EAA OPERAATIOVAHVISTIMEN MITTAUS 1

Tässä mittauksessa nostetaan tulon perusarvoa 12 mV verran. Tarkoitus oli nostaa jännitettä 10 mV, mutta potentiometrin asetus ei mennyt tällaiseen arvoon. Potentiometrinä on käytetty 15 kierroksen trimmeripotentiometriä. Tällä poikkeamalla ei vahvistuksen laskussa ole mekitystä. Vahvistuksia voi sitten laskea useammilla tulojännitteen arvoilla ja tarkistaa sitten näin vahvistimen lineaarisuus.

Myös vahvistimen kyllästysarvo voidaan tarkistaa, pitääkö "trail-to-trail" ominaisuus paikkansa.

EAA OPERAATIOVAHVISTIMEN ALKUSARVOT

Seuraavissa mittauksissa käytetään näitä jännitearvoja lähtökohtina, joihin saatuja mittausarvoja verrataan.

EAA OPERAATIOVAHVISTIMEN OFF-SET JÄNNITE

Nyt lähdön jännitteen pitäisi olla samassa tasossa plus-ja miinustulojen kanssa. Näin ei kuitenkaan ole, vaan jännite on 59 mV suurempi kuin nuo tulojännitteet 1,489 V. Tätä eroavaisuutta kutsutaan off-set jännitteeksi. Kahdeksalla liittimellä varustetuissa operaatiovahvistimissa on tämän poikkeaman säätöön mahdollisuus trimmerivastuksen avulla.

EAA MIINUSTULON ASETUS

Jotta voitaisiin saada selville operaatiovahvistimen niinsanottu OFF-SET jännite, on molemmissa tuloissa oltava sama jännitearvo. Tuo jännite on piirissä tapahtuva poikkeama, vaikka tulojen välillä ei ole jännite-eroa. Useampiliittimisissä piireissä on tämän jännitteen korjaukseen tarvittavat liitinpisteet.

EAA PLUSTULON JÄNNITTEEN MITTAUS

Kääntävän yksipuolisella jännitteellä toimivan operaatiovahvistimen plustulo on kytketty kahdesta 10k vastuksesta muodostetun jännitteenjakajan keskipisteeseen. Tämä jännite on eräänlainen maapiste (GND), ja tästä jännitearvosta negatiivisen tulon jännite voi liikkua kumpaankin suuntaan toiminta-alueen rajoissa. Tuo 1,489V on perusarvo, josta vahvistimen vahvistus voidaan laskea.

EAA OPERAATIOVAHVISTIMEN MITTAUS 1,

Näillä mittauksilla on tarkoitus selvittää rakennettujen operaatiovahvistimien vahvistukset. Tässä on käytössä kääntävä operaatiovahvistin OPA347, jonka käyttöjännite on yksipuolinen, +2,5 .... +5V. Mittausta varten on jännitteen arvoksi asetettu +3V. Tämä siitä syystä, että digitaaliyleismittarissa voidaan käyttää 2 voltin mittausaluetta.

Tulopuolelle vahvistimeen on kytketty 10k monikierrospotentiometri plus ja miinuskohtioiden välille. Potentiometrin keskijohto (valkoinen) on kytketty kääntävään tuloon. Potentiometrillä säädetään vahvistimen tulojännitettä.

EAA OPERAATIOVAHVISTIMET VALMIINA

Operaatiovahvistimien valmistus on pieni pintaliitosharjoitus. Tuo OPA:n juotto on ehkä vaikein tehtävä, mutta sen suorittamisesta on ohjeita tässä blogissa, osassa Tanen juotosopisto. Kytkentään on juotettu lankakoukut, joihin saadaan pinillä hauenleuoilla mukavasti kiinni syöttösähkö, mittajännite ja yleismittari.

EAA OPERAATIOVAHVISTINTEN PIIRILEVYT 1

Tässä on sitten piirilevykuviot kääntävälle ja suoralle operaatiovahvistinkytkennälle. Kysymyksessä on yksipuolinen käyttöjännite ja tasasähköllä tapahtuva piirien toiminnan kokeilu.

Kun laatikossani oli sopivasti 5,6 k ja 56k vastuksia, niin käytin niitä. Tällöin kääntävän kytkennän vahvistukseksi tuli 10 ja suoran 11,

näin laskennallisesti todettuna. Vastukset voivat olla vaikka R1 = 1k ja R2 = 10k.

EAA SUORAN OPAn TOIMINTA

Nyt on syytä selvittää suoran operaatiovahvistimen käyttäytyminen. Tässäkin tapauksessa vahvistin pitää molemmat tulonsa samassa jännitetasossa toiminta-alueella. Kuvassa tuodaan positiivinen ohjaus plustuloon. Lähdössä on silloin plus jännite maatasoon nähden ja virta kulkee nuolen osoittamaan suuntaan.

Voidaan päätellä, että Uin = I x R1. Samoin nähdään kuvasta, että Uout = I x (R1 + R2). Kun yhtälöt jaetaa puolittain toisillaan saadaan

Uout / Uin = I (R1 + R2) / I x R1, josta virta supistuu pois ja tulos on (R1 + R2) / R1. Tästä vielä muokkaamalla päästään muotoon 1 + R2/R1, joka on kytkennän vahvistuksen A kaava .

EAA OPERAATIOVAHVISTIMEN TOIMINNAN SELVITYS

Periaatteessa operaatiovahvistin on rakennettu toimimaan kaksipuolisella jännitteellä ( + GND - ). Kuva esittää kääntävää vahvistinta, jonka plustulo on kytketty GND-pisteeseen. Operaatiovahvistimen ominaisuus on, että se pitää plus- ja miinustulojen jännitteet yhtäsuurina eli tässä tapauksessa nollassa. Kuvasta nähdään, että I1=Uin/R1. Kun operaatiovahvistimen tulo ei ota virtaa, täytyy I2 olla Uout/R2. Tämä tietää sitä, että Uout tulee olla negatiivinen S-pisteeseen nähden, jotta I2 kulkisi. Koska I1 = I2, niin voidaan kirjoittaa Uin/R1 = Uout/R2.

Ja edelleen Uout/Uin = R2/R1. Kun vahvistus A = Uout/Uin, niin on se myös R2/R1. Tästä nähdään, että vahvistus voidaan määritellä kahdella piirin ulkoisella vastuksella. Tämä asia tekee operaatiovahvistimesta käyttökelpoisen komponentin moneen elektroniikan kytkentään.

EAA SUORAN OPERAATIOVAHVISTIMEN KYTKENTÄ

Myöskin suoran operaatiovahvistimen vahvistus riippuu vastusten R1 ja R2 suhteesta. Se ei kuitenkaan ole puhtaasti vastusten suhda, vaan A = 1 + R2/R1. Jos tuo vahvistus on kymmenien luokkaa, niin silloin tuolla ykkösellä ei ole paljonkaan merkitystä. Vastus R3 on tuossa kytkennässä tasaamassa tulojen virtoja, vaikka ne ovatkin erittäin pieniä.

EAA KÄÄNTÄVÄN OPERAATIOVAHVISTIMEN TOIMINTA

Yksipuolisella käyttösähköllä toimivaan operaatiovahvistimeen on tehty keskijänniteasetus suoraan tuloon. Kääntävässä tulossa jännite liikkuu tämän jännitteen molemmin puolin. Kun tulojännite laskee, niin lähtöjännite nousee ja päinvastoin. Muutosten suhde, eli vahvistus A on suoraan vastusten R2/R1 suhde.

EAA OPERAATIOVAHVISTIMEN KÄÄNTÄVÄ KYTKENTÄ

Operaatiovahvistimilla rakentelu on huomattavasti helpompaa kuin transistoreilla puuhastelu. Tässä esimerkki operaatiovahvistimen tasasähkövahvistimesta, joka kääntää signaalin vaihetta 180 astetta. Vastuksilla R1 ja R2 määritellään vahvistus A. Se on yksinkertaisesti vastusten R2 ja R1 suhde. A=R2/R1.

Tuossa A:n edessä käytetään yleisesti vielä miinusmerkkiä, joka tarkoittaa vaiheen kääntymistä. Vastuksilla R3 ja R4 vahvistimen suora tulo asetetaan puoleen väliin käyttöjännitteestä, jolloin lähdön muutos on suurin mahdollinen.

EAA OPERAATIOVAHVISTIMEN KOTELO

Tyypillinen nykyisen operaatiovahvistimen kotelointi on kuvan mukainen. Tällaista vahvistinta tulen käyttämään seuraavissa rakenteluesimerkeissä. Tyyppinä on OPA347, jonka kotelossa on merkintä A47. Kotelon pitkäsivu on 2,8 mm ja lyhyt sivu 1,2 mm.

EAA OPERAATIOVAHVISTIMEN LIITÄNNÄT

Tässä esittelen operaatiovahvistimen liitännät. Tietysti tärkeimmät liitännät ovat ne, joista vahvistin saa käyttösähkönsä. Sitten on kaksi tuloliitäntää, poikkeuksena transistorivahvistimen liitännöistä.

Kytkennästä voidaan valita joko suora tulo, jolloin vahvistimen läpi menevän signaalin vaihe ei käänny tai sitten kääntävä tulo, jolloin vaiheen kääntyminen tapahtuu. Lähdöstä saadaan vahvistunut signaali ulos. Nykyisissä vahvistimissa lähdön jännite liikkuu lähes käyttösähkön suuruuden verran (rail-to-rail).