Ile stopni wzmacniających w preampie? ( dla w.cz. )

Witam,

Robie prosty preamp o wzmocnieniu napięciowym 16 ze wzmacniaczy operacyjnych. Który wariant jest lepszy i dlaczego :

1) jeden stopień o wzmocnieniu 16
2) dwa stopnie o wzmocnieniu 4 z ewentualnym wtórnikiem pomiędzy stopniami

Pamiętam, że to nie jest bez znaczenia, ale może wiecie o co chodzi?

Pozdrawiam

Z tego co wiem to im mniej bloków wzmacniających tym lepiej, wiadomo że każdy wzmacniacz wprowadza od siebie jakieś minimalne zniekształcenia lub szumy. Więc lepszy rozwiązaniem będzie jeden stopień o wzmocnieniu 16

i oczywiście im mniejsze wzmocnienie tym mniejsze zniekształcenia, więc nie warto dawać nadmiernego zapasu

Czyli - im mniej stopni, tym mniejsze szumy, ale im mniejsze wzmocnienie pojedynczego stopnia, tym mniejsze zniekształcenia. Znowu trzeba szukać kompromisu? Może ktoś już prowadził takie testy?

wystarczy jeden stopień napięciowy, każdy następny stopień potęgował by i szumy i zniekształcenia

tomahawk_ napisał:

wystarczy jeden stopień napięciowy, każdy następny stopień potęgował by i szumy i zniekształcenia

Chcesz przez to powiedzieć, że wzmacniacz o jednym stopniu i wzmocnieniu 16 będzie miał mniejsze zniekształcenia niż o dwóch stopniach o wzm 4?

tak, a z drugiej strony czemu aż 16

Założyłem wzmocnienie 16, żeby był zapas - nie chcę, żeby preamp pracował blisko granicy przesterowania. Ponadto to ma być układ do prac laboratoryjnych - często będzie używany do pracy z małymi sygnałami, zwłaszcza z układów odbiorczych ukf fm - tym chcę się za jakiś czas zająć. Kiedyś słyszałem, że rozbijając wzmacniacz na stopnie o mniejszym wzmocnieniu można osiągnąć pewne korzyści. Jakie i czy to prawda - tego już nie wiem. Stąd takie wzmocnienie i takie pytanie.

Pozdrawiam

tomahawk_ napisał:

tak, a z drugiej strony czemu aż 16

Nie jestem jakimś guru jeśli o elektronikę chodzi więc posłużę się cytatam z pierwszego leprzego podręcznika.

"Ujemnym sprzężeniem zwrotnym nazywamy takie sprzężenie zwrotne, które powoduje zmniejszenie stopnia wzmocnienia układu wzmacniacza. Przez zastosowanie sprzężenia zwrotnego tracimy zatem zawsze na wzmocnieniu, w zamian jednak za to zyskujemy na jakości wzmacniacza.

Straty wzmocnienia możemy łatwo skompensować dodaniem jednego stopnia wzmocnienia"

W domyśle ta jakość to nic innego jak poziom zniekształceń.

januss73 napisał:

tomahawk_ napisał:

tak, a z drugiej strony czemu aż 16

Nie jestem jakimś guru jeśli o elektronikę chodzi więc posłużę się cytatam z pierwszego leprzego podręcznika.

"Ujemnym sprzężeniem zwrotnym nazywamy takie sprzężenie zwrotne, które powoduje zmniejszenie stopnia wzmocnienia układu wzmacniacza. Przez zastosowanie sprzężenia zwrotnego tracimy zatem zawsze na wzmocnieniu, w zamian jednak za to zyskujemy na jakości wzmacniacza.

Straty wzmocnienia możemy łatwo skompensować dodaniem jednego stopnia wzmocnienia"

W domyśle ta jakość to nic innego jak poziom zniekształceń.

tylko ze ten artykuł był z roku 54, wtedy wzmacniacze raczej nie przekraczały wzmocnienia setek V/V w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego, dzisiaj scalaki mają setki tysięcy V/V

Po pierwsze sory powelob za te polemizacje, bo może troche odbiega od tematu.
Po drugie kolego tomahawk, jak mówiłem wielkiego pojęcia o elektronice nie mam, nie chcę więc broń boże zbijać twoich argumentów, chcę natomiast dowiedzieć się gdzie popełniam błąd.
Być może ten cytat dotyczył nawet lamp, (taki wpadł mi w ręce), dla opamp'ów jednak jak mi wiadomo, poza rządem wielkości nic się nie zmieniło. W dalszym ciągu zniekrztałcenia (jakie by nie były powiedzmy zn.) na wyjściu są proporcjonalne do głębokości sprz.zwr. czy jak kto woli zastosowanego wzmocnienia. Więc zakładając zn=Axbeta zawsze otrzymamy Axbeta > Ax2pierwiastek z beta.

No tak, ale sam czas zadziałania pętli sprzężenia powoduje zniekształcenia. Dlatego chciałem zrobić preamp bez pętli, lub z pętlą, ale o małej wartości sprzężenia. Czy słusznie?

Jak mówiłem do elektronika mi daleko ale w otwartej pętli to będziesz miał jedno wielke wzbudzenie, czyli zasilanie na wyjściu.
Jak ja się bawię w opampy, biorę schemat z noty katalogowej, patrze jakie dali sprzężenie i robie podobne, z tym że zmiast rezystora na mase wstawiam potencjometr. Potem nie musisz się martwić jakie dać wzmocnienie, tylko ustawiasz tak, żeby działało.

Czyli pętla pozwala zredukować brumienie sieci na wyjściu. Tego nie wiedziałem...
Januss73 - tylko jedna uwaga - wzbudzenie i przydźwięk sieci to nie to samo... Układ z otwartą pętlą nie ma prawa się wzbudzić - wzbudzenie (czyli sytuacja, kiedy wzmacniacz staje się generatorem drgań) to właśnie efekt, kiedy źle dobrana pętla zamienia się w dodatnie sprzężenie zwrotne.

Pozdrawiam

Ale ja nie mówiłem o popularnym brumieniu 50Hz czy czymkolwiek z sieci. Jeśli wzmacniacz ma gain w otwartej pętli 200V/mv, to przy zasilaniu powiedzmy 5V starczą 2uV żeby ja jego wyjściu pojawiło się te całe 5V. A taki potencjał 2uV to niezależnie co będzie na wejściu opamp sam sobie wyindukuje.

Przy wyższych częstotliwościach, o wyborze ilości stopni może decydować iloczyn pasma i wzmocnienia danego stopnia wzmacniającego. Przy odpowiednio dużej częstotliwości, wzmocnienie takiego stopnia ustawionego na 16V/V może i tak zmaleć, w takim przypadku lepiej użyć dwóch stopni.

O wzmocnieniu wzmacniacza operacyjnego decydują dwie wielkości rezystancji R1 i R2 w pętli sprzężenia zwrotnego pomiędzy wyjściem i wejściem (-) odwracającym. Na schemacie poniżej pokazalem zależność wzmocnienia od stosunku R1 do R2. Przykładowo dla a) i b) jeśli R1 będzie = 1MΩ a R2 10kΩ wzmocnienie wzmacniacza wyniesie 101 dla c) będzie mniejsze ponieważ równolegle podłączona do R2 oporność źródła Rz zmniejsza wypadkową oporność w pętli sprzężenia zwrotnego.
Zasilanie wzmacniacza operacyjnego można realizować w dwóch układach symetrycznym i niesymetrycznym. Aby układ pracował liniowo w całym zakresie muszą być spełnione warunki: przy zasilaniu symetrycznym napiecie na wyjściu musi sie równać 0V, a przy zasilaniu niesymetrycznym 1/2 napięcia zasilania. Przy zasilaniu niesymetrycznym wskazane jest zastosowanie stabilizatora. Oporność obciążenia trzeba dobrać tak aby prąd przez nią płynący nie przekroczył dopuszczalnego prądu wyjściowego wzmacniacza przy maksymalnym napięciu na Ro.
W układach wielostopniowych wypadkowe wzmocnienie równa się iloczynowi wzmocnienia pojedynczych stopni, Mając 2 stopniowy wzmacniacz o wzmocnieniu 100 na stopień, wzmocnienie całego wzmacniacza wyniesie 10000. Jeżeli w pętli sprzężenia zwrotnego będziemy mieli jedynie rezystancję to pasmo przenoszenia wzmacniacza będzie równe częstotliwości granicznej WO. Dzieje się tak dlatego że spadek napięcia na rezystancji zależy jedynie od płynącego przez nią prądu a nie od częstotliwości. Jeśli w pętlę sprzężenia zwrotnego włączymy element reaktancyjny (kondensator lub cewka) wzmocnienie WO w funkcji częstotliwości będzie się zmieniać, ponieważ oporność (reaktancja) tych elementów jest zależna od częstotliwości (Xl=2πf*L; Xc=1/2πf*C). Dzięki temu, dobierając elementy RLC, możemy wpływać na wzmocnienie WO w interesujacym nas zakresie częstotliwości. Przykładem mogą być aktywne filtry RC z wykorzystaniem WO.
Zniekształcenia i szumy WO są znikomo małe i praktycznie pomijane w notach katalogowych większości WO. Praktycznie wystarczy więc dobrać tak wzmocnienie WO aby napiecie wyjściowe, przy maksymalnym napięciu sygnału sterujęcego, nie przekroczyło sumy napięć +Uz -Uz zasilajacych WO przy zasilaniu symetrycznym i napiecia zasilania Uz przy zasilaniu niesymetyrycznym. Przykładowo zasilajac symetrycznie WO dwoma napieciami +12V i -12V maksymalne napiecie wyjściowe będzie wynosić 24V przy wzmocnieniu WO równym 100 maksymalne napięcie szczytowe jakie może być doprowaczone do wejścia nie może przekroczyć 0,24V. Mierniki napięcia m.cz. mierzą tzw. napięcie skuteczne, jest ono mniejsze od napięcia szczytowego o √2, zatem aby nie przesterować wzmacniacza, należy obliczyć maksymalne napięcie skuteczne jakie możemy doprowadzić do wejścia i tak dla napięcia szczytowego 0,24V napięcie skuteczne (Uw) wynosiło będzie:
Uw=0,24/√2=0,24/1,41=~0,169V.
Dla WO z zasilaniem niesymetrycznym Uz=24V napięcie wejściowe będzie identyczne jak w przykładzie powyżej, a przy Uz=12V napięcie wejściowe będzie o połówę mniejsze czyli 0,084V. Jeśli przekroczymy napięcia wejściowe WO będzie wprowadzał zniekształcenia spowodowane spłaszczeniem szczytów przebiegu napięcia wyjściowego. Przy bardzo niskich napięciach wejściowych rzędu µV i wzmocnieniu sięgającemu 100 000 (średnie wzmocnienie większości WO z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego) wystarczy bardzo małe napięcie wejściowe aby napięcie wyjściowe osiągnęło wartość graniczną. Pojawią się wtedy problemy ze stabilnością pracy wzmacniacza w zależności od temperatury oraz kłopotliwe będą napiecia zakłócające. Pocieszający jest fakt ze w technice m.cz. z takimi napięciami i wzmocnieniem mamy do czynienia niezwykle rzadko. Zwykle najmniejsze napięcia pochodzą z takich źródeł jak mikrofon czy przetwornik gitarowy (~2-5mV) zatem przy wzmocnieniu 100 na wyjściu WO napięcie nie przekroczy 0,2-0,5V. Spokojnie możemy dobrać wzmocnienie na 1000 a wzmacniacz przy zasilaniu 10-12V i tak nie zostanie przesterowany.
W Twoim przypadku przy wzmocnieniu równym 16 obaw o przesterowanie zbytnich niema. Np. zasilając wzmacniacz z niesymetrycznego zasilania 10V aby przesterować wzmacniacz musiał byś podać napięcie ponad 0,443V, przy zasilaniu symetrycznym ±10V przekroczyć musiał byś napięcie 0,886V. Jeśli zastosujesz pętlę sprzężenia zwrotnego z samymi opornikami to wzmacniacz nie będzie wprowadzał praktycznie żadnych zniekształceń. Przy bardzo silnych sprzężeniach zwrotnych z elementami RC (oporniki i kondensatory) pojawiają się tzw. zniekształcenia intermodulacyje (TIM) i fazowe które powodują nieprzyjemną metaliczną barwę dźwięku. Obliczając R1 i R2 powinieneś zwrócić uwagę aby R2 nie był mniejszy niż 220Ω. Większość wzmacniaczy operacyjnych wzmacnia do 100 kHz więc obawa o spadek wzmocnienia w paśmie m.cz. praktycznie nie występuje. Mam nadzieję że po tych wyjaśnieniach będziesz mógł prawidłowo zaprojektować wzmacniacz. Jeśli bedziesz miał jakieś pytania lub coś będzie nie jasne, napisz.

Dodano o 19:23

Zapomniałem dopisać. W technice w.cz. wzmacniacze opepacyjne stosuje sie niezwykle rzadko, jedynie w układach szerokopasmowych. Do wzmacniana sygnałów w.cz. stosowane są specjalne scalone wzmacniacze w.cz. W zakresie bardzo dużych częstotliwości wzmacniacze te wykonywane są na półprzewodnikach z arsenku galu i innych. Większość przedwzmacniaczy np. do stopni mocy lepiej wykonywać na tranzystorach w.cz jako układy rezonansowe. We wzmacniaczach w.cz. nie występuje pojęcie zniekształceń nieliniowych jako takich (jak w technice m.cz.) gdyż zniekształcenia te objawiają się w postaci harmonicznych wzmacnianego sygnału. Przede wszystkim należy przy tym pamiętać o właściwym dopasowaniu stopni wzmacniających do źródła i obciążenia, oraz właściwego filtrowania (tłumienia) harmonicznych wzmacnianego sygnału. W przeciwnym wypadku wzmacniacz stanie się żródłem zakłóceń. Właśnie przesterowanie wzmacniacza, jest głównym źródłem harmonicznych, a w skrajnych przypadkach, przesterowanie może prowadzić do uszkodzenia wzmacniacza. Wzmocnienie wzmacniacza w.cz. dobiera się w zależności od czestotliwości, zbyt duże wzmocnienie wzmacniacza może doprowadzić do jego wzbudzenia (będzie działał jak generator) i stanie sie źródłem kolejnych zakłóceń. Również w tym przypadku może dojść do uszkodzenia wzmacniacza. Nie określiłeś czestotliwości pracy, roli jaką miał by spełniać, oraz mocy tego przedwzmacniacza. Samo wzmocnienie nic o wzmacniaczu w.cz. nie mówi, więc nic więcej dodać do tego co napisałem nie potrafię.

Moderowany przez andre1979:

Edytuj swoje posty !

Witam

Odgrzebalem temat sprzed przeszlo dwoch lat, ale stwierdzilem, ze nie ma co zakladac nowego watku jak mam pytanie posrednio do tego:)

Ogolnie to chodzi pracuje na zwiekszeniem napiecia przykladanego do piezoelementu - przedtem byl to sygnal piloksztaltny +/-12V, a ja mam go podbic do jakichs 150V.
Zbudowalem uklad wzorowany na pewnym schemacie (widocznym ponizej), oparty o dwa wzmacniacze operacyjne, jednak po zlutowaniu i podlaczeniu ukladu na wyjsciu pojawily sie oscylacje.
Jak juz przeczytalem i o ile dobrze zrozumialem, to jest to prawdopodobnie zwiazane z tym, ze na wyjsciu z opampow mam wiekszy sygnal niz ten, ktorym sa one zasilane.
I teraz moje pytanie: da sie mimo wszystko cos zrobic z tym ukladem i jakos pozbyc sie tych wzbudzen?

Jak patrzylem na oscyloskopie to przebiegi zaraz na wyjsciu z pierwszego i drugiego opampa byly mniej wiecej takie same (tyle ze wzmocnione:)). A wygladaly w porownaniu do sygnalu wejsciowego na uklad (piloksztaltnego) mniej wiecej tak jak tam nakreslilem:)

A teraz odnosnie ukladu: kondensatora C6 (przy wejsciu wysokiego napiecia) obecnie nie ma, podlaczenie go nie za duzo dalo. Nie wstawialem jeszcze obu diod Zenera D2 i D3, bo narazie nie sa kupione:)
Czerwone galezie z kondensatorem i rezystorkiem (odpowiednio C8, R20 i C9,R21) obecnie takze sa odlaczone, dolutowywalem je i z tego co zaobserwowalem, to nic wielkiego nie wnosily do stabilizacji ukladu.

Zmniejszalem takze wzmocnienie na opampie IC1A tzn. zmniejszalem rezystancje R4 z 4,7M na 468k i potem takze na 272k, ale oscylacje caly czas byly.

Probowalem tez dolozyc kondensatorek rownolegle do galezi z C3, C4 i C5, ale przebieg caly czas byl taki sam.

Macie jakies pomysly co by mozna zrobic? Albo jakies wyjasnienia, czemu tak sie nie da? Za wszelka pomoc wielkie dzieki.

Pozdrawiam

Witam,

Narazie jeszcze nie dopasowywalem stalych czasowych, tylko przyjrzalem sie przebiegom sygnalu w roznych miejscach ukladu - na wyjsciu kazdego ze wzmacniaczy operacyjnych i na tranzystorze.

Wykresy nie sa w skali, a metoda ich wykonania pozostawia wiele do zyczenia, nie mniej jednak cos na nich widac.

Widoczne na wykresach przebiegi wystepuja gdy do ukladu NIE jest przylozone wysokie napiecie (na wejsciu HV nie ma nic). Zrobilem takze pare pomiarow z wysokim napieciem, ale potem okazalo sie ze uklad tego zasilania ma za mala wydajnosc i przez to juz w ogole robila sie kaszana z sygnalami. Uklad z zasilaczem o odpowiedniej mocy bede dopiero testowal.

Nie jestem pewien co do sygnalu piloksztaltnego na wejsciu, tj. do poziomu stalego sygnalu i jego amplitudy - dawno nie korzystalem z oscyloskopiku i troche pochrzanilem skale:) - przeliczalem potem jeszcze raz i nie wiem czy nie powinno byc 6,8V - sygnal staly i 2,3V - amplituda, tylko ze dla takich wartosci te wszystkie przebiegi bylyby chyba troche dziwne?

A teraz jeszcze raz o co dokladnie mi chodzi: teraz sygnal piloksztaltny na wejsciu (widoczny na przebiegu) jest przykladany do piezoelementu, czyli do krysztalu przykladane sa napiecia od 34-45,5V, a ja musze zrobic taki uklad, zeby wykorzystac piezoelement w szerszym zakresie tj. przykladac do niego napiecie od 10 do 150V, wykorzystujac do tego dostepny przebieg piloksztaltny.

Jezeli mozna ten przebieg jakos inaczej zamienic (wykorzystajac uklad ktory dziala:)) to chetnie skorzystam z porad

Pozdrawiam