1. Invertor (Invertujući Pojačavač)

Električnu šemu invertora sa jednim idealnim operacionim pojačavačem napraviće se u specijalizovanom softveru za elektroniku, Electronics Workbench-u. U daljem izlaganju podrazumeva se da student koji treba da nacrta ovu šemu zna osobine idealnog operacionog pojačavača i da samim tim zna kako ova šema radi. U samom programu može se primetiti da su ikone sa alatima raspoređene u dva reda. U prvom redu se nalaze, manje-više, standardne Windows ikone, sa nekoliko njih koje su specifične samo za Electronics Workbench, dok su u drugom redu ikone za izbor elemenata. Za izradu invertora su potrebna dva otpornika (iste otpornosti) jedan generator (signal koji se invertuje), i jedan idealni operacioni pojačavač. Uneti prvo otpornike. U drugom redu ikona, nalazi se ikona sa crtežom otpornika, između ikona sa crtežom baterije i diode. Klikom na nju, otvara se prozor sa osnovnim elementima.

Elementi ne bi trebalo da su teški za prepoznavanje, jer su označeni standardnim

oznakama, a ako se kurzor miša duže zadrži na nekom od njih, ispiše se naziv elementa. Otpornik, kao i bilo koji drugi element, unosi se tako što se pritisne levo dugme miša na njega i “prevuče” se na ekran još uvek držeći dugme. Dugme miša se otpušta kada je element na željenom mestu. Treba preneti dva otpornika. Program će inicijalno podesiti otpornosti na 1kΩ, što ne smeta, jer se radi sa idealnim operacionim pojačavačem. Otpornik se selektuje klikom. Selektovan otpornik (ili neki drugi element) je crvene boje. Sada treba zarotirati otpornik. To se može uraditi na više načina: 1. pritiskom Ctrl+R 2. desnim klikom miša na njega, pa izborom opcije Rotate 3. klikom na meni Cicuit, pa izborom Rotate

4. klikom na ikonu u prvom redu, nacrtan trougao koji se rotira

Uneti generator i masu. Kliknuti na ikonu na kojoj je nacrtana baterija. Otvoriće se meni u kom se nalaze razni električni izvori, strujni, naponski, baterije, kontrolisani generatori, itd.

"Prevući" simbol na kom je nacrtana električna masa dva puta, a potom i simbol za naponski generator (paziti da se ne zameni za bateriju). Podesiti parametre generatora. Dvoklikom na generator otvoriće se prozor sa parametrima. U polje Voltage unosi se efektivna vrednost napona generatora (recimo 1.41V), frekvencija (100Hz) i početna faza (ne mora se menjati). Ostale opcije nisu trenutno od značaja.

Zatvoriti prozor i uneti operacioni pojačavač. Meni sa operacionom pojačavačima se otvara klikom na šestu ikonicu u drugom redu (Analog ICs). U meniju se može videti više tipova operacionih pojačavača. Treba uneti prvi jer ostali tipovi nisu idealni.

Ostaje još da se povežu elementi šeme, što se vrlo lako radi. Približavanjem kurzora miša kraju nekog elementa, pojaviće se crna tačka kao znak da je program spreman za crtanje linije. Kliknuti na kraj elementa i ne puštati dugme miša. Miša prevući do mesta do kog se želi kontakt, pa tek onda pustiti dugme miša. Kada je šema povezana, unose se i instrumenti (osciloskop, voltmetar) pomoću kojih se prati simulacija. Oni se nalaze u meniju koji se dobija klikom na poslednju ikonu u drugom redu. Dvoklikom na osciloskop, otvoriće se slika osciloskopa na kom se tačno vidi gde se nalaze priključci za masu (ground), i signale (Chanel A, Chanel B).

Priključak za masu se povezuje sa masom šeme, priključak kanala A priključuje se

na generator, dok se priključak kanala B priključuje na izlaz operacionog pojačavača. Model osciloskopa je vrlo verno urađen, jasno se vide sve standardne komande. Što se tiče drugog instrumenta, to je multimer (ampermetar, voltmetar, ommetar…) Dvoklikom na njega dobijamo sliku instrumenta, pomoću koje biramo kako će instrument da radi. Kliknuti na taster V da bi se koristio kao voltmetar, + kraj voltmetra se priključuje na izlaz operacionog pojačavača, – kraj na masu.

Simulacija se pokreće pomoću prekidača u gornjem desnom kraju ekrana. Posmatra se prvo signal na kanalu A, potom na kanalu B. Pogledati i vrednost napona na voltmetru.

2. Neinvertujući pojačavač

Električnu šemu neinvertujućeg pojačavača sastaviti analogno šemi invertora, koja

je data u predhodnom odeljku. Ovde će se umesto standardnog generatora koristiti takozvani generator funkcija

(Function Generator), koji se nalazi u odeljku sa instrumentima (Instruments) između multimetra i osciloskopa, kao što je prikazano na narednoj slici.

Ovaj generator, kao što je i prikazano, proizvodi napon sinusoidalnog, testerastog ili pravougaonog (povorka impulsa) oblika. Na njemu je moguće podesiti učestanost (frekvenciju), amplitudu, ofset, nagib kod testerastog siganala ili trajanje impulsa kod pravougaonaog (Duty cycle).

Naponi u kolu biće mereni osciloskopom (Oscilloscope), pa je i ovaj uređaj potrebno na isti način kao i generator funkcija dodati u kolo. Osciloskop poseduje dva ulazana kanala (Channel A & Channel B) koja omogućavaju merenje dva različita napona u kolu istovremeno, kao i njihovo medjusobno upoređivanje, što će ovde biti i demonstrirano.

Merićemo napona između izlaza iz operacionog pojačavača i mase, kao i napon

između čvora zajedničkog za otpornike R1 i R2 i mase. Time će biti pokazano pojačanje pojačavača koje direkto zavisi od odnosa otpornika R2 i R1.

Sledeća slika prikazuje kako bi to sve trebalo da izgle da u šemi.

3. Polutalasni ispravljač

Malom modifikacijom invertujućeg pojačavača dobijamo kola na slici koja odsecaju negativan, odnosno pozitivan napon generatora, sto će biti i demonstrirano. Kolo treba sastaviti koristeći se uputstvima datim u ranijim odeljcima. Ovde će se takođe koristiti generator funkcija za zadavanje napona koga treba modifikovati, tj. napona kome treba odseći negativnu poluperidou. Osciloskop će se koristiti za merenje vremenskog oblika napona na izlazu iz kola. Jedan kanal osciloskopa treba povezati za izlaz kola (čvor Vi), a drugi na izlaz operacionog pojačavača (čvor Viop).

Na oscilioskopu postoji taster Expand koji nam služ za detaljnije posmatranje karakteristike napona, što je prikazano na sledećoj slici.

Na prethodni pikaz osciloskopa vraća se pritiskom na taster Reduce, boje ekrana osciloskopa moguće je promeniti tasterom Reverse, a sliku sa ekrana osciloskopa moguće je sačuvati pritiskom na taster Save.

Klizačima 1 i 2 moguće je meriti tačnu vrednost napona u određenim vremenskim trenutcima, kao i razliku napona u dva vremenska trenutka.

Preporučuje se studentu da uradi istu stvar, s tim što će zameniti mesta anodama i

katodama na obe diode u kolu, i uoči razliku razliku u dobijenim vremenskim dijagramima. Takođe moguće je promenom odnosa otponika R2 i R1 menjati pojačanje kola.

4. Peak-detector

Slika1. Ovo kolo predstavlja najprostiju realizaciju takozvanog peak-detektora.

Funkcija kola je vrlo prosta – sve dok napon na generatoru ne dostigne maksimalnu vrednost, napon na kondezatoru prati napon na generatoru.Kada napon na generatoru dostigne maksimalnu vrednost on počinje da opada,dok je na kondenzatoru jos uvek ona prethodna (maksimalna) vrednost. Pošto je u tom trenutku na anodi diode manji napon nego na katodi, ona se koči i na kondenzatoru ostaje zapamćena maksimalna vrednost napona na generatoru.

Dioda ne može više da provede struju pošto je na katodi zapamćen maksimum napona. Slika1 prikazuje izgled osciloskopa koji meri napon na kondezatoru. Jasno se vidi kako napon na kondenzatoru raste do maksimalne vrednosti napona na generatoru, koja nadalje ostaje zapamćena.

5. Tranzijentni (prelazni) režim

U ovoj vežbi posmatra se vreme punjenja kondenzatora. Kao i u prethodnom

slučaju smatra se da su studenti upoznati sa analatičkim izrazom za napon na kondenzatoru. Potrebni su: jedna baterija, otpornik i kondenzator.

Ne treba zaboraviti da se unese i električna masa, jer program uvek zahteva jedan referentni čvor. Podesiti napon baterije na 5V (meni za podešavanje parametara dobija se dvoklikom na element). Otprornost otpornika neka bude 100kΩ, a kapacitivnost kondenzatora neka bude 10µF.

Pošto program automatski numeriše čvorove, potrebno nam je da znamo redni broj čvora između otpornika i kondenzatora. Klikom desnog dugmeta miša na čvor, i biranjem opcije Wire properties se dobija sledeća slika.

Podesiti da se vidi oznaka čvora (uključiti opciju Display node label). Kada se sve poveže, pokrenuti analizu. Kliknuti na meni Analysis u kom se izabere opcija Transient. Otvoriće se prozor u kom treba podesiti parametre za simulaciju.

1. Initial conditions (početni uslovi): podesiti ih na nulu 2. Analysis: početno vreme podesiti na nulu, a kraj simulacije na 10 sekundi

U prozor Nodes for analysis ubaciti oznaku čvora na spoju otpornika i kondenzatora, tako što se u prozoru Nodes in circuit označi željeni čvor, a zatim se klikne na

. Za pokretanje analize, kliknuti na taster Simulate. U posebnom prozoru iscrtava se grafik zavisnosti Vc(t). Promeniti parametre kola, napon baterije, otpornost, kapacitivnost i posmatrati kako se kriva menja.

6. Riordanov žirator

Slika 2.

Na slici 2 je data šema Riordanovog žiratora vezana u prosto kolo.

Riordanov žirator ima osobinu da konvertuje induktivnost u kapacitivnost i obrnuto. To je vema podesno jer je kalemove u električnim šemama veoma teško realizovati (veliki gabarit...), dok su kondenzatori dosta zahvalniji.

Kao što se sa grafika vidi u prvom trenutku je napon u čvoru 11 jednak naponu jednosmerne baterije za napajanje.Vremenom ovaj napon postaje jednak nuli zbog toga što se kalem prema jednosmernom signalu u ustaljenom režimu ponaša kao kratak spoj.

Kada je kolo unešeno otvoriti meni Analysis i tu izabrati stavku Transient.U donjem levom uglu se nalazi stavka Nodes in circuit u okviru koje imamo čvorove u kolu.Izabrati čvor u kojem želimo analizu i levim tasterom miša kliknuti na Add i on će se pojaviti u prozorčiću sa desne strane.

Nakon toga kliknuti na simulate čime se počinje analizu i dobija traženi grafik.