|
Tester voor operationele versterkers |
|
klik hier voor compleet overzicht |
- Test DIL-8 operationele versterkers
- Zowel voor bipolaire als FET op-amp's geschikt
- GOED/FOUT-indicatie met een LED
- Test op-amp's in een dynamische omgeving
- Voeding uit twee 9 V batterijtjes
INLEIDING
Hoewel een op-amp voor de doe-het-zelver een even gewoon onderdeel als een transistor en deze kleine achtpootjes
spotgoedkoop zijn, heeft het toch wel zin een apparaatje in het lab te hebben, waarmee men even snel kan onderzoeken of een op-amp
het nog wel doet. Op die manier kan men de mogelijke verdachten van een niet werkende schakeling in ieder geval weer met een paar
onderdelen reduceren, of net niet natuurlijk. Ondanks de robuustheid van deze schakelingen komt het immers toch regelmatig
voor dat er tijdens het experimenteren iets fout gaat, waardoor een op-amp sneuvelt.
Ondanks het onoverzichtelijke aanbod (of is het misschien dank zij?) kan men rustig stellen dat de markt zich voor de hobbyist
gestandaardiseerd heeft op slechts twee modellen: de aloude 741 voor het gewone werk en de BIFET CA3140 voor het betere werk. Deze
twee IC's hebben dezelfde aansluitingen. Wat ligt er dus meer voor de hand dan een eenvoudig testertje ontwerpen waarmee men
onmiddellijk, zonder moeilijke toestanden, kan controleren of een op-amp nog aan de verwachtingen voldoet?
HET PRINCIPE VAN DE TEST
Hoewel er natuurlijk veel mis kan gaan in het interne van een operationele versterker ligt het voor de hand aan te nemen dat een
beschadigd of defect exemplaar zelfs de meest eenvoudige opdracht niet meer naar behoren zal uitvoeren. Met andere woorden, bouwt
men rond de te testen operationele versterker een inverterend versterkertje, dan zal een goed IC het ingangssignaal keurig
inverteren en een defect exemplaar in ieder geval iets anders op de uitgang produceren dan het geïnverteerde ingangssignaal.
Dit idee is de basis van de hier beschreven op-amp tester en is blokschematisch geschetst in onderstaande figuur.
Figuur 1: Het blokschema.
De schakeling bestaat uit een driehoekspanningsgenerator en een sommeerversterker. De generator levert de ingangsspanning voor de te testen operationele versterker. De verschilversterker vergelijkt de ingangs- met de uitgangsspanning. Werkt het IC naar behoren, dan zal de verschilversterker geen uitgangssignaal afgeven. De som van de ingangsspanning en de uitgangsspanning (gelijk aan de geïnverteerde ingangsspanning) is immers precies gelijk aan nul! Doet de op-amp vreemd, dan zal er aan de uitgang van de verschilversterker een verschilsignaal ontstaan en met dit signaal kan men een rode LED aansturen. Door de versterkingsfactor van de verschilversterker op te schroeven kan men niet alleen grove fouten (bijvoorbeeld een op-amp die intern kortgesloten is naar een van de voedingsspanningen), maar ook exemplaren met een te grote offset opsporen. De uitgang zal dan wat vorm betreft wel precies het inverse zijn van het ingangssignaal, maar er zal op de uitgang ook nog eens een vrij grote offsetspanning aanwezig zijn, die door de verschilversterker wordt versterkt en de LED doet branden.
|
Interessante elektronica links Klik hier ... Kattenschrikdraad installatie houdt katten in of uit uw tuin Klik hier ... Boeken voor de elektronicus Klik hier ... Software voor schema tekenen, print ontwerpen en simulatie Klik hier ... Goedkope digitale oscilloscopen, via USB aan te sluiten op uw PC Klik hier ... Goedkope meetapparatuur voor het testen van uw onderdelen Klik hier ... Draadloze elektronica in uw huis Klik hier ... Inbraakalarm van Marmitek en KlikAanKlikUit Klik hier ... Bespaar energie met PowerSafer |
DE DRIEHOEKSPANNINGSGENERATOR
De driehoekspanningsgenerator is samengesteld rond twee operationele versterkers. Het schema is getekend in onderstaande
figuur. In wezen bestaat de schakeling uit een comparator IC1, die een deel van de uitgangsspanning vergelijkt met de massa en een
integrator IC2, die de condensator C1 met een constante stroom laadt of ontlaadt en voor een lineair stijgende of dalende
spanning op de uitgang zorgt.
Figuur 2: Het schema van de driehoek-generator.
De schakeling wordt ontleed aan de hand van de grafieken van onderstaande figuur. Stel dat op een bepaald moment de uitgangsspanning UC van de schakeling maximaal positief is op tijdstip t1. Deze grote uitgangsspanning wordt aangeboden aan spanningsdeler R1-R2. Nu kan men niet zonder meer de spanning op het knooppunt van beide weerstanden bepalen, want men weet nog niet op welke spanning de uitgang van IC1 zich bevindt. Toch is deze spanning niet moeilijk te beredeneren. Zoals geschreven werkt IC1 als comparator. De spanning op de niet-inverterende ingang wordt vergeleken met de spanning op de inverterende ingang en deze laatste is nul. Zelfs als de spanning op de niet-inverterende ingang maar een paar mV positief is, zal de uitgang van de comparator vastlopen tegen de positieve voedingsspanning. Nu wordt er via R2 een positieve spanning aangeboden en de kans dat de niet-inverterende ingang van IC1 positief is, is dan ook vrij groot. De uitgang van de comparator staat dan op +Ub.
Figuur 3: De timing-diagrammen.
Spanningsdeler R1-R2 ligt dan aan de bovenzijde aan +Ub en aan de onderzijde aan een onbekende, maar wel positieve spanning. Men kan
dus stellen dat de geponeerde veronderstelling klopte, want het systeem is in evenwicht.
De positieve uitgangsspanning van de comparator stuurt een stroom I1 door R3. Nu kan deze stroom alleen via de condensator C1
afvloeien want IC2 heeft een oneindig hoge ingangsimpedantie. Maar er is meer! De niet-inverterende ingang van IC2 ligt aan massa,
men kan aannemen dat ook de inverterende ingang dit potentiaal zal verkiezen. Over R3 valt een constante spanning, namelijk +Ub en
het rechtstreekse gevolg is dat de stroom I1 constant is!
Condensator C1 wordt door een constante stroom opgeladen en zoals men weet betekent dit dat de spanning over het onderdeel lineair
stijgt of daalt. De linker plaat van de condensator wordt echter op nul volt gehouden door de werking van de operationele
versterker (spanningsverschil tussen beide ingangen nul). Het kan dus niet anders of de uitgangsspanning van IC2 gaat lineair dalen.
De stroom I1 wekt immers over C1 een spanning op en de stroomrichting bepaalt dat de linker aansluiting van het onderdeel
positief is ten opzichte van de rechter aansluiting.
Het lineaire dalen van de uitgangsspanning heeft echter gevolgen voor de spanning op de niet-inverterende ingang van IC1. Omdat de
spanning op de onderste aansluiting van R2 daalt, zal de spanning op punt A ook dalen. Op een bepaald moment t2, afhankelijk van de
verhouding tussen de weerstanden R1 en R2, wordt de spanning op punt A gelijk aan nul. De comparator klapt om, de uitgang gaat
naar de negatieve voedingsspanning -Ub. Hetgeen weer tot gevolg heeft dat ook de spanning op punt A plotseling negatief wordt. De
bovenste aansluiting van R1 wordt immers sterk negatief en de uitgang van de schakeling (dus de spanning op R2) is eveneens
negatief. Het kan niet anders of het knooppunt wordt negatief. De stroomrichting van de stroom door R3 verandert.
De stroom I2, die nu door dit onderdeel en door condensator C1 vloeit, gaat de spanning op de uitgang van de schakeling laten
stijgen. Deze stijging wordt teruggekoppeld naar R2. Op een bepaald moment t3 zal de spanning op het knooppunt van beide
weerstanden weer gelijk worden aan nul. De comparator klapt om en men is terug bij het startpunt t1 van de werking.
Op de uitgang van de schakeling verschijnt dus een symmetrische driehoeksspanning, waarvan de waarde wordt bepaald door de grootte
van de voedingsspanningen en de verhouding tussen R1 en R2. De frequentie van dit signaal hangt af van de stromen I1 en I2, dus
van R3 en van de waarde van de condensator.
DE VERSCHILVERSTERKER
De verschilversterker is getekend in onderstaande figuur. De werking van dit gedeelte van de schakeling is zeer eenvoudig. De
uitgang van de driehoekspanningsgenerator (A) wordt door middel van R1 aangeboden aan de te testen operationele versterker (DUT
van het Engelse 'Device Under Test'). De schakeling rond dit IC is een inverterende x1-versterker. R1 en R3 zijn even groot. De
uitgang van het DUT is dus omgekeerd aan de ingangsspanning. Deze spanning op punt B wordt vergeleken met de spanning op punt A.
Zijn beide spanningen absoluut gezien even groot, maar ten opzichte van elkaar geïnverteerd, dan zullen er door de twee
even grote weerstanden R4 en R5 even grote, maar tegengestelde stromen vloeien.
Figuur 4: De verschilversterker.
Door weerstand R7 vloeit dan geen stroom, de uitgang van IC2 blijft op nul. Wijkt de spanning op punt B af van het ideale
verloop, dan zal de stroomgelijkheid worden verbroken. Er vloeit een verschilstroom door R7. Deze stroom wekt over deze weerstand
een spanning op en daar de linker aansluiting op massapotentiaal staat (vanwege de werking van de op-amp) zal de rechter
aansluiting een bepaalde onbekende, maar in ieder geval van nul afwijkende spanning voeren. Dit uitgangssignaal wordt gedetecteerd
en stuurt een LED.
Onderstaande figuur geeft als voorbeeld de ideale situatie bij goed werkende DUT (links) en een situatie waarbij deze op-amp
intern kortgesloten is naar de positieve voedingsspanning (rechts). De uitgang van het DUT levert dan een constante hoge
spanning af, het gevolg is dat er op de uitgang van de verschilversterker een negatieve restspanning ontstaat, die alleen
even naar nul gaat op het moment dat de spanning op punt A in absolute zin gelijk wordt aan de foutieve uitgangsspanning van de
te testen schakeling.
Figuur 5: Voorbeeld van de werking.
HET VOLLEDIG SCHEMA
Het volledig schema van de op-amp tester is getekend in onderstaande figuur. De schakeling rond IC1 en IC2 is de
driehoekspanningsgenerator. Omdat de spanningssymmetrie van de uitgangsspanning van deze schakeling echter in hoge mate afhangt
van de gelijkheid van de twee voedingsspanningen en de tester uit twee 9 V batterijtjes wordt gevoed kan men er niet zeker van zijn
dat de uitgangsspanning steeds symmetrisch ten opzichte van nul zal verlopen. Vandaar een blokkeertrap C4/R6, die de eventueel
aanwezige gelijkspanningscomponent spert. De condensator laad immers alleen signaal door en heeft een oneindig hoge impedantie
voor gelijkspanning. De condensator C4 introduceert echter een ontoelaatbare impedantie in de uitgangskring van de generator. De
buffer rond IC3 heft dit nadeel op en levert een mooi symmetrische en laagimpedante driehoeksspanning aan de rest van de schakeling.
Figuur 6: Volledig schema.
Deze rest volgt de reeds besproken principeschema's op de voet. Zowel de testschakeling als de verschilversterker worden uitgerust
met 1 % metaalfilm weerstanden op de plaatsen waar dit echt noodzakelijk is, met als groot voordeel dat men niets behoeft af
te regelen.
De verschilversterker kan zowel een positief als een negatief signaal leveren, afhankelijk van het soort defect in de te testen
op-amp. Nu straalt een LED slechts licht uit als er stroom in één bepaalde richting door de diode loopt (sterker nog,
in de andere richting loopt geen stroom!) en vandaar dat de LED is opgenomen in een brugschakeling, die er voor zorgt dat de stroom
steeds in de goede richting door de lichtgevende diode vloeit. Als de uitgangsspanning van de verschilversterker positief is, dan
loopt de stroom door weerstand R14 naar massa via de dioden D1, D5 en D4. Is de uitgangsspanning echter negatief, dan geleiden de
dioden D2, D5 en D3. De versterkingsfactor van de verschilversterker is gelijk aan tien.
| WEERSTANDEN | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| R1 | 10 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R2 | 100 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| R3 | 10 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R4 | 100 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| R5 | 10 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R6 | 100 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| R7 | 100 kOhm | 1 % metaalfilm weerstand | R8 | 100 kOhm | 1 % metaalfilm weerstand |
| R9 | 100 kOhm | 1 % metaalfilm weerstand | R10 | 47 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| R11 | 100 kOhm | 1 % metaalfilm weerstand | R12 | 100 kOhm | 1 % metaalfilm weerstand |
| R13 | 47 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R14 | 470 Ohm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| CONDENSATOREN | |||||
| C1 | 100 µF | 16 V print-elco | C2 | 100 µF | 16 V print-elco |
| C3 | 27 nF | MKH | C4 | 220 nF | MKH |
| C5 | 100 nF | MKH | C6 | 100 nF | MKH |
| HALFGELEIDERS | |||||
| D1 | 1N4148 | universele Si-diode | D2 | 1N4148 | universele Si-diode |
| D3 | 1N4148 | universele Si-diode | D4 | 1N4148 | universele Si-diode |
| D5 | LED | 5 mm, rood | IC1 | 741 | op-amp, mini-DIL |
| IC2 | 741 | op-amp, mini-DIL | IC3 | 741 | op-amp, mini-DIL |
| IC4 | 741 | op-amp, mini-DIL | - | - | - |
| DIVERSEN | |||||
| 1 | 2 x OM | tuimelschakelaar | 5 | IC-voetje | 8 pennen |
| 4 | 3 m | printsoldeerlipje | 2 | 9 V | batterij |
| 2 | - | clip voor 9 V batterij | - | - | - |
DE BOUW VAN DE SCHAKELING
De schakeling kan worden ondergebracht in een klein kastje, bijvoorbeeld van Teko. Onderstaande figuur wijst de onderdelen hun
plaats aan.
Figuur 7: De componentenopstelling.
Op het door een gestippeld kader aangegeven deel van de print kan men een 8-pens IC-voetje via acht stevige draadjes ongeveer 2,5 cm boven de print monteren. Hierdoor wordt het mogelijk het te testen IC zonder moeilijke bedradingstoestanden rechtstreeks in dit voetje te duwen.
HET GEBRUIK VAN DE OP-AMP TESTER
Zet de verdachte op-amp in het voetje. Schakel het apparaat nadien in. Brandt de LED, dan is de op-amp defect. Eenvoudiger kan niet!
Men kan de conditie van de batterijen testen door het apparaat even in te schakelen zonder IC in het testvoetje. Brandt de LED, dan weet men
zeker dat het apparaat nog werkingsbereid is. Blijft de LED gedoofd of brandt hij zwak, dan moet men de batterijen vernieuwen.
EXTRA SERVICE: DOWN-LOADEN VAN HET PRINTONTWERP
U kunt het ontwerpje van de print van deze nabouwschakeling uit onze Internet-site down-loaden. Het ontwerp werd gescand met een resolutie van 300 dpi en staat ter beschikking als TIF-file, LZW-compressie.
Deze file kan in ieder grafisch programma geopend worden en geprint op transparante folie. Gebruik hiervoor bij voorkeur een inkjet-printer!
Druk het ontwerpje af met de afmetingen die hieronder staan vermeld!
Nadien kunt U met dit transparant een stukje foto-gevoelige printplaat belichten.
Klik hier ... en ga terug naar het begin van deze pagina
Klik hier ... en ga terug naar de bouwbeschrijvingen van Vego
Klik hier ... en ga terug naar het hoofd-menu van de Vego-site