Image206 (2)

■ Szkoła Konstruktorów

(Vcc = 5.0V, VEE ^a GND, TA ^g 25°C, unless otherwisa specified)

Parameter	Symbol	Conditions	LM358			Unit
			Min.	Typ.	Max
Input Offset VoKaga	Vio	VCM = 0V to MCC -1 5V Vo(P)»1 4V, RS = 0fl	-	29	7.0	mV
Inpjt Offset Current	IłO	-		6	50	nA
hpjt Bias Current	IBIAS	-	-	45	250	nA
Input Voltage Rangę	VKR)	VCC = 3DV (LM2904, VCC“26V)	0	-	Vdc -1.5	V
		Pi — — - irt\! .

W rainach trzeciej klasy Szkoły Konstruktorów zajmujemy się przykładami praktycznych obliczeń. Są to zazwyczaj nieskomplikowane obliczenia, z jakimi mamy do czynienia na co dzień. Przy okazji jesi to też praktyczna nauka korzystania z kart katalogowych.

Rozwiązanie zadania Policz 125

W EdW 7/2004 przedstawione było zadanie z serii Policz, które brzmiało: Budujemy proś-dulką przystawkę do pomiaru prądów stałych. Wykorzystamy poiówkę popularnego wzmacniacz operacyjnego LM358. Ponieważ zależy nam na małym spadku napięcia na rezystorze pomiarowym, wzmocnienie musi wynosić 40dB. Wzmocnione napięcie będzie mierzone popularnym cyfrowym woltomierzem (multimetrem) na zakresie 2V a może nawet 200m V. Zaprojektuj prosty układ takiego wzmacniacza według idei z rysunku B. Wartość rezystora pomiarowego Rx jest nieistotna będzie wynosić IQ lub mniej. Należy podać schemat i wartości elementów bloku zaznaczonego kolorem niebieskim. Jeśli ktoś urna to za potrzebne, może wykorzystać drugą poiówkę układu scalonego LM358 można przyjąć, ie obie mają identyczne wszystkie parametry.

Proste obliczenia

Pierwszym krokiem musi być przeliczenie podanej w decybelach wartości wzmocnienia napięciowego. Można było skorzystać z przekształconej zależności:

K[dB| = 201og(Uwy/Uwe).

Jeśli 40dB = 20 logio(Uwy/Uwe) to 40/20 = logio(Uwy/Uwe) czyli 2 = logio(Uwy/Uwe) a to oznacza, że:

Uwy/Uwe = 10² = 100

na kalkulatorze Windows (wersja naukowa) można to zrealizować, wprowadzając:

10 klawisz potęgowania x*y 2 klawisz ~ albo jako odwrotność logarytmu:

2 zaznaczy ć okienko ln\\ klawisz log

Wzmocnienie stało- i zmiennoprądowe ma wynosić 100.

Dwa proste schematy reahzuiące warunki zadania pokazane są na rysunku C. Rezystory w miarę możliwości powinny być precyzyjne, o tolerancji 1%, a dodatkowo warto zastosować potencjometr, który pozwoli uzyskać wzmocnienie dokładnie równe 100, niezależnie od tolerancji rezystorów. Dla uzyskania wzmocnienia równego 100 należy zachować stosunek Ra/Rb“99, ponieważ wykorzystujemy wzmacniacz nieodwracąjący, którego wzmocnienie określone jest wzorem Ku = Ka/Kb+1

Wartości Ra, Rb mogą być dobrane w' szerokim zakresie, od kilkuset omów do kilkudziesięciu, a nawet kilkuset kiloomów.

Gratulacje należą się wszystkim uczestnikom. którzy nadesłali podobne odpowiedzi. Takie prościutkic rozwiązania są prawidłowe i można by je było praktycznie wykorzystać w wielu zastosowaniach.

Dodatkowe czynniki

Przedstawiona dalej analiza zakłada dobrą znajomość podstawowych parametrów wzmacniacza operacyjnego. Początkujący Czytelnicy mogą mieć trudności zc zrozumieniem wszystkich podanych zależności, jednak nie powinni się tym stresować. Podany opis pokazuje wnikliwe podejście do zagadnienia, charakterystyczne dla profesjonalnych konstruktorów oraz najbardziej doświadczonych hobbystów, którzy chcą uwzględnić wszystkie szczegóły.

Materiał ten wzbogaci wszystkich, którzy rozumieją parametry wzmacniacza operacyjnego, natomiast zupełnie początkującym ma tylko pokazać, ile jeszcze muszą się nauczyć, żeby zostać dobrymi konstruktorami.

Otóż jeśli omawiany układ miałby być precyzyjnym miernikiem prądu, należałoby wziąć pod uwagę kilka dodatkowych czynników. Omawiany układ to przystawka do pomiaru prądu stałego. Gdyby woltomierz dołączyć wprost do rezystora Rx, to spadek napięcia na Rx musiałby wynosić 2V lub co najmniej 200mV. W praktycznych układach, na przykład w zasilaczach zależy nam. żeby ten spadek napięcia był jak najmniejszy i dlatego chcemy zastosować wzmacniacz.

W treści zadania była wzmianka, żc wzmocnienie naszego wzmacniacza ma wynosić 100. Jeśliby współpracujący woltomierz był 2-woltowy.

to maksymalny spadek napięcia na Rx sięgnie 20mV. Jeszcze korzystniej byłoby w przypadku woltomierza o zakresie 200mV, ho wtedy maksymalny spadek napięcia na Rx wyniósłby tylko 2mV, co jest wręcz pomijalną wartością Oznacza to jednocześnie, że rezystancja Rx miałaby bardzo małą wartość - być może nawet można byłoby mierzyć spadek napięcia na kawałku ścieżki.

Zmniejszanie spadku napięcia na Rx to znakomita idea. Wszystko byłoby pięknie, tylko niestety wzmacniacz operacyjny nie jest doskonały Jeśliby maksymalny sygnał wejściowy z rezystora Rx miał tylko kilka miliwol-tów, koniecznie należałoby uwzględnić niedoskonałość wzmacniacza, a konkretnie przeanalizować wpływ, a także możliwości redukcji wpływu: napięcia nie-zrównoważenia, prądów wejściowych, dryf-tów termicznych. Co istotne, nie mamy żadnego wpływu na diyft termiczny wejściowego napięcia niezrównoważenia, ale być może moglibyśmy zredukować wpływ napięcia niezrównoważenia i prądów wejściowych

Trzeba zajrzeć do katalogu. Wybrałem sposób zaprezentowania danych, pochodzący z katalogu Fuirchiid Semiconductor. ponieważ w katalogach niektórych innych firm występują dodatkowe opcje, odmienne wartości parametrów' i opis hywa mniej jednoznaczny. Podstaw ow e parametry podane są na rysunku I)

W tabeli w ogóle nie ma wielkości dryftu cieplnego wejściowego napięcia niezrównoważenia. Informacje podane na rysunku D dotyczą bowiem temperatury pokojowej (+25°C). Trzeba sięgnąć do innej tabelki, która pokazuje parametry w całym zakresie temperatur pracy, jakim dla kostki LM358 jest 0..>70°C. Informacje lakie pokazane są na rysunku E.

Średnia wartość dryftu cieplnego wejściowego napięcia niezrównoważenia wynosi 7 mikrowolrów na stopień Celsjusza. Nasz wzmacniacz ma wzmocnienie równe 100, więc trzeba liczyć się z dryfiem na wyjściu

40 Grudzień 2006 Elektronika dla Wszystkich