Komponenty „standardowe”…

W klasie projektujemy kilka różnych obwodów i wykorzystujemy niektóre diody i opampy. Wszystko jest w porządku na papierze i wszystko ma sens. Są one zawsze określane jako „dioda” lub „opamp”.

Więc zrobiłem symulację na pspice. Jednak w zależności od tego, którą diodę lub opamp wybieram, otrzymane wyniki były zupełnie inne. Tam, gdzie wiele opamps i diody do wyboru na liście komponentów.

Do tej pory myślałem, że dioda to dioda lub opamp to opamp, ponieważ nigdy nie było na nich więcej szczegółów. Nie ma to jak rezystor lub kondensator, w którym musisz wybrać odpowiedni składnik wartości, aby wszystko działało.

Zastanawiałem się więc, kiedy ludzie mówią, że „użyj opampa” to standardowy opamp zwykły / specyficzny, który jest używany.

To samo z diodami. Czy istnieje standardowa dioda, która jest używana we wszystkich okolicznościach ... chyba że zaznaczono inaczej.

Po przemyśleniu… co również z tranzystorami?

Oto typy, o których od razu myślę, gdy ktoś mówi „dioda”, „wzmacniacz operacyjny”, ...

• Wzmacniacz operacyjny : LM741 . Pierwszy „łatwy w użyciu” układ scalony wzmacniacza operacyjnego na rynku.
• Dioda: 1N4001 . Dioda krzemowa ogólnego zastosowania, dobra do blokowania napięcia do 50 V i prądu 1 A. 1N4002, 1N4003 itp. Są podobnymi diodami o wyższych wartościach napięcia.
• Tranzystor: 2N2222 . Tranzystor bipolarny NPN. 2N2907 jest najwyraźniej odpowiednikiem PNP.
• (Liniowy) Regulator napięcia: seria LM78xx , tj. LM7805 dla 5 V, LM7812 dla 12 V.
• Logika cyfrowa, tj. Bramki NAND i tak dalej: seria 7400 i seria 4000 .

Są to bardzo powszechne, podstawowe części. Jeśli wszedłeś do sklepu z hobby i poprosiłeś o sto tranzystorów, nie określając nic innego, prawdopodobnie dostałbyś torbę 2N2222.

Nie oznacza to, że te części są przydatne do wszystkiego - mają ograniczenia napięcia, prądu, prędkości, dokładności i tak dalej. Ale jeśli trzeba wybrać się typ składnika dla celów symulacji SPICE, będą działać poprawnie.

Edycja: Dla odniesienia, oto „części domyślne”, które otrzymujesz w CircuitLab:

• Wzmacniacz operacyjny TL081
• Dioda 1N4148
• Dioda Zenera 1N4733A
• NPN BJT 2N3904
• PNP BJT 2N3906
• M-kanałowy MOSFET IRF530
• MOSFET z kanałem P. IRF9530
• N-kanałowy JFET J310
• Kanał JFET J271

Zobacz TUP TUN DUS DUG, aby uzyskać listę „uniwersalnych” tranzystorów i diod małosygnałowych często używanych zamiennie w opublikowanych przykładowych obwodach ( np. )

Oto link do skanu oryginalnej strony Elektor Magazine , który ukuł frazę TUP TUN DUS DUG. Obecnie prawie go nie używają (a niektóre części mogły stać się przestarzałe), ale wciąż jest to poprawna koncepcja i dobrze wiedzieć, skąd się wzięła. Jeśli planujesz dziś projekt, mając na uwadze części z drugiego źródła, robisz w zasadzie to samo.

To, co ludzie uważają za „wspólny” lub „podstawowy” tranzystor, to na ogół BJT z niewielkim sygnałem NPN, ale dokładny typ zmienia się w zależności od miejsca i czasu. Jako sporadyczny hobbysta używałem BC108, a następnie BC547, ale kupowałem wszystko tanie ( np. ) I przyzwyczaiłem się widzieć 2N3704 i tłumaczyć to na BC547 z odprowadzeniami w niewłaściwej kolejności.

Wydaje się, że nie ma równoważnego „uniwersalnego” MOSFET-a małego sygnału?

Dla porównania, 1N4148 jest znacznie bardziej jednolicie znaleziony w przykładach.

Opamp 741 wydaje się utrzymywać podobną pozycję, chociaż najwyraźniej zwykle nie jest to już dobry wybór.

Odnosząc się do ogólnego (zamiast standardowego) wzmacniacza operacyjnego, diody, tranzystora itp., Chodzi o podstawową funkcję urządzenia bez uwzględnienia określonych kryteriów obwodu, takich jak zakres napięcia, zużycie energii, prędkość działania itp.

Na przykład. Jeśli weźmiesz „wzmacniacz operacyjny”, spodziewałbyś się, że urządzenie będzie miało dwa wejścia (odwracający i nieodwracający), będzie miało wysokie wzmocnienie w pętli otwartej, będzie miało wejścia o wysokiej impedancji i o niskiej impedancji. Można również oczekiwać, że będzie działał przewidywalnie w „standardowych obwodach”, takich jak wzmacniacz odwracający / nieodwracający, integrator / różnicnik, komparator itp.

Innymi słowy, praktycznie każdy wzmacniacz operacyjny może być używany jako zamiennik i nadal działa.

W określonych zastosowaniach może być ważne, aby wyjście miało pełny zakres lub szerokość pasma częstotliwości miała wysoką wartość lub może być użyte niskie pojedyncze napięcie zasilania. W takim przypadku należy określić typ urządzenia, które będzie używane w obwodzie.

Diody ogólne to małe typy sygnałów używane do wykrywania sygnałów prądu przemiennego lub typy prostowników - stosowane do konwersji prądu przemiennego na prąd stały. Nawet tutaj zwykle trzeba podać typ krzemu lub germanu.

Poszczególne diody zostaną wybrane na podstawie napięcia, prądu, częstotliwości, konstrukcji itp.

Tranzystory rodzajowe - (NPN lub PNP) są początkowo sortowane według mocy znamionowej - mały sygnał, średnia moc lub wysoka moc. Zakłada się, że wzmocnienie dla małego typu sygnału będzie wynosić co najmniej 100, a typ dużej mocy będzie miał wzmocnienie około 10. Typowym typem małego sygnału (NPN) może być 2N2222

Oczywiście w przypadku konkretnych obwodów należy wziąć pod uwagę wartości napięcia, zakres częstotliwości itp.

Ogólne, standardowe typy komponentów, których szukasz, są precyzyjniej określane jako „idealna dioda” i „idealny opamp”. Idealne komponenty mogą być używane do reprezentowania prawdziwych komponentów elektrycznych i nie istnieją w prawdziwym świecie. Równania analityczne i intuicja są często znacznie uproszczone dzięki zastosowaniu wyidealizowanych komponentów zamiast bardziej realistycznych modeli. Dyskutując lub symulując obwody na idealnym poziomie, nie powinno być żadnego konkretnego numeru urządzenia lub modelu, który by się pojawiał. Kiedy ludzie mówią „użyj opampa” w środowisku teoretycznym, zwykle odnoszą się do idealnego opampa. Oto, co to znaczy, kiedy mówimy „idealny opamp”:

Idealne opamps

Uważa się, że idealny opamp ma następujące właściwości:

• Nieskończony zysk w otwartej pętli
• Nieskończony zakres napięcia dostępny na wyjściu
• Nieskończona przepustowość z zerowym przesunięciem fazowym i nieskończoną prędkością narastania
• Nieskończona impedancja wejściowa, a więc zerowy prąd wejściowy i zerowe napięcie wejściowe przesunięcia
• Zero impedancji wyjściowej
• Zero hałasu
• Nieskończony współczynnik odrzucania w trybie wspólnym (CMRR)
• Nieskończony współczynnik odrzucenia zasilacza.

Te ideały można streścić w dwóch „złotych regułach”:

1. Wyjście próbuje zrobić wszystko, co konieczne, aby różnica napięć między wejściami wynosiła zero.
2. Wejścia nie pobierają prądu.

Pierwsza zasada ma zastosowanie tylko w zwykłym przypadku, gdy wzmacniacz operacyjny jest używany w konstrukcji zamkniętej pętli (ujemne sprzężenie zwrotne, gdzie istnieje pewna ścieżka sygnału zwrotna z wyjścia na wejście odwracające). Reguły te są powszechnie stosowane jako dobre pierwsze przybliżenie do analizy lub projektowania obwodów wzmacniacza operacyjnego.

Żaden z tych ideałów nie może być doskonale zrealizowany. Prawdziwy wzmacniacz operacyjny może być modelowany z parametrami nieskończonymi lub niezerowymi przy użyciu równoważnych rezystorów i kondensatorów w modelu wzmacniacza operacyjnego. Projektant może następnie uwzględnić te efekty w ogólnej wydajności końcowego obwodu. Niektóre parametry mogą okazać się mieć nieistotny wpływ na ostateczny projekt, podczas gdy inne stanowią rzeczywiste ograniczenia ostatecznej wydajności, które należy ocenić.

Ten schemat pokazuje równoważny obwód wzmacniacza operacyjnego, który modeluje niektóre oporne, nie idealne parametry. Z powyższych idealnych właściwości opampa idealny opamp miałby:

• $R_{in} = \infty$
• $R_{out} = 0$

Jeśli używasz narzędzia takiego jak PSPICE, zwykle istnieje idealny model opampa (może OPAMP). Jeśli nie, zbudowanie go przy użyciu wyidealizowanych komponentów jest dość proste. Nie zapominaj, że prawdziwe wzmacniacze operacyjne różnią się od idealnego modelu pod różnymi względami.

Należy pamiętać o rozróżnieniu między idealnymi modelami obwodów a realistycznymi modelami obwodów. Wszystkie podstawowe komponenty elektroniczne mają idealny model, który można wykorzystać dla uproszczenia. Jeśli komponent ma numer modelu, modeluje prawdziwy komponent, a nie idealny komponent. Zwykle narzędzia do projektowania nazywają modele idealne ogólnymi nazwami, np. „RESISTOR”, „CAPACITOR”, „OPAMP” itp.

Źródło: schemat i tekst wyjaśniający z Wikipedii.

Nie ma „standardowego” wzmacniacza operacyjnego, diody ani tranzystora.

Istnieją jednak „powszechne” urządzenia. Na przykład: konfiguracja wzmacniacza operacyjnego 741 jest swego rodzaju „klasyczna”.

W każdym razie jest całkowicie w porządku, że wyniki różnią się dla różnych komponentów. Szybkość różnicy zależy od konfiguracji wdrażanego obwodu. Na przykład: wzmocnienie w otwartej pętli wzmacniacza operacyjnego staje się nieznaczne, gdy zastosujesz go w zamkniętej pętli z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

Pamiętam, że byłem sfrustrowany, gdy odkryłem, że elektronika analogowa nie przestrzega uproszczonych modeli i równań opracowanych w klasach podyplomowych i magisterskich. Zadaj szczegółowe pytania na tym forum, a społeczność pomoże ci przezwyciężyć prawdziwe trudności.

Kiedy ludzie mówią „użyj wzmacniacza operacyjnego”, pojawia się ukryte stwierdzenie, które zakłada, że ​​aplikacja nie będzie miała nic przeciwko, jeśli prawdziwy wzmacniacz operacyjny nie ma:

• Nieskończony przyrost i szybkość zabijania
• Brak fałszywych przesunięć fazowych na wyjściu
• Zerowe napięcie przesunięcia wejściowego
• Zero polaryzacji wejściowej i prądu przesunięcia
• Nieskończona impedancja wejściowa
• Idealne odrzucenie trybu wspólnego
• Idealne odrzucenie zasilania
• Generowanie szumu zerowego prądu i napięcia
• Zero impedancji wyjściowej
• Zdolność do kierowania napięć do obu szyn zasilających z wyjścia
• Możliwość wprowadzania napięć do obu szyn zasilających

Prawdopodobnie o wiele więcej zapomniałem.

Wiele aplikacji wzmacniaczy operacyjnych nie przejmuje się tymi rzeczami, ale istnieje również wiele konfiguracji wzmacniaczy operacyjnych, które wymagają dość niskiego poziomu szumów lub dość wysokiego wzmocnienia i szybkości narastania sygnału itp. Musisz wtedy długo przeszukiwać arkusze danych, aby znaleźć czego potrzebujesz. Oczywiście pomagają symulatory i właśnie tam odkryłeś wariacje, co oznacza, że ​​jedna aplikacja będzie działać ze wzmacniaczem operacyjnym A, ale nie ze wzmacniaczem operacyjnym B.

W przypadku wzmacniaczy operacyjnych nie dbam o to, by płacić nieco więcej - zawsze domyślnie używam quada OP4177 - prawdopodobnie najlepszy czteroosobowy wzmacniacz operacyjny dostępny dla niskich i niskich średnich prędkości. Jeśli chcę funkcji szyny do szyny, średniej prędkości i niskonapięciowego źródła zasilania, odgramiam AD8606 .

W przypadku diod napięcie znamionowe, prąd znamionowy i czasy powrotu do tyłu są zwykle pierwszymi rzeczami, których szukam, ale w niektórych aplikacjach wybiorę schottky ze względu na ich niski spadek napięcia do przodu.

BJT i ​​FET są takie same jak wzmacniacze operacyjne - istnieje wiele parametrów, ale moim domyślnym małym sygnałem BJT jest BC547, a dla wysokich częstotliwości to BFR92.