby tam teraz cos znaleźć to jest mocno niewygodne, ale poszukaj tam zonków

natomiast jesli chodzi o te oporniczki to ich weiss nicht niestety... Zostaje ci nadzieja, że P.S sie uaktywni Bo inni widac nie są zainteresowani...

Czy ma to jakikolwiek sens? Po co komus takie "wzmacnianie" akurat przy tej częstotliwosci ??

No, czasami takie korekcje są potrzebne (może nie o 40 dB) potrzebujemy np stłumić jakiś zakres częstotliwości (to się nazywa filtr półkowy i np. uzywa się go w urządzeniach akustycznych np. regulacja basów działa na takim filtrze ale tylko w zakresie ± 15 dB (lub mniej).

edit: I jest jeszcze sprawa doboru oporników, 9.9k i 100Ω , ale przeciez 99k i 1k tez styknie [ no i ogólnie stosunek tylko się liczy ]...

Stosunek miła rzecz ale w tym wypadku on decyduje tylko o wzmocnieniach.

Dla 1k i 99k (lub 100k, bo łatwiej takiego znaleźć niż 98.8k z serii 0.5% czy 0.2% ) i kondensatora 4.7 uF to ci objedzie częstotliwość dolna do 0.1Hz a górna do jakichś 100 Hz.

Zważ, że zwiększając rezystor R3 (ten sprzężenia) powodujesz na nim spadek napięcia od prądu polaryzacji wejścia wzmacniacza spowoduje to zwiększenie składowej stałej na wyjściu (Iwe*R3) co czasami może spowodować trzaski jeżeli kolejne stopnie są połączone galwanicznie np. przy przełączaniu kanałów (W urządzeniach profi wszystkie stopnie np. w torze akustycznym są rozdzielanie pojemnościami dla uniknięcia narastania składowej stałej na kolejnych stopniach wzmacniajacych).

Inny problem to pojemność montażowa na wejściach wzmacniacza tworząca z R3 filtr dolnoprzepustowy. Dla wysokich częstotliwości gdy wzmacniacz zaczyna odchodzić parametrami od ideału moze to dorobić jakieś cuda do charakterystyki a nawet spowodować jego niestabilność(szczególnie gdy rezystancje widziane z obu wejść wzmacniacza są różne)..

Lepiej nie stosować dużych rezystancji dla obwodów pradu zmiennego.

Paweł Sujko napisał:

Dla 1k i 99k (lub 100k, bo łatwiej takiego znaleźć niż 98.8k z serii 0.5% czy 0.2% ) i kondensatora 4.7 uF to ci objedzie częstotliwość dolna do 0.1Hz a górna do jakichś 100 Hz.
[...]
Lepiej nie stosować dużych rezystancji dla obwodów pradu zmiennego.

No dobra, ale w takim razie, czemu nie wziąśc oporników 990Ω i 10Ω i zwiększyc pojemność do 47u? Albo jeszcze lepiej 99Ω i 1Ω a pojemność wtedy 470u? Zaszkodzi to coś? Patrzac na wykres układowi to za jedno, chrakterystyka cały czas ta sama...
Aha [ kurcze cos mnie ten ukladzik wkręcił ], i jeszcze cos: dla tych wartości spice sla uA741 [ dla idealnego jest dobrze ] pspice pokazuje wzmocnienie ~105V/V czyli cos kolo 40,3 dB... U Ciebie brzoskwin też? I czemu tak jest? A dla idealnego jest Ok...

edit: w co 3-4 symulacji wychodzi 39.554 dB , czyli mniej wiecej tyle co powinno, a w reszcie przypadków 40,3 ... moze dlatego że to pspice evaluation czy cos...

No dobra, ale w takim razie, czemu nie wziąśc oporników 990Ω i 10Ω i zwiększyc pojemność do 47u?

A pomyślałeś, że przy takich wartościach to możesz podpaść TPWO za bestialskie znęcanie się nad niewinnym wzmacniaczem, który ma skończoną wydolność pradową ? A zasilacz, a impulsy prądowe hulające po ścieżkach zasilania ?

TPWO - Towarzystwo Przyjaźni dla Wzmacniaczy Operacyjnych


Albo jeszcze lepiej 99Ω i 1Ω a pojemność wtedy 470u? Zaszkodzi to coś? Patrzac na wykres układowi to za jedno, chrakterystyka cały czas ta sama...

Zgłaszam do TPWO, takiego jak ty nie wolno zostawiać sam na sam ze wzmacniaczem operacyjnym sadysto układowy (pewnie jeszcze im nóżki wyłamujesz jak nikt nie widzi)!

No to ja mam jeszcze zapytańsko... Zapuszczam te 1kHz o wypełnieniu 1/2 i Vpp 100mV na ten układ i dla idealnego idzie tak :

i to spoko, wzmocnienie troche nie teges bo max powinien byc 5V, ale to ten kondensator bruździ. Natomiast dla uA741 sa jakies jaja :/ Zapodaje to samo i mam cosik takiego:

I żeby było śmieszniej układ jest dokładnie taki sam, sprawdzałem kilkanaście razy jak głupi...
Wiec pytanie moje jest takie: czy to jest niecna sprawka uA741 [ wzmacnia żałośnie a nie 40dB , a jak odpalam charakterystyke wzmoznienia to jak wół jest tam 40 dB { ten sam plik }] , czy ja cos spier***liłem za przeproszeniem maksymalnie ?
bo już nie wiem zupełnie...

Ja bym obstawiał, ze spie***lileś zupełnie...
Bo niby czemu jesli na charakterystyce wzmocnienia siedzi jak wół ~100V/V, to czemu wzmocnienie dla tej czestotliwosci jest cos kolo 5 razy mniejsze...
Ale z drugiej strony tez zupelnie nie widze co tam moze byc zkwaszone... Masz zagwostke stary...
Ale mozliwe ze to wina tego ze uA741 nie jest za bardzo idealny... ale aż tak? :/

bjaern napisał:

Ja bym obstawiał, ze spie***lileś zupełnie...

No dobra, ale gdzie??? :/

Hehe, a stary wyczaiłeś, że te wzmocnienie wcale nie jest 40dB? Tam jest 60 dB, policz sam! Talesik sie kłania... I wtedy charakterystyka czestotliwosciowa, wogule sie zmienia, bo fgr=1kHz bedzie cos takiego:


R1=99.9k
R2=100
C=1,59u
Chyba, że znowu cos nie teges z oporami

Też to przylookałem, ale nie chcialem juz bruździć, liczy sie idea!
Ale te pzebiegi przez uA741 nadal mnie wnerwiają :/

A co ci się w nich nie podoba ?

No to, że one AŻ tak różnia sie od tych idealnych...
Różnica kilkunastu procent to jeszcze rozumiem ale TYLE? No ale skoro takie maja być to znaczy sie, że do tej pory żyłem w niewinnym swiecie wyobraźni

No niestety, 741 tylko tak niewinnie wygląda na schematach rysowanych przez niczego nieświadome ofiary.

W rzeczywistości to większość wzmacniaczy rżnie pasmo przy takim wzmocnieniu (100), tylko szybkie wzmacniacze się wyrabiają.

Tu jest efekt połączenia układu idealnego z filtrem dolnoprzepustowym i to "niejednego" rzędu.

Thx za pomoc