Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wzmacniacz operacyjny - pojedyncze źródło zasilania

EBC41 02 Sty 2014 20:44 1749 3
  • #1 02 Sty 2014 20:44
    EBC41
    Poziom 28  

    Cześć,
    Potrzebuję zaprojektować do pewnego urządzenia układ z WO o następujących parametrach:

    Wzmocnienie: 6 V/V
    Max amplituda sygnału wyjściowy: 1.5V
    Max amplituda sygnału wejściowy 250mV
    Napięcie zasilania: pojedyncze ; +5V
    Pasmo przenoszenia: do 4kHz

    Przeszukałem internet rozglądając się za informacjami na temat niesymetrycznego zasilania wzmacniaczy operacyjnych i na podstawie dokumentu Texas Instruments (sygnatura SLOA058, strona 6, rysunek 3 ; plik dołączony do tematu) zmontowałem układ taki jak na schemacie:
    Wzmacniacz operacyjny - pojedyncze źródło zasilania (z tym, że w rzeczywistości pojemność na wyjściu wzmacniacza to 10 mikro a nie 100 nano)

    Problem polega na tym, że układ nie funkcjonuje poprawnie. Gdy rezystor R4 jest połączony z masą albo "wisi w powietrzu" na wyjściu otrzymuję zawsze bardzo przesterowany sygnał, co jest dla mnie jasne biorąc pod uwagę, że przy takiej polaryzacji nie posiada on w ogóle dolnych połówek.

    Gdy jednak R4 jest podłączony do dzielnika napięcia R5/R6 podającego tam 2.5V (połowa napięcia zasilającego zgodnie z sugestią TI) to na wyjściu panuję absolutna cisza. Bez względu na sygnał wejściowy na wyjściu nie ma kompletnie nic. Taka sama sytuacja ma miejsce gdy przy R4 podciągniętym do masy podłącze na wejściu nieodwracającym kondensator odprzęgający 100nF

    Dlaczego ten układ nie działa poprawnie? Czy źle zrozumiałem notę producenta?

    Ewentualnie co sądzicie o innym pomyślę, który przyszedł mi do głowy pod wpływem wnikliwej lektury tego pdfa i kilku innych stron WWW. Co by było gdyby R4 podłączyć na stałe do masy a wejście nieodwracające spolaryzować napięciem stałym równym pół wolta, dodatkowo odsprzęgając go od źródła sygnału przez duża pojemność? Wtedy gdy na wejściu całego układu będzie -250mV, czyli "dołek" sinusoidy" na wejściu nieodwracającym ( + ) będzie 250mV czyli na wyjściu wzmacniacza 1.5V. Podczas maksimum sinusoidy wynoszącego 250mV będę miał na wejściu ( + ) 750mV, czyli 4,5V na wyjściu. Po odcięciu składowej stałej na wyjściu jest ładny przebieg o amplitudzie 1.5V...... W aplecie symulacyjnym falstada taki pomysł funkcjonuje a jak w praktyce?

    0 3
  • #2 02 Sty 2014 21:05
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Bo tam w pdf jest błąd - dla wersji nieodwracającej podanie napięcia 0,5Vcc (dodatniego) na wejście odwracające spowoduje że WO chce ustawić na wyjściu napięcie ujemne Uwy=-ku(0,5Vcc) , a że ma zasilanie tylko dodatnie, to ma na wyjściu zero. Można powiedzieć że WO jest zablokowany. I dopiero odpowiednio duży dodatni sygnał podany na wejście nieodwracające mógłby ten stan zmienić.

    W dodatku, prąd płynący przez R1, R2 (rys. sloa058) zmieni napięcie dzielnika dającego nominalnie 0,5Vcc - należałoby z tego dzielnika sterować wtórnik na drugim WO, do jego wyjścia podłączać R1.

    EBC41 napisał:


    Ewentualnie co sądzicie o innym pomyślę, który przyszedł mi do głowy pod wpływem wnikliwej lektury tego pdfa i kilku innych stron WWW. Co by było gdyby R4 podłączyć na stałe do masy a wejście nieodwracające spolaryzować napięciem stałym równym pół wolta, dodatkowo odsprzęgając go od źródła sygnału przez duża pojemność? Wtedy gdy na wejściu całego układu będzie -250mV, czyli "dołek" sinusoidy" na wejściu nieodwracającym ( + ) będzie 250mV czyli na wyjściu wzmacniacza 1.5V. Podczas maksimum sinusoidy wynoszącego 250mV będę miał na wejściu ( + ) 750mV, czyli 4,5V na wyjściu. Po odcięciu składowej stałej na wyjściu jest ładny przebieg o amplitudzie 1.5V...... W aplecie symulacyjnym falstada taki pomysł funkcjonuje a jak w praktyce?

    Będzie OK, tylko co znaczy
    "dodatkowo odsprzęgając go od źródła sygnału przez duża pojemność?"
    Domyślam się, że sygnał podajesz na to wejście przez kondensator - ?
    Jeśli tak, to pamiętaj, że sygnał widzi opornik (którym polaryzujesz wejście z dzielnika 0,5V) jako obciążenie ustalając Rwe układu, ze wszystkimi konsekwencjami, jak np. pasmo przenoszenia od dołu.

    Tyle tylko, że LM358 sobie z tym nie poradzi, bo przy zasilaniu +5V to on może wydać na wyjściu ok. 3V (?)
    Znajdź sobie WO z wyjściem typu rail to rail i wejściem akceptującym napięcia bliskie masy.
    Jeśli upierasz się na LM358 to napięcie dzielnika ustal na 0,27V, co obniży zakres Uwy do 120mV-3,12V - może się uda uzyskać taką amplitudę przy zasilaniu +5V, to też zależy od obciążenia wyjścia WO.

    0
  • #3 03 Sty 2014 23:38
    W.P.
    Specjalista - zasilacze komputerowe

    Zadanie trochę karkołomne ale wykonalne przy podanych warunkach. Przede wszystkim dużym utrudnieniem jest tu niskie napięcie zasilania układu - 5V.

    W zaproponowanym układzie jest kilka błędów.
    Wzmacniacz ma duże wzmocnienie dla napięcia różnicowego (U+ - U-) sięgające ok. 10000. Jeśli więc na wejściu "we+" ma 0V a na "we-" ok. 2,5V to chciałby na wyjściu wytworzyć ok. 25KV :)
    To oczywiście teoria. W układzie z rysunku wzmacniacz jest w stanie nasycenia i nie reaguje na zdarzenia na wejściach.

    Przy obliczeniu wzmocnienia układu należy wziąć pod uwagę także wartość rezystorów R5 i R6 (traktowanych jako połączone równolegle).
    Zatem wzmocnienie układu na rysunku (zakładając poprawną polaryzację wejść warunkującą pracę WO w stanie aktywnym) będzie równe:
    1 + R3 / {R4 + [R5 x R6/(R5 + R6)]}
    i nie będzie równe 6 V/V.


    Jeśli przyjrzeć się strukturze schematu rozwiniętego LM358 to widać, że największe napięcie wyjściowe może osiągnąć wartość (przy Uz=5V) ok. 3,8V zakładając Uce ok. 0,6V.
    Najniższe ok. 0,6V.
    Jest więc szansa na uzyskanie przebiegu o wartości 3Vpp (amplituda 1,5V).
    W tym celu należy spolaryzować wejścia stałym napięciem równym 2,2V.

    Dalsze rozważania zależą np od tego czy drugi wzmacniacz z "kości" jest wykorzystany, czy jest do zagospodarowania.

    0
  • #4 04 Sty 2014 01:01
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    W.P. napisał:
    W układzie z rysunku wzmacniacz jest w stanie nasycenia i nie reaguje na zdarzenia na wejściach.

    Zareaguje, gdy na wejście nieodwracające podamy odpowiednio wysokie napięcie.

    W.P. napisał:

    Jeśli przyjrzeć się strukturze schematu rozwiniętego LM358 to widać, że największe napięcie wyjściowe może osiągnąć wartość (przy Uz=5V) ok. 3,8V zakładając Uce ok. 0,6V.
    Najniższe ok. 0,6V.

    Najniższe - nie więcej niż 20mV.
    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf
    str. 5 - tabela - "Output voltage swing"
    Najwyższe - nieznane, producent tego dokładnie nie podaje, ok. 3V. Założenie, że
    W.P. napisał:
    największe napięcie wyjściowe może osiągnąć wartość (przy Uz=5V) ok. 3,8V

    jest ryzykowne.

    W.P. napisał:
    Jest więc szansa na uzyskanie przebiegu o wartości 3Vpp (amplituda 1,5V).

    Niewielka i niepewna.

    W.P. napisał:
    W tym celu należy spolaryzować wejścia stałym napięciem równym 2,2V.

    Można i tak - t.zw. sztuczna masa. Tyle, że raczej 1,55V.

    W.P. napisał:
    Dalsze rozważania zależą np od tego czy drugi wzmacniacz z "kości" jest wykorzystany, czy jest do zagospodarowania.

    Dlatego nie wdawałem się w rozważania n/t roli oporników R5 i R6 na wzmocnienie, sugerując aby z drugiego wzmacniacza zrobić wtórnik napięcia referencyjnego 0,27V - albo 1,55V.

    Niedobra metoda - kiedyś amatorsko tak się robiło - z tego co dostępne (w szufladzie). Dlaczego to musi być LM358?
    Tyle jest dostępnych WO typu rail-to-rail: http://www.tme.eu/pl/katalog/#id_category=112...%2C804%2C400%2C375&used_params=804%3A43876%3B

    0