고임피던스 전압계

부품 및 재료

<울>

연산 증폭기, 모델 TL082 권장(Radio Shack 카탈로그 번호 276-1715)

연산 증폭기, 모델 LM1458 권장(Radio Shack 카탈로그 번호 276-038)

6볼트 배터리 4개

1미터 이동, 1mA 전체 범위 편향(Radio Shack 카탈로그 #22-410)

15kΩ 정밀 저항기

1MΩ 저항 4개

Radio Shack에서 판매하는 1mA 측정기 동작은 0-15VDC 측정기로 광고되지만 실제로는 15kΩ +/- 1% 허용 오차 승수 저항과 함께 판매되는 1mA 동작입니다. 이 Radio Shack 미터기 동작을 얻으면 부품 목록에 지정된 저항에 포함된 15kΩ 저항을 사용할 수 있습니다.

이 미터 실험은 TL082와 같은 JFET 입력 연산 증폭기를 기반으로 합니다. 이 실험에서는 다른 연산 증폭기(모델 1458)를 사용하여 TL082 고유의 문제인 래치업이 없음을 보여줍니다. 정확히 1MΩ 저항이 필요하지 않습니다. . 매우 높은 저항 저항이면 충분합니다.

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 3권, 8장:"연산 증폭기"

학습 목표

<울>

전압계 부하 설명:원인 및 해결 방법

연산 증폭기를 사용하여 고임피던스 전압계를 만드는 방법을 보여주기 위해

연산 증폭기 "래치업"이 무엇이며 이를 피하는 방법을 설명하기 위해

개략도

그림

지침

이상적인 전압계는 입력 임피던스가 무한대이므로 테스트 중인 회로에서 전류가 0입니다. 이렇게 하면 전압이 측정될 때 회로에 "영향"이 발생하지 않습니다.

전압계가 테스트 중인 회로에서 더 많은 전류를 끌어올수록 측정된 전압은 측정 중인 타이어에서 공기를 방출하는 타이어 압력 게이지와 같이 미터의 부하 효과로 인해 더 많이 "하강"합니다. 타이어, 타이어의 압력은 측정 행위의 영향을 더 많이 받습니다. 이 부하는 회로도에 표시된 1MΩ 저항으로 구성된 전압 분배기와 같이 저항이 높은 회로에서 더 두드러집니다.

15kΩ 정밀 저항과 직렬로 1mA 미터 이동을 연결하여 간단한 0-15볼트 범위 전압계를 구축하고 이 전압계를 사용하여 TP1, TP2 또는 TP3( 접지), 심각한 미터 "충격"으로 인한 측정 오류:

이 세 가지 전압을 측정하기 위해 그림과 같이 미터 이동과 15kΩ 저항을 사용해 보십시오. 미터가 거짓으로 높거나 거짓으로 낮습니까? 왜 그렇다고 생각하세요?

미터의 입력 임피던스를 높이면 테스트 중인 회로의 전류 소모 또는 "부하"가 줄어들고 결과적으로 측정 정확도가 향상됩니다. 고임피던스 입력이 있는 연산 증폭기(BJT 입력단 대신 JFET 트랜지스터 입력단 사용)는 이 애플리케이션에 적합합니다.

미터 이동은 출력에서 ​​반전 입력으로의 연산 증폭기 피드백 루프의 일부입니다. 이 회로는 비반전(+) 입력에 가해진 전압에 비례하는 전류로 미터 이동을 구동합니다. 필수 전류는 테스트 프로브를 통해 테스트 중인 회로에서가 아니라 연산 증폭기의 전원 공급 핀을 통해 배터리에서 직접 공급됩니다. 미터의 범위는 반전(-) 입력을 접지에 연결하는 저항에 의해 설정됩니다.

그림과 같이 연산 증폭기 미터 회로를 구성하고 TP1, TP2 및 TP3에서 전압 측정을 다시 수행합니다. 미터의 움직임이 이러한 전압(각각 약 3, 6, 9볼트)을 정확하게 측정하므로 이번에는 훨씬 더 나은 성공을 누려야 합니다.

한 손으로 테스트 프로브를 만지고 다른 손으로 가장 양극의 배터리 단자를 만지면 이 전압계의 극도의 감도를 목격할 수 있습니다. 단순히 신체 저항을 통해 배터리 전압을 측정하여 체중계에서 바늘을 위로 올릴 수 있는 방법에 주목하십시오. 원래의 증폭되지 않은 전압계 회로로는 불가능한 일입니다. 테스트 프로브를 접지에 대면 미터가 정확히 0볼트를 읽어야 합니다.

이 회로가 작동하는지 확인한 후 전원 공급 장치를 이중에서 분할로 변경하여 수정하십시오. 여기에는 두 번째와 세 번째 배터리 사이의 중앙 탭 접지 연결을 제거하고 대신 극 음극 배터리 단자를 접지해야 합니다.

전원 공급 장치의 이러한 변경은 TP1, TP2 및 TP3의 전압을 각각 6, 12 및 18볼트로 증가시킵니다. 15kΩ 범위 저항과 1mA 미터 이동을 사용하여 18볼트를 측정하면 미터가 부드럽게 "고정"되지만 6볼트 및 12볼트 테스트 포인트는 잘 측정할 수 있어야 합니다.

미터의 테스트 프로브를 접지에 접촉해 보십시오. 이것은 해야 미터 바늘을 이전과 같이 정확히 0볼트로 구동하지만 그렇지 않습니다! 여기서 일어나는 일은 래치업이라는 연산 증폭기 현상입니다. :입력 공통 모드 전압이 허용 한계를 초과할 때 연산 증폭기 출력이 양의 전압으로 구동되는 곳입니다.

이 경우 많은 JFET 입력 연산 증폭기와 마찬가지로 두 입력 모두 전원 공급 장치 레일 전압에 가까워져서는 안 됩니다. 단일 전원에서 연산 증폭기의 음의 전원 레일은 접지 전위(0볼트)에 있으므로 테스트 프로브를 접지하면 비반전(+) 입력이 해당 레일 전압에 정확히 맞춰집니다. 이것은 JFET 연산 증폭기에 좋지 않으며 연산 증폭기가 작동해야 하는 방식에 따라 그렇지 않은 것 같더라도 출력을 강력하게 양으로 구동합니다.

연산 증폭기가 "이중" 전원("단일" +24볼트 공급이 아닌 +12/-12볼트)에서 실행될 때 음의 전원 공급 장치 레일은 접지(0볼트)에서 12볼트 떨어져 있으므로 접지 테스트 프로브가 연산 증폭기의 공통 모드 전압 제한을 위반하지 않았습니다.

그러나 "단일" +24볼트 공급에는 문제가 있습니다. 일부 연산 증폭기는 모델 TL082와 같이 "래치업"하지 않습니다. TL082를 핀 대 핀 호환이 가능한 LM1458 연산 증폭기로 교체할 수 있습니다(브레드보드 배선 변경이 필요 없음).

모델 1458은 테스트 프로브가 접지된 경우 "래치업"되지 않지만 측정된 전압이 음의 전원 공급 장치 레일과 정확히 동일한 경우 잘못된 미터 판독값을 얻을 수 있습니다. 일반적으로 연산 증폭기의 전원 공급 장치 레일 전압이 예상 입력 전압을 초과하는지 항상 확인해야 합니다.

관련 워크시트:

<울> <리>

전압/전류 변환기 OpAmp 회로 워크시트