Az ideális feszültségerősítő ELEKTRONIKA_2

Átírás

1 Az ideális feszültségerősítő ELEKTRONIKA_2

2 Elektronika 2 (Kód:INBK812) Kredit: 2 Óraszám: 2/hét Vizsgáztatás: ZH_1(a hetedik előadás helyet) ZH_2(a 14-edik előadás helyet) szóbeli a vizsgaidőszakban Értékelés: 0,4,ZH_1- + 0,4,ZH_2- + 0,2,bónusz- 0,8,szóbeli- + 0,2,bónusz- 2

3 Elektronika 2 (Kód:INBK812) Bónuszpontok: Jelenlét Szakmai napok Olyan tevékenységek amelyek a tárgyiránti érdeklődést bizonyítja 3

4 Elektronika 2 (Kód:INBK812) Ajánlott irodalom: U. Tietze C. Schenk : Analóg és digitális áramkörök, Műszaki könyvkiadó, Budapest 2001 Borbély Gábor - ELEKTRONIKA II: A műveleti erősítő és kapcsolástechnikája, 4

5 Elektronika 2 (Kód:INBK812) Oktató: Dr. Buchman Attila, okleveles villamos mérnök, egyetemi adjunktus, Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tszk. Fogadóórák a szorgalmi időszakban F15 szoba: Csütörtökön 18 órától 19 óráig Pénteken 8 órától 9 óráig 5

6 Elektronika 2 (Kód:INBK812) Elérhetőségek: Mail: attila.buchman@inf.unideb.hu Web: Telefon: /

7 A kurzus tematikája Az ideális feszültség erősítő. Műveleti erősítő. Alapkapcsolások műveleti erősítőkel. Teljesítmény erősítők Aktív szűrők Jelgenerátorok Analóg-digitális és digitális-analóg átalakítók 7

8 Az előadás tematikája Erősítők osztályozása. Feszültségerősítők jellemzői. Ideális feszültségerősítő modell. A műveleti erősítő. Példa: LM324. 8

9 Erősítők: Erősítőknek nevezzük azokat az áramköröket amelyek: Nagyobb teljesítményt képesek a kimeneti áramkörben szolgáltatni mind amennyit a bemeneti jelforrástól fogyasztanak. A kimeneti feszültség illetve áram értéke arányos a bemeneti feszültség illetve áram értékével. 9

10 Teljesítményerősítés: Jelfőrás p1 Erősítő + tápegység p2 Terhelés p=u i teljesítményerősítést feszültség és/vagy áramerősítés által lehet elérni. a P p p 2 1 u u 2 1 i i 2 1 u u 2 1 i i 2 1 i u 2 1 u i 2 1 (1) (2) (3) (4) 10

11 Erősítők osztályozása: (1) (2) (3) (4) Feszültség erősítők Au=Uki / Ube feszültségerősítési tényező Áramerősítők Ai=Iki / Ibe áramerősítési tényező Transzkonduktancia erősítők GT=Iki / Ube transzkonduktancia Transzimpedancia erősítők ZT=Uki / Ibe transzimpedancia 11

12 Példa (1.1) I1 I2 jelforrás U1 erősítő U2 terhelés U1= I1 = 1mA I2 = 2mA U2= 10V Au=? Ai=? GT=? ZT=? Au=10 Au*dB+=20dB Ai = 2 Ai[dB] =6dB GT = 2mA/V=2mS ZT= 10V/mA=10kΩ 12

13 Megjegyzés Honnan tudhatjuk hogy egy erősítő milyen típusú? Erősítő típus Rbe Rki Feszültség erősítő Áram erősítő nagy kicsi kicsi nagy A bemeneti és kimeneti ellenállások értékéből! Transz konduktancia Transz impedancia nagy kicsi nagy kicsi 13

14 Megjegyzés Kérdés: Mikor nagy egy ellenállás? Mikor kicsi? Válasz: A bemeneti ellenállást a jelgenerátor belsőellenállásához viszonyítjuk. A kimeneti ellenállást a terhelő ellenálláshoz viszonyítjuk. 14

15 Feszültségerősítők legfőbb jellemzői A jelforrást nem terhelik a bemeneti ellenállásúk nagy. A kimeneti feszültség a terheléstől nagymértékben független a kimeneti ellenállásúk kicsi. A feszültségerősítési tényezőjük állandó egy adott frekvencia sávban. 15

16 Erősítők osztályozása az erősítet sáv függvényében Egyenáramú erősítők (0 1 khz) Hangfrekvenciás erősítők (20 Hz 20 khz) Videó frekvenciás erősítők (0 10 MHz) Rádiófrekvenciás erősítők (10 MHz 10 GHz) - más szempontból - Szélessávú erősítők Keskenysávú (hangolt) erősítők 16

17 Ideális feszültségerősítő modell A jelforrást egyáltalán nem terhelik a bemeneti ellenállás végtelen. A kimeneti feszültség a terheléstől teljesen független a kimeneti ellenállás nulla. A feszültségerősítési tényező a frekvenciától független. 17

18 Ideális feszültségerősítő modell Ube a Ube Uki Uki =a Ube A modell = feszültségvezérelt feszültségforrás. 18

19 Ideális feszültségerősítő rajzjel Ube a Ube Uki modell Uki =a Ube Ube a Uki rajzjel 19

20 Megjegyzések Ideális feszültségerősítő nem létezik. Ettől eltekintve az ideális erősítő modell egy nagyon gyakran alkalmazott eszköz az elektronikus áramkörök elemzésében. A be és kimeneti ellenállásokkal kiegészítve bármilyen típusú erősítő modellezésére alkalmas. 20

21 Példa (1.2.) I1 jelforrás U1 erősítő U2 R U1= 1V@1kHz I1 = 1mA U2 = 12V@R= U2 = 10V@R=1kΩ Au=? Rbe =? Rki =? 21

22 Az üresjárási erősítési tényező meghatározása I1 Rbe Rki jelforrás U1 a U2 U1= 1V@1kHz U2 = 12V@R= U2= a U1 12 V = a 1V a = 12 22

23 A bemenő ellenállás meghatározása I1 Rbe jelforrás U1 U1= I1 = 1mA Rbe=U1/I1 Rbe=1V/1mA=1kΩ 23

24 A kimenő ellenállás meghatározása Rki a U1 R U2 U1= 1V U2 = 10V@R=1kΩ a=12 U 2 a U U R ki 2 1 R R R ki a R R R ki U R R 1,2 1 R 0,2k 200 ki 24

25 Helyettesítőképek 1kΩ 200Ω Ube 12 Uki Ube 1kΩ 12 Ube 200Ω Uki 25

26 Bemenő ellenállás mérése A mérést az adott erősítőre jellemző frekvencián végezzük! Ibe jelforrás erősítő Ube Rbe Ube Ibe 26

27 Az erősítési tényező mérése A mérést az adott erősítőre jellemző frekvencián végezzük! jelforrás erősítő Uki Ube a Uki Ube 27

28 A kimenő ellenállás mérése A mérést az adott erősítőre jellemző frekvencián végezzük! Iki jelforrás erősítő Ube Uki Rki a Ube Uki Iki 28

29 Példa (1.3) jelforrás U1 erősítő U2 R a=40db Rbe = 10kΩ Rki = 100Ω R=1kΩ A jelforrás üres járási feszültsége: U0=500mV A jelforrás belső ellenállása: a). R0=1kΩ; b). R0=10kΩ; c). R0=100kΩ U2=? 29

30 Megoldás 30 Rbe a Rki U1 U2 R0 U , , ) log( 40 ) 20 log( R R U Rbe R Rbe U U U U a R Rki R U a a a V U R c V U R b V U R a R U U ) ) )

31 A műveleti erősítő (Op-Amp) A műveleti erősítő egy ideális feszültségerősítő legsikeresebb gyakorlati megközelítése. Kétségtelenül a legnépszerűbb analóg integrált áramkör. Műveleti erősítőnek eredetileg az analóg számítógépekben a számítási műveletek végzéséhez használt erősítőket nevezték. 31

32 Példa - LM 324 Tokozások Kivezetések 32

33 LM 324: kapcsolási rajz 33

34 LM 324: Tápfeszültség ellátás Minden elektronikai erősítő működéséhez legalább egy tápfeszültség forrás szükséges. Vcc(max) = 32V Ha csak egy tápforrást használunk akkor ennek a negatív pólusa lesz a nulla potenciálú referencia: 0V = GND 34

35 LM 324: Tápfeszültség ellátás Lehet két tápforrással is táplálni. Ha ezek egyértékűek akkor nulla bementi feszültségnek, nulla kimeneti feszültség fellel meg. Vcc(max) = 16V VEE(max)= -16V Ha két tápforrást használunk akkor ezeknek a közös pólusa = 0V = GND 35

36 LM 324: Adatlap 36

37 LM 324: Adatlap 37

38 LM 324: Adatlap 38

39 LM 324: Adatlap 39

40 Köszönöm a figyelmet! 40