Transformacja napięcia zmiennego.

[adi19887]

Witam serdecznie,

Próbuje od jakiegoś czasu zasymulować obwód, który miałby za zadanie nadanie offsetu napieciu a następnie je wzmocnić. Symulację przeprowadzam z różnymi częstotliwościami (domyślnie ma pracować z f=20Hz...100kHz). Tutaj pojawia się problem. Gdy symuluję działanie układu dla częstotliwości poniżej 50kHz parametry wyglądają w porządku (otrzymuję sygnał przemienny o Upp=5V) jednak powyżej tej częstotliwości notuje duże odchyłki (nawet rzędu delta Upp=0.1V). Zamieszczam schemat układu poniżej. Piszę tutaj ponieważ po przewertowaniu książki P. Piotra Góreckiego nie znalazłem odpowiedzi lub też niedostatecznie uważnie czytałem. Proszę o pomoc.

Pozwólcie zadać mi jeszcze jedno pytanie. Nie mogę w notach katalogowych wyszukać charakterystyk częstotliwościowych wzmacniaczy (zależność wzmocnienie-czestotliwosć) czy istnieje jakiś tajemny sposób na ich odszukanie ??

[Jony130]

Ale TL372 to komparator a nie WO? To jak to ma w ogóle działać?
I dla jakiego WO nie możesz w nocie znaleźć tej charakterystyki?
I do tego zadania jeden WO nie wystarczy?

[adi19887]

Moim zamysłem było:
1) Napięcie wejsciowe układu ±622mV (składowa stała +349mV). Pierwszy Wzmacniacz (różnicowy) Rozkłada sygnał symetrycznie względem 0 natomiast drugi to wtórnik, a ostatni to wzmacniacz w konfiguracji nieodwracającej wzmacniający sygnał ok 15x.

2) Jeżeli jest sposób na zrobienie tych rzeczy na jednym wzmacniaczu to proszę podaj go bo chętnie się przyjrzę.

3) Jeżeli chodzi o charakterystyki to wstyd się przyznać ale dla żadnego z użytych wzmacniaczy nie znalazłem takowej.
Pozdrawiam

[Jony130]

1) Napięcie wejsciowe układu ±622mV (składowa stała +349mV). Pierwszy Wzmacniacz (różnicowy) Rozkłada sygnał symetrycznie względem 0 natomiast drugi to wtórnik, a ostatni to wzmacniacz w konfiguracji nieodwracającej wzmacniający sygnał ok 15x.

Co cię podkusiło robić wzmacniacz różnicowy na komparatorze i to jeszcze typu otwarty dren? Jak to ma w ogóle poprawnie działać ?
I po co ten wtórnik? On jest tu kompletnie zbędny.

2) Jeżeli jest sposób na zrobienie tych rzeczy na jednym wzmacniaczu to proszę podaj go bo chętnie się przyjrzę.

Ile ma wynosić składowa stałą na wyjściu układu 15 x 0.349V?
A ta składowa stałe też będzie się zmieniać? Czy ona zawsze wynosi te 0.349V nie zależ nie od częstotliwości składowej zmiennej.

3) Jeżeli chodzi o charakterystyki to wstyd się przyznać ale dla żadnego z użytych wzmacniaczy nie znalazłem takowej.

Zobacz na rysunek 12 na stronie 13.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl071a.pdf

[adi19887]

Rzeczywiście. Nie wiem dlaczego komparator - błąd w rozumowaniu. Wtórnik wywaliłem.
Mam schemat wg tego co jest w załączniku - nadal mi tłumi sygnał. Jeżeli dobrze czytam z charakterystyki, co do istnienia której mnie uświadomiłeś, to przy tej czestotliwosci wzmacniacz powinien mieć wzmocnienie ok 50x (w porównaniu do mojego 16 to zapas wzmocnienia jest duży). Gdzie robię błąd.

Składową stałą likwiduję pierwszym wzmacniaczem - i tak naprawdę nie chcę jej więcej w układzie oglądać. Mnie zależy na symetrycznym (względem 0) napięciu.

[Jony130]

Nie widzę schematu. I skoro chcesz usunąć składową zmienną z przebiegu to czemu po prostu nie dasz kondensatora?

[adi19887]

Rzeczywiście nie dodałem - naprawiam ten błąd teraz.
Jeżeli chodzi i dodanie kondensatora to miałem to pierwotnie na myśli - jednak nie umiem tego wyliczyć niestety.

[Jony130]

Tu masz schemat z jednym WO i kondensatorami do odcinania składowej stałej.
Co do obliczeń to są one bajecznie proste. Wystarczy ten wzór
F = 1/(2 * pi* F * RC ) a my chcemy obliczyć C czyli mamy :

C = 1/(2 * pi * F * R) ≈ 0.16/( F * R)

I skoro u ciebie Fmin to 20Hz to obliczamy

C1 ≥ 0.16/( 2Hz * 100KΩ) ≈ 800nF = 1µF.

Dlaczego do wzoru dałem 2Hz zamiast 20Hz? Ano dlatego by nasz filtr nie tłumił częstotliwości 20Hz.

[adi19887]

W tym wypadku kondensator C1 o tej pojemności usunie składową stałą z układu. W związku z tym mam kolejne pytanie. Jak zachowa się układ przy częstotliowści sygnału wejściowego na poziomie 100kHz ?

Możesz mi wytłumaczyć jeszcze jaką rolę spełniają tutaj kondensatory elektrolityczne ?

Złożyłem układ wg schematu podanego przez ciebie. Ciągle występuje tłumienie sygnału nawet na poziomie ±0.5V. Czego jest to wina ? Wzmacniacza ?

[Jony130]

W tym wypadku kondensator C1 o tej pojemności usunie składową stałą z układu. W związku z tym mam kolejne pytanie. Jak zachowa się układ przy częstotliowści sygnału wejściowego na poziomie 100kHz ?

Tak włączone kondensatory wpływają tylko na wzmocnienie w zakresie dolnych częstotliwości.

Możesz mi wytłumaczyć jeszcze jaką rolę spełniają tutaj kondensatory elektrolityczne ?

C2 powoduje że wzmocnie nie WO dla prądu zmiennego wynosi 1V/V. Czyli nie wzmacniamy niepotrzebnie napięcie stałego (dc offsetu).

Złożyłem układ wg schematu podanego przez ciebie. Ciągle występuje tłumienie sygnału nawet na poziomie ±0.5V. Czego jest to wina ? Wzmacniacza ?

No a jak myślisz? Ile wynosi górna częstotliwość graniczna dla twojego WO gdy ma wzmocnienie równe 16?

[adi19887]

Jeżeli dobrze odczytuję z charakterystyki to dla wzmocnienia 16 to maksymalna częstotliwość wynosi ok 500kHz . Jeżeli jestem w blędzie proszę oświeć mnie.

Ostatnie myślę pytanie. Jaki istnieje dogodny dla zwykłego człowieka sposób na wyszukiwanie odpowiedniego wzmacniacza ? Czy jednak potrzebne jest długie ślęczenie przed datasheetami w internecie?

[elbober]

Małe wtrącenie. Do wyszukania odpowiedniego wzmacniacza potrzeba:
1. datasheet
2. doświadczenie z WO (różnymi).
Może p. 1 i 2 na odwrót

[Jony130]

Jeżeli dobrze odczytuję z charakterystyki to dla wzmocnienia 16 to maksymalna częstotliwość wynosi ok 500kHz . Jeżeli jestem w blędzie proszę oświeć mnie.

Na wykresie to dosyć ciężko się odczytuje, dlatego lepie jest to obliczyć.
I tak dla TL074 odczytujemy z noty Unity-Gain Bandwidth - Jest to częstotliwość dla której wzmocnienie w otwartej pętli maleje do 1V/V.
I np. mając WO o wzmocnieniu 16V/V (w zamkniętej pętli) i Unity-Gain Bandwidth = 3MHz (TL07X)
Górna częstotliwość graniczna wyniesie
Fg = 3MHz/16 = 187KHz i jest to -3dB częstotliwość graniczna. Czyli gdy wzmocnienie zmalej do 16*0.707 = 11.3V/V
I tu mamy winnego spadku wzmocnienia dla 100Khz.
Dla 100khz wzmocnienie będzie równe ok

16 * 1/√(1 + (100Khz/187Khz)²) = 16 * 1/√(1 + 0.534²) = 16*1/√( 1 + 0.285) = 16*1/√1.285 = 16 * 0.882 = 14.1V/V

By zaradzić temu ograniczeniu trzeba albo poszukać lepszy WO.
Albo wykorzystać jeszcze jedne wzmacniacz TL07X.
Rozbijając wzmocnienia na 2 wzmacniacze możemy poszerzyć pasmo.
Chcemy by wypadkowe wzmocnienie wynosił ok 16V/V czyli wzmocnienie pojedynczego stopnia musi wynosić
Av1 =√16 = 4 bo 4*4 = 16.
A TL07X dla wzmocnienie 4V/V ma Fg równa
Fg = 3Mhz/4 = 750KHz Co nam na pewno wystarczy.
Dokładne obliczenia mówią o wzmocnieniu dla 100Khz na poziome 15.7V/V.

Ostatnie myślę pytanie. Jaki istnieje dogodny dla zwykłego człowieka sposób na wyszukiwanie odpowiedniego wzmacniacza ? Czy jednak potrzebne jest długie ślęczenie przed datasheetami w internecie?

Filtry w TME, Farnell, DigiKey, lub na stronach producentów.

[adi19887]

Czy wzmacniacz ne5532 nadawałby się do tego zadania ? W symulacji obniża mi napięcie Vpp o ok ±50mV.

W równaniu wyżej to 0.707 (√2/2) skąd to wziąłeś ? Jest to związane z pasmem -3dB?

Dziękuję za dotychczasowe odpowiedzi.

[Jony130]

Czy wzmacniacz ne5532 nadawałby się do tego zadania ? W symulacji obniża mi napięcie Vpp o ok ±50mV.

Tak nada się wyśmienicie wszak ma Unity-Gain Bandwidth na poziomo 10Mhz.

W równaniu wyżej to 0.707 (√2/2) skąd to wziąłeś ? Jest to związane z pasmem -3dB?

Tak, te 1/√2 ≈ 0.707 to -3dB w skali liniowej.