Heligeneraator

Operatsioonivõimendist relaksatsioongeneraator

Operatsioonivõimendist relaksatsioongeneraator

Tänane skeem on muudetav heligeneraator. Seekord ehitatav elektrongeneraator ei põhine 555 ajastuskiibil vaid hoopis operatsioonivõimendil. Nimelt täna ehitame relaksatsioongeneraator. Nagu elektroonika puhul ikka, on skeem lihtsam kui nimi.

Nagu paljud operatsioonivõimendit kasutavad skeemid, vajab ka täna ehitatav relaksatsioongeneraator kahepolaarset toidet. Inimkeeles tähendab see, et me vajame maandust (0 V), positiivset toidet (5 V) ja negatiivset (-5 V). Sellised kolm pinget võib ka teisiti kirja panna, näiteks 0 V, 5 V ja 10V. Kuna pinge tähistab kahe punkti erinevust võib neid üldse igatepidi kirjutada, ka -10 V, -5 V ja 0V. Siiski on mõistlik valida kirjutamiseks skeemi vaatepunktist loogiline viis, antud juhul siis kõige esimene (-5 V, 0V, 5 V).

Sellist pinget on kõige lihtsam saada, kasutades 9 V patereid ja 5 V pingeregulaatorit. Sellisel juhul on väljundpinged 0 V (patarei negatiivne klemm), 5 V (pingeregulaatori väljund) ja 9V (patarei positiivne klemm). Ehk siis -5 V, 0 V ja 4V, mis on meie skeemi jaoks piisavalt hea.

Signaaligeneraatori skeem

Signaaligeneraatori skeem

Alumine potentsiomeeter on väärtusega 100 kΩ ja ülemine 10 kΩ. Opvõimendiks kasutasin üldlevinud LM358, mille toitepingeks on patarei pinge. Näidatud maandused on tegelikult hoopis pingeregulaatori 5V väljundist. Väljundi ja maanduse vahele ühendasin väikese pieso kõlari, mille sagedust saab alumise potentsiomeetriga muuta. Lisaks ühendasin väljundi ja maanduse vahele valgusdioodi ja takisti, mille heledust saab teisest potentsiomeetrist muuta. Ehk siis alumine muudab sagedust ning ülemine sisselülitatud olemise protsenti.

Skeemi saab lihtsalt valmistada jootevaba makettplaadi (klemmplaat, leivalaud, breadboard) peale.

Heligeneraator leivalaua peal

Heligeneraator leivalaua peal

Mida vaadata kui ostetud kallis elektroonikaseadeldis lihtsalt ei tööta.

Just hiljuti tellisin Itead-ist enesele mõnusa mp3 mängja kilbi mis ühildub kenasti arduino plaadiga.

leonardo + mp3 kilp

 

 

 

 

 

 

 

 

Küll aga avaldus kohe suur probleem kui üritasin heli kuulata. üks kanal lihtsalt ei töötanud.

cropped closer.

 

 

 

 

 

 

 

 

Põhjus selleks oli väga lihtne kuid samas üks kavalamaid probleeme. Nimelt külmjoodis.

Tihtipeale kui on tegemist skeemiga mis ei tööta aga vahepeal hakkab maagiliselt tööle, on selle põhjuseks olukord kus mõne mikrokiibi jalg lihtsalt ei ole korralikult trükkplaadi peale joodetud kuigi visuaalsel inspektsioonil võib kogu ühendus tunduda korrektne, siis reaalsuses võib teise nurga alt paista hoopis midagi sellist:

külmjoodise tõttu lahtiseks jäänud jalg mis kõrvaklappide ühendust sisestades plaadist eemale paindus.

 

 

 

 

 

 

 

 

Siin on teine näide võimalikust külmjoodisest

Siin on teine näide võimalikust külmjoodisest

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kahjuks on külmjoodiseid tihtipeale väga raske tuvastada, kuid samas on lohutuseks see, et nende parandamiseks on vaja vaid jootekolviga vigased kohad üle käia.

Sellest momendist kui ma avastasin mis probleemiks oli kuni selleni kus ma tekkinud külmjoote probleemi ära lahendasin kulus ainult jootekolvi kuumenemise aeg. See on siis 20 sekundi ringis.

 

Operatsioonivõimendi

Operatsioonivõimendi tingmärk

Operatsioonivõimendi tingmärk

Operatsioonivõimendi ehk opvõimendi (või opamp) on kahe sisendiga differentsiaalvõimendi. Ehk siis kiip, mis võimendab kahe sisendi erinevust. Algselt kasutati neid analoogarvutites matemaatiliste arvutuste tegemiseks. Tänapäeval tüütute transistorite (kas sai ikka eelpingestatud?) asendamiseks analoogelektroonikas. Üksikuid transistoreid on jätkuvalt vaja näiteks raadiosagedust võimendades või mootoreid juhtides. Täpsete ja aeglaste signaalide jaoks on operatsioonivõimendi ülim.

Operatsioonivõimendil on kaks toiteühendust, kaks sisendit (+ ja -) ning üks väljund. Toimimispõhimõte on väga lihtne: kui + sisendi pinge on kõrgem kui – sisendil tõuseb väljundi pinge. Kui vastupidi – siis väljundpinge langeb. Kui need on täpselt sama suured siis jääb väljundpinge samaks. Väljundpinge muutumise kiirus (slew rate) on väga suur, näiteks LM358 puhul 0,6 V/µs. Seetõttu peab sellega arvestama ainult väga kiire signaalide puhul (nt. raadiosagedus).

Aku tühjenemise hoiatus pingevõrdlejast.

Aku tühjenemise hoiatus pingevõrdlejast.

Kõige lihtsam on operatsioonivõimendit kasutada pingevõrdlejana. Näiteks saab konstrueerida aku pinget pingeregulaatori pingega võrdleva skeemiga, mis annab valgusdioodiga märku kui aku on tühjaks saamas ehk pinge liiga madalaks langeb.

Alumine pingejagur teeb toitepingest 2,5 V, sest operatsioonivõimendi ei tööta oma toitepingest kõrgemate pingete juures. Ülemine pingejagur jagab 2,5 V nii, et 10,75 V akupinge juures on mõlemad sisendid võrdsed. Kui aku pinge langeb kasvõi 0,0001 V madalamaks kui 10,75 V siis läheb valgusdiood põlema ja püsib sellises olekus.

Andurist tulevat pinget 11 korda võimendav pingevõimendi

Andurist tulevat pinget 11 korda võimendav pingevõimendi

Teine lihtne skeem on võimendi. Paremal on anduri sisendpinget 11 korda võimendav mitteinverteeriv võimendi. Ehk siis kui anduri väljundpinge on 0,1 V siis võimendi väljund on 1,1 V. See on äärmiselt kasulik tundlike andurite signaali võimendamiseks enne mikrokontrolleriga mõõtmist.

Mõistmiseks võib mõelda nii, alguses on väljundpinge 0 V ja pingejagur jagab selle ka – sisendisse 0 V peale. Kui nüüd on anduri sisend 0,1 V siis on positiivne sisend kõrgema pingega ja väljund hakkab tõusma. Väljund tõuseb nii kaua kui pingejagur jagab teisse sisendisse ka täpselt 0,1 V. Pingejaguri valemist saame arvutada: Vsisend = Vväljund(R1+R2)/R2. Vsisend = 0,1 V * 11 kΩ / 1kΩ = 1,1 V