خوش آمدید کاربر مهمان جستجو | موضوعات فعال | اعضا | ورود

کراس اوور های الکترونیکی ( قسمت دوم کاربرد op-amp ها در ف-یلترینگ پیشرفته) Electronic crossover گزینه ها · View
AIR STUDIOS
تاریخ ارسال: Thursday, April 14, 2011 4:43:18 PM

عضو گروه: اعضا
رتبه فرستنده: عضو حرفه ای


تاریخ عضویت: 12/24/2010
پیامهای ارسالی: 80


   باسلام به دوستان و عزیزان


مطلب جالبی تهیه و گرد آوری کردم که امیدوارم براتون مفید واقع بشه.

یک سری توضیحات قبلش بدم که op-amp  ها یک بحث کامل در رشته الکترونیک است که علاوه براستفاده به عنوان کراس اوور های اکتیو  کاربردهای بسیار زیادی دارند.

از جمله :

 تقویت کننده غیر معکوس - تقویت کننده معکوس -تقویت کننده های AC - منبع جریان ثابت یا مبدل ولتاژ به جریان - تقویت کننده های جمع کننده - تقویت کننده های تفاضلی - یکسو کننده دقیق - انتگرال گیر - مشتق گیر- مقایسه کننده - مبدل جریان به ولتاژ - تقویت کننده بار و غیره است که در این بحث من به کاربرد فیلترینگ آن اشاره مختصری می کنم.

فیلترها و طراحی آنها درمحاسبه و عمل یکی از مهمترین و مشکلترین و سنگین ترین مباحث رشته الکترونیک و مخابرات است.

دوستان اگر در این زمینه یا کاربردهای دیگر op-amp  ها سوالی داشتند مطرح کنند اطلاعاتی داشته باشم دریغ نمی کنم.

بنده رو از نظرات و راهنمایی هایتان برای بهبود کارم بی نصیب نگذارید.

پیشاپیش ممنونم.



منابع :


 1- The Art of Electronics,by Horowitz and Hill.Cambridge University Press.
 instrumentation for engineers and scientists , Turner , john, Hill , Martyn - 2 
3 -  تئوری و عملی ابزار دقیق ، مهندس محمد طلوع خراسانیان



    
مقدمه




نویز یک اشکال همیشگی است و برای حذف نویز ناخواسته مداراتی طراحی میشوند که اساس آنها تقویت کنندهای عملیاتی است.و به کرات مورد استفاده قرار میگیرند.

اگر چه خیلی ازعملیات فرآوری سیگنال به صورت دیجیتالی (DSP: digital singnal processing) انجام می گیرد ولی اغلب سیگنالها توسط ترانس دیوسرهای آنالوگ انجام می پذیرد. و بنابراین بایستی مطمئنا خروجی چنین سنسورهایی قبل از اینکه به شکلی درآیند که برای یک مبدل آنالوگ به دیجیتال قابل قبول باشند ، عملیاتی روی آنها انجام شود.( به عنوان مثال سیگنال های فوق تقویت شوند و یا ابتدا از فیلترهایی عبور داده شوند) .

اغلب مدارهای آماده سازی سیگنال اولیه ازمدارهایی  تشکیل شده اند که در آنها تقویت کنندهای عملیاتی (op-amps : opration Amplifires) به کار رفته.







اصول مدار تقویت کننده عملیاتی



در دیاگرام های مداری شمای تقویت کننده عملیاتی به طور قرار دادی مثلثی مانند  شکل 1  است.

یک تقویت کننده عملیاتی یا به اصطلاح op-amp وسیله ای است که دارای ورودی های کوپل شده DC به شکل تفاضلی و دارای یک خروجی واحد است.

این بدان معنی است که این قطعه اختلاف ولتاژ بین دو ورودی را تقویت می کند.بهره DC تقویت کننده عملیاتی معمولا در فاصله  5*10  -  10*10 (10 به توان 10)  است این وسیله به گونه ای طراحی شده است که با افزایش فرکانس بهره آن به مقدار
6dB / octave- کاهش میابد.

محدوده ولتاژ سیگنال خروجی توسط ولتاژ تغذیه محدود می شود.در حالت کلی ولتاژ تغذیه آپ-امپ متقارن است و بطور معمول 15+ و 15- است.که باعث می شود ولتاژ خروجی حدود 28-29 ولت نوسان داشته باشد.

اعوجاج ناشی از هدایت ولتاژ خروجی به سمت مقادیر بیشتر از این محدوده برش ( clipping ) نامیده می شود.

علامتهای
+ و-  در شکل 1 بیانگر ورودیهای به ترتیب غیر معکوس کننده و معکوس کننده تقویت کننده می باشد.

زمانی که ورودی غیر معکوس کننده ( + ) دارای مقداری مثبت تر از ورودی معکوس کننده ( - ) باشد خروجی مثبت خواهد شد و بلعکس.

علامتهای - و + دلیل بر این نیست که یکی از ورودیها بایستی مثبت تر از ورودی دیگر باشد، بلکه این مطلب معلوم می شود که فازی که سیگنال خروجی نسبت به ورودی دارد چگونه است.

به عنوان مثال ، اگر یک سیگنال سینوسی به ورودی معکوس کننده وصل شود، خروجی نسبت به ورودی دارای 180 درجه اختلاف فاز خواهد بود.


امپدانس ورودی یک تقویت کننده عملیاتی بیانگر امپدانس داخلی بین ترمینالهای ورودی معکوس کننده و غیر معکوس کننده است.مقادیر نمونه در حدود مقادیر 1Mاهم و اهم 100M است.

امپدانس خروجی یک تقویت کننده عملیاتی عبارت است از امپدانس داخلی بین خروجی ترمینال خروجی تقویت کننده عملیاتی و زمین.

مقادیر نمونه در حدود 10اهم و  500Mاهم  قرار دارند.امپدانس ورودی-خروجی (امپدانس بین هر یک از ورودیها و خروجی) مقدار بسیار زیادی است و معمولا بی نهایت فرض می شود.

مدل مداری یک op-amp مطابق با شکل 2 است.

بایستی توجه داشت که هم زمان با کشیدن جریان از مدار تقویت کننده فوق، ولتاژ خروجی از مقدار اولیه - به مقدار زیر تنزل می کند.


                                      Vout = Vo - IZ2
             
 



یک تقویت کننده عملیاتی و یا op-amp معروف آی سی A741C
و یا به اختصار 741 است.

این آی سی در شکلهای ظاهری مختلف تولید و ارائه می شود ، اما معمولی ترین شکل آن نوع 8 پایه (دو ردیف 4 پایه) می باشد که به اختصار(
Dual in Line ( DIL  معروف است.( شکل 3 )

آی سی 741 یک آی سی معروف و عامه پسند است و دلیل آن هم این است که اولا به آسانی قابل استفاده در مدار است.دوم اینکه میزان نبودن بایاس و فراهم نشدن شرایط کار را تا حدود زیادی تحمل می کند ضمن اینکه پاسخگویی خوبی از نظر تقویت و پارامتر های آن داشته و در عین حال قیمت آن هم ارزان است.اما باید دانست که در مواقع لزوم می توان از op-amp های خیلی بهتر از 741 استفاده کرد.



پاسخ فرکانسی و حاصلضرب بهره در پهنای باند


آشکار است که چون وسایل الکترونیکی ایده آل نیستند ، هیچ تقویت کننده عملیاتی را نمی توان یافت که در محدوده فرکانس کار بینهایت کیفیت کار رضایت بخش داشته باشند.

همیشه محدوده فرکانسی بالایی وجود دارد ، که در فرکانسهای بالاتر از آن خروجی مدار دارای اعوجاج و خرابی سیگنال خواهد شد.همین قضیه در مورد حد پایینی فرکانس برقرار است.


حد فرکانس بالای مدار تقویت کننده عملیاتی را می توان از روی مقدار حاصلضرب بهره در پهنای باند
Gain Bandwith Product ( GB
P  که توسط کارخانه سازنده تعیین می شود یافت.

مقدارGBP مربوط به یک تقویت کننده عملیاتی عبارت است از حاصلضرب بهره DC و فرکانسی که در آن فرکانس بهره مقدار واحد است.

  شکل 4  این مفهوم را به وضوح نشان می دهد.

سرعت کاهش بهره نسبت به افزایش فرکانس افت (roll-off) نامیده می شود.

درهمه انواع تقویت کنندهای عملیاتی تجاری مقدار افت ،
6dB / octave- است.

 برای هر آی سی عدد
GBP مقداری است ثابت و با دانستن مقدار آن ، استفاده کننده می تواند محدوده فرکانسی ( و یا پهنای باندی ) که بهره تقریبا ثابت می ماند را محاسبه کند.

به عنوان مثال یک تقویت کننده عملیاتی با مقدار GBP در حدود  5*10 را می توان برای ساخت مدار تقویت کننده ای با بهره یک و پهنای باند  100KHz و یا مداری با بهره 100 وپهنای باند 1KHz و یا تقویت کننده ای با بهره 1000 و عرض باند 100Hz و به همین ترتیب بکار برد.

در حقیقت نوعی مصالحه بین بهره و پهنای باند قرار دارد ، بدین معنی که هر چه مقدار بهره بالا تر برود ، پهنای باند قابل استفاده کمتر می شود .

اگر در مواردی احتیاج به بهره و پهنای باند زیاد باشیم ، راه حل این است که تقویت کننده چند طبقه طراحی کنیم که در آن بهره در هر طبقه به خاطر مصالحه پهنای باند محدود شده است و بهره کل برابر است با مجموع ضرب بهره هر طبقه در هم .

دیاگرام  شکل 4  که در آن بهره حلقه باز بطور لگاریتمی در مقابل فرکانس رسم شده باشد و بعنوان دیاگرام بهره-پهنای باند شناخته می شود.

دیاگرام بهره-پهنای باند حلقه باز را می توان برای محاسبه عرض باند مدار حلقه بسته مورد استفاده قرار داد ، چون اگر افت دارای مقدار
6dB / octave-  باشد مقدار حاصاضرب بهره-پهنای باند مقدار ثابتی است.

همانگونه که قبلا ملاحظه شد ، اضافه کردن فیدبک منفی به تقویت کننده باعث کاهش بهره تقویت کننده می شود و چون حاصلضرب بهره-پهنای باند مقدار ثابتی است ، عرض باند ( محدوده فرکانسی که در آن بهره ثابت می ماند ) بایستی با کاهش بهره ، افزایش یابد.

بنابراین دیاگرام بهره-پهنای باند در یک تقویت کننده عملیاتی ، اطلاعات اساسی را در اختیار می گذارد، چون اطلاعات فوق به طراح این امکان را می دهد که بتواند پیش بینی کند که از چه فرکانسی به بعد بهره مدار شروع به کاهش می کند.


شکل 4  دیاگرام بهره-پهنای باند Go بهره حلقه باز وGc بهره حلقه بسته است.Fo و Fc نقاط افت 3dB- هستند.حاصلضرب بهره-پهنای باند
(GoFo=GcFc=(1 * FodB


مدارهای فیلتر




ساده ترین نوع فیلترهای از نوع تقویت کنندهای عملیاتی شامل یک خازن برای هر فرکانس قطع است،یعنی یک خازن برای پایین گذر و بالا گذر و دو خازن برای ف-یلتر های میان گذر و میان نگذر.

این نوع ف-یلتر ، ف-یلتر مرحله اول نامیده می شود.(به دلیل این که رفتار این نوع فیلتر توسط یک معادله دیفرانسیل مرتبه اول توصیف می شود ).

نوع بعدی فیلتر مرتبه دوم است ( که شامل دو خازن برای انواع بالا گذرو پایین گذر و چهار خازن برای سیستم میان گذر یا فیلتر باند عبور است ) و همین طور الی آخر.

هر چه مرتبه فیلتر بالاتر برود ،مشخصه آن به حالت ایده آل که در آن افت و یا محدود کنندگی دامنه خروجی در خارج از باند عبور دارای شیب بیشتری است، نزدیکتر می شود.

با یک محاسبه سر انگشتی،محدود شوندگی دامنه در خارج از باند عبور فیلتر بر حسب دسی بل dB بر اکتاو حدود 6 برابر مرتبه فیلتر است.

بنابراین، فیلتر مرتبه اول دارای افت محدود کنندگی دامنه
6dB / octave- ودر مورد فیلتر مرتبه دوم مقدار افت ,12dB / octave-  و همین طور الی آخر است.

(دوستان پس طبق فرمول و گفته های بالا  و مضارب عدد 6 در هر مرحله

درپخش  p80 با slope - 24dB / octave ما از فیلتر مرحله چهارم و

در پخش p99  با 
slope - 36dB / octave از فیلتر مرحله ششم و

و در
پخشD7 با slope -72dB / octave از فیلتر مرتبه دوازدهم استفاده شده ! )

فیلترهای بالاتر از مرتبه چهارم را بندرت توسط تقویت کننده عملیاتی طراحی می کنند چون در اینصورت مدارات پیچیده خواهند شد.

در صورتی که فیلتر های مرغوب نیاز باشد بهترین روش استفاده از فیلتر های خاص است.

طراحی فیلتر یک رشته تخصصی است و گر چه فیلتر های مرتبه اول مناسب است،ولی در مواردی لازم است فیلترهای با کیفیت بهتری طراحی شود.

مرجع شماره 1 جزئیات بیشتری از طراحی فیلتر را در اختیارتان قرار می دهد.

مشخصه غیر ایده آل هرop-amp بدان معنی است که بایستی جریانهای بایاس و اثرات بهره را در طراحی عملی مدار فیلتر در نظر بگیریم.

تحلیل DC جریانهای بایاس بایستی انجام شود و ورودیهای استفاده نشده بایستی از طریق یک مقاومت مناسب به زمین متصل شود.

همچنین بایستی به خاطر داشت ،بهره مدار تقویت کننده عملیاتی که دارای حلقه فیدبک باشد ، در فرکانسهای بیشتر از فرکانسی که توسط رابطه حاصلضرب بهره-پهنای باند تعیین می شود ، کاهش می یابد.



فیلتر پایین گذر




شکل 5  یک فیلتر پایین گذر را نشان می دهد.

فرکانس قطع - توسط رابطه زیر محاسبه می شود.

       (FH=1 / (2*P*R2C2         


بهره DC دارای مقدار R2/R1 است و محدود کنندگی در باند توقف
6dB / octave- است.

مثال زیر روش طراحی فیلتر راتوضیح می دهد.


مثال:

یک فیلتر پایین گذر مرتبه اول طراحی کنید که در آن FH= 2KHz و بهره DC آن 5 باشد.

                 
(2p R2C2 ) / یک   = دوهزار  و   R2/R1=5
 
در این صورت ما دو معادله ما  2 معادله داریم با 3 مجهول داریم.بنابراین میتوانیم یکی از 3 مولفه را به دلخواه انتخاب کنیم.

به عنوان مثال اگر C2=0.01microF در نظر بگیریم ،آنگاه از معادله بالا خواهیم داشت:

 اهم
R2=7.96Kاهم  ,  R1= 1.59K


شکل 5  فیلتر پایین گذر مرتبه اول

 
مرحله نهایی محاسبه یک مقدار مناسب برای مقاومت بایاس است.
با فرض اینکه فیلتر بایستی کاملا داخل باند عبورش استفاده شود، مقدار R3 بایستی معادل با ترکیب موازی R1 و R2 باشد.

بنابراین خواهیم داشت:

R3=R1R2/R1+R2=1325




فیلتر بالا گذر





شکل 6  یک فیلتر بالا گذر را نشان می دهد.

فرکانس قطع - از رابطه زیر بدست می آید.

    FL=1/2pR1C1



و بهره فرکانس بالای ( به اندازه کافی فراتر از فرکانس قطع )مدار-R2/R1 است.

افت در فرکانسهای پایین تر از FL، به اندازه
6dB / octave- است.





فیلترهای میان گذر(باند عبور )



شکل 7  فیلتر های میان گذر مرتبه اول را نشان می دهد.

فرکانسهای قطع بالا و پایین به ترتیب عبارتند از :

                                                         FL=1/2pR1C1 , FH=1/2pR2C2


بهره فرکانس میانی ( بهره باند عبور ) عبارت است از R2/R1- .مقدار افت در خارج از باند عبور
 
6dB / octave- است.


مثال :


ف-یلتری طراحی کنید که در آن FL=2KHz و FH=5KHz و بهره باند عبور آن 10 باشد. معادلات طراحی طبق روال زیر خواهد بود:

         2000=1/2pR1C1 ,
         5000=1/2pR2C2         
  
  -R2/R1=10    



باز هم 3 معادله و 4 متغییر نامعلوم.مانند آنچه گذشت،یکی از مقادیر را به دلخواه انتخاب می کنیم(انتخاب باید به گونه ای باشد قطعه با مشخصات دلخواه در بازار موجود باشد ! )به عنوان مثال اگرC1=0.01microF را انتخاب کنیم آنگاه :

  R1=7.96KHz
  R2=796          
 C2=0.04microF


محاسبه فوق شامل تعیین مقدار مقاومت تعادل جریان بایاس R3 نیز هست بطوری که داریم:


  R3=R1R2/R1+R2=724




فیلتر باند توقف یا میان نگذر ( ناچ فیلتر)




یک ف-یلتر باند توقف نیز ضرورتا همان فیلتر میان گذر است-تنها اختلاف در این است که طبق شکل  8 و9   مکانهای Fh و FL تعویض شده اند.

بجای اینکه باند عبور بین FH وFL باشد،باند توقف بین این دو واقع است و دو ناحیه باند عبور دارد.

معادلات طراحی مانند حالت طراحی باند عبور است که قبلا یاد آوری شد.


(در ضمن دوستان در Dealer Reference Guide های هر سال در پخش p 80 و

گزینه 
Audo quality : Linear Technology's High Performance , High Slew Rate Op-Amp به

کاربرد 
Op-Amp ها در این پخش اشاره شده است ! )


AIR STUDIOS تصویر زیر را الصاق کرده است:
1.jpg
2.jpg
4.jpg
5.jpg
6.jpg
7.jpg
8.jpg
9.jpg



ODR
تاریخ ارسال: Friday, April 15, 2011 12:03:47 PM

عضو گروه: مدیر سایت
رتبه فرستنده: مدیر سایت

تاریخ عضویت: 11/8/2009
پیامهای ارسالی: 251
مطلب کاملی بود مرسی
اگر بتونی در مورد کیلپینگ بیشتر توضیح بدی ویا مطلب کاملی ارائه بدی بیشتر استفاده خواهیم کرد


کاربرانی که در حال مشاهده این موضوع هستند
Guest

برو به تالار
شما نمی توانید موضوعات جدید در این تالار ایجاد کنید.
شما نمی توانید به موضوعات این تالار پاسخ دهید.
شما نمی توانید پیامهای خود را حذف کنید.
شما نمی توانید پیامهای خود را ویرایش کنید.
شما نمی توانید رای گیری کنید.
شما نمی توانید در رای گیری شرکت کنید.

Main Forum Rss Feed : RSS

Powered by radcom.ir
Copyright © 2012 YetAnotherForum.Net
زمان ایجاد این صفحه 0.419 ثانیه بود.

مطالب مندرج در تالارهای گفتگو لزوما نظر سایت سیستم های صوتی و تصویری خودرو نیست
و مسؤولیت آن به عهده نویسنده مطلب می باشد.

آیکن های فوتر 1آیکن های فوتر 2آیکن های فوتر 3آیکن های فوتر 4آیکن های فوتر 5
کلیه حقوق این وب سایت متعلق به سیستم های صوتی و تصویری خودرو می باشد.