Witam
już osoby z tego forum mi pomógłby zrozumieć pewne sprawy, wiec zwracam sie z prośbą o pomoc..
mam takie zadanko którego wogole nie rozumiem.... mam zaprojektować wzmacniacz operacyjny nieodwracający
napięcie wejściowe 0-1 mV
napięcie wyjściowe 0-1V
rezystory muszę dobrać sam i ot właśnie nie wiem jak... jak juz to zaprojektuje to mam przeprowadzić symulacje i wyjaśnić zasadę działania.
problem w tym nie mam zielonego pojęcia i nie wiem od czego zacząć...?
wzmacniacz operacyjny
-
keruseykaryu
dzięki zabieram sie do lektury!
[ Dodano: 2010-10-25, 14:19 ]
czyli skoro chce uzyskac 1v na wyjściu to muszę wzmocnić 1mV 1000 krotnie to zrozumiałem
a wiec wzmocnienie wynosi 1000.
rozumiem tez ze owo wzmocnienie jest zależne od rezystorów Rin oraz Rf
a wiec Rf/Rin daje nam 1000 tak?
sadze że 10kΩ/10Ω=1000 czy dobrze to pojmuje? wówczas podając 1mV mamy 1 V na wyjściu...
[ Dodano: 2010-10-25, 14:19 ]
czyli skoro chce uzyskac 1v na wyjściu to muszę wzmocnić 1mV 1000 krotnie to zrozumiałem
a wiec wzmocnienie wynosi 1000.
rozumiem tez ze owo wzmocnienie jest zależne od rezystorów Rin oraz Rf
a wiec Rf/Rin daje nam 1000 tak?
sadze że 10kΩ/10Ω=1000 czy dobrze to pojmuje? wówczas podając 1mV mamy 1 V na wyjściu...
Na tak ale to dla wzmacniacza odwracającego.bestb pisze:rozumiem tez ze owo wzmocnienie jest zależne od rezystorów Rin oraz Rf
a wiec Rf/Rin daje nam 1000 tak?
A ty pokazałeś schemat wzmacniacza nieodwracającego, a więc wzmocnienie wyniesie
Ku = 1 + Rf/Rin
No i w praktyce Rin powiano być w okolicy 1K
W załączniku przesyłam wyprowadzenie wzoru na wzmocnienie wzmacniacza w konfiguracji nieodwracającej przy skończonym wzmocnieniu różnicowym wzmacniacza operacyjnego.
Z końcowego wzoru możesz sobie policzyć błąd. Możesz liczyć błąd bezwzględny równy
|KP-KR|
albo błąd względny równy
|KP-KR|/KR
gdzie KR - wzmocnienie rzeczywiste, KP - wzmocnienie przy nieskończonym wzmocnieniu różnicowym wzmacniacza.
Ostatni możesz pomnożyć dodatkowo przez 100%, żeby dostać zapis procentowy błędu względnego.
Sprawność to, jak powszechnie wiadomo, stosunek mocy wydzielonej na odbiorniku do mocy wytworzonej przez źródło. Jako że w tym przypadku mocy wytworzonej przez źródło nie policzysz (bo zakładasz zerowe prądy wejściowe), można by policzyć moc ze wzoru:
η=Po/(Po+Ps)
gdzie Po - moc wydzielona na odbiorniku, Ps - moc wydzielona na rezystorach sprzężenia zwrotnego. Jeśli się mylę, to niech mnie ktoś poprawi.
Voffset - napięcie jakie musisz przyłożyć między wejścia, żeby na wyjściu dostać 0V. W praktyce sprowadza się to do tego, że nic nie dajesz na wejście, a na wyjściu masz jakiś sygnał, którego tam sobie nie życzyłeś. Może więc dojść do tego, że gdy ustalisz sobie rezystorami sprzężenia zwrotnego jakieś bardzo duże wzmocnienie, to wzmacniacz się nasyci (na wyjściu będzie któreś z napięć zasilających). Po prostu wzmocni on napięcie niezrównoważenia.
Ioffset - normalnie zakłada się, że prądy wejściowe są jednakowe dla obu wejść, w rzeczywistości nie jest tak fajnie. Ale że prądy są bardzo małe, to tę różnicę uwzględnia się tylko przy precyzyjnych układach.
Ibias - wejściowe prądy polaryzacji. Przy obliczeniach zakładasz, że prąd wejściowy jest pomijalnie mały i w większości przypadków to założenie jest słuszne. Ale jeśli na przykład podłączysz do wejścia źródło sygnału o bardzo dużej impedancji wewnętrznej, to już nie jest tak kolorowo. Prąd wejściowy przepływający przez tę wewnętrzną impedancję wywołuje na niej spadek napięcia, więc na wejście podasz nie napięcie źródła, tylko napięcie źródła zmniejszone o ten właśnie spadek napięcia. Przy źródłach o bardzo dużej impedancji (np. mikrofon), taki spadek napięcia może spowodować wejście wzmacniacza w stan nasycenia. Rezystancja równoległego połączenia rezystorów sprzężenia zwrotnego powinna być możliwie zbliżona do rezystancji źródła - wówczas spadki napięć na obu wejściach będą podobne, więc do pominięcia.
Z końcowego wzoru możesz sobie policzyć błąd. Możesz liczyć błąd bezwzględny równy
|KP-KR|
albo błąd względny równy
|KP-KR|/KR
gdzie KR - wzmocnienie rzeczywiste, KP - wzmocnienie przy nieskończonym wzmocnieniu różnicowym wzmacniacza.
Ostatni możesz pomnożyć dodatkowo przez 100%, żeby dostać zapis procentowy błędu względnego.
Sprawność to, jak powszechnie wiadomo, stosunek mocy wydzielonej na odbiorniku do mocy wytworzonej przez źródło. Jako że w tym przypadku mocy wytworzonej przez źródło nie policzysz (bo zakładasz zerowe prądy wejściowe), można by policzyć moc ze wzoru:
η=Po/(Po+Ps)
gdzie Po - moc wydzielona na odbiorniku, Ps - moc wydzielona na rezystorach sprzężenia zwrotnego. Jeśli się mylę, to niech mnie ktoś poprawi.
Voffset - napięcie jakie musisz przyłożyć między wejścia, żeby na wyjściu dostać 0V. W praktyce sprowadza się to do tego, że nic nie dajesz na wejście, a na wyjściu masz jakiś sygnał, którego tam sobie nie życzyłeś. Może więc dojść do tego, że gdy ustalisz sobie rezystorami sprzężenia zwrotnego jakieś bardzo duże wzmocnienie, to wzmacniacz się nasyci (na wyjściu będzie któreś z napięć zasilających). Po prostu wzmocni on napięcie niezrównoważenia.
Ioffset - normalnie zakłada się, że prądy wejściowe są jednakowe dla obu wejść, w rzeczywistości nie jest tak fajnie. Ale że prądy są bardzo małe, to tę różnicę uwzględnia się tylko przy precyzyjnych układach.
Ibias - wejściowe prądy polaryzacji. Przy obliczeniach zakładasz, że prąd wejściowy jest pomijalnie mały i w większości przypadków to założenie jest słuszne. Ale jeśli na przykład podłączysz do wejścia źródło sygnału o bardzo dużej impedancji wewnętrznej, to już nie jest tak kolorowo. Prąd wejściowy przepływający przez tę wewnętrzną impedancję wywołuje na niej spadek napięcia, więc na wejście podasz nie napięcie źródła, tylko napięcie źródła zmniejszone o ten właśnie spadek napięcia. Przy źródłach o bardzo dużej impedancji (np. mikrofon), taki spadek napięcia może spowodować wejście wzmacniacza w stan nasycenia. Rezystancja równoległego połączenia rezystorów sprzężenia zwrotnego powinna być możliwie zbliżona do rezystancji źródła - wówczas spadki napięć na obu wejściach będą podobne, więc do pominięcia.
- Załączniki
-
Jeszcze jedno, przy wzmacnianiu małych sygnałów, kiedy potrzebujesz wzmocnienia rzędu tysiąca (jak w Twoim przypadku), lepiej jest wykorzystać inny układ wzmacniacza (w załączniku). Przy klasycznym układzie trzeba albo dać jeden rezystor bardzo mały, rzędu kilkunastu omów, a drugi rzędu kilkunastu kiloomów, albo jeden rzędu pojedynczych kiloomów, a drugi rzędu megaomów. W obu przypadkach mamy następujące problemy:
Przy bardzo małym rezystorze wystarczy, że impedancja wewnętrzna źródła sygnału będzie rzędu kilku omów, żeby zauważalnie zmniejszyć (dzielnik napięć) rzeczywistą amplitudę sygnału dostarczonego do wejścia wzmacniacza.
Przy rezystorze rzędu megaomów prądy wejściowe wzmacniacza operacyjnego (nawet rzędu kilkudziesięciu-kilkuset nanoamperów) są porównywalne z prądami płynącymi przez ten rezystor, przez co błąd we wzorze na wzmocnienie, wynikający z założenia pomijalnie małych wartości prądu wejściowego, staje się zbyt duży - rzeczywiste wzmocnienie oddala się od wyznaczonego ze wzoru.
We wzmacniaczu z załącznika na wzmocnienie znaczący wpływ ma iloczyn rezystancji, więc przy użyciu rezystorów rzędu dziesiątek kiloomów można uzyskiwać wzmocnienia rzędu tysięcy. Przykładowo w konfiguracji odwracającej, dla rezystorów R1=R3=1kΩ i R2=R4=47kΩ, wzmocnienie wynosi ponad 2000. Przy konfiguracji nieodwracającej, gdy podajemy sygnał bezpośrednio na wejście nieodwracające, mamy duże wzmocnienie przy dużej impedancji wejściowej, co przydaje się na przykład przy pomiarach sygnału z różnego rodzaju przetworników wielkości nieelektrycznych na elektryczne (np. tensometry), w których sygnał wyjściowy może się zmieniać w pełnym zakresie o np. 1mV, a przy tym ich rezystancja wyjściowa jest rzędu kiloomów.
Oczywiście mogę się mylić, w takim przypadku wszelkie sprostowania będą mile widziane.
Przy bardzo małym rezystorze wystarczy, że impedancja wewnętrzna źródła sygnału będzie rzędu kilku omów, żeby zauważalnie zmniejszyć (dzielnik napięć) rzeczywistą amplitudę sygnału dostarczonego do wejścia wzmacniacza.
Przy rezystorze rzędu megaomów prądy wejściowe wzmacniacza operacyjnego (nawet rzędu kilkudziesięciu-kilkuset nanoamperów) są porównywalne z prądami płynącymi przez ten rezystor, przez co błąd we wzorze na wzmocnienie, wynikający z założenia pomijalnie małych wartości prądu wejściowego, staje się zbyt duży - rzeczywiste wzmocnienie oddala się od wyznaczonego ze wzoru.
We wzmacniaczu z załącznika na wzmocnienie znaczący wpływ ma iloczyn rezystancji, więc przy użyciu rezystorów rzędu dziesiątek kiloomów można uzyskiwać wzmocnienia rzędu tysięcy. Przykładowo w konfiguracji odwracającej, dla rezystorów R1=R3=1kΩ i R2=R4=47kΩ, wzmocnienie wynosi ponad 2000. Przy konfiguracji nieodwracającej, gdy podajemy sygnał bezpośrednio na wejście nieodwracające, mamy duże wzmocnienie przy dużej impedancji wejściowej, co przydaje się na przykład przy pomiarach sygnału z różnego rodzaju przetworników wielkości nieelektrycznych na elektryczne (np. tensometry), w których sygnał wyjściowy może się zmieniać w pełnym zakresie o np. 1mV, a przy tym ich rezystancja wyjściowa jest rzędu kiloomów.
Oczywiście mogę się mylić, w takim przypadku wszelkie sprostowania będą mile widziane.
- Załączniki
-
no tak ale jak juz wspomniałem tutaj jest tylko mowa o modelu, a nie rzeczywistym wzmacniaczu operacyjnym....
muszę tylko przeprowadzić analizę na modelu, również symulacje w multisim, tez na modelu... krótko mówiąc zaprojektować prosty układ idealnego wzmacniacza
biorąc pod uwagę wartości wspomnianych oporników uzyskałem w multisimie 1v na wyjściu i to mi wystarczy, dodam ze muszę użyć wzmocnienia o wartości 1000
natomiast dalej muszę sprawdzić zachowanie
takiego opamp przy wartościach
input offset V 10mV
input bias current 80nA
input offset I 7nA
obliczyć błąd
oraz wykazać wpływ zniekształceń
dodam ze jestem na sieciach komputerowych ze specjalnością w Cisco i troszkę jestem zaskoczony ze muszę uczyc sie elektroniki analogowej
[ Dodano: 2010-11-01, 15:04 ]
mam jeszcze jeden problem:
w zadaniu mam dane wew. rezystancji wzmacniacza i wynosi Rin 10GΩ Rout 1Ω
i teraz mam na wejściu i wyjściu podłączyć takie same wartości rezystorów...
czyli w miejscu naszego Rs 10GΩ i na wyjsciu 1Ω
ja zatem obliczyc 2 pozostale rezystory zeby wzmocnie wynioslo 1000
a napiecie wyjsciowe 1V
to dla mnie znacznie komplikuje sprawę...
muszę tylko przeprowadzić analizę na modelu, również symulacje w multisim, tez na modelu... krótko mówiąc zaprojektować prosty układ idealnego wzmacniacza
biorąc pod uwagę wartości wspomnianych oporników uzyskałem w multisimie 1v na wyjściu i to mi wystarczy, dodam ze muszę użyć wzmocnienia o wartości 1000
natomiast dalej muszę sprawdzić zachowanie
takiego opamp przy wartościach
input offset V 10mV
input bias current 80nA
input offset I 7nA
obliczyć błąd
oraz wykazać wpływ zniekształceń
dodam ze jestem na sieciach komputerowych ze specjalnością w Cisco i troszkę jestem zaskoczony ze muszę uczyc sie elektroniki analogowej
[ Dodano: 2010-11-01, 15:04 ]
mam jeszcze jeden problem:
w zadaniu mam dane wew. rezystancji wzmacniacza i wynosi Rin 10GΩ Rout 1Ω
i teraz mam na wejściu i wyjściu podłączyć takie same wartości rezystorów...
czyli w miejscu naszego Rs 10GΩ i na wyjsciu 1Ω
ja zatem obliczyc 2 pozostale rezystory zeby wzmocnie wynioslo 1000
a napiecie wyjsciowe 1V
to dla mnie znacznie komplikuje sprawę...
jako ze jestem na wymianie w UK to mogę podać załącznik pliku word , natomiast zadanie jest oczywiście w j.ang.
to zdanie mnie zmylio "should offer an input resistance and output resistance equal to that of the operational amplifier. " - dlatego pisalem o dodatkowych rezystorach na wejściu i wyjściu.
Ale jeśli dodam rezystor w szeregu na wejściu o wartości odpowiadającej rez. wew. wzmacniacza to zamiast 1mV będę miał 970µv, a wiec wartości rezystorów Rf i Rin sie zmienia jeśli chce uzyskać 1v na wyjściu..
to zdanie mnie zmylio "should offer an input resistance and output resistance equal to that of the operational amplifier. " - dlatego pisalem o dodatkowych rezystorach na wejściu i wyjściu.
Ale jeśli dodam rezystor w szeregu na wejściu o wartości odpowiadającej rez. wew. wzmacniacza to zamiast 1mV będę miał 970µv, a wiec wartości rezystorów Rf i Rin sie zmienia jeśli chce uzyskać 1v na wyjściu..
Ostatnio zmieniony 08 kwie 2011, 14:07 przez bestb, łącznie zmieniany 1 raz.
Ja bym żadnych dodatkowych rezystorów nie dawał.
Co najwyżej to między wejście plusowe a masą rezystor o wartości R2||R1 w celu zmniejszania wpływu input bias current .
Aha i przypominam że masz zaprojektować wzmacniacz nieodwracający
A takowy wzmacniacz ma wzmocnienie równe
Av = 1 + R1/R2
Teraz prąd polaryzujący wejścia (input bias current).
Mowa oczywiście o prądzie który wpływa bądź wypływa z wejścia nieodwracającego jak i odwracającego.
Oczywiście zakładamy Vin=0V, In=0A i korzystając z superpozycji bez problemu obliczymy Vout dla prądu polaryzujące wejście nieodwracające Ip
Vout'1 = Ip * R3 * (R1/R2 +1) dla zwrotu prądu tak jak na schemacie napięcie te będzie ujemne.
Teraz zgodnie z zasadą superpozycji zakładamy Ip=0A i obliczamy Vout jakie wywoła tylko In.
In = Vn/R2 + ( Vout - Vn) /R1
I skoro Ip=0V i opamp jest idealny to Vn = 0V
Po podstawieni do równania mamy
Vout'2 = In * R1
I dla zwrotu prądu jak na schemacie te napięcie będzie miało wartości dodatnią.
Więc ostatecznie
Vout = Vout'1 + Vout'2 = -Ip * R3 * (R1/R2 +1) + In * R1 = In•R1 - Ip•R3•(R1/R2 +1)
W twoim wypadku In=Ip =80nA
Wpływ prądu niezrównoważenia (input offset current ) można obliczyć z wiedząc że :
Ios = Ip - In
A wpływ napięcie niezrównoważonego obliczysz też dosyć łatwo.
Po prostu zakładasz Vin=0V i zamiast Vin podpinasz Vos=10mV i obliczasz Vout.
Co najwyżej to między wejście plusowe a masą rezystor o wartości R2||R1 w celu zmniejszania wpływu input bias current .
Aha i przypominam że masz zaprojektować wzmacniacz nieodwracający
A takowy wzmacniacz ma wzmocnienie równe
Av = 1 + R1/R2
Teraz prąd polaryzujący wejścia (input bias current).
Mowa oczywiście o prądzie który wpływa bądź wypływa z wejścia nieodwracającego jak i odwracającego.
Oczywiście zakładamy Vin=0V, In=0A i korzystając z superpozycji bez problemu obliczymy Vout dla prądu polaryzujące wejście nieodwracające Ip
Vout'1 = Ip * R3 * (R1/R2 +1) dla zwrotu prądu tak jak na schemacie napięcie te będzie ujemne.
Teraz zgodnie z zasadą superpozycji zakładamy Ip=0A i obliczamy Vout jakie wywoła tylko In.
In = Vn/R2 + ( Vout - Vn) /R1
I skoro Ip=0V i opamp jest idealny to Vn = 0V
Po podstawieni do równania mamy
Vout'2 = In * R1
I dla zwrotu prądu jak na schemacie te napięcie będzie miało wartości dodatnią.
Więc ostatecznie
Vout = Vout'1 + Vout'2 = -Ip * R3 * (R1/R2 +1) + In * R1 = In•R1 - Ip•R3•(R1/R2 +1)
W twoim wypadku In=Ip =80nA
Wpływ prądu niezrównoważenia (input offset current ) można obliczyć z wiedząc że :
Ios = Ip - In
A wpływ napięcie niezrównoważonego obliczysz też dosyć łatwo.
Po prostu zakładasz Vin=0V i zamiast Vin podpinasz Vos=10mV i obliczasz Vout.
- Załączniki
-
- 31.PNG (2.58 KiB) Przejrzano 17439 razy
-
- 32.PNG (2.63 KiB) Przejrzano 17439 razy