30 (270)

-

Ćwiczenie 3. Ujemne sprzężenie zwrotne, wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Rys. 23

wyjście

Wzmacniacz różnicowy

Kontynuujemy ćwiczenie 3, którego celem jest badanie układów pracy z ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Zrealizujmy jeszcze jeden termometr. Ale najpierw kilka słów wprowadzenia: otóż do tej pory mówiliśmy o wzmacniaczu odwracającym i nieodwracającym. Ale możemy powiedzieć, że tak naprawdę jest to ten sam układ z rysunku 23, tylko nazwa (odwracaj ący/nieodwraca-jący) wskazuje, na które wejście podajemy wzmacniany sygnał, a co łączymy do masy. Tu można dojść do słusznego wniosku, iż wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym w rzeczywistości ma dwa wejścia. 1 co ważne, oba wejścia można wykorzystać jednocześnie. A co byś powiedział na układ termometru według rysunku 24? W roli czujników wykorzystujemy tu dwa jednakowe obwody R1,D1 oraz R2,D2. Wzmacniacz operacyjny wzmocni różnicę napięć występującą między punktami A, B.

Jeśli temperatura obu diod jest jednakowa, różnica napięć w punktach A, B jest równa zeru i wzmacniacz nie ma czego wzmacniać. Jeśli wystąpi różnica temperatur i napięć, wzmacniacz po prostu tę różnicę wzmocni. Wszystko jasne?

Na pewno jasne?

No to mam kilka pytań:

1.    Jakie będzie napięcie na wyjściu, czyli w punkcie C, gdy napięcia w punktach A, B będą równe? Czy będzie równe zeru?

2.    Jakie tak naprawdę jest wzmocnienie takiego układu? Bo mówiliśmy, że wzmacniacz odwracają- _D1

cy ma wzmocnienie Rr/Ra, a nieodwracający (Rb/Ra+1 )• A tu mamy jednocześnie i wzmacniacz odwracający i nieodwracający. Jakie więc jest rzeczywiste wzmocnienie? Czy nie ma tu sprzeczności?

Jeśli chcesz, zbuduj taki układ z kostką LM358 i zmierz napięcia (mój model pokazany jest na fotografii 25). Przekonasz się, iż żadnej sprzeczności nie ma, a zagadka

jest prosta. Być może jednak będziesz zaskoczony odpowiedzią, którą znajdziesz w Technikaliach. Jeszcze łatwiejsza jest odpowiedź na pierwsze pytanie. Otóż napięcie „spoczynkowe” w punkcie C przy zerowej różnicy temperatur wcale nie będzie równe zeru, a co jeszcze gorsze, nie będzie miało jednej ustalonej wartości. Możesz je zmierzyć (dla pewności możesz przy tym zewrzeć punkty A, B). Napięcie na wyjściu będzie wtedy równe napięciu przewodzenia diod, a jak wiadomo, napięcie to zmienia się w funkcji temperatury ze współczynnikiem około -2mV/stopień.

No tak - odkryliśmy smutną prawdę. Dobrze zapowiadający się układ z rysunku 24 istot-nie reaguje głównie na różnicę temperatur, ale ma też istotną wadę: napięcie

+12V O

spoczynkowe będzie zmieniać się wraz z temperaturą i to także przy zerowej różnicy temperatur diod. Czyli układ wcale nie jest prawdziwym termometrem różnicowym, bo napięcie wyjściowe zależy też od napięcia na diodach, czyli napięcia wspólnego. Co prawda wzmocnienie różnicowe układu z rysunku 24 jest duże - stosunek Rb/R.a to około 46 razy, natomiast wzmocnienie sygnału wspólnego jest małe, dokładnie równe l, więc błąd nie byłby wielki, około 2%. Jednak podkreślam, że nie jest to prawdziwy wzmacniacz różnicowy. Prawdziwy wzmacniacz różnicowy powinien, po pierwsze, wzmacniać tylko różnicę napięć i w ogóle nie reagować na zmiany napięcia wspólnego, czyli wzmocnienie dla sygnału wspólnego ma wynosić 0.

Po drugie, należy oczekiwać, że przy zerowej różnicy temperatur na wyjściu powinno występować napięcie równe zeru. Ale przecież różnica temperatur może być dodatnia lub ujemna, zależnie od tego, którą diodę uznamy za czujnik główny, a którą za czujnik odniesienia. A jeśli różnica temperatur może być dodatnia lub ujemna, to stosownie do tego na wyjściu powinno pojawiać się napięcie dodatnie lub ujemne. No tak, ale to byłoby ewentualnie możliwe tylko przy zasilaniu układu napięciem symetrycznym.

Natomiast w układzie z rysunku 24 spoczynkowe napięcie wyjściowe nie jest równe zeru, tylko napięciu przewodzenia diod, czyli wynosi około +0,6V...+0,7V. Ponadto przy pojedynczym

30 Luty2010 Elektronika dla Wszystkich