Teoriassa toimivia kytkentöjä löytää esim. täältä:
https://fi.wikipedia.org/wiki/Operaatiovahvistimen_kytkennät
entä käytännössä?
Ainakin, jos aiot käyttää operaatiovahvistinta audiovahvistimena (esim. mikrofonivahvistin), niin nuo teoriassa toimivat kytkennät sellaisenaan tuottavat lähinnä pettymyksen, koska ne kohisevat varsin paljon.
Jos oikein muistan, niin tuon kohinaongelman saa usein korjattua yhdellä kondensaattorilla, mutta: mihin se kondensaattori kytketään ja miten / millä perusteella sen suuruus mitoitetaan ?
Hyvä lisäkysymys: miksi moni analogiaelektroniikkaa käsittelevä kirja ei edes mainitse moisen kondensaattorin tarpeellisuutta, vaan esittää esimerkkeinä operaatiovahvistimen kytkennästä suunnilleen nuo samat, mitkä löytää wikipediasta.
Mielestäni esim. oppilaitosten pitäisi laittaa boikottiin huonosti tehdyt oppikirjat: jos oppikirja ei edes mainitse sitä tosiasiaa, että nuo wikipediastakin löytyvät kytkennät toimivat lähinnä teoriassa, mutta jos niiden esimerkin mukaan rakentaa vaikkapa mikrofonia varten esivahvistimen, niin kohinaa tulee ja runsaasti ?
Noiden kirjojen tekijäthän saavat tekijänoikeustuloja jokaisesta myydystä kappaleesta.
Veikkaanpa, että jos oppilaitokset oikeasti laittaisivat boikottiin nuo huonosti tehdyt oppikirjat, niin parempia alkaisi ilmesttyä varsin pian, kun tekijöitä alkaisi harmittaa se, ettei tekijänoikeustuloja enää tulisi entiseen malliin.
Entä, jos käyttötarkoitus on muu kuin audiovahvistin ?
Esimerkki:
Halutaan mitata esim. 2 kpl 63 V sarjaankytketyn kondensaattorin jännitteet.
Mitattavia kondensaattoreita halutaan mittauskytkennällä kuormittaa mahdollisimman vähän, joten mittaus (mikrokontrollerin sisäänrakennetulla 10 -bittisellä A/D -muuntimella) tehdään seuraavasti:
kummankin kondensaattorin plus -nastasta kahden vastuksen muodostama jännitteenjakokytkentä (ylempi vastus esim. 10 MΩ) alemman kondensaattorin miinus -nastalle, ja 2 kpl operaatiovahvistimia jänniteseuraajaksi.
Tästä alemman kondensaattorin mittaamiseksi alemman kondensaattorin jännitteenjakajana toimivien kahden vastuksen välistä suora kytkentä mikrokontrollerin sisäänrakennetulla A/D -muuntimen yhteen sisääntuloon.
Ylemmän kondensaattorin mittaamiseksi tarvitaan sitten vielä 1 operaatiovahvistin kytkettynä differentiaalivahvistimeksi, jotta saadaan mitattua ylemmän kondensaattorin jännite erikseen, eikä kahden kondensaattorin jännitteiden summaa.
Mutta pitäisikö tähänkin lisätä tuo kohinanvaimennuskondensaattori?
Jos ei lisätä, niin veikkaanpa, että silloin kohinaa tulee niin paljon, että A/D -muuntimen 10 -bitin mittaustarkkuudesta jää useampi alin bitti turhaksi, koska mittaustulosta häiriköi varsin voimakas kohina.
https://fi.wikipedia.org/wiki/Operaatiovahvistimen_kytkennät
entä käytännössä?
Ainakin, jos aiot käyttää operaatiovahvistinta audiovahvistimena (esim. mikrofonivahvistin), niin nuo teoriassa toimivat kytkennät sellaisenaan tuottavat lähinnä pettymyksen, koska ne kohisevat varsin paljon.
Jos oikein muistan, niin tuon kohinaongelman saa usein korjattua yhdellä kondensaattorilla, mutta: mihin se kondensaattori kytketään ja miten / millä perusteella sen suuruus mitoitetaan ?
Hyvä lisäkysymys: miksi moni analogiaelektroniikkaa käsittelevä kirja ei edes mainitse moisen kondensaattorin tarpeellisuutta, vaan esittää esimerkkeinä operaatiovahvistimen kytkennästä suunnilleen nuo samat, mitkä löytää wikipediasta.
Mielestäni esim. oppilaitosten pitäisi laittaa boikottiin huonosti tehdyt oppikirjat: jos oppikirja ei edes mainitse sitä tosiasiaa, että nuo wikipediastakin löytyvät kytkennät toimivat lähinnä teoriassa, mutta jos niiden esimerkin mukaan rakentaa vaikkapa mikrofonia varten esivahvistimen, niin kohinaa tulee ja runsaasti ?
Noiden kirjojen tekijäthän saavat tekijänoikeustuloja jokaisesta myydystä kappaleesta.
Veikkaanpa, että jos oppilaitokset oikeasti laittaisivat boikottiin nuo huonosti tehdyt oppikirjat, niin parempia alkaisi ilmesttyä varsin pian, kun tekijöitä alkaisi harmittaa se, ettei tekijänoikeustuloja enää tulisi entiseen malliin.
Entä, jos käyttötarkoitus on muu kuin audiovahvistin ?
Esimerkki:
Halutaan mitata esim. 2 kpl 63 V sarjaankytketyn kondensaattorin jännitteet.
Mitattavia kondensaattoreita halutaan mittauskytkennällä kuormittaa mahdollisimman vähän, joten mittaus (mikrokontrollerin sisäänrakennetulla 10 -bittisellä A/D -muuntimella) tehdään seuraavasti:
kummankin kondensaattorin plus -nastasta kahden vastuksen muodostama jännitteenjakokytkentä (ylempi vastus esim. 10 MΩ) alemman kondensaattorin miinus -nastalle, ja 2 kpl operaatiovahvistimia jänniteseuraajaksi.
Tästä alemman kondensaattorin mittaamiseksi alemman kondensaattorin jännitteenjakajana toimivien kahden vastuksen välistä suora kytkentä mikrokontrollerin sisäänrakennetulla A/D -muuntimen yhteen sisääntuloon.
Ylemmän kondensaattorin mittaamiseksi tarvitaan sitten vielä 1 operaatiovahvistin kytkettynä differentiaalivahvistimeksi, jotta saadaan mitattua ylemmän kondensaattorin jännite erikseen, eikä kahden kondensaattorin jännitteiden summaa.
Mutta pitäisikö tähänkin lisätä tuo kohinanvaimennuskondensaattori?
Jos ei lisätä, niin veikkaanpa, että silloin kohinaa tulee niin paljon, että A/D -muuntimen 10 -bitin mittaustarkkuudesta jää useampi alin bitti turhaksi, koska mittaustulosta häiriköi varsin voimakas kohina.
Vastaukset 6
Vanhimmat
KORJAUS edelliseen:
Tästä alemman kondensaattorin mittaamiseksi alemman kondensaattorin jännitteenjakajana toimivien kahden vastuksen välistä jänniteseuraajana toimivan operaatiovahvistimen kautta suora kytkentä mikrokontrollerin sisäänrakennetulla A/D -muuntimen yhteen sisääntuloon.
Ylemmän kondensaattorin mittaamiseksi tarvitaan jänniteseuraajana toimivan operaatiovahvistimen lisäksi sitten vielä 1 operaatiovahvistin kytkettynä differentiaalivahvistimeksi, jotta saadaan mitattua ylemmän kondensaattorin jännite erikseen, eikä kahden kondensaattorin jännitteiden summaa.
näin siksi, että 10 MΩ vastus on niin suuri, että ilman jänniteseuraajana toimivan operaatiovahvistimen käyttöä A/D -muuntimen sisäinen resistanssi ja kapasitanssi vaikuttaisivat mittaustulokseen.
Käytännössä toimivia kytkentöjä löytyy erittäin hyödyllisestä kirjasta, jonka nimi suoraan suomennettuna olisi Elektroniikan Taide ja kirjoittajat Horowich ja Hill.
Siis tämä:
https://www.adlibris.com/fi/kirja/the-art-of-electronics-9780521809269
Hyödyllisiä ja toimivia oparikytkentöjä kannattaa myös lueskella opareiden valmistajien datalehdykäisistä ja app noteseista. Jos niitä itse alkaa rakentelemaan niin ensimmäiset ongelmat tulevat kuitenkin stabiilisuuden kanssa. Varsinkin laajakaistaisemmissa opareissa pitää suhtautua käyttiksistä maihin kytkettäviin kondensaattoreihin ja piirilevyn vetojen pituuksiin tarkkuudella. Oparilla ei ajeta suoraan pitkiä kaapeleita...
Parhaiden kohinatulosten saavuttaminen opareilla vaatii sen, että vahvistettavan signaalilähteen impedanssi ja kaapelin ominaisuudet ovat tiedossa ja että opari on kohinaominaisuuksiltaan juuri tuohon käyttöön sopiva. Tässä auttavat ne app notesit.
Melko paljon riippuu, mistä op-ampista teet audiovahvistimen. Esim tuossa on erittäin pienikohinainen IC: http://www.linear.com/product/LT1115 Kannattaa ladata mikropiirien datasheet ja esimerkkikytkentöjä netistä, niin niistä selviää, mihin kohtiin tarvitaan suoto/ ohituskondensaattoreita.
Myös käyttöjännite kannattaa muodostaa regulaatoreilla. Että tätä rataa...
Audiopuolelta kannattaa etsiä HiFi ja HighEnd-vahvistimien kytkentöjä/ rakenteluohjeita. Tietysti englanninkielisiä löytyy eniten, mutta google kääntää ihan ymmärrettävän suomennoksen.
Kun niitä kytkentöjä rakentelee A/D muuntimen eteen niin yksi asia pitää aina muistaa: Rajoita muuntimelle tulevan signaalin kaistanleveys sellaiseksi, ettei siinä juurikaan ole sämpläystaajuuden f puolikkaan ylittäviä komponentteja. Muuten näet kohinaa ja häiriöitä todella runsaasti.
Jos A/D - muuntimen edessä tai osana on Sa.mp.le/Ho.ld - kytkentä kuten yleensä mikroprosessorien sisäisissä muuntimissa on tapana niin sillä on kyky nähdä kohinaa pahimmillaan megahertsien taajuudelta. Esimerkiksi Atmega328 sisäisellä muuntimella on pystytty mittaamaan 1MHz signaalia kun sen sämplerin nopeus siihen riittää.
Jos kohinaspektriä tai häiriöitä on mitattavassa signaalissa tarjolla niin sämpläys uskollisesti siirtää sen kaiken välille 0...f/2. Vaikka varsinainen signaali itsessään olisikin ollut kaunis niin korkeataajuinen kohina voi täysin pilata mittauksen. Tästä on kokemuksia. Jos suodatusta ei ole niin kohinaspektri laskostuu signaalin päälle.
Kun nopea 1V häiriöpulssi sattuu tulemaan juuri s/h-piirin sämpläysikkunan ajankohtana niin muunnin kertoo että juuri sillä hetkellä mitattu jännite on noin 1V. Digitoinnin jälkeen tälläisen datan suodattaminen aiheuttaa harmaita hiuksia. Data on suuren osan aikaa OK ja sitten siinä on yllättäviä hyppäyksiä.
Osa A/D - muuntimista osaa rakenteensa ja toteutustapansa vuoksi itsessään alipäästösuodattaa mitattavaa signaalia. Prosessorien sisäiset muuntimet eivät tähän luokkaan yleensä kuulu.