[wzmacniacz sygnałowy] do generatorów 300kHz Vpp=18V I=200mA

[ChrzaniK]

Witam
przedstawiam teoretyczny projekt wzmacniacza laboratoryjnego do 300kHz na bazie wzmacniacza operacyjnego, wysoko-prądowego, wysoko-napięciowego: OPA552.

Wzmacniacz dostępny jest w cenie: 15,40zł / szt.
Link do sklepu TME.

Link do instrukcji od OPA552.

Podstawowe parametry:
Zasilanie +-4 ... +- 30 V
Ciągły prąd wyjściowy: 200mA
Szybkie zbocze: 24V/us (12MHz)
Pełne zabezpieczenie termiczne i przeciążeniowe.
Inne:
Wzmocnienie 20dB do częstotliwości 1MHz.
Dla wyjścia +-10V max 400kHz
THD+N dla 100kHz = 0,02% dla wzm=5

Zasilanie:
2x 9V Dwa akumulatory o wydajności prądowej max 2A.

Założenia modułu i płytki drukowanej:
Wzmacniacz ma mieć możliwość instalacji filtra dolnoprzepustowego tych samych gabarytów. Tak aby nad wzmacniaczem można było umieścić identyczną płytkę - montaż kanapkowy.

Wielkość płytki: 47x38 mm. W cenie 4,45zł / szt.
Link do ceny płytki na allegro.


cdn.

[ChrzaniK]

Przedstawię teraz układ wzmacniacza nie odwracającego z regulacją wzmocnienia na sprzężeniu ujemnym. Wejście nieodwracające działa jako sumator sygnałów co zostało wykorzystane do regulacji offsetu.

Schemat:
[Symulator do poprawnej pracy wymaga appletu Java]

[ChrzaniK]

Witam,
teraz dodałem "virtualnie" dodatkowe kondensatory na złączu zasilania opampa.
Wirtualne bo nie da się podłączyć na symulatorze.

Schemat:

[ChrzaniK]

Witam,
teraz chciałem przedstawić zabezpieczenie nadnapięciowe.

Mam dwie wersje i nie wiem która będzie korzystniejsza:
a) Dwie diody Zenera połączone szeregowo i przeciwnie skierowane do siebie. Diody podłączone między wejście a masę.
b) Dwie diody tak samo szeregowo połączone ale podłączone między + i - zasilania a sygnał między nimi.

Wydaje mi się że wersja B będzie gorsza gdyż ewentualny impuls napięciowy jest między masą a sygnałem i w drugim przypadku prąd przepłynie przez rezystancję baterii i potencjał na złączu + lub - baterii może się mocno zmienić. To może spowodować pojawienie się napięcia na kablu sygnałowym powyżej wymaganego minimum.


a) Schemat + symulacja:



b) Schemat + symulacja:


Będę wdzięczny za słowa krytyki i komentarze. Niebawem testy w realu.

[Jony130]

Czekamy na praktyczne próby i jakieś oscylogramy.
I pamiętaj, że wzmocnienie nie może być mnisze niż 5 i nie zapomnij,że dioda włączona zaporowa to kondensator.
No i po co zabezpieczasz wyjście wzmacniacza? Skoro i tak napięcie to nie przekroczy napięcia zasilania.

[ChrzaniK]

Witam,
jestem początkujący i każdy nowy projekt wymaga głębszych przemyśleń
Udało mi się złożyć układ na bazie płytki uniwersalnej - "białej".
Nie zastosowałem żadnego ekranowania oraz separacji linii sygnałowych.
Jeszcze nie kupiłem diod zenera dlatego przedstawię na razie podstawową pracę układu:

Badane częstotliwości od 30kHz - 1MHz sinus. W pewnych miejscach pokazuję trójkąt. Kwadratu nie potrafiłem uchwycić na oscyloskopie, spróbuję z 555 i zobaczę co robiłem nie tak.

Generator to tani, programowalny DDS do 12MHz na USB. Kupiony za ok stówę na allegro. Są jeszcze dostępne - bardzo polecam w tej cenie nie ma nic lepszego:
Link do aukcji. oraz Link do PDF.
Dostępna jest jeszcze wersja z buforem rail-rail. Trochę droższa.

Oscyloskop to METRIX 2x50MHz Link do sklepu.
Tani i dobry

Zasilanie 2x 9V akumulatorki (jedne z tańszych na allegro) o wydajności do 2 amper.

Płytka testowa:


Opamp OPA552:


Generator AD9833-USB:


c.d.n. następne będą oscylogramy...

[ChrzaniK]

Witam,
przedstawiam oscylogramy dla schematu podstawowego bez diod zabezpieczających:

a) 50kHz sin, 0,5V/dz i 2V/dz,Vpp-gen=0,6V Vpp-out=11,4V, load ok 2k:


b) 100kHz sin, 0,5V/dz i 2V/dz,Vpp-gen=0,6V Vpp-out=10,8V, load ok 2k:


c) 150kHz sin, 0,5V/dz i 2V/dz,Vpp-gen=0,6V Vpp-out=8V, load ok 2k:


d) 250kHz sin, 0,5V/dz i 1V/dz,Vpp-gen=0,6V Vpp-out=4,5V, load ok 2k:


e) 1MHz sin, 0,2V/dz i 0,2V/dz,Vpp-gen=0,5V Vpp-out=0,6V, load ok 2k:
Panowie czy to co widać to szumy?, Czy jest to spowodowane montażem na płytce uniwersalnej i długimi kablami? Czy można to zmniejszyć poprzez zastosowanie ekranowanych kabli? Co można jeszcze z tym zrobić? Dodam, że tylko sinus tak ładnie wygląda, trójkąt przy tej częstotliwości też zamienia się w sinus.


f) 1MHz tri, 0,2V/dz i 0,2V/dz,Vpp-gen=0,5V Vpp-out=0,45V, load ok 2k:


g) 30kHz tri, 0,2V/dz i 2V/dz,Vpp-gen=0,6V Vpp-out=9V, load ok 2k:
Widać takie zadrapania na krawędziach... jeszcze nie wiem co to jest.
Powyżej 30kHz trójkąt zaczyna powoli zmieniać się w sinus.



Niebawem testy z diodami oraz przymiarki do aktywnego filtra dolnoprzepustowego.
Komentarze mile widziane

[ChrzaniK]

Prace, badania i nauka trwają dalej. Pomimo, że wykonałem już finalny układ na PCB, nie jestem z niego zadowolony i postanowiłem ulepszyć: projekt, użyte komponenty i montaż.

Planowane zmiany:
- zmniejszenie wszystkich rezystancji (rezystorów)
- przeniesienie zabezpieczenia ESD - diody na wejście przed wszelkimi rezystancjami (na wyjściu także bezpośrednio przy złączu BNC)
- zmniejszenie pojemności zenerki poprzez dodanie "zwykłej" diody w szereg
- instalacja włącznika ESD
- zmniejszenie rezystancji dzielnika napięcia ze 100k do 100om
- zredukowanie dzielnika do 1/2 zamiast 1/3 przy zachowaniu regulacji "dokładnej"

c.d.n.

[ChrzaniK]

Usprawnienia trwają ... Od strony konstrukcyjnej chyba osiągnąłem najlepsze możliwe wyniki. Przyszedł czas na wymianę scalaków na jakieś lepsze Zakupy w trakcie. Dostępność słaba, więc kupuje co jest dostępne. Nowe dzieci w drodze to:
- OP177 5zł
- OP27 8zł
- OPA604 12zł
- BUF634 36zł wersja SO8 jest za 18zł

W międzyczasie przedstawię porównanie OP275 z OPA552. Badanie dla 100kHz.

OPA552:
(przypomnę tylko że jego ciągła wydajność prądowa to 200mA)



OP275:
(precyzyjny z serii OP27 do audio)



Przebieg kwadratowy generowany z DDSa AD9833.
100kHz 0..5V

Zobaczymy czy BUF634 rozwiąże problem

[Wojtek]

ChrzaniK - skąd masz takie ładnie zakończone kabelki połaczeniowe do stykówki?

[Ertew]

/offtopic/
Wojtek ja też mam takie kabelki, kupiłem je 'przy okazji' w sklepie elkom-serwis. Wyglądają jak przewód linka lutowany (zaciskany?) do stalowych szpilek, następnie wsadzone w jakąś formę i zalane czarnym klejem/gumą/silikonem. Posiadają dość intensywny zapach gumy, w płytki mieszczą się max 3 w linii prostej, ale są dość przyjemne w dotyku i wyglądają na zrobione solidnie, pewnie do 1A wytrzymają.


Na zdjęciu moja płytka stykowa służąca za magazyn układów scalonych, widać też na niej pozostałości po kilku testach. Przewody dodane na pokaz, nie stworzyłem z nich jeszcze żadnego układu.

[ChrzaniK]

Witaj
Moje kabelki do stykówki (płytki uniwersalnej) są zakupione na allegro, za jakieś śmieszne pieniądze, nie pamiętam dokładnie za ile. Ale razem z ceną idzie też jakość, kabelki mają wysoką rezystancję i jest ich mało (drutu w kabelku). Do tego końcówki były upaprane klejem, który musiałem zeskrobać. A gumowe końcówki często mają duże pozostałości nadlewów. Ogólnie nie polecam. Co prawda mogą robić za bezpieczniki albo obciążenia zabezpieczające ale nie do tego są kable. I oczywiście śmierdzą strasznie przez miesiąc - to pewnie ta guma - tania guma. Cena za 65 sztuk to ok 10-15zł.

[ChrzaniK]

Remont pokoju dobiega końca to można powrócić do zabawy opampami

Ściągawka głównych parametrów kolekcji do testów:

Wszystkie ampy są pojedyncze, wyprowadzenia mają kompatybilne i w obudowach DIP8:

OP177 4zł (TME), Excellent gain linearity, CMRR=130dB Umax=+-22V, Imax=15mA, SR=0,3V/us, BW=0,6MHz
OP27 6zł (TME), Low noise, CMRR=126dB, Umax=+- 22V, Imax=25mA, SR=2,8V/us, BW=8MHz
LM7171 16zł (Farnell), Specified for ±15V&±5V, Umax=+-15V, Imax=140mA, SR=4100V/us, BW=220MHz,
OPA604 9zł (TME), Low distortion, Low noise, Umax=+-25V, Imax=40mA, SR=25V/us, BW=20MHz
BUF634 30zł (TME), Buffor, Umax=+-18V, Imax=250mA, SR=2000V/us, BW=30MHz

Legenda:
CMRR - Common Mode Rejection Ratio - Współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego
Umax - maksymalne zasilanie
Imax - maksymalny prąd wyjściowy
SR - Slave Rate - szybkość zbocza
BW - Bandwidth - szerokość pasma

c.d.n.

[ChrzaniK]

Witajcie
Przedstawię teraz oscylogramy w/w opampów dla częstotliwości 1MHz.

1. Platforma testowa:

Schemat:


Platforma wpierw dzieli napięcie wejściowe przez dwa,a następnie opamp wzmacnia do 10k/1k=10x około. Aby otrzymać jeszcze większe wzmocnienie należy zwiększyć rezystor do 20k-50k. Należy jednak liczyć się że wraz ze wzrostem wzmocnienia tracimy fazę i jakość.

Zasilanie symetrycznie: +-15V
Generator: AD9833 (max 12MHz)

Zasilacz i oscyloskop:


Płytka stykowa:


Scalaki:


2. Na pierwszy ogień pójdzie najtańszy:
OP177 4zł (TME), Excellent gain linearity, CMRR=130dB Umax=+-22V, Imax=15mA, SR=0,3V/us, BW=0,6MHz

Wejście: 0,2V/div Wyjście: 0,02V/div Częstotliwość: 1MHz
Wzmocnienie: 1/5, odwrócenie fazy: 180st., zniekształca przebieg, ogólnie nie daje rady z 1MHz.


3. Droższy trochę:
OP27 6zł (TME), Low noise, CMRR=126dB, Umax=+- 22V, Imax=25mA, SR=2,8V/us, BW=8MHz

Wejście: 0,2V/div Wyjście: 0,2V/div Częstotliwość: 1MHz
Wzmocnienie: 2x, odwrócenie fazy: ok 90st., ładny przebieg, ogólnie to dociąga do 1MHz, do stosowania max 100kHz.


4. Jeszcze trochę droższy:
OPA604 9zł (TME), Low distortion, Low noise, Umax=+-25V, Imax=40mA, SR=25V/us, BW=20MHz

Wejście: 0,2V/div Wyjście: 1V/div Częstotliwość: 1MHz
Wzmocnienie: 10x, odwrócenie fazy: ok 90st., ładny przebieg, daje radę z 1MHz, ale jak chcemy mieć mniejszą zmianę fazy i jeszcze większe wzmocnienie to należy ograniczyć się do 500kHz.


5. Bardzo drogi bufor video, szybki, ale nie amp:
BUF634 30zł (TME), Buffor, Umax=+-18V, Imax=250mA, SR=2000V/us, BW=30MHz

Wejście: 0,2V/div Wyjście: 0,05V/div Częstotliwość: 1MHz
Wzmocnienie: 1/2 , odwrócenie fazy: niewielkie, bardzo ładny przebieg, daje radę z ponad 1MHz, ale nie wzmacnia napięcia, tylko prąd do 300mA.


6. W średniej cenie szybki i mocny opamp:
LM7171 16zł (Farnell), Specified for ±15V&±5V, Umax=+-15V, Imax=140mA, SR=4100V/us, BW=220MHz,

Wejście: 0,1V/div Wyjście: 1V/div Częstotliwość: 1MHz
Wzmocnienie: 20x, odwrócenie fazy: BRAK, bardzo ładny przebieg, daje radę z 1MHz, ale da radę ze znacznie większymi częstotliwościami - podobny do AD811.


7. Ciekawostka - wzmacniacz na LM7171 dla MKP AVT2999:
Wejście: 0,5V/div Wyjście: 5V/div Częstotliwość: 100kHz
Wzmocnienie: ok 30x(dla 100kHz, a nie dla 1MHz), odwrócenie fazy: BRAK, bardzo ładny przebieg.


8. Ponownie LM7171 przebieg kwadratowy - powiedzmy kwadratowy - muszę kupić sobie lepszy generator...
Wejście: 2V/div Wyjście: 5V/div Częstotliwość: 1MHz
Wzmocnienie: 5x, odwrócenie fazy: BRAK, bardzo ładny przebieg, ładniejszy niż wejściowy.


9. Zakończenie:
Podsumowując: Zwyciężył LM7171, jako w miarę tani i uniwersalny opamp.
Dla zamożnych proponuję LT1210: Iout=1,1A, BW=35MHz, SR=900V.

W dalszych częściach regulowany filtr aktywny. Od 100Hz do 1MHz.

[ChrzaniK]

Witam,
przedstawię teraz schemat i obliczenia do filtru aktywnego dolnoprzepustowego, regulowanego płynnie od 100Hz do ok. 10MHz.

Schemat:


Zasada działania i obliczenia:


Prosty i działający kalkulator. Po wprowadzeniu danych: 2x R i 2x C otrzymujemy częstotliwość graniczną. Co ważne to wartość R1=R2 oraz C1=C2. To daje możliwość regulacji potencjometrem podwójnym liniowym. Np. 2x 1k.

Częstotliwość - pojemność (R=1k):
100Hz - 1,5uF
1kHz - 150nF
10kHz - 15nF
100kHz - 1,5nF
1MHz - 150pF

Oczywiście na zakresie 100Hz możemy płynnie regulować filtr od 100Hz do ponad 100MHz, ale dzięki zastosowaniu innych pojemności możemy bardziej dokładnie regulować wyższe częstotliwości graniczne.