Pozytywne sprzężenia zwrotne OpAmp Circuits

Body&Mind Deep Flow-Technika Sprzężenia Zwrotnego Ciało-Umysł (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Pozytywne sprzężenia zwrotne OpAmp Circuits

Analogowe układy scalone


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zapisz wszystkie wartości składników przed budową obwodu.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Unikaj używania modelu 741 op-amp, chyba że chcesz rzucić wyzwanie swoim umiejętnościom projektowania obwodów. Dostępne są bardziej uniwersalne modele wzmacniacza operacyjnego powszechnie dostępne dla początkujących. Polecam LM324 dla DC i obwodów prądu przemiennego niskiej częstotliwości, a TL082 dla projektów AC z dźwiękiem lub wyższymi częstotliwościami.

Jak zwykle należy unikać bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystora, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" miernika. Zalecam wartości rezystorów od 1 kΩ do 100 kΩ.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Jest to bardzo popularny obwód oscylatora opamp, technicznie typu relaksacyjnego :

Wyjaśnij, jak działa ten obwód i jakie przebiegi będą mierzone w punktach A i B. Pamiętaj, aby w swoich wyjaśnieniach odnieść się do stałych czasowych RC .

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Będziesz mierzył przebieg piłokształtny w punkcie A, a falę prostokątną w punkcie B.

Pytanie dotyczące wyzwania: wyjaśnij, w jaki sposób możesz obliczyć częstotliwość takiego obwodu, w oparciu o to, co wiesz o obwodach stałej czasowej RC. Załóżmy, że opamp może przesuwać swoją wyjściową szynę do szyny, dla uproszczenia.

Uwagi:

Obwód ten najlepiej zrozumieć, budując i testując. Jeśli użyjesz dużych wartości kondensatora i / lub rezystora o dużej wartości na ścieżce prądu kondensatora, oscylacja będzie wystarczająco powolna do analizowania woltomierzem, a nie oscyloskopem.

pytanie 3

Załóżmy, że komparator w tym obwodzie jest w stanie "wymachać" swoim wyjściem z dokładnością do 1 wolta napięcia szyny zasilania. Oblicz górne i dolne napięcie progowe, biorąc pod uwagę pokazane wartości rezystorów:

V UT = V LT =

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V UT = +2, 093 V

V LT = -2.093 woltów

Uwagi:

Ponieważ wiele opampów i komparatorów nie jest w stanie wychylić wyjścia z szyny do szyny, to pytanie jest dość realistyczne.

Pytanie 4

Jedną z analogii wykorzystywanych do wyjaśnienia i przeciwstawienia negatywnej reakcji zwrotnej w stosunku do pozytywnego sprzężenia zwrotnego jest okrągły kamień umieszczony na wzgórzu lub w dolinie:

Stabilność kamienia w każdym z tych scenariuszy reprezentuje stabilność określonego typu elektrycznego układu sprzężenia zwrotnego. Który z tych scenariuszy reprezentuje negatywną opinię, która przedstawia pozytywne opinie i dlaczego "# 4"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dolina reprezentuje negatywne sprzężenie zwrotne, podczas gdy wzgórze reprezentuje pozytywne sprzężenie zwrotne.

Uwagi:

Zauważyłem, że ta prosta analogia jest najbardziej pomocna przy tłumaczeniu systemów opinii uczniom, ponieważ zachowanie każdego z nich jest intuicyjnie oczywiste.

Pytanie 5

Student zamierza podłączyć opamp TL082 jako popychacza napięcia, aby "podążać" za napięciem generowanym przez potencjometr, ale popełnia błąd w okablowaniu deski rozdzielczej:

Narysuj schemat tego wadliwego obwodu i ustal, jakie będzie wskazanie woltomierza, wyjaśniając, dlaczego tak jest.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Schemat obwodu, jako przewodowy:

Napięcie wyjściowe będzie nasycać się przy około + 11 woltach lub -11 woltów, z potencjometrem o małym lub zerowym efekcie.

Uwagi:

Poproś uczniów, aby scharakteryzowali rodzaj informacji zwrotnych wystawionych na tym torze. W jaki sposób ten typ sprzężenia zwrotnego wpływa na zachowanie opampa "panel z panelem roboczym - domyślny panel" itemscope>

Pytanie 6

Określ napięcie "trip" tego obwodu komparatora: wartość napięcia wejściowego, przy którym wyjście przełącznika zmienia stan z całkowicie dodatniego na całkowicie ujemny lub odwrotnie:

A teraz, co by się stało, gdyby sygnał wyjściowy został przekazany do wejścia nieodwracającego przez rezystor "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02294x02.png">

Dla twojej informacji ta konfiguracja obwodu jest często nazywana wyzwalaczem Schmitta .

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Bez rezystora sprzężenia zwrotnego napięcie "wyłączenia" wynosiłoby 9, 21 wolta. Z rezystorem sprzężenia zwrotnego, napięcie "trip" zmieni się w zależności od stanu wyjścia opamp!

Pytanie uzupełniające: opisz, jaki wpływ będzie miała ta zmiana "napięcia" na pracę obwodu komparatora.

Uwagi:

Obwody spustowe Schmitta są bardzo popularne ze względu na ich zdolność do "czystego" zmieniania stanów przy głośnym sygnale wejściowym. Celowo uniknąłem obliczeń numerycznych w tym pytaniu, aby uczniowie mogli skoncentrować się na koncepcji pozytywnego sprzężenia zwrotnego i wpływać na ten obwód.

Pytanie 7

Komparator jest używany jako alarm wysokiej prędkości wiatru w tym obwodzie, wyzwalający dźwięk dźwięku, gdy prędkość wiatru przekracza ustawiony punkt alarmowy:

Obwód działa dobrze, aby ostrzec o wysokiej prędkości wiatru, ale kiedy prędkość wiatru jest tuż przy poziomie progowym, każdy mały podmuch powoduje, że alarm krótko włącza dźwięk, a następnie wyłącza się ponownie. Byłoby lepiej, gdyby alarm zabrzmiał przy ustawionej prędkości wiatru, a następnie pozostanie włączony, dopóki prędkość wiatru nie spadnie poniżej znacznie niższej wartości progowej (przykład: alarm przy prędkości 60 km / h, reset przy prędkości 50 km / h).

Doświadczony technik elektroniki decyduje się dodać tę funkcję do obwodu poprzez dodanie dwóch rezystorów:

Wyjaśnij, dlaczego ta zmiana obwodu działa, aby rozwiązać problem.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dodane rezystory zapewniają dodatnie sprzężenie zwrotne do obwodu uzbrojenia, powodując jego histerezę.

Pytanie dotyczące wyzwania: przypuśćmy, że chcesz zwiększyć lukę pomiędzy górnym i dolnym progiem alarmowym. Jakie wartości rezystorowe musieliby Państwo zmienić, aby osiągnąć tę regulację "uwagi ukryte"> Uwagi:

Praktyczna ilustracja dla pozytywnego sprzężenia zwrotnego w obwodzie opamp. Jest tu wiele do omówienia, nawet poza bezpośrednim kontekstem pozytywnych opinii. Weźmy na przykład obwód oscylatora i tranzystor sterujący on / off. W celu sprawdzenia, poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób działają obie te sekcje.

Pytanie 8

Załóżmy, że komparator w tym obwodzie jest w stanie "wymachiwać" swoją wydajnością w całości od szyny do szyny. Oblicz górne i dolne napięcie progowe, biorąc pod uwagę pokazane wartości rezystorów:

V UT = V LT =

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V UT = +8 woltów

V LT = -8 woltów

Pytanie dotyczące wyzwania: w jaki sposób poleciłbyś zmienić obwód, aby dać napięcie progowe o wartości +6 woltów i -6 woltów, odpowiednio "uwagi ukryte"> Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, co oznaczają terminy "górny próg" i "dolny próg" w odniesieniu do napięcia wejściowego w obwodzie takim jak ten.

Pytanie 9

Załóżmy, że komparator w tym obwodzie jest w stanie "wymachać" swoim wyjściem z dokładnością do 1 wolta napięcia szyny zasilania. Oblicz górne i dolne napięcie progowe, biorąc pod uwagę pokazane wartości rezystorów:

V UT = V LT =

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V UT = +4, 077 woltów

V LT = -4, 077 woltów

Uwagi:

Ponieważ wiele opampów i komparatorów nie jest w stanie wychylić wyjścia z szyny do szyny, to pytanie jest dość realistyczne.

Pytanie 10

Załóżmy, że komparator w tym obwodzie jest w stanie "wymachać" swoim wyjściem z dokładnością do 1 wolta napięcia szyny zasilania. Oblicz górne i dolne napięcie progowe, biorąc pod uwagę pokazane wartości rezystorów:

V UT = V LT =

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V UT = + 10, 29 V

V LT = -10, 29 woltów

Pytanie dotyczące wyzwania: jak zaleciłbyś zmienić obwód tak, aby jego napięcia progowe były wyśrodkowane wokół pewnej wartości napięcia innej niż zero "uwagi ukryte"> Uwagi:

Ponieważ wiele opampów i komparatorów nie jest w stanie wychylić wyjścia z szyny do szyny, to pytanie jest dość realistyczne.

Pytanie 11

Komparatory z dodatnim sprzężeniem zwrotnym są czasami określane jako wyzwalacze Schmitta . Załóżmy, że potrzebujesz spustu Schmitta do budowy obwodu, który budowałeś, ale nie masz więcej zintegrowanych komparatorów lub wzmacniaczy operacyjnych do użycia. Wszystko, co masz do dyspozycji, to elementy dyskretne. Czy jest jakiś sposób, aby zmodyfikować następującą dyskretną parę różnicową tranzystora, aby działała jak wyzwalacz Schmitta?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Poproś uczniów, aby ustalili, czy ten obwód spustowy Schmitta jest odwracalny czy nieodwracający. Niech wyjaśniają swoje rozumowanie krok po kroku.

Autorzy Paul Horowitz i Winfield Hill, w swojej książce

, powiedzmy, że rezystor kolektora Q 1 musi być większy niż rezystor kolektora Q 2, aby ten obwód działał prawidłowo (strona 232, drugie wydanie).

Pytanie 12

Pozytywne lub regeneracyjne sprzężenie zwrotne jest podstawową cechą wszystkich obwodów oscylatora. Dlaczego więc układy porównawcze wykorzystujące pozytywne sprzężenie zwrotne nie oscylują "# 12"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dodatnie sprzężenie zwrotne stosowane w obwodach oscylatora jest zawsze przesunięte fazowo o 360 o, natomiast sprzężenie zwrotne dodatnie stosowane w obwodach komparatora nie ma w ogóle przesunięcia fazowego, będąc sprzężonym bezpośrednio.

Uwagi:

Jest to trudne pytanie i może nie być odpowiednie dla wszystkich uczniów. Zasadniczo staram się zachęcić studentów do rozważenia natury pozytywnego sprzężenia zwrotnego, używanego w obwodach porównawczych, w porównaniu do tego, w jaki sposób jest on stosowany w obwodach oscylatora. Uczniowie, którzy po prostu zapamiętali koncepcję "pozytywnego sprzężenia zwrotnego powodującego oscylację", nie będą w stanie zrozumieć, o co pyta się w tym pytaniu, a tym bardziej zrozumieć podaną odpowiedź.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →