Програмабилно појачало појачала помоћу МОСФЕТ-а и транзистора

У мерној индустрији врло важан функционални блок је програмабилно појачало (ПГА). Ако сте љубитељ електронике или студент, вероватно сте видели драгоцени мултиметар или осцилоскоп како мери врло мале напоне јер коло има уграђени ПГА уз моћан АДЦ који помаже у прецизном процесу мерења.

У данашње време ПГА појачало нуди неинвертујуће појачало засновано на оп-појачалу са корисничким фактором појачања који се може програмирати. Овај тип уређаја има врло високу улазну импедансу, широку ширину опсега и референтну вредност улазног напона уграђену у ИЦ. Али све ове функције имају трошак, а за мене не вреди стављати толико скупи чип за генеричку апликацију.

Дакле, да бих превазишао ове ситуације, смислио сам аранжман који се састоји од Оп-појачала, МОСФЕТ-а и Ардуина, помоћу којих сам могао програмски да променим добитак оп-појачала. Дакле, у овом упутству ћу вам показати како да направите сопствени појачавач са програмабилним појачавањем са оптичким појачалом ЛМ358 и МОСФЕТ-овима, а разговараћу о неким предностима и недостацима кола заједно са тестирањем.

Основе оп-амп-а

Да бисмо разумели рад овог кола, веома је важно знати како ради операционо појачало. Сазнајте више о Оп-амп-у пратећи овај склоп тестера оп-амп-а.

На горњој слици можете видети оперативно појачало. Основни посао појачала је појачавање улазног сигнала, заједно са појачавањем, опцијско појачало може да обавља и разне операције попут збрајања, диференцирања, интегрисања итд. Овде сазнајте више о појачавачу збрајања и диференцијалном појачалу.

Оп-амп има само три терминала. Терминал са знаком (+) назива се неинвертујући улаз, а терминал са знаком (-) инвертујући улаз. Поред ова два терминала, трећи терминал је излазни терминал.

Оптичко појачало следи само два правила

Струја не тече ни из улаза оп-појачала.
Опцијско појачало покушава да задржи улазе на истим нивоима напона.

Дакле, са разјашњењем та два правила, можемо анализирати доња кола. Такође, научите више о Оп-амп-у пролазећи кроз различите склопове засноване на Оп-амп-у.

Програмабилно појачало појачала ради

Горња слика даје вам основну идеју о распореду кола мог сировог ПГА појачала. У овом колу оп-појачало је конфигурисано као неинвертујуће појачало, а као што сви знамо са неинвертујућим распоредом кола, можемо променити појачање оп-ампера променом повратног отпора или улазног отпорника, као што видите из горњег распореда кола, само морам да пребацим МОСФЕТ-ове један по један да бих променио појачање оп-појачала.

У одељку за тестирање урадио сам само то да сам мењао МОСФЕТ-ове један по један и упоређивао измерене вредности са практичним вредностима, а резултате можете видети у одељку „тестирање кола“ испод.

Компоненте потребне

Ардуино Нано - 1
ЛМ358 ИЦ - 1
ЛМ7805 регулатор - 1
БЦ548 Генерички НПН транзистор - 2
БС170 Генериц Н-цханнел МОСФЕТ - 2
Отпорник 200К - 1
Отпорник 50К - 2
24К отпорник - 2
Отпорник 6.8К - 1
1К отпорник - 4
Отпорник 4.7К - 1
220Р, 1% отпорник - 1
Тактилни прекидач генерички - 1
Жута ЛЕД 3мм - 2
Даска за хлеб генеричка - 1
Жица краткоспојника Генериц - 10
Напајање ± 12В - 1

Шематски приказ

За демонстрацију програмабилног појачала појачала, коло је изведено на безлемљеној плочи уз помоћ шеме; Да би се смањила унутрашња паразитска индуктивност и капацитет плоче, све компоненте су постављене што је могуће ближе.

А ако се питате зашто је у мојој плочи грозд жица? дозволите ми да вам кажем да је потребно направити добру везу са земљом јер су унутрашње везе на земљи у плочи за плочу врло лоше.

Овде је оп-појачало у колу конфигурисано као неинвертујуће појачало, а улазни напон од регулатора напона 7805 износи 4,99 В.

Измерена вредност за отпорник Р6 је 6,75К, а Р7 је 220,8Р. Ова два отпорника чине делилац напона који се користи за генерисање улазног испитног напона за оп-појачало. Отпорници Р8 и Р9 се користе за ограничавање уноса Базна струја транзистора Т3 и Т4. У отпорници Р10 и Р11 се користе за ограничавање брзине пребацивање на МОСФЕТ Т1 и Т2, у супротном, то може изазвати осцилације у колу.

На овом блогу желим да вам покажем разлог употребе МОСФЕТ-а, а не БЈТ-а, отуда и распоред кола.

Ардуино код за ПГА

Овде се Ардуино Нано користи за управљање базом транзистора и капијом МОСФЕТ-ова, а мултиметар се користи за приказ нивоа напона јер уграђени АДЦ Ардуино-а ради врло лош посао, када је реч о мерењу ниског нивоа нивои напона.

Комплетни Ардуино код за овај пројекат дат је у наставку. Будући да је ово врло једноставан Ардуино код, не требамо укључити ниједну библиотеку. Али морамо дефинисати неке константе и улазне пинове као што је приказано у коду.

Постављање празнине () је главни функционални блок у којем се операција читања и писања за све улазе и излазе изводи према захтеву.

#дефине БС170_ВИТХ_50К_ПИН 9 #дефине БС170_ВИТХ_24К_ПИН 8 #дефине БЦ548_ВИТХ_24К_ПИН 7 #дефине БЦ548_ВИТХ_50К_ПИН 6 #дефине БУТТОН_ПИН 5 #дефине ЛЕД_ПИН1 3 инт дебоунце_цоунтер = 0; воид сетуп () {пинМоде (БС170_ВИТХ_50К_ПИН, ОУТПУТ); пинМоде (БС170_ВИТХ_24К_ПИН, ИЗЛАЗ); пинМоде (БЦ548_ВИТХ_24К_ПИН, ОУТПУТ); пинМоде (БЦ548_ВИТХ_50К_ПИН, ОУТПУТ); пинМоде (ЛЕД_ПИН1, ИЗЛАЗ); пинМоде (ЛЕД_ПИН2, ИЗЛАЗ); пинМоде (БУТТОН_ПИН, ИНПУТ); } воид лооп () {боол вал = дигиталРеад (БУТТОН_ПИН); // читање улазне вредности иф (вал == ЛОВ) {дебоунце_цоунтер ++; иф (дебоунце_цоунтер> ПРЕССЕД_ЦОНФИДЕНЦЕ_ЛЕВЕЛ) {дебоунце_цоунтер = 0; буттон_ис_прессед ++; } иф (буттон_ис_прессед == 0) {дигиталВрите (БС170_ВИТХ_50К_ПИН, ХИГХ); дигиталВрите (БС170_ВИТХ_24К_ПИН, ЛОВ);дигиталВрите (БЦ548_ВИТХ_24К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (БЦ548_ВИТХ_50К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (ЛЕД_ПИН1, ЛОВ); дигиталВрите (ЛЕД_ПИН2, ЛОВ); } иф (буттон_ис_прессед == 2) {дигиталВрите (БС170_ВИТХ_24К_ПИН, ХИГХ); дигиталВрите (БС170_ВИТХ_50К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (БЦ548_ВИТХ_24К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (БЦ548_ВИТХ_50К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (ЛЕД_ПИН1, ЛОВ); дигиталВрите (ЛЕД_ПИН2, ХИГХ); } иф (буттон_ис_прессед == 3) {дигиталВрите (БЦ548_ВИТХ_24К_ПИН, ХИГХ); дигиталВрите (БЦ548_ВИТХ_50К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (БС170_ВИТХ_24К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (БС170_ВИТХ_50К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (ЛЕД_ПИН1, ХИГХ); дигиталВрите (ЛЕД_ПИН2, ХИГХ); } иф (буттон_ис_прессед == 1) {дигиталВрите (БЦ548_ВИТХ_50К_ПИН, ХИГХ); дигиталВрите (БС170_ВИТХ_50К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (БС170_ВИТХ_24К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (БЦ548_ВИТХ_24К_ПИН, ЛОВ); дигиталВрите (ЛЕД_ПИН1, ХИГХ);дигиталВрите (ЛЕД_ПИН2, ЛОВ); } иф (буттон_ис_прессед> = 4) {буттон_ис_прессед = 0; }}}

Прорачуни за програмабилно појачало појачала

Измерене вредности за круг ПГА појачала приказане су у наставку.

Вин = 4,99 В Р7 = 220,8 Ω Р6 = 6,82 КΩ Р5 = 199,5К Р4 = 50,45К Р3 = 23,99К Р2 = 23,98К Р1 = 50,5К

Белешка! Приказане су измерене вредности отпорника јер помоћу измерених вредности отпорника можемо блиско упоређивати теоријске вредности и практичне вредности.

Сада је прорачун из калкулатора делитеља напона приказан испод,

Излаз делитеља напона је 0,1564В

Израчунавање појачања неинвертујућег појачала за 4 отпорника

Воут када је Р1 одабрани отпорник

Воут = (1+ (199,5 / 50,5)) * 0,1564 = 0,77425В

Воут када је Р2 одабрани отпорник

Воут = (1+ (199,5 / 23,98)) * 0,1564 = 1,45755В

Воут када је Р3 одабрани отпорник

Воут = (1+ (199,5 / 23,99)) * 0,1564 = 1,45701В

Воут када је Р4 одабрани отпорник

Воут = (1+ (199,5 / 50,45)) * 0,1564 = 0,77486В

Све сам то учинио да упоредим теоријске и практичне вредности што ближе.

Са свим извршеним прорачунима можемо прећи на одељак за тестирање.

Испитивање програмабилног круга појачала

Горња слика приказује вам излазни напон када је МОСФЕТ Т1 укључен, па струја протиче кроз отпорник Р1.

Горња слика приказује вам излазни напон када је укључен транзистор Т4, па струја пролази кроз отпорник Р4.

Горња слика приказује вам излазни напон када је МОСФЕТ Т2 укључен, па струја тече кроз отпорник Р2.

Горња слика приказује вам излазни напон када је укључен транзистор Т3, па струја тече кроз отпорник Р3.

Као што видите из шеме, Т1, Т2 су МОСФЕТ-ови, а Т3, Т4 транзистори. Дакле, када се користе МОСФЕТ-ови, грешка је у опсегу од 1 до 5 мВ, али када се транзистори користе као прекидачи, добијамо грешку у опсегу од 10 до 50 мВ.

Са горњим резултатима, јасно је да је МОСФЕТ прво решење за ову врсту примене, а грешке у теоретским и практичним могућностима могу бити узроковане грешком померања оп-појачала.

Белешка! Имајте на уму да сам додао две ЛЕД диоде само ради тестирања и не можете их пронаћи у стварној шеми, приказује бинарни код који показује који пин је активан

Предности и слабости програмабилног појачала

Како је ово коло јефтино, лако и једноставно, може се применити у много различитих апликација.

Овде се МОСФЕТ користи као прекидач за пропуштање све струје кроз отпорник на масу, због чега ефекат температуре није сигуран, а са мојим ограниченим алатима и испитном опремом нисам успео да вам покажем ефекте променљиве температуре на коло.

Циљ употребе БЈТ-а заједно са МОСФЕТ-овима је зато што желим да вам покажем колико БЈТ може бити лош за ову врсту апликације.

Вредности повратних отпорника и улазних отпорника морају бити у опсегу КΩ, то јест зато што ће при нижим вредностима отпорника кроз МОСФЕТ пролазити више струје, па ће тако више напона пасти на МОСФЕТ-у што доводи до непредвидивих резултата.

Даље побољшање

Коло се може даље модификовати како би се побољшале његове перформансе као што можемо додати филтер за одбијање високофреквентних звукова.

Како се у овом тесту користи оптичко појачало ЛМ358 из желе-зрна, офсет грешке оп-амп-а играју главну улогу на излазном напону. Тако се може даље побољшати употребом инструменталног појачала уместо ЛМ358.

Ово коло је направљено само у демонстрацијске сврхе. Ако размишљате о употреби овог кола у практичној примени, морате да користите оптички појачавач типа хеликоптер и отпорник високе прецизности од 0,1 ома да бисте постигли апсолутну стабилност.

Надам се да вам се свидео овај чланак и да сте из њега научили нешто ново. Ако сумњате, можете питати у коментарима испод или можете користити наше форуме за детаљну дискусију.