|
In dertig experimenten hebben wij toepassingen van operationele versterkers belicht, die u in uw ontwerp praktijk vaak van pas zullen komen. Nu sluiten wij deze cursus af met een paar handige slotopmerkingen. |
Waarom schakelingen niet behandeld zijn
Analoge filters
In dertig experimenten hebt u de op-amp 741 leren toe te passen in even zoveel basisschakelingen, van de eenvoudige bufferversterker tot de ideale gelijkrichter, van de comparator met hysteresis tot de sinusgenerator, van de integrator tot de monostabiele multivibrator. Een belangrijk toepassingsgebied van de op-amp is echter niet behandeld: analoge filters. Laagdoorlaat filters, hoogdoorlaat filters, sper filters, band filters, anti-alias filters, de moderne analoge elektronica barst van de filtertoepassingen waarvoor steeds operationele versterkers worden gebruikt. De mogelijkheden van de analoge trainer, met zijn zeer lage frequentie generator, laten echter niet toe dit soort schakelingen op te bouwen en te testen.
Hogere frequenties in de praktijk
De op de analoge trainer opgebouwde schakelingen zijn aangepast aan het frequentiebereik van het apparaat. Vaak zal het noodzakelijk zijn weerstanden en condensatoren heel andere waarden te geven als u een praktische schakeling gaat ontwerpen. Meestal komt het er op neer dat u voor de condensatoren exemplaren met een veel lagere waarden moet toepassen. In de praktijk zult u immers maar weinig situaties tegenkomen die met de extreem lage frequenties werken die in de analoge trainer worden toegepast. We hopen echter dat wij u met deze reeks experimenten een goede basis hebben gegeven voor het zonder angst zélf experimenteren met schakelingen. Een functiegenerator en een oscilloscoop zijn dan echter wel zeer noodzakelijk!
Hoe nu verder?
De analoge trainer
Moet uw dure analoge trainer nu worden bijgezet in de 'lijkenkist'? Zeer zeker niet, tot onze verbazing hebben wij het apparaat zeer vaak gebruikt bij het normale laboratoriumwerk. Hoe vaak gebeurt het immers niet dat u even snel een instelbaar gelijkspanninkje nodig hebt voor het sturen van een schakeling. Het even aansluiten van de analoge trainer is dan simpeler dan met behulp van spanningsdelertjes, aangesloten op uw laboratoriumvoeding, de nodige stuurspanning opwekken. Ook de drievoudige spanningsmeetmogelijkheid is al vaak van pas gekomen.
Andere analoge IC’s
Vergeet bovenal niet dat er een heleboel analoge IC’s zijn die u met uw analoge trainer kunt testen en leren kennen. Een typisch voorbeeldje. Er bestaan OTA’s (operational tranconductance amplifiers), die bijvoorbeeld bij spanningsgestuurde versterkers, oscillators en filters worden toegepast. Het bouwen van de analoge trainer was voor de auteur de aanleiding dit soort schakelingen eens goed te onderzoeken. Wie de analoge trainer heeft gebouwd, heeft steeds een analoge IC tester binnen handbereik! Het enige dat u moet doen is voor ieder IC een experimenteerprintje ontwerpen.
De op-amp's in de praktijk
Naar asymmetrische voeding
Alle schakelingen in deze serie artikelen zijn symmetrisch gevoed: een positieve voedingsspanning van +10 V en een negatieve voeding van -10 V. Vaak hebt u in de praktijk echter de beschikking over slechts één positieve voedingsspanning. De meeste besproken schakelingen kunnen zonder meer omgebouwd worden naar een enkele voeding. Een voorbeeld geeft de onderstaande figuur, een inverterende versterker. De negatieve voedingsaansluiting van het IC wordt verbonden met de massa, de positieve gaat naar de beschikbare +Ub. Door middel van een spanningsdeler R1-R2, twee even grote weerstanden, wekt u een hulpspanning op die gelijk is aan de helft van de beschikbare voedingsspanning. Dit wordt dan de nieuwe 'massa' van het systeem, ook wel 'virtuele' massa genoemd.
Het lijkt dan alsof u de +Ub heeft opgesplitst in twee even grote deelspanningen. Als +½Ub gelijk wordt gesteld aan 0 V, dan is de 'massa' gelijk aan -½Ub en +Ub gelijk aan +½Ub. De symmetrische toestand is hersteld. Alle onderdelen die in de behandelde schema’s naar de massa gaan, moet u nu verbinden met het nieuw gecreëerde virtuele massapotentiaal.
 |
| Een voorbeeld van het gebruik van een op-amp als maar één positieve voedingsspanning ter beschikking staat. (© 2019 Jos Verstraten) |
Aan de hand van de grafieken in de onderstaande figuur kunt u de werking van de schakeling doorgronden. De positieve ingang van de op-amp is via de weerstand R5 verbonden met +½Ub en deze spanning zult u, zonder signaal op de ingang, ook terugvinden op de negatieve ingang en de uitgang. Deze instelspanning kan immers, door het gebruik van de scheidingscondensator C1, niet afvloeien en de op-amp werkt als spanningsvolger.
Een wisselspanning op de ingang wordt door C1 doorgekoppeld naar de negatieve ingang. De spanning op punt Ua zal gaan variëren rond de instelspanning. Door R3 gaat dus een wisselstroom vloeien. De op-amp houdt de spanning op de negatieve ingang echter gelijk aan die op de positieve ingang. De stroom door R3 vloeit ook door R4. Over deze laatste weerstand wordt een spanning opgewekt (variërend rond ½Ub), die u op de uitgang terug vindt. De instelspanning wordt door middel van C2 in de schakeling vastgehouden. Op de uitgang staat de geïnverteerde en versterkte ingangswisselspanning.
Een nadeel van dit systeem is dat u koppelcondensatoren tussen de diverse trappen van een systeem moet gebruiken. Gelijkspanningen kunnen dus niet zonder meer worden verwerkt! Het zal verder duidelijk zijn dat u het netwerkje R1-R2-C1 slechts éénmaal moet opbouwen. U kunt alle op-amp’s in een schakeling met deze ene hulpspanning instellen.
 |
| Verklaring van de werking van de schakeling. (© 2019 Jos Verstraten) |
Op dit blog zijn diverse artikelen verschenen die voorbeelden geven hoe u operationele versterkers in het 'echte leven' kunt toepassen:
- Niet lineaire versterkers met op-amp's
- Analoge filterschakelingen met op-amp's
- Laagdoorlaat filters met op-amp's
- Sinusgeneratoren met op-amp's
- Verschilversterkers met op-amp's
- Lab-tips met op-amp's
|
|