Suiveur de tension de précision

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Amplificateur opérationnel, modèle 1458 ou 353 recommandé (catalogue Radio Shack n° 276-038 et 900-6298, respectivement)
• Trois batteries 6 volts
• Un potentiomètre 10 kΩ, cône linéaire (catalogue Radio Shack n° 271-1715)

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 3, chapitre 8 :« Amplificateurs opérationnels »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Pour illustrer comment utiliser un ampli-op comme suiveur de tension
• Pour illustrer le but des commentaires négatifs
• Pour illustrer une stratégie de dépannage

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Dans l'expérience précédente de l'ampli-op, l'amplificateur a été utilisé en "boucle ouverte « mode ; c'est-à-dire sans aucun retour de la sortie à l'entrée. En tant que tel, le gain de tension complet de l'amplificateur opérationnel était disponible, ce qui a entraîné la saturation de la tension de sortie pour pratiquement n'importe quelle quantité de tension différentielle appliquée entre les deux bornes d'entrée. C'est bien si nous souhaitons un fonctionnement avec un comparateur, mais si nous voulons que l'ampli-op se comporte comme un véritable amplificateur , nous en avons besoin pour présenter un gain de tension gérable.

Étant donné que nous n'avons pas le luxe de démonter les circuits intégrés de l'amplificateur opérationnel et de modifier les valeurs de résistance pour donner un gain de tension moindre, nous sommes limités aux connexions externes et aux composants. En fait, ce n'est pas un inconvénient comme on pourrait le penser, car la combinaison d'un gain de tension en boucle ouverte extrêmement élevé couplé à un retour nous permet d'utiliser l'ampli-op pour une bien plus grande variété d'objectifs, bien plus facilement que si nous faisions de l'exercice. la possibilité de modifier ses circuits internes.

Pensez, car la combinaison d'un gain de tension en boucle ouverte extrêmement élevé couplé à un retour nous permet d'utiliser l'ampli-op à des fins beaucoup plus variées, beaucoup plus facilement que si nous devions exercer l'option de modifier ses circuits internes.

Si nous connectons la sortie d'un amplificateur opérationnel à son entrée inverseuse (-), la tension de sortie cherchera le niveau nécessaire pour équilibrer la tension de l'entrée inverseuse avec celle appliquée à l'entrée non inverseuse (+). Si cette connexion de retour est directe, comme dans un morceau de fil droit, la tension de sortie "suivra" précisément la tension d'entrée non inverseuse.

Contrairement au suiveur de tension circuit composé d'un seul transistor (voir chapitre 5 :Circuits à semi-conducteurs discrets), qui approchait la tension d'entrée à quelques dixièmes de volt près, ce circuit suiveur de tension produira une tension précise à quelques microvolts de la tension d'entrée.

Mesurez la tension d'entrée de ce circuit avec un voltmètre connecté entre la borne d'entrée non inverseuse (+) de l'ampli-op et la terre du circuit (le côté négatif de l'alimentation), et la tension de sortie entre la borne de sortie de l'ampli-op et la terre du circuit. Regardez la tension de sortie de l'ampli-op suivre la tension d'entrée pendant que vous ajustez le potentiomètre sur sa plage.

Vous pouvez mesurer directement la différence, ou erreur , entre les tensions de sortie et d'entrée en connectant le voltmètre entre les deux bornes d'entrée de l'ampli-op. Dans la majeure partie de la plage du potentiomètre, cette tension d'erreur doit être presque nulle.

Essayez de déplacer le potentiomètre vers l'une de ses positions extrêmes, dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Mesurez la tension d'erreur ou comparez la tension de sortie à la tension d'entrée. Avez-vous remarqué quelque chose d'inhabituel? Si vous utilisez l'ampli-op modèle 1458 ou 353 pour cette expérience, vous devez mesurer une tension d'erreur substantielle, ou une différence entre la sortie et l'entrée.

De nombreux amplis-op, les modèles spécifiés inclus, ne peuvent pas « balancer » leur tension de sortie exactement à pleine alimentation (« rail ”) niveaux de tension. Dans ce cas, les tensions « rail » sont respectivement de +18 volts et 0 volts. En raison des limitations des circuits internes du 1458, sa tension de sortie est incapable d'atteindre exactement ces limites hautes et basses. Vous constaterez peut-être qu'il ne peut aller qu'à un ou deux volts de l'alimentation "rails ”.

Il s'agit d'une limitation très importante à comprendre lors de la conception de circuits utilisant des amplificateurs opérationnels. Si plein "rail-à-rail "Une oscillation de la tension de sortie est requise dans une conception de circuit, d'autres modèles d'amplificateurs opérationnels peuvent être sélectionnés pour offrir cette capacité. Le modèle 3130 est l'un de ces amplis-op.

Les circuits suiveurs de tension de précision sont utiles si le signal de tension à amplifier ne peut pas tolérer le « chargement " ; c'est-à-dire s'il a une impédance de source élevée. Puisqu'un suiveur de tension a par définition un gain de tension de 1, son but n'a rien à voir avec l'amplification de la tension, mais plutôt avec l'amplification de la capacité d'un signal à fournir du courant à une charge.

Les circuits suiveurs de tension ont une autre utilisation importante pour les constructeurs de circuits :ils permettent un test linéaire simple d'un amplificateur opérationnel. L'une des techniques de dépannage que je recommande est de simplifier et reconstruire . Supposons que vous construisiez un circuit en utilisant un ou plusieurs amplificateurs opérationnels pour exécuter une fonction avancée.

Si l'un de ces amplificateurs opérationnels semble causer un problème et que vous pensez qu'il peut être défectueux, essayez de le reconnecter en tant que simple suiveur de tension et voyez s'il fonctionne dans cette capacité. Un ampli-op qui ne fonctionne pas en tant que suiveur de tension ne fonctionnera certainement pas comme quelque chose de plus complexe.

SIMULATION INFORMATIQUE

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

Netlist (créer un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

Suiveur de tension vinput 1 0 rbogus 1 0 1meg e1 2 0 1 2 999meg rload 2 0 10k .dc vinput 5 5 1 .print dc v(1,0) v(2,0) v(1,2) . fin 

Un amplificateur opérationnel idéal peut être simulé dans SPICE en utilisant une source de tension dépendante (e1 dans la netlist). Les nœuds de sortie sont spécifiés en premier (2 0 ), puis les deux nœuds d'entrée, l'entrée non inverseuse en premier (1 2 ). Le gain en boucle ouverte est spécifié en dernier (999meg ) dans la ligne de source de tension dépendante.

Étant donné que SPICE considère l'impédance d'entrée d'une source dépendante comme infinie, une certaine quantité finie de résistance doit être incluse pour éviter une erreur d'analyse. C'est le but de R_faux :pour fournir un chemin CC à la terre pour l'entrée V source de voltage. De telles résistances « fausses » devraient être arbitrairement grandes. Dans cette simulation, j'ai choisi 1 MΩ pour un R_faux valeur.

Une résistance de charge est incluse dans le circuit pour la même raison :fournir un chemin CC pour le courant à la sortie de la source de tension dépendante. Comme vous pouvez le voir, SPICE n'aime pas les circuits ouverts !

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Feuille de travail sur les circuits d'amplificateur opérationnel à rétroaction positive