F1301 Bevezetés az elektronikába Műveleti erősítők

Átírás

1 F3 Beezeés az elekronikába Műelei erősíők

2 F3 Be. az elekronikába MŰVELET EŐSÍTŐK Műelei erősíők: Kiáló minőségű differenciálerősíő inegrál áramkör, amely egyenfeszülség erősíésére is alkalmas. nalóg számíás és szabályozásechnikai alkalmazásokhoz fejleszeék (elneezésük is innen ered), de áló ulajdonságaik és alacsony áruk mia azóa igen sokoldalúan alkalmazzák őke (74, TL8, ). Áramköri rajzjel: Helyeesíő áramkör: nemineráló mene ineráló mene ol nyílhurkú feszülségerősíési ényező ol ( ) g g ol ( )

3 F3 Be. az elekronikába Műelei erősíő lső felépíése: bipoláris és érezérlésű ranziszorokból álló inegrál áramkör 74

4 F3 Be. az elekronikába deális műelei erősíő jellemzői: ol ( ) Végelen nagy nyílhurkú feszülségerősíés ( ol ) Végelen nagy menei ellenállás ( Ω ) Zéró menei ellenállás ( Ω ) Végelen nagy sászélesség: az erősíőnek minden frekencián ugyanakkora az erősíése Zéró ofsze (ökéleesen szimmerikus felépíés): ha a menei feszülségek megegyeznek, akkor a menei feszülség zéró. alódi műelei erősíők egyike sem eljesíi a feni feléeleke, de gyáró adalapján megado paraméerek elég jól megközelíik az ideális érékeke. Valódi műelei erősíők jellemző érékei: szimmerikus ápfeszülségre an szüksége (ipikusan ±5V) ol 5 6 MΩ bipoláris mene, MΩ FET mene Ω f min Hz, f max ~MHz közös módusú elnyomási ényező: M 9 db éges menei feszülségaromány: < < éges maximális jelálozási sesség(slew rae): S.5 3 V/μs

5 F3 Be. az elekronikába Visszacsaol műelei erősíők: műelei erősíő nyílhurkú feszülségerősíése úl nagy a szokásos gyakorlai alkalmazásokhoz. Néhány külső alkarész hozzáadásáal egyszerűen alakíhaó egy olyan isszacsaoló hálóza, amely segíségéel az erősíőfokoza erősíése csökkenheő, sabilizálhaó és jelenősen jaíhaó néhány más fonos paraméer is: pl. nagyobb sászélesség, sebb orzíás, érheő el. ( isszacsaolással a műelei erősíőnek nem, csak a ele felépíe erősíőfokozanak álozik meg az erősíése!) Negaí isszacsaolás: menei jel egy részé isszaezeik és onják a menei jelből, így erősíésre énylegesen a jöő jel és az ado hányadban isszacsaol menei jel különbsége kerül. Így a mene megálozása a negaí isszacsaolás réén ellene ha az különbség nöekedésének. Állandó menei jel eseén a menei feszülség is sabil érékre áll, amely a köekező módon számíhaó: ol ( ) β ol ( β ) ol ol β ol ol β β β ol Ha a hurokerősíés Hβ ol >>, akkor, ekkor a fokoza erősíésé csak a isszacsaoló hálóza (β) haározza meg. β

6 F3 Be. az elekronikába negaí isszacsaolás alkalmazó áramköröknél a műelei erősíő ké menei feszülségének különbsége a nagy nyílhurkú erősíés mia igen csi ( ' ). ol oábbiakban az áramkörök elemzésének megkönnyíése céljából feléelezzük: hogy negaí isszacsaolás eseén '. hogy a műelei erősíő igen nagy menei ellenállása mia a meneek folyó áramok ( (), () ) elhanyagolhaóan s érékűek. MŰVELET EŐSÍTŐK LPKPSOLÁS: Feszülségköeő β Nemineráló erősíő β β β nem in mü. er. ol

7 F3 Be. az elekronikába neráló erősíő Miel a nemineráló mene földpoenciálra an köe, és a negaían isszacsaol műelei erősíő meneei szine azonos feszülségűek, így az ineráló mene is közel földpoenciálú ( iruális föld ). Így az ellenállásokon folyó áramok egyszerűen: és iruális földpon iruális földponra alkalmaza a csomóponi örény: j ( ) j in mü. er. in ol Több meneel egészíe összegző erősíőé alakíhaó az áramkör.

8 F3 Be. az elekronikába Összegző erősíő Miel a iruális földpon (a alódi földhöz hasonlóan) igen jó áramnyelő, ezér erre az egymással párhuzamosan köö ellenállásokon folyó áramok egymásól függelenek és a isszacsaoló ellenálláson összegződnek: j j iruális földpon Ha 3, akkor (...) 3

9 F3 Be. az elekronikába Differenciálerősíő Ha V, akkor ( re ineráló erősíő) Ha V, akkor ( re nemineráló erősíő) Álalánosan: ( ) ' '

10 F3 Be. az elekronikába Áramfeszülség konerer Feszülségáram konerer (áramgeneráor) Miel negaí isszacsaolás eseén ' ezér és így

11 F3 Be. az elekronikába Műelei erősíő menei eljesíményének nöelése k k 3 k

12 F3 Be. az elekronikába NEMLNEÁS KPSOLÁSOK MŰVELET EŐSÍTŐVEL Komparáor Funkciója: ké menei feszülség összehasonlíása ref Ha > ref, akkor V (pozií elíés). ref Ha < ref, akkor V (negaí elíés). menei feszülség ado szinre korláozhaó pl. Zenerdiódáal: 3.3kΩ ref Zajerhel menei jelhez a ké billenési szinel rendelkező Schmirigger használják: ref ref ref ref D k k k k

13 F3 Be. az elekronikába Műelei erősíős feszülségszabályozó kapcsolóranziszorral: V 3V szabályozalan N355 V szabályozo k 5.6V N4734 N k 5.6k

14 F3 Be. az elekronikába sabil muliibráor (négyszögjel oszcilláor) z áramkör menei jel nélkül is négyszögjel menee ad, miel pozií isszacsaolás is an nne. műelei erősíő komparáorkén hasonlíja össze a meneein leő feszülsége, és a meneé ami egyn az oszcilláor menee is ciklikusan a pozií, illee negaí elíési szin közö álogaja, ahogy a felölődő kondenzáor feszülsége eléri a másik mene (meneről leoszo szinű) akuális éréké. () max e T max max ( ) max max f ln T max max e T T T ( ) e e T e T ln

15 F3 Be. az elekronikába negráló fokoza (inegráor) j ( ) j dq d d ( ) d d d d d ( ) d Ha a kezdei () időpillanaban a menei feszülség zéró, akkor. d Állandó menei feszülség eseén a menei feszülség lineárisan álozik: ha, akkor T

16 F3 Be. az elekronikába Szinuszos menei feszülség eseén a menei feszülség is szinuszos, de ϕ π/ fázisolás (agyis π/ fázissieés) is fellép: sin ( ω) d cos ω sinω ω π ω ( ) cos( ω) ω komplex erősíés megkaphaó az ineráló erősíő képleéből: X j ω ω jω j ω gyakorlaban a kondenzáorral párhuzamosan könek egy ellenállás is, hogy az eredeileg égelen nagy egyenáramú erősíési ényező korláozzák. sin j ( ) ω ϕ cos ϕ π/ in jϕ ( α ) sin α (db) e π ω ω (lg) ω (lg) e π j

17 F3 Be. az elekronikába Differenciáló fokoza dq d j j d ( ) d ( ) d d d d d d Állandó menei feszülség eseén a menei feszülség zéró. Lineárisan álozó menei feszülség eseén a menei feszülség állandó: ha, akkor T

18 F3 Be. az elekronikába Szinuszos menei feszülség eseén a menei feszülség is szinuszos, de ϕπ/ fázisolás is fellép: ( ω) ω komplex erősíés megkaphaó az ineráló erősíő képleéből: j sin d d ω X ω sinω j ω π cos jω ( ω) sin ( ) ω ϕ gyakorlaban a kondenzáorral sorosan ikanak egy menei ellenállás is, hogy a nagyfrekencián eredeileg égelen nagy erősíési ényező korláozzák. cos ( α ) sin α in jϕ e (db) ϕ π/ π ω e ω (lg) ω (lg) π j

19 F3 Be. az elekronikába kí szűrők: kí áramköri eleme aralmazó szűrőáramkörök. felüláeresző szűrő aluláeresző szűrő.7 3dB.7 3dB f f f f sászűrő sázáró szűrő.7 3dB.7 3dB f f f f f f kí szűrők előnyei a passzí szűrőkkel szemn: meredekebb ágás a haárfrekenciánál egységnyinél nagyobb erősíésük is lehe könnyen méreezheők alacsony haárfrekenciákra is (nem kell nagy érékű indukiiásoka használni)

20 F3 Be. az elekronikába luláeresző szűrő Z jω X Z Z jω ( ω) jω ω ( jω ) ϕ arcg ω ω ω ϕ arcg ω ha ω, akkor, ϕ π ha ω, akkor, ϕ haárfrekencián(ω ): ω ω ω g ( ϕ) m e { } { } ( ) ω.7 ϕ π/4 π/ f 3dB fω/π (lg) f (lg)

21 F3 Be. az elekronikába Felüláeresző szűrő Z X jω Z jω Z ω ω j ω jω ω π ha ω, akkor, ϕ ha, akkor ω, ϕ haárfrekencián(ω ): ω g ( ϕ) m e ω { } { } ω ω.7 ϕ π/ ϕ arcg ω f ω arcg ω ϕ 3dB fω/π (lg) π/4 f (lg)

22 F3 Be. az elekronikába Oszcilláorok Oszcilláor: periodikus menei jele szolgála, menei jel nélkül. Ehhez akí áramköri eleme és pozií isszacsaolás kell alkalmazni. menei jel hullámformájá, ampliúdójá és frekenciájá az áramkör ípusa, az alkalmazo alkarészek, alamin a ápfeszülség nagysága haározza meg. Álalános rezgési feléel: β ϕ β ϕ β Zár hurok eseén az áramkör állandósul rezgő állapoában. rezgés ' β β H ϕ ϕβ ± nπ ampliúdófeléel fázisfeléel pl. fázisoló oszcilláor: ineráló erősíőfázisoló(f nál 8 ) isszacsaoló hálóza