Операционный усилитель – для новичков в радиоделе

April 22, 2014 by admin Комментировать »

Когда мы говорили о выпрямлении переменного напряжения с помощью диода, я отмечал, что у этого варианта есть недостаток – полупроводниковому диоду для работы требуется напряжение не менее вольта Чтобы в измерительных цепях использовать диод при измерении маленьких напряжений, перед выпрямлением сигнал нужно усилить

Часто в измерительных схемах используют операционный усилитель для этой цели

Диод в цепи отрицательной  обратной связи определяет коэффициент усиления по напряжению При маленьком входном сигнале ток через диод небольшой, что соответствует большому сопротивлению диода, а, значит, коэффициент усиления оказывается довольно большим

С увеличением входного сигнала растёт ток через диод, что приводит к тому, что коэффициент усиления уменьшается

Рис 1911 Выпрямитель на основе операционного усилителя

Недостаток такого решения в ограниченной верхней граничной частоте операционного усилителя Но сегодня операционные усилители имеют довольно высокую граничную частоту Например, операционный усилитель AD8055 имеет частоту единичного усиления 300 МГц При усилении 10 верхняя граничная частота 20 МГц, а при усилении 2 более 100 МГц Используя эти операционные усилители для предварительного усиления сигнала перед выпрямлением, можно расширить пределы измерения напряжения в сторону более низких напряжений

Добавление электрических цепей, как RC или CL, в цепь отрицательной обратной связи позволяет строить фильтры с лучшими характеристиками, чем исходные

Математический аппарат расчёта фильтров на сегодняшний день хорошо разработан, так что при необходимости можно рассчитать фильтр с наперёд заданными параметрами А программа Qucs имеет встроенную подпрограмму для получения параметров фильтров: достаточно зайди в раздел Инструменты-Синтез фильтров

Рис 1912 Полосовой фильтр с использованием ОУ

Или второй вариант использования колебательного контура

Рис 1913 Режекторный фильтр с использованием ОУ

Чем на практике нас могут заинтересовать подобные фильтры В первую очередь…

Рис 1914 Применение полосового фильтра

Думаю, вам понятны мои соображения из приведённого рисунка Как вы помните, мы говорили, что прямоугольные импульсы можно представить как смесь синусоидальных сигналов, кратных основной частоте повторения импульсов Фильтр выделяет эту основную частоту

Но это виртуальный эксперимент Если он реализуется на макетной плате, то позволит превратить генератор в генератор А создать удобный генератор нам позволит микроконтроллер Но об этом позже

А хороший режекторный фильтр, вырезая основную частоту, сохраняет все гармонические составляющие Так можно, подключив фильтр к выходу усилителя, оценить степень нелинейных искажений, измеряя переменное напряжение после фильтра с помощью мультиметра Конечно, лучше бы видеть на экране осциллографа сигнал на выходе тестируемого усилителя, если есть осциллограф, но небольшие нелинейные искажения не видны «на глаз», и осциллограф может быть в вашей лаборатории, но его пока может и не быть Использование режекторного фильтра, если его хорошо настроить, позволит вам провести все интересующие вас измерения и настроить усилитель низкой частоты

Проверять амплитудно-частотную характеристику усилителя, измерять нелинейные искажения, как правило, нет необходимости на всех частотах Достаточно использовать измерения на 2-3 частотах Как вы видите, это можно осуществить с помощью достаточно простых средств

А сейчас от соображений перейдём к опытам на макетной плате Подходящую индуктивность можно создать из подручных средств или купить, например, есть дроссель с двумя катушками индуктивности по 56 мГн

Рис 1915 Готовый дроссель

Для проведения экспериментов можно использовать любой подходящий операционный усилитель Следует учесть его верхнюю граничную частоту при большом усилении и то, что многие операционные усилители требуют двухполярного питающего напряжения Но не все Я уже упоминал модель AD8055AN и собираюсь использовать LM358 Обе микросхемы вполне успешно можно применять при однополярном включении, достаточно добавить конденсатор ёмкостью, скажем, 10 мкФ между резистором R1 и землёй Кроме того, в виртуальном эксперименте используются идеальные элементы В реальном эксперименте приходится учитывать реальные параметры и пассивных компонентов (R, L и C), и активного (микросхема LM358N) Окончательно схема эксперимента получается такой:

Рис 1916 Реальная схема для макетирования

Микросхема на макетной плате размещается в панельке, из которой можно удалить компоненты предыдущих экспериментов, а новые резисторы и конденсаторы можно  впаять При этом не следует обрезать выводы сверх необходимого – после эксперимента детали выпаиваются, они точно пригодятся в дальнейшем

После последней пайки и проверки всей схемы можно включить питающее напряжение, и первое, что не лишне будет проверить, это амплитудно-частотную характеристику фильтра

Рис 1917 Реальная АЧХ фильтра

Есть одна особенность в работе с прибором PCSGU250 Чтобы получить амплитудно-частотную характеристику, нужно снять галочку, как отмечено на рисунке, у параметра Log Freq Steps И выбрать начальную частоту 10 Гц В этом случае процесс получения характеристики затянется, но частота будет меняться с шагом 10 Гц Если задать другие параметры, например, начальную частоту 100 Гц или 1 кГц, если отставить логарифмическое наращивание шага, то можно «с водой выплеснуть и ребёнка» Частоту резонанса можно пропустить, получив гладкую АЧХ

Итак, мы сняли амплитудно-частотную характеристику, и убедились, что на частоте резонанса подъём составляет около 20 дБ по отношению к частоте второй гармоники 32 кГц

Можно провести окончательный эксперимент, подав на вход прямоугольные импульсы

Рис 1918 Окончательный эксперимент с фильтром

На нижней осциллограмме (второй канал) прямоугольные импульсы с частотой 1650 Гц На верхней осциллограмме (первый канал) то, что получается на выходе операционного усилителя Если это и не самая чистая синусоида, то вполне на неё похожий экземпляр

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты