Positive Feedback OpAmp Circuits

Op Amp in Positive Feedback Part 1 (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Positive Feedback OpAmp Circuits

Analoge integrerede kredsløb


Spørgsmål 1

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at matematisk analysere kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Mål og registrer omhyggeligt alle komponentværdier forud for kredsløbsopbygningen.
  2. Tegn skematisk diagram for kredsløbet, der skal analyseres.
  3. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  4. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  5. Matematisk analysere kredsløbet, løse for alle spændings- og strømværdier.
  6. Mål forsigtigt alle spændinger og strømme for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  7. Hvis der er væsentlige fejl (mere end et par procent), skal du kontrollere dit kredsløbs konstruktion grundigt på diagrammet, og genkalder derefter værdierne og genmåles omhyggeligt.

Undgå at bruge model 741 op-amp, medmindre du vil udfordre dine kredsløbsdesign færdigheder. Der er mere alsidige op-amp modeller almindeligt tilgængelige for begynderen. Jeg anbefaler LM324 til DC og lavfrekvente AC-kredsløb, og TL082 til AC-projekter, der involverer lyd eller højere frekvenser.

Som sædvanlig, undgå meget høje og meget lave modstand værdier, for at undgå målefejl forårsaget af meter "loading". Jeg anbefaler modstandsværdier mellem 1 kΩ og 100 kΩ.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dets kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at matematisk forudsige forskellige spændings- og aktuelle værdier. På den måde kommer den matematiske teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse ligninger.

En anden grund til at følge denne fremgangsmåde er at lære eleverne videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde matematiske forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 2

Dette er et meget almindeligt opamp oscillator kredsløb, teknisk af afslapningstype :

Forklar, hvordan dette kredsløb fungerer, og hvilke bølgeformer der måles i punkt A og B. Sørg for at referere til RC-tidskonstanter i din forklaring.

Reveal svar Skjul svar

Du måler en savtand-lignende bølgeform ved punkt A og en firkantet bølge ved punkt B.

Udfordringsspørgsmålet: Forklar hvordan du kan tænke dig at beregne hyppigheden af ​​et sådant kredsløb baseret på hvad du ved om RC-tidskredsløb. Antag, at opampen kan svinge sin output rail-to-rail, for enkelhed.

Bemærkninger:

Dette kredsløb forstås bedst ved bygning og testning. Hvis du bruger store kondensatorværdier og / eller en storværdemodstand i kondensatorens aktuelle sti, vil oscillationen være langsom nok til at analysere med et voltmeter i stedet for et oscilloskop.

Spørgsmål 3

Antag, at komparatoren i dette kredsløb kun er i stand til at "svinge" dens udgang til inden for 1 volt af sine strømforsyningsspændinger. Beregn de øvre og nedre tærskelspændinger, givet de viste modstandsværdier:

V UT = V LT =

Reveal svar Skjul svar

V UT = +2.093 volt

V LT = -2, 093 volt

Bemærkninger:

Da mange opamps og komparatorer er ude af stand til at skifte udgangssvingninger, er dette spørgsmål ret realistisk.

Spørgsmål 4

En analogi bruges til at forklare og kontrastere negativ feedback versus positiv feedback er den af ​​en rund sten, placeret på enten en bakketop eller en dal:

Stabiliteten i stenen i hver af disse scenarier repræsenterer stabiliteten af ​​en bestemt type elektrisk feedback system. Hvilke af disse scenarier repræsenterer negativ feedback, som repræsenterer positiv feedback, og hvorfor "# 4"> Reveal svar Skjul svar

Dalen repræsenterer negativ feedback, mens bakken repræsenterer positiv feedback.

Bemærkninger:

Jeg har fundet denne enkle analogi til at være mest nyttige, når man forklarer tilbagemeldingssystemer til eleverne, fordi hver adfærd er intuitivt åbenbar.

Spørgsmål 5

En studerende har til hensigt at forbinde en TL082 opamp som en spændingsfølger, for at "følge" spændingen genereret af et potentiometer, men gør en fejl i brødbrættet:

Tegn et skematisk diagram over dette defekte kredsløb, og bestem hvad voltmeterens indikation vil være, og forklar hvorfor det er sådan.

Reveal svar Skjul svar

Kredsløb skematisk, som kablet:

Udgangsspændingen vil mætte ved ca. +11 volt eller -11 volt, hvor potentiometeret har ringe eller ingen effekt.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at karakterisere den type feedback, der vises i dette kredsløb. Hvordan påvirker denne type feedback opampens adfærd "panelpanelets standardpanel" standardkomponent>

Spørgsmål 6

Bestem spændingsspændingen for dette komparatorkredsløb: værdien af ​​indgangsspænding, hvor opampens output ændrer tilstand fra fuldt positivt til helt negativt eller visum-versa:

Nu, hvad formoder du ville ske, hvis output blev fodret tilbage til den ikke-omvendte indgang via en modstand "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02294x02.png">

Til din information kaldes denne kredsløbskonfiguration ofte som en Schmitt-trigger .

Reveal svar Skjul svar

Med ingen feedbackmodstand vil spændingsspændingen være 9, 21 volt. Med tilbagemelding modstand på plads, ville "trip" spændingen ændre sig afhængigt af tilstanden af ​​opamps output!

Opfølgningsspørgsmål: Beskriv hvilken virkning denne ændrede "trip" spændingsværdi vil have på driften af ​​dette komparatorkredsløb.

Bemærkninger:

Schmitt-udløser kredsløb er meget populære for deres evne til at "rent" ændre stater givet et støjende indgangssignal. Jeg har bevidst undgået numeriske beregninger i dette spørgsmål, så de studerende kan koncentrere sig om begrebet positiv feedback og hvordan det påvirker dette kredsløb.

Spørgsmål 7

En komparator bruges som en høj vindhastighedsalarm i dette kredsløb, der udløser en lydtone til lyd, når vindhastigheden overstiger et forudindstillet alarmpunkt:

Kredsløbet virker godt for at advare om høj vindhastighed, men når vindhastigheden ligger lige tæt på tærskelniveauet, får hver lille vindstød alarmen til at lyde kort og slukker derefter igen. Hvad der ville være bedre er, at alarmen lyder ved en bestemt vindhastighed, og fortsæt derefter, indtil vindhastigheden falder under en væsentligt lavere tærskelværdi (eksempel: alarm ved 60 km / t, nulstilles ved 50 km / t).

En erfaren elektroniktekniker beslutter at tilføje denne funktionalitet til kredsløbet ved at tilføje to modstande:

Forklar hvorfor denne kretsændring virker for at løse problemet.

Reveal svar Skjul svar

De tilsatte modstande giver positiv feedback til opamp-kredsløbet, hvilket får den til at udvise hysterese.

Udfordringsspørgsmål: Antag at du ønskede at øge kløften mellem de øvre og nedre alarmgrænser. Hvilken modstandsværdi (s) vil du skulle ændre for at opnå denne justering "noter skjult"> Noter:

En praktisk illustration til positiv feedback i et opamp-kredsløb. Der er meget at diskutere her, endda uden for den umiddelbare sammenhæng med positiv feedback. Tag f.eks. Oscillatorkredsløbet og on / off kontrol transistoren. Spørg dine elever om for at forklare, hvordan begge disse kredsløbssektioner fungerer.

Spørgsmål 8

Antag, at komparatoren i dette kredsløb er i stand til at "svinge" sin udgang fuldt ud fra skinne til skinne. Beregn de øvre og nedre tærskelspændinger, givet de viste modstandsværdier:

V UT = V LT =

Reveal svar Skjul svar

V UT = +8 volt

V LT = -8 volt

Udfordringsspørgsmål: Hvordan vil du anbefale, at vi ændrer kredsløbet for at give tærskelspændinger på +6 volt og -6 volt henholdsvis "noter skjult"> Noter:

Bed dine elever om at forklare, hvad udtrykket "øvre grænse" og "lavere tærskel" betyder med hensyn til indgangsspænding i et kredsløb som dette.

Spørgsmål 9

Antag, at komparatoren i dette kredsløb kun er i stand til at "svinge" dens udgang til inden for 1 volt af sine strømforsyningsspændinger. Beregn de øvre og nedre tærskelspændinger, givet de viste modstandsværdier:

V UT = V LT =

Reveal svar Skjul svar

V UT = +4.087 volt

V LT = -4.087 volt

Bemærkninger:

Da mange opamps og komparatorer er ude af stand til at skifte udgangssvingninger, er dette spørgsmål ret realistisk.

Spørgsmål 10

Antag, at komparatoren i dette kredsløb kun er i stand til at "svinge" dens udgang til inden for 1 volt af sine strømforsyningsspændinger. Beregn de øvre og nedre tærskelspændinger, givet de viste modstandsværdier:

V UT = V LT =

Reveal svar Skjul svar

V UT = +10, 29 volt

V LT = -10, 29 volt

Udfordringsspørgsmål: Hvordan vil du anbefale, at vi ændrer kredsløbet, så dets tærskelspændinger er centreret omkring en anden spændingsværdi bortset fra nul "noter skjult"> Noter:

Da mange opamps og komparatorer er ude af stand til at skifte udgangssvingninger, er dette spørgsmål ret realistisk.

Spørgsmål 11

Komparatorer med positiv feedback kaldes undertiden som Schmitt triggere . Antag at du havde brug for en Schmitt-trigger til et kredsløb, du byggede, men havde ikke flere integrerede kredsløbskomparatorer eller op-ampere til brug. Alt du har til rådighed, er diskrete komponenter. Er der nogen måde du kan tænke på at ændre følgende diskrete transistor differentialpar, så det opfører sig som en Schmitt-trigger?

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Bed dine elever om at afgøre, om dette Schmitt-udløser kredsløb er inverterende eller ikke-inverterende. Lad dem forklare deres ræsonnement trin for trin.

Forfattere Paul Horowitz og Winfield Hill, i deres bog

, siger at Q 1 's kollektor modstand skal være større end Q 2 ' s kollektor modstand for at dette kredsløb fungerer korrekt (side 232, anden udgave).

Spørgsmål 12

Positiv eller regenerativ feedback er et væsentligt kendetegn ved alle oscillatorkredsløb. Hvorfor, så gør komparatorkredsløb, der benytter positiv feedback, ikke oscillere "# 12"> Reveal svar Skjul svar

Den positive tilbagemelding, der anvendes i oscillatorkredsløb, er altid faseskiftet 360 o, mens den positive tilbagekobling, der anvendes i komparatorkredsløb, slet ikke har nogen faseskift, idet den er direktekoblet.

Bemærkninger:

Dette er et udfordrende spørgsmål, og kan ikke være egnet til alle elever. Grundlæggende er det, jeg forsøger at få eleverne til at gøre her, nøje tænkt på arten af ​​positiv feedback som anvendt i komparatorkredsløb, i modsætning til som det bruges i oscillatorkredsløb. Studerende, der simpelthen har husket begrebet "positiv feedback, der forårsager svingning", vil ikke forstå, hvad der bliver stillet i dette spørgsmål, langt mindre forstå det givne svar.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →