Analóg áramkörök Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások

Átírás

1 nalóg áramkörök Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások Informatika/Elektronika előadás encz Márta/ess Sándor Elektronikus Eszközök Tanszék 07-nov.-22

2 Témák Műveleti erősítőkkel kapcsolatos alapfogalmak z ideális műveleti erősítő negatív visszacsatolás Jellegzetes paraméterek Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások Valós műveleti erősítők paraméterei 2/5

3 műveleti erősítő (Operational mplifier) hagyományos erősítő tulajdonságait a lső felépítése határozza meg, a műveleti erősítővel épült áramkörök működését a külső negatív visszacsatolás határozza meg. Közel ideális tulajdonságokkal rendelkezik, méretn, árban alig tér el a tranzisztoroktól, alkalmazása pedig jóval egyszerűbb. Bemenete differenciálerősítő: 2 menete van, az ezek közötti feszültség- különbséget erősíti, ez az ún. differenciális feszültség erősítés neminvertáló menet invertáló menet d + táp p m KI d ( ) n p - táp 3/5

4 Ideális műveleti erősítő d, r, r d 0 ahol r d a differenciális meneti ellenállás, r a menő ellenállás. Egy valódi, általános célú (olcsó) műveleti erősítő paraméterei (μ74) 0 5, r d 0MΩ, r kω a legtöbb alkalmazásban a műveleti erősítő ideálisnak tenthető. 4/5

5 negatív visszacsatolás + + d - β Erősítő () - β Visszacsatoló áramkör (β) meneti jel egy részét a visszacsatoló hálózaton keresztül visszavezetjük a menetre, és vonjuk a meneten lévő jelből. átrendezve: v + β z erősítést a visszacsatolás határozza meg Stabil állapotban: d Ha β >>, akkor v ( β β 5/5 )

6 visszacsatolt erősítő frekvenciamenete (ohmikus elemeket tartalmazó visszacsatoló hálózat esetén) 00 d 80 műveleti erősítő határfrekvenciája [db] visszacsatolt erősítő határfrekvenciája /β z erősítő tranzitfrekvenciája 0 00 k 0k 00k M 0M f [Hz] f H f H f T f f H V H f T negatívan visszacsatolt erősítő erősítés-sávszélesség szorzata egyenlő az erősítő tranzitfrekvenciájával. 6/5

7 Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások számítások elve: Mivel a műveleti erősítő differenciális erősítése a végtelenhez tart, nem követünk el nagy hibát, ha feltételezzük, hogy () a két menet azonos potenciálon van, (2) és menő árama 0 Fázisfordító erősítő 2 Írjuk fel a csomóponti törvényt ~0V v 2 7/5

8 Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások Fázist nem fordító erősítő Írjuk fel a csomóponti törvényt 2 2 ~ v + 2 Másik megoldás: β Ha 2 0 v + 2 mivel ez egy feszültségosztó: V β 8/5

9 Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások Feszültség követő v z forrást minimálisan terheli, a meneti ellenállás csi, ún. Impedancia-váltó Összeadó erősítő N Használjuk fel a fázisfordító erősítő erősítésének képletét és a szuperpozíció elvét... N N N 9/5

10 Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások Kivonó áramkör fázist nem fordító erősítő kapcsolás erősítése: p 2 2 /α + α α 2 P p /α p Szuperpozició elvét alkalmazzuk Ha 2 0, akkor fázisfordító erősítőként üzemel a kapcsolás: 2 α 2 α Ha 0, akkor fázist nem fordító erősítőként üzemel a kapcsolás: α így 2 megoldás a két eredmény összegzésével: p p p + p α 2 α α + α( ) 2 2

11 Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások Integrátor z integrátorok általában az u ( t) K u( t) dt + u ( t 0) fejezést valósítják meg. C z áram törvényből: ~0V u + C du dt 0 Megoldva: u C t u( t) dt + u 0 (0) /5

12 Példa integrátor alkalmazására (Digitális voltmérő) V X C V F logika Számláló jelző integrátor komparátor órajel V X Q TF V I T F T X t t 2 t 3 VF T X így t () t időpillanatban a mérendő jelet rákapcsoljuk az integrátorra és T F fix ideig integráljuk. (2) t 2 pillanatban átkapcsolunk egy negatív referenciafeszültségre és sütjük a kapacitást. (3) számlálóval mérjük a T x időt. X F T T X F 2/5

13 Valós műveleti erősítők paraméterei Valós műveleti erősítő transzfer karakterisztikája Offset feszültség menetre valamekkora feszültségkülönbséget kell adni ahhoz, hogy a menet 0 legyen. Ez az ún. offset feszültség, néhány mv nagyságrendű Maximális jelváltozási sesség (slew rate) Kivezérelhetőségi határ meneten a jel véges sességgel változhat meg. Sd /dt maximuma. min túl az erősítő meneti feszültsége nem fog növekedni, általában a tápfeszültség néhány V, léteznek olyan műveleti erősítők is amelyek a tápfeszültségeg vezérelhetők (railtorailműködés) 3/5

14 Közös módusú erősítés Valós műveleti erősítők paraméterei Ha a két menetre ugyanazt az k feszültséget kapcsoljuk, a menetnek ideális esetn 0-nak kellene lenni. valóságban az erősítő meneti feszültsége függ az k feszültségtől, ez az ún. közös módusú erősítés. Legyen m k - d /2 és p k + d /2 Ekkor a d differenciális feszültségerősítés a közös módusú feszültségerősítés k d k << d k katalógusok általában a közös módusú feszültség elnyomást adják meg (common mode rejection ratio) CM d k értéke 0 4 körül van 4/5

15 Valós műveleti erősítők paraméterei I b - I b + r k r d r k r k közös módusú (GΩ), r d (MΩ) differenciális meneti ellenállás. I b+ I b- a menetek állandó munkaponti áramai μ74(bipoláris) TL08 (FET) d CM GBW MHz 3MHz r d 0 6 Ω 0 2 Ω r c 0 9 Ω 0 4 Ω I b 80n 30p 0 mv 5mV max ±3V ±3V Slew rate 0.6V/μs 3V/μs r kω 00Ω