Analogowe potyczki

To nie jest miejsce tylko dla początkujących, wszyscy jesteśmy w czymś początkujący i wymieniamy się doświadczeniami.
Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 917
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Analogowe potyczki

Postautor: gaweł » poniedziałek 14 wrz 2020, 04:17

Analogowe potyczki

anp_il01.jpg


Jak mówi obiegowe porzekadło, co się odwlecze, to nie uciecze. Ta mądrość ludowa jest chyba prawdziwa. W okresie pobierania nauki na politechnice jakoś mało fascynowały mnie układy analogowe. To odbiło się na całej późniejszej praktyce w zawodzie: procki i układy cyfrowe stały się głównym zajęciem. Jednak zaległości w końcu dały o sobie znać. Nadeszły chwile na eksperymenty ze wzmacniaczami operacyjnymi. Dla wyjadaczy to może i nie są zbyt skomplikowane rozwiązania, ale w moim przypadku (jak na razie to spore wyzwanie). Czas przegonić studenckie strachy i potraktować sprawę poważnie.
Temat jest następujący: mając jedynie dostępne napięcie zasilające +12VDC należy zbudować układ przenoszący sygnał sin w zakresie częstotliwości od 0 do 1 MHz (najlepiej 1,5MHz, będzie mały zapas) i o amplitudzie na wyjściu 12V. Sygnał wejściowy ma amplitudę około 0,3V, więc łatwo wyrachować, że należy uzyskać ponad 30 dB wzmocnienia. I tu się pojawiają pierwsze schody: na takie pasmo sygnału oferta większości opampów to układy o zasilaniu -5V i +5V. Z tym wiąże się drugi problem, bo ujemne napięcia zasilające to trzeba sobie wyprodukować. Można zastosować przetwornicę impulsową, ale tu pojawiają się kolejne schody: przetwornice impulsowe „sieją” różnymi zakłóceniami na zasilaniu. By nie walczyć z wiatrakami i szukać problemów tam, gdzie ich nie ma, zacząłem od rozwiązania zasilania. Wymyśliłem sobie, że w oparciu o rozwiązania impulsowe zostanie wyprodukowane napięcie trochę większe, które „przejdzie” przez klasyczny stabilizator liniowy, który może trochę wytonuje generowany szum. Na końcu dodałem jeszcze jakiś elementarny filtr. Schemat jest następujący:
anp_il02.png
Dalsze eksperymenty są realizowane z napięciem +/-15V (równie dobrze można zastosować układy 7812 i 7912), gdyż znalazłem wzmacniacze operacyjne z zalecanym napięciem zasilania -/+12V oraz -/+15V. Jak się później okazało, układy te nie są typu rait-to-rail, więc przy zasilaniu -/+12V nie da się uzyskać amplitudy sygnału 12V.
Wracając do zasilania.... układ badawczo-eksperymentalny w akcji
anp_il03.jpg
Drogą wielu eksperymentów i badań powstał powyższy schemat. Przykładając „lupkę oscylka” na wejście układu 7815 jest przebieg „zaszumiony” (obrazek poniżej po lewej) i na wyjściu 7815 jest znacząco lepiej (obrazek poniżej po prawej).
anp_il04.png
Trochę gorzej przedstawia się sytuacja dla napięcia ujemnego. Tam na wlocie do 7915 jest większy armagedon (przebieg poniżej po lewej), ale stary i zaprawiony w bojach 7915 jakoś daje sobie radę (przebieg poniżej po prawej).
anp_il05.png
W sumie uznałem uzyskany efekt za zadawalający, znaczy jedne drzwi zostały za sobą zamknięte i czas przejść do kolejnych.
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 917
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: Analogowe potyczki

Postautor: gaweł » wtorek 15 wrz 2020, 21:40

Ze względu na spore wymagania, konieczne stało się wykonanie kilku eksperymentów z układami analogowymi. Nie wszystko da się wyczytać z dokumentacji, więc ważną wiedzę należy pozyskać na drodze własnych badań. Załóżmy, że jest źródło sygnału o amplitudzie około 4V i odpowiedniej częstotliwości. W badaniach został zastosowany generator funkcyjny (generator pokazuje napięcie Vpp, więc ma ustawione 8V na wyświetlaczu). Wystarczy, że stopień wyjściowy zostanie zasilony powyższym układem zasilania. Banalnie prosty układ badawczy pokazuje poniższy rysunek.
anp_il11.png
Na pierwszy ogień poszedł NE5534,
anp_il12.jpg
który wg danych katalogowych na odpowiedni zakres napięcia zasilającego i pasmo częstotliwości (nawet biorąc, że wzmocnienie wynosi 2 mogłem się spodziewać, że powinno zadziałać, naiwność).
anp_il13.png
Układ wymiękł przy około 350kHz. No trochę to daleko od tego czego mogłem się spodziewać.
anp_il14.jpg
Tak się zastanawiałem „o co w tym wszystkim chodzi?”. Oczywiście dopadło mnie pojęcie Gain Bandwidth Product, iloczyn wzmocnienia i szerokości pasma. Odpowiedź chyba znalazłem w książce P. Góreckiego „Wzmacniacze operacyjne”. Pozwolę sobie zacytować:
„Bardzo istotną kwestią jest praktyczna przydatność podawanych w katalogu parametrów. W tym zakresie producenci od dawna pozwalają sobie na „chwyty”, które niezorientowanych, początkujących konstruktorów mogą wprowadzić w błąd. Aby nie wpaść w takie pułapki, nie fascynuj się wartościami w materiałach reklamowych. Często rewelacyjne wprost wartości parametrów dotyczą selekcjonowanych elementów przeznaczonych do zastosowań specjalnych (militarne, kosmiczne, lotnicze). "
Nic dodać, nic ująć. No i jak tu uwierzyć w słowo pisane? Jedynie własny eksperyment jest coś warty, jak sam nie sprawdzisz, to nie wiesz.
Kolejny typ to OPA37. Firma BB jest znana z nietuzinkowych osiągów, choć zapewne po starej BB pozostały już jedynie gwiazdki a w stajni Texasa … to już inne zjawisko.
anp_il15.jpg
Niestety nie zachwycił mnie ten układ. Wymiękł ciut powyżej 300kHz a moje potrzeby są znacznie większe.
anp_il16.jpg
Googlanie po stronach znanych producentów wzmacniaczy operacyjnych owszem daje jakieś typy, które mogą spełniać wymagania. Piszę „mogą” bo by spełniły, to muszą dać się jakoś pozyskać. Tak całkiem przypadkiem padło na układ AD825, nawet daje się łatwo dostać w naszym kraju.
anp_il17.jpg
No muszę przyznać, że wiara we mnie wróciła. Układ całkiem spoko sobie radzi nawet z 2MHz.
anp_il18.jpg
Co prawda powyżej 1.5MHz amplituda zaczęła lekko przysiadać, ale moim wymaganiem jest granica 1MHz, więc spoko. W czasie badań przy okazji wyszło coś, czego zapewne w datasheecie nie da się wyczytać. Jakoś od 900kHz w górę, układ zaczyna lekko się nagrzewać, tak, że przy 1MHz wyczuwa się temperaturę przy dotyku palcem. Wniosek z tego płynie taki, że w docelowej konstrukcji może trzeba przewidzieć jakiś mały radiatorek.
Już tak całkiem z czystej ciekawości, poddałem eksperymentom układ OP07 (tego całkiem sporo wala mi się w szufladzie). No rewelacji nie ma. Układ dosyć szybko odpadł, już przy 6kHz. Na wyjściu jest przebieg, jakby go ktoś młotkiem potraktował – całkiem pogięty.
anp_il19.jpg
W drodze jeszcze jednego eksperymentu, tak już z czystej ciekawości akademickiej, pod lupę poszedł stary wyjadacz: μA741 (nawet w polskim wydaniu):
anp_il120.jpg
anp_il121.jpg
No muszę przyznać, że nie spodziewałem się osiągniętego wyniku. Niby to zabytek, stary ale dziarski. Dojechał do 14kHz, gdzie wyjściowy sin zaczął odbiegać od powszechnie przyjętego kształtu.
anp_il122.jpg
I tak zdawałoby się proste zadanie nie okazało się tak prostym jak można by przypuszczać. Własne wyobrażenia trochę odjechały od rzeczywistości, ale samodzielnie przeprowadzona próba zawsze sprowadza działania na właściwe tory.
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
wojtek
Uber Geek
Uber Geek
Posty: 2199
Rejestracja: piątek 04 wrz 2015, 09:03

Re: Analogowe potyczki

Postautor: wojtek » środa 16 wrz 2020, 06:45

No na parametr unity gain bandwith już nie jeden sie nabrał jak nie wniknął w definicje parametru, dla tych co mogliby się nabrać jeszcze, prosty przykład jeśli GBW jest 1MHz, to oznacza, że przy zmocnieniu 1 pasmo jest 1MHz ale juz dla wzmocnienia 10 pasmo spadnie do 100kHz. Po prostu jest to parametr który mówi ze iloczyn pasma i wzmocnienia jest stały i równy podanej wartości przez producenta, co nie oznacza ze tak jest w praktyce o czym już kolega napisał wyżej.
Wojtek

Awatar użytkownika
GrumpyRez
User
User
Posty: 143
Rejestracja: poniedziałek 04 cze 2018, 09:19
Lokalizacja: JO90LC - SQ9ST

Re: Analogowe potyczki

Postautor: GrumpyRez » środa 16 wrz 2020, 11:36

Konkluzja jest taka, że należy patrzeć na wykresy, a nie na tabelki ;), ot cała tajemnica.

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 917
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: Analogowe potyczki

Postautor: gaweł » środa 16 wrz 2020, 15:34

wojtek pisze:prosty przykład jeśli GBW jest 1MHz, to oznacza, że przy zmocnieniu 1 pasmo jest 1MHz ale juz dla wzmocnienia 10 pasmo spadnie do 100kHz.

Sens tego parametru to jest mi znany, natomiast rachunki nie pokrywają się z rzeczywistością. W DS przykładowo od NE5534 jest napisane Unity Gain Bandwidth jest 10MHz, więc dla wzmocnienia Ku=2 mogłem się spodziewać 5MHz. Natomiast wyszło jak wyszło :( .
Dysproporcja między rachunkowym 5MHz a rzeczywistym 350kHz jest ogromna i to mnie najbardziej dziwi.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
wojtek
Uber Geek
Uber Geek
Posty: 2199
Rejestracja: piątek 04 wrz 2015, 09:03

Re: Analogowe potyczki

Postautor: wojtek » środa 16 wrz 2020, 20:20

... a to nie wątpiłem, że Ty sens tego parametru znasz, po prostu dałem taki przykład wyjaśniający, inna sprawa że ten parametr jest podawany dla konkretnych warunków, zasilanie wydaje się ze jest takie jak podają ale co z pojemnością kompensacji i obciążenia? no i pewnie layout "pcb" tez ma wpływ, tyle czy aż tak duży to chyba nie.
Wojtek

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 917
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: Analogowe potyczki

Postautor: gaweł » środa 16 wrz 2020, 20:45

Jest w tym wszystkim jakaś wiedza tajemna. Układ badawczy, nie zaprzeczam, jest to na fotkach, to konstrukcja lotnicza (lotnicza, bo wszystko lata). Zapewne mogło to mieć jakiś wpływ. Moja dociekliwość chce poznać tematykę, ale... nie jest to tak proste, jak by się mogło wydawać. Jeszcze trochę trzeba się potrudzić.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
GrumpyRez
User
User
Posty: 143
Rejestracja: poniedziałek 04 cze 2018, 09:19
Lokalizacja: JO90LC - SQ9ST

Re: Analogowe potyczki

Postautor: GrumpyRez » czwartek 17 wrz 2020, 09:19

Pytanie o pochodzenie tych układów, sporo podrób powstało w ostatnich latach, szczególnie tych bardziej polularnych OPampów i one za cholerę nie trzymają parametrów.

Ogólnie z własnego doświadczenia wiem, że wszystkie graniczne parametry trzeba brać dla wzmocnienia x1

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 917
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: Analogowe potyczki

Postautor: gaweł » czwartek 17 wrz 2020, 16:21

No tak, jest taka opcja. Jednak jeżeli TME będzie sprzedawać podróby, to koniec świata :(

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
GrumpyRez
User
User
Posty: 143
Rejestracja: poniedziałek 04 cze 2018, 09:19
Lokalizacja: JO90LC - SQ9ST

Re: Analogowe potyczki

Postautor: GrumpyRez » piątek 18 wrz 2020, 11:42

Kiedyś miałem problem z RTL8019AS, padały jak muchy, kolejna partia była już mniej awaryjna. Obie kupione w odstępie roku na TME. Swojego czasu rocznie wymieniałem w okolicach 50-70tych układów.

PS. ja mam część takich opampów zamówionych bezpośrednio u producenta jako sample. Ewentualnie farnell, tam się jeszcze nigdy nie naciąłem.

Co nie znaczy że twierdzę iż TME sprzedaje podróby. Jedynie z RTLami miałem takie dosyć nieprzyjemne zdarzenie.

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 917
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: Analogowe potyczki

Postautor: gaweł » piątek 18 wrz 2020, 23:39

Rzeczywiście, w dobie różnych naciągaczy uczciwość i rzetelność to podstawa. Jednak komuś w końcu trzeba zaufać. Dobrym wyjściem jest bezpośrednie sięganie do źródła, może trzeba zmienić swoje dotychczasowe przyzwyczajenia. Przy okazji, taka opcja zakupowa pozwala uzyskać coś, czego nikt jeszcze nie ma. Człowiek najlepiej uczy się na własnych błędach.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

kaf
Newb
Newb
Posty: 61
Rejestracja: piątek 13 kwie 2018, 22:53

Re: Analogowe potyczki

Postautor: kaf » sobota 19 wrz 2020, 11:06

OP07 to układ wybitnie stałoprądowy, więc stosowanie go w torach sygnałów AC nie ma sensu. Z kolei 741 jest "uniwersalny" taki do wszystkiego do niczego. Ciekawe jakby wypadł LF357.

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 917
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: Analogowe potyczki

Postautor: gaweł » sobota 19 wrz 2020, 21:17

Prosisz, dostajesz. Jeszcze nie rozebrałem "aparatury pomiarowej", więc mogę zrobić próbę tylko muszę zlokalizować operacza. W standardowej szufladzie z operaczami takiego nie mam, ale są inne szuflady, gdzie mogą być, tylko trzeba poszukać.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 917
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: Analogowe potyczki

Postautor: gaweł » poniedziałek 21 wrz 2020, 21:48

Kto szuka, ten znajdzie. Właśnie namierzyłem rzeczony scalaczek: LF357.
anp_il31.jpg
No to do roboty. Scalaczek ląduje w miejscu laboratoryjnym i zostaje poddany eksperymentom. Sygnał wejściowy jest w tych samych kategoriach co wcześniej.
anp_il32.jpg
No muszę powiedzieć, że poczciwy LF357 trochę mnie zaskoczył.
Przy 500kHz zaczęły się pojawiać zniekształcenia dolnej sinusoidy, ale charakter sygnału jest nadal zachowany.
anp_il33.jpg
anp_il34.png
Przy 800kHz praktycznie nic się nie zmieniło, „Krzywizny” ujemnej połówki nie odbiegają od wcześniejszych.
anp_il35.jpg
anp_il36.png
Przy 1MHz nieznacznie pogłębiają się dotychczasowe problemy, jednak co warto zauważyć, nadal układ trzyma amplitudę sygnału wyjściowego (czego nie można powiedzieć o wcześniejszych układach, które zaczęły wymiękać).
anp_il37.jpg
anp_il38.png
W sumie układ LF357 to całkiem sensny opamp, którego, przyznam szczerze, nie doceniałem. Patrząc na dokumentację scalaczka to dla wzmocnienia 0dB układ powinien dojechać do 5MHz. No niestety tego nie sprawdzę, bo mój generatorek sięga jedynie do 3MHz.
anp_il39.png
Tak przyszła mi do głowy pewna konkluzja: czy nie jest to spowodowane „jakością” zasilania. We wcześniejszych badaniach dało się zauważyć, że ujemne napięcie zasilające na wyjściu przetwornicy jest trochę gorszej jakości. Czy przypadkiem obserwowany wynik nie jest nałożeniem się większej liczby problemów. To co jest obserwowane może mieć całkiem inną przyczynę niż ciągle nam się to nasuwa w pierwszej sugestii i nie jest dostrzegana prawdziwa przyczyna. By to zweryfikować, to należałoby całość zasilić z akumulatora, ale to temat na przyszłość.
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
GrumpyRez
User
User
Posty: 143
Rejestracja: poniedziałek 04 cze 2018, 09:19
Lokalizacja: JO90LC - SQ9ST

Re: Analogowe potyczki

Postautor: GrumpyRez » wtorek 22 wrz 2020, 08:05

To jest raczej kwestia wewnętrznej konstrukcji opampa, LF357 to prosty wzmacniacz, nie specjalnie dokładny, niskoszumny. Stąd nie ma ograniczenia pasma. W poprzednich to kwestia kompromisów. Tutaj ci już sieje sporymi harmonicznymi w sygnale, co jest w wielu zastosowaniach bardzo niewskazane. Lepiej jak charakterystyka wzmacniacza zaczyna łagodnie schodzić i tłumić sygnał, niż jak się mają pojawiać takie artefakty na sygnale. Bo to jest dużo bardziej szkodliwe. Ot taka moja subiektywna dygresja ;).

PS. Musiał bym poszukać w starych książkach, bo kiedyś pokazywali schematy wewnętrzne starszych opamów, po tym można było ogarnąć mniej więcej zachowanie się wzmacniacza.

I nie wiem czy przypadkiem w kursie EdW o wzmacniaczach operacyjnych nie była mowa o podobnych problemach.


Wróć do „Podstawy elektroniki - teoria i praktyka”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 2 gości