Ośla łączka
EdW A07
EdW A07
Elektronika dla poczÄ…tkujÄ…cych,
Elektronika dla poczÄ…tkujÄ…cych,
czyli wyprawy na oślą łączkę
czyli wyprawy na oślą łączkę
Ćwiczenie 4. Wzmacnianie sygnałów zmiennych
7-24V
Nieodwracający wzmacniacz przebiegów U+
U+
zmiennych
7-24V
R2 C3
RF 1k
R
1
k

F
C4
Można byłoby zrealizować wzmacniacz nie- 100k
1000 F
1
0
0
0

F
100nF
odwracajÄ…cy z klasycznym obwodem sztucz-
TL082
nej masy według rysunku 5. Ale układ można
R2
RP 100k
R
uprościć. Jednak zdecydowanie błędne byłyby CI
C
P
I
CO
C
O
+
2
,
2
k

R
0,22 F RB wy 2,2k
0
,
2
2

F
B
oszczędne rozwiązania według rysunku 6. 10 F
1
0

F
TL082
we
Jeśli nie widzisz dlaczego, zbuduj takie układy
22k
2
2
k

CI
C
R3
R
3
I
i zmierz napięcie stałe na wyjściu wzmacnia-
+
RA
R
1M
1
M
R
A
0,22 F RB
0
,
2
2

F
B
+
cza. W zasadzie układ prawidłowego wzmac- R1
wy
1...10k
100k
niacza nieodwracającego mógłby wyglądać
22k
2
2
k

CA C1
C
A
R1
jak na rysunku 7. I w najmniej wymagajÄ…cych
10 F...22 F 100 F
1
0

F
.
.
.
2
2

F
1
0
0

F
RA
R
A
RO
R
100k
O
Me
zastosowaniach można taki układ wykorzystać.
1k
1
k

100k
1
0
0
k

Jednakowe rezystory R1, R2 ustalają napięcie Rys. 7 zany jest na fotografii
CA
C
A
stałe na wejściu nieodwracającym. Z uwagi na 9. Kondensator C3 mógłby mieć
10 F
1
0

F
obecność kondensatora C dla napięć stałych pojemność 100...220uF, a zasto-
A
C2 100nF
C
2
1
0
0
n
F
wzmocnienie wynosi 1  jest to wtórnik, więc sowałem 1000uF dlatego, że w Rys. 8
takie same napięcia stałe panują też na wej- zestawie EdW A07 są tylko dwa czerwoną strzałką. A napięcie zasilające, wbrew
ściu  ujemnym i na wyjściu wzmacniacza. kondensatory o pojemności 100uF (CF i C1). pozorom, bardzo często nie jest  czyste , tylko
Kondensator C zwiera przebiegi zmienne do Także napięcie zasilające mogłoby być wyższe, właśnie  zaśmiecone . Natomiast w układzie z
A
prawdziwej masy i dzięki temu wzmocnienie do 24V, a ograniczeniem jest napięcie nominal- rysunku 5 istotne jest to, że przez rezystory R ,
B
sygnałów zmiennych wynosi G = 1 + R /R . ne C3, wynoszące 16V. R płynie prąd zmienny o stosunkowo dużej
B A A
Warto pamiętać, że rezystancja wejściowa Rozwiązanie z rysunku 8 jest lepsze od wartości i potem prąd ten płynie przez obwód
takiego wzmacniacza jest praktycznie równa wcześniejszych i to co najmniej z dwóch sztucznej masy. Lepiej jest, jeśli ten znaczny
równoległemu połączeniu R1 i R2, czyli w tym powodów. Jednym z nich jest fakt, że w prąd zmienny nie płynie przez obwód sztucznej
wypadku 50k©. ukÅ‚adzie z rysunku 7 ewentualne zakłócenia i masy, tylko przez kondensator C od razu do
A
Rozwiązanie z rysunku 7 nie jest błędne,  śmieci przechodzące z szyny zasilania nie  prawdziwej masy, czyli do ujemnej szyny
jednak w praktyce stosujemy raczej rozwiÄ…- sÄ… zwierane do masy, tylko przechodzÄ… przez zasilania, jak na rysunkach 7 i 8. Wtedy rezy-
zanie wedÅ‚ug rysunku 8. Mój model zre- dzielnik R1, R2 (stÅ‚umione o 50%) na wej- story R1, R2 mogÄ… mieć duże wartoÅ›ci, 100k©
alizowany wedÅ‚ug tego schematu poka-Rys. 6 Å›cie przedwzmacniacza, co jest zaznaczone ...1M©, a nawet wiÄ™cej, co nawet przy niezbyt
U+
U+
a) U+ b) dużej pojemności C1 zapewnia sku-
Rys. 5
teczne zwarcie do masy ewentual-
R2
nych przebiegów zmiennych, prze-
CI
C
I
R2
chodzÄ…cych z dodatniej szyny zasi-
TL082 +
RB
R
lania. Obwód sztucznej masy jest
B
we
wtedy dobrze odfiltrowany,  czy-
+
we
+
R3
RB
R
B
wy
RB wy sty . Jednak obwód ten jest przez
R
B
we
RA
R
A
R1
kondensatory C1, C2 praktycznie
wy
R1
RA
R
A
zwarty do masy, więc trzeba dodać
RA
R
R1
A
rezystor R3, który poda napięcie
C2
C1
U-
Maj 2010
M
a
j
2
0
1
0
El ektronika dl a Wszystkich 37
+
+
+
+
+
+
+
+
Ośla łączka
stałe sztucznej masy na wejście wzmacniacza. Jak będzie wspomniane w Technikaliach,
Dla przebiegów zmiennych wzmacniacz taki można też łatwo obciąć pasmo od góry,
będzie miał oporność wejściową praktycz- czyli pozbyć się najwyższych częstotli-
nie równą R3. Rezystor R3 może mieć dużą wości, dołączając kondensator równolegle
wartość, a wtedy małą pojemność może mieć do rezystora R . Zazwyczaj chcemy, żeby
B
sprzęgający kondensator wejściowy C pasmo przenoszenia wzmacniacza było jak
I
C [uF]= 160 / f[Hz]*R3[k©] najszersze, co najmniej równe zakreso-
I
Jak widać z porównania rysunków 1 i 8, wi akustycznemu 20Hz...20kHz, ale w
wzmacniacz odwracający jest tylko trochę niektórych rzadkich przypadkach ograni-
bardziej skomplikowany, ale za to ma dwie czenie pasma jest nie tylko sensowne, ale
bardzo ważne w praktyce zalety: wręcz konieczne, o czym przekonamy się
- dużą rezystancję wejściową, praktycznie w następnym odcinku.
równą rezystancji R3, I oto na rysunkach 1 i 8 mamy
- można stosować R , R o optymalnej, nie- dwa przedwzmacniacze mikrofonowe
A B
zbyt dużej wartości.  ogólnego przeznaczenia . Wcześniej
Jeśli chodzi o  optymalne wartości R sprawdziłeś wersję odwracającą z
A
i R , to nie ma ścisłych reguł, ale warto rysunku 1, teraz gorąco Cię zachęcam
B
wybierać R w zakresie 10k©...100k©. i do eksperymentów z przedwzmacnia-
B
potem R , w zakresie 1k©...10k©, stosow- czem z rysunku 8!
A
nie do potrzebnego wzmocnienia. Podobnie Znów wykorzystaj dowolny wzmac-
jak w układzie odwracającym, wzmocnienie niacz mocy. Zapewne najprościej będzie
jednego stopnia nie powinno przekraczać dołączyć nasz układ do wejścia AUX
100x (40dB), a jeszcze lepiej jeśli nie było- domowego zestawu audio za pomocą
Fot. 9
by większe niż 20...30x. Mając wartość R , kabla z wtyczką RCA (chinch).
A
można przyjąć dolną częstotliwość graniczną UWAGA! Bądz
ostrożny ze zwiększa- głośność, by nie doprowadzić do głośnego
f (zwykle 20Hz lub mniej) i obliczyć mini- niem wzmocnienia wzmacniacza mocy, samowzbudzenia.
malną wartość pojemności C : ponieważ gdy wytworzy on ciągły pisk Przedwzmacniacze z rysunków 1 i 8 są
A
C [uF]= 160 / f[Hz]*R [k©] o peÅ‚nej mocy, może szybko uszkodzić jak najbardziej przydatne w praktyce, ale my
A A
W praktyce warto zastosować C o znacz- kolumny! w dalszej części ćwiczenia 4 rozwiążemy
A
nie większej, nawet kilkakrotnie większej Dlatego najpierw koniecznie skręć poten- pewien problem praktyczny w nieco inny
wartości, zwykle jest to bowiem kondensator cjometr głośności we wzmacniaczu na mini- sposób.
elektrolityczny. mum, a potem pomału i ostrożnie zwiększaj Piotr Górecki
U+
Polaryzacja wejścia zapamiętaj raz na
W odwracającym zawsze, że na wejście R2
R
C RB
C
B
O
O
CI
C
I
wzmacniaczu przebiegów  dodatnie zawsze
zmiennych, omówionym musi być podane
w poprzednim odcinku, spoczynkowe napięcie +
R
CI RA
C
A
I
nie ma problemu z stałe. We wzmacniaczu +
CO
C
O
we
polaryzacją wejść. ni eodwracaj ącym
RI C1 wy RL
R
R
I
L
R1
Natomiast we wzmacniaczu przebiegów zmiennych RO
R
O
nieodwracającym dodanie Rys. O do wejścia  dodatniego oprócz
kondensatora na wejściu kondensatora C , zawsze
I
 dodatnim komplikuje sprawę. Chodzi dołączony jest co najmniej (R /R +1). Jako częstotliwość graniczną
B A
Rys. P
o spoczynkowe napięcia stałe oraz prądy jeden rezystor, i to zarówno przy obwodu R C przyjmujemy taką, przy której
A A
polaryzujące. Problem zasygnalizowany jest zasilaniu pojedynczym, jak też symetrycznym reaktancja pojemnościowa kondensatora C
A
w ćwiczeniach na rysunku 6. napięciem. staje się liczbowo równa rezystancji R . Ale
A
Początkujący bardzo często popełniają Początkujący popełniają też inny błąd. o tym za chwilę.
poważny błąd. Projektując wzmacniacz W zasilanym napięciem pojedynczym Obwody sprzęgające
nieodwracający przebiegów zmiennych układzie z rysunku 6b wejście "dodatnie" Wydaje się, że na wejściu i wyjściu wzmac-
dodają po prostu kondensator na wejściu jest spolaryzowane prawidłowo za pomocą niacza zasilanego napięciem pojedynczym
 dodatnim , jak pokazuje to rysunek 6a. dzielnika R1, R2  występuje tam napięcie wystarczyłyby pojedyncze kondensatory C ,
I
Otóż wprawdzie w pierwszym przybliżeniu stałe, zazwyczaj równe połowie napięcia C według rysunku O. Jeżeli jednak wejście
O
zakładamy, że wejścia wzmacniacza zasilania. I wzmacniacz chciałby wzmacniać nie byłoby podłączone na stałe do wyjścia
operacyjnego nie pobierają prądu, jednak w te duże napięcie stałe, podawane na wejście poprzedniego stopnia, albo wyjście do wej-
rzeczywistości na wejściach wzmacniacza nieodwracające, co w praktyce doprowadza ścia następnego stopnia, wtedy we wzmacnia-
operacyjnego pracują jakieś tranzystory, do nasycenia wyjścia. Dlatego przy czu odwracającym warto zastosować dodat-
albo bipolarne, albo polowe, więc do ich pojedynczym zasilaniu zawsze w szereg z kowe rezystory R , R według rysunku P.
I O
prawidłowej pracy wejścia te muszą być rezystorem R dodajemy kondensator C . We wzmacniaczu nieodwracającym też warto
A A
prawidłowo spolaryzowane napięciem stałym. Dla prądu stałego stanowi on przerwę, a dać te rezystory, co pokazane jest w uprosz-
Ponadto przez obie końcówki wejściowe więc wzmacniacz ma wtedy wzmocnienie czeniu na rysunku R. Rezystory te zagwa-
wzmacniacza operacyjnego płyną bardzo równe 1, czyli jest wtórnikiem - napięcie rantują prawidłowe ładowanie i rozładowanie
maleńkie prądy polaryzujące. Tą bardzo stałe na wyjściu jest równe stałemu napięcia kondensatorów C , C przy włączaniu i wyłą-
I O
ważną sprawą zajmiemy się szeroko podczas na wejściu "dodatnim". Natomiast dla czaniu zasilania oraz przy dołączaniu innych
jednego z następnych ćwiczeń, ale już teraz przebiegów zmiennych wzmocnienie wynosi urządzeń. Kondensatory te w czasie pracy
Maj 2010
M
a
j
2
0
1
0
38 El ektronika dl a Wszystkich
TECHNIKALIA
U
+
Ośla łączka
znacząco dłuższe
Rys. R
Rys. S
niż 1s.
CI R2
C
I
+ Zauważ
+
jeszcze, że we
+
+ wzmacniaczu
_
R3
_
nieodwracajÄ…-
CO
C
O
cym mamy dwa
we
C1 obwody, pełnią-
RB
R
B
R
L
RO wy RL
R
RA
R
A
O
w postaci C = 0,16 / fR, a można też ce rolę filtrów: R3C oraz zaznaczony na
I I
skorzystać z innej postaci, podając rezy- rysunku R kolorem różowym obwód R C .
A A
R1
RI
R
I
stancję w kiloomach i uzyskując wynik w Ten obwód też powoduje, że układ jest filtrem
CA
C
A
mikrofaradach: górnoprzepustowym i też tłumi składniki o
C [uF]= 160 / (f [Hz]*Rwe[k©]) czÄ™stotliwoÅ›ciach mniejszych od swojej czÄ™-
©
I
naładowane są napięciem stałym równym Ponieważ wartości rezystancji wej- stotliwości granicznej. Moglibyśmy skorzy-
napiÄ™ciu sztucznej masy. Brak rezystorów R , Å›ciowej sÄ… zwykle powyżej 10k©, obliczone stać z podanego wÅ‚aÅ›nie wzoru i obliczyć
I
R nie pozwala tym kondensatorom prawid- wartości C zwykle są w zakresie 0,1uF...1uF. częstotliwość graniczną tego obwodu:
O I
Å‚owo naÅ‚adować siÄ™ po wÅ‚Ä…czeniu zasilania i Warto wtedy stosować kondensatory staÅ‚e, ale C [uF] = 160 / f [Hz]*R [k©]
A A
rozładować po wyłączeniu, co może spowo- nie ceramiczne, tylko foliowe (MKT, MKP, Jednak zazwyczaj tak dobieramy wartości
dować, że podczas dołączania do wejścia lub MKC). Jeśli kondensator C ma pełnić funk- R , C , żeby częstotliwość graniczna leża-
I A A
wyjścia innych urządzeń pojawią się bardzo cję filtru o określonej częstotliwości, to NIE ła poniżej granicy pasma akustycznego. W
głośne, nieprzyjemne, a nawet groz
ne stuki. MOŻE TO BYĆ ZWYKA
Y KONDENSATOR praktyce wartości R są rzędu pojedynczych
A
Wartość rezystorów R , R nie jest kry- ELEKTROLITYCZNY. Kondensatory elektro- kiloomów, czasem nawet poniżej 1k© i zwy-
I O
tyczna, zazwyczaj mają dużą wartość, rzędu lityczne mają dużą tolerancję, często wynoszą- kle C jest popularnym kondensatorem elek-
A
100k©...1M©, a tym samym ich obecność na cÄ… +80%/ 20%, a na dodatek z upÅ‚ywem czasu trolitycznym (aluminiowym) o pojemnoÅ›ci
wejściach nie zmniejsza znacząco oporności pojemność może się zmienić nawet kilkakrotnie. 10...100uF, co daje częstotliwość graniczną
wejściowej wzmacniacza i nie obciąża wyjść. Dlatego NIGDY nie należy stosować zwykłych 16Hz lub mniejszą.
Więcej uwagi należy poświęcić pojem- kondensatorów elektrolitycznych w filtrach, Jeśli natomiast chodzi o obwód wyjściowy,
ności kondensatorów C , C . Tylko w pierw- których częstotliwość ma być ściśle określona. to pojemność wyjściowa C współpracuje
I O O
szym, zgrubnym przybliżeniu można przyjąć, Wtedy trzeba stosować kondensatory stałe, a w nie tylko z rezystancją pomocniczą R , ale
O
iż kondensator stanowi zwarcie dla przebie- ostateczności kondensatory tantalowe (zwraca- z równoległym połączeniem rezystancji R i
O
gów zmiennych. W rzeczywistości pojemność jąc baczną uwagę na ich biegunowość). rezystancji R , która jest rezystancją wejścio-
L
kondensatora wraz ze współpracującą rezy- Owszem, w obwodach wejściowych wą następnego stopnia, co pokazują niebieskie
stancją stanowi filtr górnoprzepustowy, czyli można stosować  zwykłe elektrolity , ale ich prostokąty. Ponieważ wartość tej zewnętrznej
taki, który tłumi składniki o częstotliwościach pojemność powinna być one dobrana z zapa- rezystancji R , obciążającej wyjście, może być
L
niższych od częstotliwości granicznej. Wzór sem, by nawet po zmniejszeniu pojemności, różna, należy pojemność C dobrać z zapasem.
O
na częstotliwość graniczną takiego filtru jest nie ograniczały pasma przenoszenia. Zazwyczaj nie trzeba tu niczego liczyć. W
oczywisty: f = 1/2ĄRC. Jest to częstotli- Podkreślam, że podstawiona do powyższego praktyce kondensator wyjściowy C jest  zwy-
O
wość, przy której reaktancja kondensatora jest wzoru wartość rezystancji, to rezystancja wej- kłym elektrolitem o znacznej pojemności,
równa współpracującej rezystancji. Kolorowe ściowa wzmacniacza operacyjnego, czyli albo często 10uF lub 22uF, a R ma dużą wartość,
O
podkÅ‚adki na rysunkach P, R wskazujÄ…, które R , albo R3. Nie może to być natomiast pomoc- zwykle 100k©. Daje to staÅ‚Ä… czasowÄ… C R
A O O
to są rezystancje współpracujące  to ich war- nicza rezystancja R , która jest większa, ewentu- rzędu 1s, co też oznacza bardzo niską często-
I
tości należy podstawić do wzoru. alnie równa rezystancji wejściowej wzmacniacza. tliwość graniczną obwodu C R (0,16Hz) i
O O
Kondensator wejściowy C zawsze współ- Owszem, rezystancja R tworzy z pojemnością C umożliwia pracę nawet z niewielką rezystancją
I I I
pracuje z rezystancjÄ… wejÅ›ciowÄ… wzmacnia- obwód RC, jednak w tym przypadku, a podobnie obciążenia R , rzÄ™du 1k©. JeÅ›li w ukÅ‚adzie nie
L
cza (rezystancją dla przebiegów zmiennych). w przypadku obwodu R C , nie tyle interesuje ma rezystora R , a kondensator C dołączony
O O O O
W przypadku wzmacniacza odwracającego nas częstotliwość graniczna tego obwodu, tylko jest do wyjścia następnego stopnia, to można
z wcześniejszego rysunku G jest to po pro- stała czasowa RC, wyrażona w sekundach. Rzecz zastosować C o znacznie mniejszej pojemno-
O
stu rezystancja R . Natomiast w przypadku w tym, że tuż po włączeniu zasilania, puste do tej ści, obliczonej ze wzoru:
A
wzmacniacza nieodwracającego z rysunku H, pory kondensatory C , C muszą się naładować, C = 1 / 2ĄfR
I O O
rezystancja wejÅ›ciowa jest praktycznie równa miÄ™dzy innymi wÅ‚aÅ›nie przez R , R , a po wyÅ‚Ä…- C [uF] = 160 / f [Hz]*R[k©]
I O O
R3. Pokazują to pomarańczowe prostokąty na czeniu zasilania muszą się rozładować przez te gdzie R to rezystancja wejściowa następne-
rysunkach G, H. W praktyce zazwyczaj wcześ- rezystory. To ładowanie i rozładowywanie okre- go stopnia. W takich przypadkach zazwy-
niej znana jest wartość rezystancji wejściowej ślane jest jako stany nieustalone. W tym czasie czaj pojemność C jest niewielka i można
O
Rwe (R lub R3) i trzeba obliczyć pojem- wzmacniacz być może nie będzie poprawnie pra- zastosować kondensator stały, foliowy, a nie
A
ność C . Często bez zastanowienia można do cował, a nawet mogą pojawić się sygnały zakłó- ceramiczny. Gdyby to miał być kondensator
I
obliczeń przyjąć częstotliwość graniczną f = cające (szum, stuk, pisk, lub podobne). Dlatego elektrolityczny, trzeba zwrócić uwagę na bie-
20Hz. Wzór C = 1 / 2ĄfR warto przedstawić stałe czasowe R C oraz R C nie powinny być gunowość, jak wskazuje na to rysunek S.
I I I O O
R E K L A M A
TECHNIKALIA
U
+