Programmable makakuha ng amplifier gamit ang mosfet at transistor

Sa industriya ng pagsukat, isang napaka-mahalaga na pag-andar sa pag-andar ay isang Programmable Gain Amplifier (PGA). Kung ikaw ay isang elektronikong mahilig o isang mag-aaral sa kolehiyo, malamang na nakakita ka ng isang multimeter o oscilloscope na sumusukat ng napakaliit na boltahe na napakahalaga dahil ang circuit ay may built-in na PGA kasama ang isang malakas na ADC na tumutulong sa tumpak na proseso ng pagsukat.

Ngayong mga araw na ito, sa labas ng istante na PGA amplifier ay nag-aalok ng isang batay sa op-amp, isang non-inverting amplifier na may programmable gain factor. Ang ganitong uri ng aparato ay may napakataas na impedance ng pag-input, malawak na bandwidth, at isang mapipiling sanggunian ng boltahe ng input na naka-built sa IC. Ngunit ang lahat ng mga tampok na ito ay may kasamang gastos, at para sa akin, hindi sulit na ilagay ang magastos ng isang maliit na tilad para sa isang pangkaraniwang aplikasyon.

Kaya upang mapagtagumpayan ang mga sitwasyong ito, nakagawa ako ng isang pag-aayos na binubuo ng isang Op-amp, MOSFET, at Arduino, kung saan nabago ko ang nakuha ng op-amp na program. Kaya, sa tutorial na ito, ipapakita ko sa iyo kung paano bumuo ng iyong sariling Programmable Gain Amplifier gamit ang isang LM358 op-amp at MOSFETS, at tatalakayin ko ang ilang mga kalamangan at kahinaan ng circuit kasabay ng pagsubok.

Batayan ng Op-Amp

Upang maunawaan ang pagtatrabaho ng circuit na ito, napakahalagang malaman kung paano gumagana ang isang pagpapatakbo na amplifier. Matuto nang higit pa tungkol sa Op-amp sa pamamagitan ng pagsunod sa op-amp tester circuit na ito.

Sa figure sa itaas, maaari mong makita ang isang pagpapatakbo-amplifier. Ang pangunahing trabaho ng isang amplifier ay upang palakasin ang isang senyas ng pag-input, kasabay ng pagpapalakas, ang op-amp ay maaari ring gumawa ng iba't ibang mga operasyon tulad ng kabuuan, pag-iba-iba, pagsamahin, atbp Matuto nang higit pa tungkol sa summing amplifier at kaugalian na amplifier dito.

Ang Op-amp ay may tatlong mga terminal lamang. Ang terminal na may sign na (+) ay tinatawag na non-inverting input, at ang terminal na may sign na (-) ay tinatawag na inverting input. Bukod sa dalawang terminal na ito, ang pangatlong terminal ay ang output terminal.

Ang isang op-amp ay sumusunod lamang sa dalawang mga patakaran

Walang kasalukuyang dumadaloy sa o labas ng mga input ng op-amp.
Sinusubukan ng op-amp na panatilihin ang mga input sa parehong antas ng boltahe.

Kaya't sa dalawang panuntunang iyon ay nalinis, maaari nating pag-aralan ang mga circuit sa ibaba. Gayundin, alamin ang higit pa tungkol sa Op-amp sa pamamagitan ng pagdaan sa iba't ibang mga circuit na batay sa Op-amp.

Gumagana ang Programmable Gain Amplifier

Ang figure sa itaas ay nagbibigay sa iyo ng isang pangunahing ideya tungkol sa pag-aayos ng circuit ng aking crud PGA Amplifier. Sa circuit na ito, ang op-amp ay naka-configure bilang isang non-inverting amplifier, at tulad ng alam nating lahat sa isang hindi pag-inververt na pag-aayos ng circuit, maaari nating baguhin ang nakuha ng op-amp sa pamamagitan ng pagbabago ng resistor ng feedback o input resistor tulad ng nakikita mo mula sa pag-aayos ng circuit sa itaas, kailangan ko lamang ilipat ang MOSFET nang paisa-isa upang baguhin ang pakinabang ng op-amp.

Sa seksyon ng pagsubok, ginawa ko lamang na inilipat ko ang MOSFET nang paisa-isa at inihambing ang mga sinusukat na halaga sa mga praktikal na halaga, at maaari mong obserbahan ang mga resulta sa seksyong "pagsubok ng circuit" sa ibaba.

Kinakailangan ang Mga Bahagi

Arduino Nano - 1
LM358 IC - 1
LM7805 regulator - 1
BC548 Generic NPN Transistor - 2
BS170 Generic N-channel MOSFET - 2
200K Resistor - 1
50K Resistor - 2
24K Resistor - 2
6.8K Resistor - 1
1K Resistor - 4
4.7K Resistor - 1
220R, 1% Resistor - 1
Tactile Switch Generic - 1
Amber LED 3mm - 2
Generic ng Bread Board - 1
Jumper Wires Generic - 10
Power Supply ± 12V - 1

Diagram ng Skematik

Para sa isang pagpapakita ng Programmable Gain Amplifier, ang circuit ay itinayo sa isang solderless breadboard sa tulong ng eskematiko; Upang mabawasan ang panloob na induktansiyang parasitiko at kapasidad ng breadboard, lahat ng mga bahagi ay inilagay nang malapit hangga't maaari.

At kung nagtataka ka kung bakit mayroong isang kumpol ng mga wires sa aking tinapay? hayaan mong sabihin ko sa iyo na ito upang makagawa ng isang mahusay na koneksyon sa lupa dahil ang mga panloob na koneksyon sa lupa sa isang breadboard ay napakahirap.

Narito ang op-amp sa circuit ay na-configure bilang isang non-inverting amplifier at ang input boltahe mula sa 7805 boltahe regulator ay 4.99V.

Ang sinusukat na halaga para sa risistor R6 ay 6.75K at R7 ay 220.8R ang dalawang resistors na ito ay bumubuo ng isang voltage divider na ginagamit upang makabuo ng input test voltage para sa op-amp. Ginagamit ang Resistors R8 at R9 upang limitahan ang kasalukuyang input base ng transistor T3 at T4. Ang resistors R10 at R11 ay ginagamit upang limitahan ang bilis ng paglipat ng MOSFETs T1 & T2, kung hindi man, maaari itong maging sanhi ng oscillation sa circuit.

Sa blog na ito, nais kong ipakita sa iyo ang dahilan para sa paggamit ng isang MOSFET kaysa sa isang BJT, samakatuwid ang pag-aayos ng circuit.

Arduino Code para sa PGA

Dito ginagamit ang Arduino Nano upang makontrol ang base ng transistor at ang gate ng MOSFETs, at isang multimeter ang ginagamit upang maipakita ang mga antas ng boltahe dahil ang built-in na ADC ng Arduino ay gumagawa ng napakahirap na trabaho, pagdating sa sukat na mababa antas ng boltahe.

Ang kumpletong Arduino code para sa proyektong ito ay ibinibigay sa ibaba. Dahil ito ay isang napaka-simpleng Arduino code hindi namin kailangang isama ang anumang mga aklatan. Ngunit kailangan nating tukuyin ang ilang mga pare-pareho at mga input pin tulad ng ipinakita sa code.

Ang walang bisa na pag-setup () ay ang pangunahing pag-andar sa pag-andar kung saan ang pagbasa at pagsusulat ng operasyon para sa lahat ng mga input at output ay ginaganap bilang bawat kinakailangan.

#define BS170_WITH_50K_PIN 9 #define BS170_WITH_24K_PIN 8 #define BC548_WITH_24K_PIN 7 #define BC548_WITH_50K_PIN 6 #define BUTTON_PIN 5 #define LED_PIN1 2 #define LED_PIN2INI-ID_INTINIWALA_PINintindihan ng __PIN1 2 int debounce_counter = 0; void setup () {pinMode (BS170_WITH_50K_PIN, OUTPUT); pinMode (BS170_WITH_24K_PIN, OUTPUT); pinMode (BC548_WITH_24K_PIN, OUTPUT); pinMode (BC548_WITH_50K_PIN, OUTPUT); pinMode (LED_PIN1, OUTPUT); pinMode (LED_PIN2, OUTPUT); pinMode (BUTTON_PIN, INPUT); } void loop () {bool val = digitalRead (BUTTON_PIN); // basahin ang halaga ng pag-input kung (val == LOW) {debounce_counter ++; kung (debounce_counter> PRESSED_CONFIDENCE_LEVEL) {debounce_counter = 0; button_is_pressed ++; } kung (button_is_pressed == 0) {digitalWrite (BS170_WITH_50K_PIN, TAAS); digitalWrite (BS170_WITH_24K_PIN, LOW);digitalWrite (BC548_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (BC548_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (LED_PIN1, LOW); digitalWrite (LED_PIN2, LOW); } kung (button_is_pressed == 2) {digitalWrite (BS170_WITH_24K_PIN, TAAS); digitalWrite (BS170_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (BC548_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (BC548_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (LED_PIN1, LOW); digitalWrite (LED_PIN2, TAAS); } kung (button_is_pressed == 3) {digitalWrite (BC548_WITH_24K_PIN, TAAS); digitalWrite (BC548_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (BS170_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (BS170_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (LED_PIN1, TAAS); digitalWrite (LED_PIN2, TAAS); } kung (button_is_pressed == 1) {digitalWrite (BC548_WITH_50K_PIN, TAAS); digitalWrite (BS170_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (BS170_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (BC548_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (LED_PIN1, TAAS);digitalWrite (LED_PIN2, LOW); } kung (button_is_pressed> = 4) {button_is_pressed = 0; }}}

Mga Kalkulasyon para sa Programmable Gain Amplifier

Ang mga sinusukat na halaga para sa PGA amplifier circuit ay ipinapakita sa ibaba.

Vin = 4.99V R7 = 220.8 Ω R6 = 6.82 KΩ R5 = 199.5K R4 = 50.45K R3 = 23.99K R2 = 23.98K R1 = 50.5K

Tandaan! Ang mga sinusukat na halaga ng risistor ay ipinapakita sapagkat sa sinusukat na mga halaga ng risistor maaari nating ihambing nang mabuti ang mga halagang panteorya at praktikal na halaga.

Ngayon ang pagkalkula mula sa calculator ng voltage divider ay ipinapakita sa ibaba,

Ang output ng divider ng boltahe ay 0.1564V

Kinakalkula ang nakuha ng non-inverting amplifier para sa 4 na resistors

Vout kapag R1 ang napiling resistor

Vout = (1+ (199.5 / 50.5)) * 0.1564 = 0.77425V

Vout kapag ang R2 ang napiling resistor

Vout = (1+ (199.5 / 23.98)) * 0.1564 = 1.45755V

Vout kapag R3 ang napiling resistor

Vout = (1+ (199.5 / 23.99)) * 0.1564 = 1.45701V

Vout kapag R4 ang napiling resistor

Vout = (1+ (199.5 / 50.45)) * 0.1564 = 0.77486V

Ginawa ko ang lahat ng iyon upang ihambing ang mga teoretikal at praktikal na halaga nang malapit hangga't maaari.

Sa tapos na ang lahat ng mga kalkulasyon, maaari kaming magpatuloy sa seksyon ng pagsubok.

Pagsubok ng Programmable Gain Amplifier Circuit

Ipinapakita sa iyo ng imahe sa itaas ang boltahe ng output kapag ang MOSFET T1 ay nakabukas, samakatuwid kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng Resistor R1.

Ipinapakita sa iyo ng imahe sa itaas ang boltahe ng output kapag nakabukas ang Transistor T4, samakatuwid kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng Resistor R4.

Ipinapakita sa iyo ng imahe sa itaas ang boltahe ng output kapag ang MOSFET T2 ay nakabukas, samakatuwid kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng Resistor R2.

Ipinapakita sa iyo ng imahe sa itaas ang boltahe ng output kapag nakabukas ang Transistor T3, samakatuwid kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng Resistor R3.

Tulad ng nakikita mo mula sa eskematiko na ang T1, T2 ay mga MOSFET, at T3, T4 ay mga transistor. Kaya't kapag ginamit ang MOSFETs, ang error ay nasa saklaw na 1 hanggang 5 mV ngunit kapag ginamit ang mga transistor bilang mga switch nakakakuha kami ng isang error sa saklaw na 10 hanggang 50 mV.

Sa mga resulta sa itaas, malinaw na ang MOSFET ay ang solusyon sa goto para sa ganitong uri ng aplikasyon, at ang mga pagkakamali sa teoretikal at praktikal ay maaaring sanhi sanhi ng offset error ng op-amp.

Tandaan! Mangyaring tandaan na nagdagdag ako ng dalawang LEDs alang-alang lamang sa pagsubok at hindi mo makita ang mga ito sa aktwal na eskematiko, nagpapakita ito ng binary code upang maipakita kung aling pin ang aktibo

Mga kalamangan at kahinaan ng Programmable Gain Amplifier

Dahil ang circuit na ito ay mura, madali, at simple, maaari itong ipatupad sa maraming iba't ibang mga application.

Dito ginagamit ang MOSFET bilang isang switch upang maipasa ang lahat ng kasalukuyang sa pamamagitan ng risistor sa lupa na ang dahilan kung bakit ang epekto ng temperatura ay hindi tiyak, at sa aking limitadong mga tool at kagamitan sa pagsubok, hindi ko maipakita sa iyo ang mga epekto ng iba't ibang temperatura sa ang circuit.

Ang layunin ng paggamit ng isang BJT sa tabi ng MOSFETs ay dahil nais kong ipakita sa iyo kung gaano kahirap ang isang BJT para sa ganitong uri ng aplikasyon.

Ang mga halaga ng mga resistors ng feedback at mga input resistor ay dapat nasa saklaw ng KΩ, iyon ay dahil sa mas mababang mga halaga ng risistor, mas maraming kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng MOSFET, sa gayon maraming boltahe ang mahuhulog sa MOSFET na nagdudulot ng hindi mahuhulaan na mga resulta.

Karagdagang Pagpapahusay

Ang circuit ay maaaring karagdagang nabago upang mapabuti ang pagganap nito tulad ng maaari naming idagdag ang filter upang tanggihan ang mga ingay ng mataas na dalas.

Tulad ng ginamit na LM358 jelly bean op-amp sa pagsubok na ito, ang mga offset na error ng op-amp ay naglalaro ng isang pangunahing papel sa boltahe ng output. Kaya't maaari itong mapabuti pa sa pamamagitan ng paggamit ng isang instrumental amplifier kaysa sa isang LM358.

Ang circuit na ito ay ginawa para lamang sa mga layunin ng pagpapakita. Kung iniisip mo ang tungkol sa paggamit ng circuit na ito sa isang praktikal na aplikasyon, kailangan mong gumamit ng isang uri ng chopper na op-amp at mataas na katumpakan na 0.1 ohms na risistor upang makamit ang ganap na katatagan.

Inaasahan kong nagustuhan mo ang artikulong ito at may natutunan na bago dito. Kung mayroon kang anumang pag-aalinlangan, maaari kang magtanong sa mga komento sa ibaba o maaaring magamit ang aming mga forum para sa detalyadong talakayan.