MÉRŐERŐSÍTŐK EREDŐ FESZÜLTSÉGERŐSÍTÉSE

Átírás

1 MÉŐEŐSÍTŐK MÉŐEŐSÍTŐK EEDŐ FESZÜLTSÉGEŐSÍTÉSE mérőerősítők nagy bemeneti impedanciájú, szimmetrikus bemenetű, változtatható erősítésű egységek, melyek szimmetrikus, kisértékű (általában egyen-) feszültségek erősítésére alkalmasak úgy, hogy a szimmetrikus jelet erősítve, a közös módusú jelet nagy mértékben elnyomják. Fő alkalmazási területük a különbségi feszültségmérés pl. érzékelőkben, híderősítőkben, mikrofonerősítőkben, mindezt alacsony ofszet, alacsony ofszetdrift, valamint kis zaj mellett. z ideális mérőerősítő főbb tulajdonságai: Bemeneti ellenállás: bes Közösmódusú elnyomási tényező: E k Kimeneti ellenállás: ki 0. ábra valóságos mérőerősítő bemeneti ellenállás (a bemeneti félvezetőktől függő) nagy értéket képvisel. valóságos mérőerősítő kapcsolási rajzából látható, hogy két láncba kapcsolt fokozatból áll, melyek a következők: Szimmetrikus, nagy bemeneti ellenállású, szimmetrikus kimenetű erősítőfokozat; Különbségképző fokozat (differenciaerősítő).. ábra mérőerősítő kapcsolási rajza Készítette: Mike Gábor /8

2 MÉŐEŐSÍTŐK különbségképző fokozat (differenciaerősítő) teljes áramkör szimmetrikus jelre vonatkoztatott erősítésének megértéséhez először vegyük szemügyre a különbségképzőt.. ábra különbségképző (differenciaerősítő) kapcsolási rajza Végezzük el az erősítés számítását a két bemenet külön-külön vezérlése esetén! a) Erősítés és a kimeneti feszültség az invertáló bemenetre ( ) adott jel esetén, miközben a neminvertáló bemeneti jel nulla ( 0) ha 0 ki ha 0. ábra b) Erősítés és a kimeneti feszültség a neminvertáló bemenet ( ) adott jel esetén, miközben a neminvertáló bemeneti jel nulla ( 0 ) ha 0 ki ha 0 5. ábra Készítette: Mike Gábor /8

3 MÉŐEŐSÍTŐK fokozat eredő kimeneti feszültsége ( és ismeretében) az a) és b) pontban mért kimeneti feszültségek szuperpozíciójából adódik: ki ki ki ( ) Eme eredményből látszik, hogy a differenciaerősítő: csak a szimmetrikus bemeneti jel ( ) különbségét erősíti; bemeneti különbségi jel erősítésének mértékét és ellenállások határozzák meg: ; a közös módusú jelet elnyomja (nem erősíti): ( ) esetén: ki ( ) 0V 0V ; esetén a kimeneti feszültség pontosan a szimmetrikus bemenetre kapcsolt jel különbsége: ki ( ) ( ) ( ). Fontos megjegyezni, hogy ezek az eredmények ideális differenciaerősítő esetén érvényesek. valóságos erősítőparamétereket az ofszetfeszültség, az ofszet driftje és a zajok, valamint az és ellenállások pontossága határozzák meg. szimmetrikus bemenetű, szimmetrikus kimenetű erősítőfokozat 6. ábra szimmetrikus erősítő kapcsolási rajza Készítette: Mike Gábor /8

4 MÉŐEŐSÍTŐK Végezzük el az erősítésvizsgálatot! ) z kimenet vizsgálata a) ha 0 0V esetén az műveleti erősítő invertáló bemenete 0V feszültségű, ezért ekkor az egy neminvertáló erősítő. 7. ábra b) ha 0 0V esetén az műveleti erősítő egy követő erősítőként funkcionál, ezért ekkor az egy invertáló erősítőként üzemel. 8. ábra értéke a két esetben adódott kimeneti feszültségek szuperpozíciójából adódik: Készítette: Mike Gábor /8

5 MÉŐEŐSÍTŐK ) z B kimenet vizsgálata a) B ha 0 0V esetén az műveleti erősítő egy követő erősítőként funkcionál, ezért ekkor az egy invertáló erősítőként üzemel. 9. ábra b) B ha 0 0V esetén az műveleti erősítő invertáló bemenete 0V feszültségű, ezért ekkor az egy neminvertáló erősítő. 0. ábra B értéke a két esetben adódott kimeneti feszültségek szuperpozíciójából adódik: B B B Készítette: Mike Gábor 5/8

6 MÉŐEŐSÍTŐK kimeneti szimmetrikus feszültség a két feszültség különbsége: B ki ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Belátható, hogy a szimmetrikus erősítő (ideális esetben): a különbségi jelet erősíti; az erősítés mértéke a szimmetrikus jelre vonatkoztatva: ; a közös módusú jelre vonatkoztatott feszültségáttétele mindig. Kapcsoljuk a szimmetrikus erősítőfokozatot kimenetéhez a differenciaerősítőt, majd írjuk a kapcsolási rajzba az erősítésértékeket! Határozzuk meg a teljes mérőerősítő erősítését!. ábra láncba kapcsolt fokozatok erősítése (a különbségi jelre vonatkoztatva):.... ) ( er diff szimm er usn Készítette: Mike Gábor 6/8

7 MÉŐEŐSÍTŐK Ebből következik, hogy a kimeneti feszültség: ki ( ) mérőerősítő működésbeli előnye abból fakad, hogy különválasztott a szimmetrikus feszültségerősítés és a különbségképzés funkciója. Látható az is, hogy az első fokozat közös módusú feszültségáttétele mindig -szeres, miközben a szimmetrikus feszültség erősítése rendkívül nagyra is beállítható. usn. ábra szimmetrikus vezérlés Mindezek tükrében látható, hogy a mérőerősítő:. ábra közös módusú vezérlés a bemeneti szimmetrikus feszültséget erősíti; a közös módusú jelet elnyomja; az eredő szimmetrikus feszültségerősítés egyetlen elem ( ) változtatásával kézben tartható, hogy az értéke és az erősítés értéke között nem lineáris a kapcsolat, hanem hiperbolikus. Készítette: Mike Gábor 7/8

8 MÉŐEŐSÍTŐK Példa: legyen 0kΩ, 0 k Ω és 0 k Ω.. ábra mérőerősítő erősítése egyetlen elem értékének parabolikus függvénye, vagyis az erősítést változtatásával tarthatjuk kézben. Számítsuk ki szimmetrikus feszültségerősítést! usn ( ) ( 0k Ω ) 0k Ω 0k Ω 0000 Ω 0000Ω 0000Ω Vegyük fel a feszültségerősítés - karakterisztikát, vagyis vizsgáljuk meg a feszültségerősítést függvényében! usn 0000 Ω y 0000 x 5. ábra jánlott irodalom: IN7 mikrofonerősítő; Getting the most out of your I design Készítette: Mike Gábor 8/8