Aplikacje wzmacniaczy operacyjnych cz2.pdf
(
575 KB
)
Pobierz
1265531 UNPDF
PŁYTKI WIELOFUNKCYJNE
APLIKACJE
WZMACNIACZY
OPERACYJNYCH
część 2
W pierwszym numerze naszego
czasopisma zaproponowaliśmy prak−
tyczne zapoznanie się z jednym z “ko−
ni pociągowych” elektroniki − wzmac−
niaczem operacyjnym. Zaprezentowa−
liśmy dwa pożyteczne urządzenia:
przełącznik sterowany dowolnym pilo−
tem i tester podzespołów. Dziś opisu−
jemy kolejne: programowany przed−
wzmacniacz mikrofonowy i dwa miga−
cze dużej mocy.
Wszystkie przedstawione układy
można zmontować na płytce wielofun−
kcyjnej PW−01. Jak zwykle, nie wszys−
tkie zaznaczone na płytce elementy
będą montowane. Dla ułatwienia mon−
tażu zamieszczamy schematy i rysun−
ki zawierające tylko niezbędne ele−
menty i dlatego ich numeracja nie jest
ciągła. Pełny rysunek płytki drukowa−
nej i schemat zawierający wszystkie
możliwe elementy można znaleźć
w EdW1/96 na str. 9.
Uniwersalny przedwzmacniacz audio współpracujący
z dowolnym źródłem sygnału
*
*
Właściwości:
małe szumy i dobre parametry dynamiczne dzięki zastosowaniu nowoczesnego układu NE5532
duże wzmocnienie i szerokie pasmo dzięki zastosowaniu dwóch stopni wzmocnienia
szeroki zakres napięcia zasilającego
Najważniejsze parametry:
Wzmocnienie: programowane zworami
10x...10000x
Pasmo przenoszenia: 20Hz...20kHz
Rezystancja wejściowa: 40k
W
Zasilanie: 5...24V
3. Programowany
przedwzmacniacz mikrofonowy
*
*
Wzmocnienie Zwory w miejscu:
10x
C6, C7, C12
100x
C7, C12
1000x
C12
10000x
bez zwór
Schemat ideowy wzmacniacza jest poka−
zany na
rysunku 1
, a montażowy na
rysun−
ku 2
. Układ może współpracować z dowol−
nym mikrofonem, lub innym źródłem sygnału
małej częstotliwości. Rezystor R2 potrzebny
jest tylko wtedy, gdy używany jest dwukoń−
cówkowy mikrofon elektretowy; w pozosta−
łych zastosowaniach nie należy go monto−
wać.
Zmienny sygnał wejściowy podawany jest
przez kondensator C4 na nóżkę 3 wzmacnia−
cza operacyjnego U1A, który pracuje w kon−
figuracji wzmacniacza nieodwracającego.
Rezystory R4 i R5 ustalają napięcie stałe na
tej końcówce (napięcie stałe na nóżkach
1 i 2 jest takie same). Wzmocniony sygnał
zmienny przechodzi do drugiego stopnia −
wzmacniacza odwracającego z układem
U1B. Rezystory R12 i R13 ustalają napięcia
stałe na nóżkach 5, 6 i 7 równe połowie na−
pięcia zasilającego. Celowo zastosowano re−
zystor R5 o wartości mniejszej niż R4, aby
napięcie na wyjściu układu U1A było mniej−
sze niż napięcie na nóżce 6 U1B. Wtedy kon−
densator elektrolityczny C8 jest zawsze spo−
laryzowany napięciem stałym o właściwej
biegunowości.
Wzmocnienie ustalane jest przez rezysto−
ry R8, R9 i R15, R16. Przewidziano możli−
wość zmiany wzmocnienia w szerokich gra−
nicach przez wykonanie lub usunięcie zwór
w miejscach oznaczonych na płytce C6, C7,
C11, C12. Oczywiście, rezystory R8, R9, R15
i R16 można według potrzeby zmieniać, byle
ich wartość zawierała się w granicach
1...100k
W
.
Oprócz standardowych kondensatorów
odsprzęgających zasilanie (C1, C2) w ukła−
dzie celowo zastosowano dodatkową filtrację
napięcia polaryzującego obwody wejściowe
pierwszego stopnia (R1C3), aby uniknąć sa−
mowzbudzenia układu przy wartościach
wzmocnienia rzędu tysięcy. Podobną rolę dla
drugiego stopnia pełni kondensator C18.
8
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
PŁYTKI WIELOFUNKCYJNE
Rys.1
Mikrofon elektretowy
Obecnie najpopularniejszy i najtanszy
mikrofon o dookólnej charakterystyce
skuteczności i szerokim pasmie jest
rodzajem mikrofonu pojemnościowe−
go. Ponieważ element czynny ma
właściwości kondensatora i charakte−
ryzuje się bardzo dużą rezystancją
wewnętrzną, więc każdy mikrofon
elektretowy zawiera tranzystor polowy
umożliwiający współpracę z typowymi
dla układów audio impedancjami rzę−
du setek omów...dziesiątek kiloomów.
Najpopularniejsze są mikrofony dwu−
końcówkowe, ale spotyka się często
trzykońcówkowe. Mikrofony dwukoń−
cówkowe muszą być polaryzowane
przez rezystor, pełniący też rolę ob−
ciążenia. Wartość tego rezystora nie
jest krytyczna, zwykle jest rzędu
1...10k
W
. Czym większa jest ta rezys−
tancja, tym większy sygnał wyjściowy,
ale i większa podatność na zewnętr−
zne zakłócenia. Zakres napięć zasila−
nia mikrofonów trzykońcówkowych
wynosi zwykle 3...15V. W przypadku
mikrofonów dwukońcówkowych wy−
starczy, żeby napięcie na mikrofonie
nie było mniejsze niż 1V.
Należy zwrócić uwagę, że napięcie
zasilające mikrofonu dwukońcówko−
wego musi być dobrze filtrowane, po−
nieważ sygnał użyteczny występuje
na rezystorze obciążenia, który naj−
częściej jest dołączony do plusa zasi−
lania, a nie do masy.
W praktyce łatwo ustalić biegunowość
mikrofonu, bowiem metalowa obudo−
wa połączona jest z końcówką ujem−
ną. W trzykońcówkowych wyjściem
sygnału jest zwykle końcówka środko−
wa.
Dzięki obecności kondensatora C16, na
wyjściu (punkt A) nie występuje napięcie sta−
łe z nóżki 7 układu U1B.
du scalonego.
W modelu zwory programujące wzmocnienie
(w miejscu C6, C7, C15, C16) wykonano z ob−
ciętych koncówek wcześniej wlutowanych
elementów. Właściwe dołączenie mikrofonu
elektretowego w miejsce rezystora R3 ułatwi
rysunek w ramce.
Po zmontowaniu należy starannie spraw−
dzić poprawność montażu według rysunków
1i2.
Układ zmontowany ze sprawnych ele−
mentów nie wymaga uruchamiania − od razu
pracuje poprawnie.
Gdyby układ nie chciał pracować, należy
najpierw sprawdzić napięcia stałe na nóżce
7 (połowa Uzas) i nóżce 1 (trochę mniej niż
połowa Uzas). Jeśli te napięcia są inne, nale−
ży odszukać
uszkodzony lub
błędnie wluto−
wany element,
np. zamienione
rezystory lub
odwrotnie wluto−
wany kondensa−
tor elektrolitycz−
ny.
Model pokazany
na fotografii
przy zasilaniu
12V pobiera
7mA prądu, przy
24V − 9mA.
Egzemplarz mo−
delowy pracuje
bez zarzutu przy
wszystkich war−
tościach
wzmocnienia,
jednak przy
Montaż i uruchomienie
Ponieważ w układzie nie wykorzystuje się
wszystkich elementów, część płytki można
odciąć według zaznaczonej linii, tak jak uczy−
niono to w modelu.
Montaż należy rozpocząć od wykonania
dwóch zwór: między punktami Y,Y oraz
w miejscu rezystora R25.
Wszystkie elementy można zmontować
w dowolnej kolejności, zwracając szczególną
uwagę na biegunowość kondensatorów elek−
trolitycznych oraz położenie podstawki i ukła−
Rys.2
wzmocnieniu rzędu tysięcy należy zapewnić
dobrą filtrację napięcia zasilającego, szcze−
gólnie gdyby przedwzmacniacz miał współ−
pracować ze wzmacniaczem mocy. W takim
przypadku aby uniknąć samowzbudzenia na−
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
9
PŁYTKI WIELOFUNKCYJNE
Wzmacniacz odwracający
Praktyczne układy pracy pokazano na rysunkach.
Wzmocnienie dla sygnałów zmiennych wynosi:
G = R1/R2. Pewną wadą wzmacniacza odwracają
cego jest stosunkowo mała rezystancja wejściowa
równa wartości R2 (rezystancja R1 nie powinna być
większa niż kilkaset kiloomów). Orientacyjna dolna
częstotliwość graniczna: fd = 0,16/(R2
.
C1) , górna −
podobnie jak we wzmacniaczu nieodwracającym.
leży też właściwie poprowadzić obwód masy.
Omówienie tego tematu wykracza jednak po−
za ramy niniejszego artykułu.
Wzmacniacz nieodwracający
Typowy układ wzmacniacza nieodwracającego pokazany jest na rysunkach. W przy−
padku zasilania układu pojedynczym napięciem konieczny jest obwód polaryzujący
wejście napięciem stałym, równym zwykle połowie napięcia zasilającego, oraz kon−
densator separujący włączony w szereg z rezystorem R2 (rys b, c). Należy dobrze
filtrować napięcie zasilania obwodu polaryzującego wejście, bowiem wszelkie “śmie−
ci” pojawiające się na dodatniej szynie zasilającej mogą przedostawać się do wejścia
i być wzmacniane, co w skrajnym przypadku może nawet spowodować samowzbu−
dzenie − dlatego lepszy jest układ z rysunku c. Na wyjściu układów bi c występuje
napięcie stałe wyznaczone przez rezystory Rp.
Wzmocnienie dla sygnałów zmiennych jest równe: G = 1 + R1/R2
Ważna zaletą jest duża rezystancja wejściowa wzmacniacza;
− w układzie z rysunku a jest ona rzędu megaomów,
− wg rysunku b: Rp/2
− wg rysunku c: R3.
Dolna częstotliwość graniczna zależy od pojemności sprzęgających C1 i C2. Orientacyjnie: fd
= 0,32/(Rp
.
C1) = 0,16/(R2
.
C2) = 0,16/(R3*C1)
Górna częstotliwość graniczna wynika z właściwości wzmacniacza operacyjnego
i zależy od wzmocnienia: większe wzmocnienie − węższe pasmo. Kostka NE5532
przy wzmocnieniu 100 ma pasmo ponad 100kHz.
WYKAZ ELEMENTÓW:
Rezystory
R1,R7,R10: 1k
W
R2: 4,7k
W
R4,R12,R13: 100k
W
R5: 68k
W
R8: 9,1k
W
R9,R16: 91k
W
R15: 10k
W
Kondensatory
C1,C3: 47µF/25V
C2: 100nF ceramiczny
C4: 1µF stały
C5,C8,C16,C18: 10µF/25V
Inne
U1: TL082
M1: mikrofon elektretowy
* płytka drukowana PW−01
4. Impulsator − migacz dużej mocy
W urządzeniach sygnalizacyjnych, alar−
mowych, do sterowania reklam często po−
trzebny okazuje się impulsator, inaczej mó−
wiąc przerywacz lub migacz, który w ustalo−
nym rytmie włącza i wyłącza obciążenie, naj−
częściej żarówki.
Proponujemy dwie wersje takiego urzą−
dzenia. Pierwsza przeznaczona jest do stero−
wania żarówek samochodowych, druga − od−
biorników zasilanych z sieci 220V.
Schematy ideowy i montażowy wersji
pierwszej pokazane są na
rysunkach 3 i 4
.
Podstawą jest wzmacniacz operacyjny pra−
cujący w roli generatora. Zasadę działania ta−
kiego generatora opisano w EdW1/96 na
str. 14. Częstotliwość przebiegu wy−
Uniwersalny impulsator do
sterowania lampami dużej
mocy
Prosta konstrukcja, niewielka ilość ele−
mentów, łatwy montaż,
łatwy dobór częstotliwości pracy
Szeroki zakres zastosowań: domowe,
motoryzacyjne, przemysłowe.
10
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
PŁYTKI WIELOFUNKCYJNE
Tranzystor polowy z izolowa−
ną bramką i kanałem N
Rys. 3
Podstawową zaletą takiego tranzystora jest
fakt, że obwód bramki praktycznie nie po−
biera prądu − otwieranie tranzystora odby−
wa się pod wpływem napięcia. Gdy napię−
cie UGS między bramką G (gate) a źród−
łem S (source) jest równe zeru, tranzystor
jest zatkany i w obwodzie dren D − źródło
S nie płynie żaden prąd. Przy wzroście na−
pięcia UGS po przekroczeniu pewnego na−
pięcia tranzystor zaczyna się stopniowo ot−
wierać, zmniejsza się jego rezystancja
i w obwodzie dren−źródło może płynąć
prąd. Rezystancja między drenem a źród−
łem zmniejsza się ze wzrostem UGS, ale
nie do zera, tylko do pewnej minimalnej
wartości, w katalogach zwanej RDSon.
Tranzystory na niższe napięcie pracy UDS
mają generalnie mniejszą minimalną rezys−
tancję RDSon. Dla różnych tranzystorów
rezystancje te wynoszą:
BUZ10 (50V) − 0,07
W
BUZ11A (50V) − 0,055
W
BUZ71A (50V) − 0,12
W
BUZ72A (100V) − 0,25
W
BUZ73 (200V) − 0,4
W
BUZ74 (500V) − 3,0
W
BUZ91A (600V) − 0,9
W
BUZ92 (600V) − 3,0
W
BUZ80 (800V) − 4,0
W
W nawiasach podano maksymalne napięcie pra−
cy UDS.
Straty mocy w przewodącym tranzystorze są pro−
porcjonalne do płynącego prądu:
Rys. 4
jściowego wynika z wartości elementów
R11, C9 i można ją zmieniać w bardzo
szerokim zakresie od około 1MHz do
drobnych ułamków herca. W układzie
zawierającym żarówki częstotliwość nie
może być mniejsza niż około 1Hz, po−
nieważ świecące włókno nie zdąży
ostygnąć i efekt migotania będzie słaby.
W naszym układzie wzmacniacz ope−
racyjny U1A nie jest wykorzystany.
W wersji pierwszej elementem wyko−
nawczym jest tranzystor polowy typu
MOSFET. W stanie otwarcia ma on re−
zystancję rzędu ułamka oma (zależnie
od typu), wobec czego nie jest koniecz−
ne stosowanie radiatora nawet jeśli ob−
ciążeniem jest duża żarówka samocho−
dowa o mocy 50W. Przy takiej mocy ża−
Pstr = I
2
.
RDSon
Rys. 5
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
11
PŁYTKI WIELOFUNKCYJNE
Rys. 7
rówki celowe będzie wzmocnienie ście−
żek przewodzących tak duży prąd dru−
tem lub srebrzanką przylutowaną do
punktów lutowniczych i ścieżek.
Różne możliwości podłączenia poka−
zuje rysunek 5. Wersja z rysunku 5b mo−
że okazać się interesująca, bowiem po−
bór prądu przez układ sterujący zawie−
rający “oszczędną” kostkę TL062 wyno−
si tylko 0,38mA (z układem TL082 około
5mA).
Inna wersja impulsatora pokazana jest na
rysunkach 6 i 7. Elementem wykonawczym
jest przekaźnik o obciążalności styków
8...16A, co umożliwia sterowanie dowolnym
obciążeniem, także urządzeniami zasilanymi
z sieci energetycznej. Dioda D4 likwiduje
przepięcia powstające podczas wyłączania
przekaźnika, które mogłyby uszkodzić tran−
zystor. Dzielnik napięcia R21 i R23 jest ko−
nieczny, ponieważ “w stanie niskim” napięcie
na wyjściu układu U1B wynosi prawie 1,5V.
Przy braku R23 powodowałoby to ciągłe
przewodzenie tranzystora T1.
W wersji z przekaźnikiem zaleca się sto−
sować mniejszą częstotliwość przełączania
z uwagi na ograniczoną trwałość styków
przekaźnika − należy zwiększyć pojemność
C9 i ewentualnie także wartość R15 do
1...4,7M
W
.
Przykładowo przy napięciu sieci 220V
i obciążeniu rezystancyjnym 400W oczekiwa−
na trwałość styków krajowego przekaźnika
RM81 wyniesie około 1mln zadziałań, a przy
200W − dwukrotnie więcej.
Do wersji z tranzystorem MOSFET płytkę
można obciąć wzdłuż zaznaczonej linii. Nale−
ży też wlutować zworę między punktami Y,
Y i w miejscu kondensatora C16. UWAGA!
Wyprowadzenia drenu i źródła tranzystora T3
trzeba zamienić miejscami − to znaczy odpo−
wiednio wykrępować przed wlutowaniem
w płytkę. W niektórych egzemplarzach płytki
drukowanej PW−01 zdarzają się przerwy mię−
dzy ścieżką masy, a srodkowym punktem lu−
towniczym tranzystora T3 − w razie potrzeby
należy w tym miejscu zeskrobać lakier ze
ścieżki masy i kroplą cyny poprawić połącze−
nie.
W wersji z przekaźnikiem należy dodatko−
wo wlutować zworę w miejsce diody D5, aby
połączyć rezystor R23 do masy.
Montaż i uruchomienie
W obu wersjach należy wykonać zworę
w miejscu rezystora R14 i wlutować elemen−
ty (w dowolnej, wygodnej kolejności). Poje−
dynczy rezystor oznaczony na schematach
R15+R16 należy wlutować “na leżąco” w ot−
wory przewodziane pod rezystory R15 i R16.
Piotr Górecki
WYKAZ ELEMENTÓW:
Rezystory
R11,R12,R13,R15+R16: 100k
W
Kondensatory
C1: 47µF/25V
C2: 100nF ceramiczny
C9: 10µF/25V
Tranzystory
T3: BUZ10
Inne
U1: TL062
* płytka drukowana PW−01
* przewód dwużyłowy
Rys. 6
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96
12
Plik z chomika:
pilot1216
Inne pliki z tego folderu:
Aplikacje wzmacniaczy operacyjnych cz1.pdf
(3229 KB)
Aplikacje wzmacniaczy operacyjnych cz2.pdf
(575 KB)
Aplikacje wzmacniaczy operacyjnych cz3.pdf
(571 KB)
Aplikacje wzmacniaczy operacyjnych cz4.pdf
(434 KB)
Aplikacje wzmacniaczy operacyjnych, cz5.pdf
(401 KB)
Inne foldery tego chomika:
- II w.św. - Pacyfik, Azja
- II w.św. - Rosja - ZSRR
- II w.św. Afryka, Atlantyk
- ★ Oszukać Umysł
ENCYKLOPEDIA KOŚCIELNA
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin