Skocz do zawartości
bltp

Schemat płytki ze wzmacniaczami

Pomocna odpowiedź

Czesc,

Mam ogromna prosbe o doradzenie mi co jeszcze powinno sie znalezc na takiej plytce a co jest na niej zle.

Chcialam zaprojektowac plytke, ktora bedzie umozliwiala identyfikacje i modelowanie liniowych systemow dynamicznych zbudowanych na wzmacniaczach operacyjnych.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

A możesz napisać coś więcej o tym do czego to ma służyć i jak chcesz tego używać?

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Do nauki jak działa układ całkujący albo różniczkujący w zależności od podanego sygnału wejściowego, albo żeby połączyć sobie te układy w regulator PID. Takie stanowisko do nauki.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

No ale skąd my mamy wiedzieć co tam się powinno znaleźć, jeśli nie mamy zielonego pojęcia czego dokładnie i jak ty się chcesz na tym uczyć?

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Po zbudowaniu płytki chciałabym mów przy pomocy LabVIEW zidentyfikować parametry modeli II rzędu zbudowanych na tych układach, które mam na płytce. Mam w tym również do dyspozycji kartę sbRIO.

[ Dodano: 25-12-2016, 14:09 ]

Generalnie chodzi mi o to, czy ten schemat, który załączyłam w ogóle ma prawo zadziałać?

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Generalnie nie. Przede wszystkim sprawdź jak we wzorcowych układach z których brałaś te schematy podłączone są wejścia wzmacniaczy tj. gdzie (+) a gdzie (-). Każda książka o wzmacniaczach operacyjnych pełna jest kanonicznych układów różniczkujących, całkujących, sumujących itd. Przyjrzyj się im dokładnie.

A gdy to już będzie OK, napisz nam czego oczekujesz od każdego układu. No bo np. zakłądasz, że na wyjściu każdego z nich dostaniesz sygnał ±12V a tam widzimy ograniczniki na 10V. Więc to wtedy jest niby źle ale gdy napiszesz, że wstawiłaś ograniczniki na 10V żeby nie przesterowywać kolejnych stopni (i widać, że wiesz o czym piszesz) to nikt się do tego nie przyczepi i wtedy to samo jest już dobrze. Nie można oceniać układu bez znajomości wytycznych i założeń, bo nie ma do czego odnosić. Każdy układ jakoś tam będzie działał, nawet nasycony wzmacniacz też może być elementem jakiegoś eksperymentu.

Ogólnie rozumiem co to miało być ale nie wiem, czy rozumiesz Ty i jakich osiągów oczekujesz.

Wystarczą dwa zdania o każdym:

To jest wzmacniacz całkujący o stałej czasowej blablabla (lub paśmie takimatakim lub odpowiedzi impulsowej takiejowakiej), na wyjściu mam ogranicznik po to by cośtamcośtam. Dałam też opornik 10k do masy żeby mrumrumrumru. Ukłsd będzie sterowany ze źródła o niskiej impedancji np. wyjścia generatora 50Ω i dlatego nie ma buforowania wejścia. Impedancja wyjsciowa jest specjalnie zwiększona opornikiem szeregowym żeby tratatata.. itd.

Wtedy wiem co chciałaś zrobić a to co wyszło sam widzę na schemacie i mogę coś sensownego napisać. Rozumiesz?

EDIT: literówki

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Ok. No ja sama raczej średnio rozumiem elektronikę w ogóle, ale liczę, że coś mi z tego wyjdzie :/

Zatem

Kazdy z ukladow posiada nastepujace zabezpieczenia:

-rezystor 10k stanowi wstępne obciążenie wzmacniacza. Wartość taka aby nie obciążać wzmacniacza nadmiernie, ale zeby wystarczylo zeby dołączenie sondy oscyloskopowej lub wejścia karty pomiarowej nie mialo wpływu na aplikację.

- transil (w poprzednim schemacie mialam dwie diody, ale tak chyba mniej lutowania będzie): maksymalne wejsciowe napięcie karty jest dosc duze (nie pamietam ile) ale 13V to tyle, ze na pewno nie bedzie za duzo

- rezystor szeregowy 220 Om ogranicza maksymalny prąd diody dla napięć przekraczających maksymalne napięcie wyjściowe o kilka woltów, dla napięć które były by większe od wyjściowego o kilkadziesiąt wolt i długotrwałe rezystor ulegnie spaleniu i odetnie wejście pomiarowe od reszty układu

Dodalam mozliwosc przepinania sobie miedzy roznymi wartosciami dla rezystorow, zeby mozna bylo zmieniac stala czasową, ale szczerze mówiąc nie mam za bardzo pomysłu jakie stale beda najbardziej optymalne

Ponadto na wyjściu każdego ukłudu dodałam konektor z czterema pinami żeby można było podłączyć jeden układ z drugim i dodatkowo podłączyć w to miejsce jakiś oscyloskop czy coś

Przetwornik 2Watowy z 24V, bo takie napiecie zasilające bedzie pobierane z SbRIO, połączone zgodnie ze schematem z karty katalogowej.

Na schemacie są po dwa z każdego układu

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

No to kilka uwag ogólnych:

Zasilanie. Robisz więc swoje ±15V przetwornicą. To wygodne, ale znajdź dane katalogowe tej kostki. Małe przetworniczki jak ta muszą być proste i tanie, więc zwykle są zupełnie pozbawione jakiejkolwiek "obróbki" napięć wyjściowych. To oznacza, że wraz z napięciem stałym dostajesz mnóstwo śmiecia pochodzącego od pracy wewnętrznego generatora. Zwykle producenci podają wielkość tych zakłóceń jako % napięcia wyjściowego lub wręcz w mV mierzone w jakimś paśmie. Tu spodziewałbym się czegoś w okolicach 200mV zakłóceń. Ponieważ takie coś jest bardzo szybkie, przenika z szyn zasilania do wyjść wzmacniaczy bez problemów i na wyjściu swoich bloków zobaczysz "szum" lub czasem nawet jakiś okresowy przebieg o amplitudzie 100-200mV niezależnie od sygnału pożądanego. Moim zdaniem to dyskwalifikuje taki tor analogowy więc postaraj się o dodanie na wyjściu przetwornicy - na obu gałęziach - filtrów LC odcinających wszystko powyżej kilku kHz.

Wyjścia. Jak rozumiem będzie to płytka doświadczalna, na której będziesz łączyć sobie szeregowo któreś stopnie, gdzieś wpuszczać sygnał wzorcowy a gdzieś indziej go wyciągać i mierzyć próbując "zgadywać" co napotkał po drodze, tak? W takim wypadku byłoby dobrze, gdyby każdy blok stanowił bardzo dobre źródło sygnału bo nigdy nie wiesz czym będzie obciążony. Dobre w znaczeniu sztywne, tj. o małej rezystancji wyjściowej. No bo popatrz: na wyjściu jakiegoś bloku (na razie niech będzie on czarną skrzynką) mierzysz oscyloskopem napięcie i widzisz amplitudę powiedzmy 1V. A teraz gdy podłączasz do wyjścia tego bloku wejście następnego to pewnie zakładasz, że jest on sterowany sygnałem 1V, prawda? Cóż, będzie tak tylko w przypadku gdy impedancja wejściowa następnego bloku będzie dużo, dużo większa niż impedancja wyjściowa naszej czarnej skrzynki. Zatem "najczystszym przypadkiem" będzie projekt, w którym impedancje wyjściowe wszystkich bloków byłyby równe 0. Wzmacniacze operacyjne - dzięki swojemu ogromnemu wzmocnieniu (i wprowadzonym sprzężeniom zwrotnym w układzie) bardzo dobrze zbliżają się do tej granicy. Dopóki tego nie popsujesz.. opornikami szeregowymi. Zauważ, że każdy z Twoich bloczków ma dużo mniejszą niż ∞ impedancję wejściową. Na jednym masz opornik 100k, na innym 10k. A teraz wyobraź sobie połączenie wyjścia wzmacniacza całkującego (U3B) z którymś wejściem wzmacniacza sumującego (U4B). Ten drugi zakłada, że oporniki na wejściach są 10k a przecież do wyjścia "prawdziwego" sygnału jest jeszcze szeregowo 220R. No i obliczenia zaczynają rozjeżdżać się z praktyką. To samo będzie ze stałymi czasowymi wyznaczanymi przez elementy wejściowe innych bloczków: w układzie różniczkującym zamiast 1k będzie 1220Ω itd..

Takie zabezpieczenia są bez sensu. Wzmacniacze wzajemnie się nie popsują, żaden z nich nie jest też w stanie spalić opornika. Wywal te szeregowe ograniczenia i same transile z tego projektu. Jeżeli bardzo chcesz zabezpieczać wejścia karty pomiarowej, zrób jej osobną płytkę i tam wstaw rezystory szeregowe i ograniczenia. Ważne, by przez te rezystory normalnie nie płynął prąd - wtedy nie będą wnosiły błędów. Tak będzie tylko wtedy, gdy wejścia karty będą miały duże impedancje, np. 1 lub 10MΩ. Tak mają typowe oscyloskopy.

Nie bardzo umiem domyślić się sposobu używania P4 i P11. Chcesz tam jakieś zworki zakładać? Między co a co? Ja nie widzę różnicy między zwarciem środkowego z lewym i środkowego z prawym pinem.

Wzmacniacz różniczkujący. C6 jest absurdalnie duży - ten kondensator ma kompensować jedynie pojemności pasożytnicze układu, okolice 10pF będą OK. Dałbym też na samym wejściu jakiś rezystor rozładowujący C2, chociaż ze 100k. Teraz nigdy nie wiesz jakie napięcie zebrało się na wiszącym w powietrzu wejściu wzmacniacza.

Wzmacniacz całkujący. Zamiast R17 (albo równolegle do niego) dałbym przycisk zerujący kondensator - to przynajmniej umożliwi badanie układu od jakiegoś początkowego stanu ustalonego.

Na wejściu dałbym diodę włączoną szeregowo z plusem zewnętrznego zasilania. Wiadomo po co. I jeśli masz już dławik, to i kondensator na wejściu też jest potrzebny.

Stałe czasowe można dobrać jeśli opowiesz nam o sposobie pomiaru i opiszesz swój sprzęt (kartę) z przetwornikami A/C. Ważne jest jej pasmo i/lub prędkość próbkowania. Jeżeli masz bardzo szybką kartę (np. 10 lub 100Msps) to nie ma sensu robić stałych czasowych rzędu sekund. Wystarczą wtedy małe kondensatory i szybki przebieg "testujący" - a propos, skąd go weźmiesz? Jeśli natomiast jest to karta wolna, np. z przetwornikami "przemysłowymi" typu 10ksps to wtedy kondensatory po min. 1uF i rezystory po kilkaset kΩ będą konieczne bo szybszych zjawisk ten sprzęt nie zauważy.

Co to jest SbRIO?

  • Lubię! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dziękuję za uwagi, postaram się do nich zastosować.

Co do P4 i P11 to faktycznie na razie nie ma różnicy, bo nie wiem jakie chce mieć stałe czasowe. W moim zamyśle R6 będzie różne od R5 tak, żeby można było przepinać się między nimi i móc przeprowadzić badania układu dla różnych stałych czasowych. Tak samo w układzie całkującym.

Faktycznie C6 miało być 100p, nie wiem, skąd mi się wzięło to 1u. No a na wejściu mam rezystor 1k, ale skoro mówisz, że taki nie da rady, to Ci wierzę. W takich układach ten rezystor jest tylko po to, żeby rozładować kondensator? Pytam ponieważ psuje mi on wzór na transmitancję układu różniczkującego.

sbRIO to właśnie karta, którą mam do dyspozycji, a przebiegi testujące będą generowane przez aplikację w LabVIEW. I jeśli dobrze umiem czytać kartę katalogową, to szerokość pasma przenoszenia wynosi 700kHz, a prędkość próbkowania to 250kS/s.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

"No a na wejściu mam rezystor 1k, ale skoro mówisz, że taki nie da rady, to Ci wierzę. W takich układach ten rezystor jest tylko po to, żeby rozładować kondensator? Pytam ponieważ psuje mi on wzór na transmitancję układu różniczkującego"

Nie zrozumieliśmy się. Szeregowy rezystor 1k jest tu w ogóle zbędny - on rzeczywiście psuje "idealną" transmitancję układu różniczkującego. Moim zdaniem możesz go spokojnie wyrzucić. Mi chodziło o dodanie dużego rezystora od samego wejścia (tuż przy złączu wejściowym) do masy. Wiszące w powietrzu wejścia nie są dobrym pomysłem a tak się przecież może zdarzyć gdy akurat tego bloczku nie podłączysz. Nie będzie on wpływał w żaden sposób na ch-kę wzmacniacza a jedynie rozładowywał kondensator wejściowy gdy wejście nie będzie niczym sterowane. To samo dotyczy wzmacniacza całkującego, 100k do masy na wejściu w niczym nie zaszkodzi sygnałowi a uodporni blok na niepodłączone wejście. Niestety nie uchroni to przed samodzielnym windowaniem napięcia na kondensatorze z napięcia offsetu wejść. Tutaj jedynie pomoże zworka rozładowująca.

Jeśli piszesz, że przebiegi testowe będą generowane przez aplikację to znaczy, że w tym cośtamRIO są przetworniki w obie strony? Jeden program będzie generował sygnał wzorcowy a inny go łapał po przejściu przez kryptopołączone bloczki? I co dalej? Czy system ma być automatyczny w tym sensie, że sam będzie próbował odgadnąć i odwzorować transmitancję badanego układu?

Spodziewałbym się dokładnie odwrotnych parametrów: pasma analogowego 250kHz i próbkowania 700ksps. Wtedy miałoby to jakiś sens. W obecnej formie to trochę dziwne choć oczywiście robi się systemy gdzie takie rzeczy mają miejsce (undersampling), ale to zupełnie inna bajka. A może nieświadomie pomieszałaś dwie rzeczy: tor wyjściowy (DAC) z wejściowym (ADC)? Czy możesz podać dokładny numer/typ tej karty?

No i jeśli dysponujesz pasmem 250kHz to zupełnie spokojnie możesz zejść stałymi czasowymi do poziomów dziesiątków milisekund. Nie będą potrzebne tak duże kondensatory (a nimi zawsze jest jakiś problem - a to tolerancje, a to wpływ napięcia lub temperatury na pojemność, a to upływności, stratność itd) i oporniki. Wzmacniacze 072 mają GBP rzędu kilkunastu MHz (nie pamiętam dokładnie) więc spokojnie się wyrobią.

Z drugiej strony są to jednak scalaki dość leciwe. Nie twierdzę, że są złe, ale mają swoje cechy. Pierwszą jak wyjdzie w pomiarach wstępnych to niesymetria stopni wejściowych. Użyte tutaj JFETowe pary różnicowe dobrze działają od swojego V+, ale od V- muszą mieć zapas ok. 3V. Oznacza to, że Twoje bloczki będą "wciągać" sygnały w zakresie od ok. -12 do +15V. Nie wiem czy to istotna wada, ale warto wiedzieć wcześniej. Z wyjściami też nie jest rewelacyjnie. Mimo zasilania ±15V te wzmacniacze wypuszczają jedynie sygnał ±12V. Oczywiście do badania małosygnałowych charakterystyk częstotliwościowo-fazowych to zupełnie wystarczy.

No i dawaj poprawione, kompletne schematy. Dlaczego ten ostatni jest istotnie inny od tego pierwszego. Czyżby pochodziły od różnych autorów i z różnych programów? Trochę to dziwne..

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Aaa, ok. Już rozumiem 🙂

Tak, w stosowanej przeze mnie karcie są przetworniki zarówno analog-cyfra, jak i cyfra analog.

Raczej myślałam, że będzie to w ten sposób, że LabVIEW będzie generował sygnał, a wyjścia będą obserwowane na oscyloskopie.

Faktycznie, istnieje możliwość, że wszystko pomieszałam. Mam do dyspozycji kartę sbRIO-9636

Autor jest cały czas niestety ten sam, natomiast faktycznie drugi schemat jest wykonany w innym programie(nie moglam sie zdecydowac między Eagle i KiCad - zdecydowałam, że skończę jednak w KiCadzie). Poprawiony schemat wrzucę niebawem (chwilowo nie mam dostępu do programu)

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Ta Twoja sbRIO ma rzeczywiście próbkowanie (aggregated - cokolwiek to znaczy) 200ksps a wejściowe pasmo analogowe 600kHz. Dziwne. Pewnie uznali, że każdy zrobi sobie filtr antyaliasingowy jaki uważa. Ponieważ macie obserwować sygnały tylko na oscyloskopie, to w sumie nie jest to takie ważne, bo kanałów ADC i tak nie będziecie używać. Gdyby jednak miało być inaczej, pomyśl o porządnym filtrze wejściowym.

Za to kanały DAC mają 336ksps. Nie podano pasma analogowego, ale za to dostajemy specyfikację slew rate. Z ograniczenia do 3.7V/us wychodzi, że jeśli będziesz potrzebować sygnału full-scale - powiedzmy 10Vpp - to dostaniesz sinus max. niecałe 60kHz. Dopiero mniejsze amplitudy będą "szybsze", no ale wiadomo. Tak więc ja bym założył, że i tak nie będziecie wykorzystywać całych dostępnych ±10V a sporo mniej, np. ±1 lub 2V. I tak wtedy "skok jednostkowy" np. z -1 na +1V (bardzo przydatny do takich testów sygnał) będzie miał czas narastania ok. 10us. Trzeba to jakoś wyważyć z parametrami bloczków.

Acha i dobra wiadomość: wejścia ADC (jeśli z nich skorzystacie zamiast oscyloskopu) są zabezpieczone do ±25V więc nie musisz się o transile martwić.

  • Lubię! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

A w ogóle, to ja chyba źle podpięłam zasilanie wzmacniacza, co nie?

  • Lubię! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

No jasne. Dlatego staram się stosować symbole wzmacniaczy bez zasilania, bo przecież w jednym układzie mają na górze wejście (+) a w innym (-). Zasilanie zawsze jako osobny bloczek, który leży sobie gdzieś z boku i nie jest odwracany przy zmianach w topologii podłączenia opampa. Brawo za spostrzegawczość 🙂

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Płytka poszła do druku. Niestety nie zmodyfikowana zbytnio i to mnie trochę martwi, ale poszło zanim się zdążyłam wtrącić. Dam znać jak bardzo uciążliwe są problemy, o których pisałeś, chociaż mam nadzieję, że się je jakoś ominie...

Dziękuję bardzo za pomoc! Bardzo dużo mi pomogłeś 🙂

Faktycznie, będę korzystała z wejść ADC, żeby zapisać wynik do pliku. Zobaczymy co z tego wyjdzie.

[ Dodano: 19-01-2017, 17:36 ]

Czy następujące wartości parametrów dla układu różniczkującego mają sens: R1=10kΩ, R2= 100kΩ, C1=10nF, C2=100pF? Wtedy zakres poprawnego różniczkowania jest dla częstotliwosci mniejszych niz 10kHz a stała czasowa wynosi 1ms, albo do wybory tez R2=1M, czyli stała czasowa = 0,1ms.

Na podobnej zasadzie dobrałam wartości dla układu całkującego:

R1=100kΩ, R2=1MΩ i C=10nF ,całkowanie dla wartości powyżej 100Hz, a stała czasowa 0,1ms.

Albo tez do wyboru R1=10k, wtedy tau=1ms

Takie wartosci chyba mają sens, bo naprzykład gdybym chciała połączyć układ całkujący i różniczkujący w PID, to muszą oba działać dla tych samych częstotliwości.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Gość
Napisz odpowiedź...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.


×
×
  • Utwórz nowe...