Gingl Zoltán, Szeged, 07. 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők
- + =( + - - ) Van tápeszültsége is: + t, - t Pozitív és negatív jelek is Tranzisztor:, ME: Jó: nagy, nagy ME: igen nagy, 0 5 vagy akár több! Ideális: végtelen + t - t 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 3
menetet visszakötjük a bemenetre ha a bemenetet változtatjuk, a menet követi minél nagyobb, annál pontosabban! a meneti érték szabályozása ez (P-szabályzó) Szabályozás mérjük az eltérést a kívánttól beavatkozunk, hogy az eltérés csi legyen vezérlés: nem mérjük az eltérést, csak ismerjük az összekötő képletet például öldelt emitteres erősítő 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 4
bemenetekbe áram nem olyik menet ideális eszültséggenerátor z erősítés végtelen nagy 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 5
Ideális erősítőből egyéle elég lenne Valódi erősítők Különéle eltérések Osztályozás, sokéle erősítő Gyenge, átlagos, jó értékek lkalmazás szempontjából optimális erősítő választása 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 6
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 7
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 8
Open-loop gain Large signal voltage gain Ideális esetben végtelen Frekvenciaüggő 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 9
[db] ( ) V i p ( ) V ( ) V i p p GBWP 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 0
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők V GBWP p GBWP p V GBWP ) ( V GBWP V p V i i ) ( ) (
( ) V p ( ) GBWP p GBWP V ( ) GBWP 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők
Visszacsatolt erősítő: szabályozás Korlátozott pontosságú szabályozás Erősítéshiba kapcsolások? Frekvenciaüggés? 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 3
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 4 be ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( be be be be
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 5 GBWP GBWP V V V GBWP V GBWP V i i i G i G ) ( ) ( ) (
( ) be( ) i be GBWP 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 6
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 7 GBWP GBWP GBWP GBWP GBWP be i i, ) ( ) ( GBWP
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 8 be ) ( ) ( ) ( be ) ( ) ( ) ( be β: visszacsatolási tényező /β: erősítés
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 9 GBWP GBWP V V V GBWP V GBWP V i i i G i G ) ( ) ( ) (
be be ( ( ) ) i GBWP GBWP GBWP 07. 08. 9. 8:6 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 0
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők GBWP GBWP GBWP GBWP GBWP be i i, ) ( ) ( GBWP
be műveleti erősítő számára ez ugyanaz a kapcsolás! (szuperpozíció tétele) Bár be erősítése /, a műveleti erősítő most is ugyanolyan visszacsatolási aránnyal dolgozik. 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők
műveleti erősítése mindig a visszacsatolási tényező reciproka (/β) sávszélesség mindig β GBWP jelerősítés ettől különböző lehet Több bemenő jel is lehet különböző erősítéssel összeadó vonó 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 3
be be Erősítés? Jelek erősítése? Sávszélesség? Erősítés hibája? be3 3 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 4
4 5 be be be3 3 Erősítés? Jelek erősítése? Sávszélesség? Erősítés hibája? 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 5
Erősítés? Jelek erősítése? Sávszélesség? Erősítés hibája? 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 6
3 4 Erősítés? Jelek erősítése? Sávszélesség? Erősítés hibája? 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 7
g 0 B 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 8
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 9
Input voltage range bemeneti eszültségek tartománya korlátos Általában a tápeszültségek közötti: - t < < + t t aszimmetrikus pár mv-tól - Voltig terjedhet típustól ügg t 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 30
kár pár mv, sőt, csit meg kívül is eshet a tápon Single supply Single supply ail-to-rail t t t t t t 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 3
+ és - eleve korlátos, így a különbségük is Gyakran diódák vannak köztük: zaz nyitóeszültségnyi lehet csak a különbség Nem gond, ha negatív visszacsatolás van Nem használható komparátorként 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 3
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 33
ngolul: input oset voltage Nem nulla bemenet esetén nulla a menet Ok: csit aszimmetrikus bemenetek reális ideális os os 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 34
be os os be be os 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 35
be os os be be os, os os 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 36
Invertáló, összegző, különbségképző, z oszeteszültség erősítése minden kapcsolás esetén /β! 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 37
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 38
ngolul: input bias current Beelé vagy elé olyó áramok z irány a két bemenetre azonos Értékük nem teljesen azonos (kb. 0-30%) különbségüket oszetáramnak hívjuk I b- I b- I b+ I b+ 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 39
reális ideális I b- V- I b+ V- szuperpozíció tételével külön számítható a két áram hatása 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 40
I b-, I b I b negatív bemenet virtuális öldpont: 0V Tehát -en nem olyhat áram Így a teljes áram -n olyik. 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 4
3 I b+ pozitív bemeneten eszültség lép el, I b I 3 Ezt erősíti el a neminvertáló erősítő Beelé olyó áramnál negatív a eszültség Ellentétes hatású, mint a negatív bemenetbe olyó áram 3 I b b 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 4
, I b vi b p I b I b- : csak visszacsatoló körben levő ellenállás számít I b+ : a pozitív bemeneten levő eredő ellenállás és az erősítési tényező számít Ellentétes hatásúak: megelelő választással csökkenthető a hatásuk 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 43
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 44
Elektronikus zaj, jelek véletlenszerű ingadozása eszültség és áram is zajos Ok: véletlenszerű mikroolyamatok, hőmérséklet Véletlenszerű? ehér zaj / zaj / zaj 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 45
Erősíthetik, csökkenthetik egymást Statisztikus kezelés Szórás (eektív érték) Átlaguk nulla! zajok teljesítménye összegződik, nem az amplitúdójuk zajorrások elerősítve jelentkeznek a meneten Ezek teljesítménye (négyzetes átlaga) összegzendő! 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 46
bemeneteken eszültségzaj jelenik meg Hasonlóan kezelhető, mint az oszeteszültség menetre jutása: /β szorzással 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 47
bemeneteken zajáram jelenik meg Hasonlóan kezelhető, mint a bemeneti áram menetre jutása: negatív bemeneti zajáram a visszacsatoló körben levő ellenállással szorzódik pozitív bemeneti zajáram a bemeneten levő eredő ellenállással és /β-val szorzódik 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 48
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 49
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 50
Két jelnek a közös része: Átlagértékük CM common mode rejection ratio Különbség erősítése osztva a közös rész erősítésével db-ben szokás megadni műveleti erősítő önmagában is ilyen! 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 5
- + V CM CM V CM 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 5
Invertáló erősítő pozitív és negatív bemenet is 0V Közös módusú jel: 0V! Nem lép el hiba! Csak olyan kapcsolásnál lép el, ahol a műveleti erősítő bemenetein a eszültség változik Neminvertáló, különbségképző, követő, 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 53
be V V V be be CM CM CM CM be V be CM CM 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 54
be CM V be be V CM CM V be CM 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 55
be V V V be be CM CM CM CM be V be CM CM 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 56
CM be be be V CM be CM CM CM V 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 57
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 58 CM CM CM V CM CM V CM V
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 59 CM CM 0 0 0
CM 0 CM 0 CM Tehát a műveleti erősítő CM egyúttal a dierenciálerősítő CM is. De csak Ideális ellenállások esetén! Leggyakrabban az ellenállások pontossága a döntő 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 60
és erősítése csit más: G és G+ΔG G G G 0 G G G G G 0 0 G G G G G 0 0 G G G 0 0 G 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 6
Egy s erősítéshiba is ellép CM: CM G G 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 6
g 0 B 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 63
második okozat egy egyszeres különbségképző Ennek CM-je az ellenállások egyormaságán múlik Általában az ellenállások 0,0% mértékben térnek csak el (integrált erősítőknél) Ezzel 80dB-90dB CM érhető el z első okozat ezen változtat? 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 64
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 65 g g g g B 0 0 0 0
közös módusú jel: 0 z első okozat csak egyszeresen erősíti és nem számít és különbözősége! Különbségjelet az első okozat sokszorosra erősítheti : g 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 66
g CM Tehát a második okozat CM-t növeli erősítésszeresre Példa: D63 garantált értékei (a tipikus +0dB) CM (G=): 80dB CM (G=0): 00dB CM (G=00): 0dB 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 67
További előnyök a dierenciálerősítőhöz képest bemenetek nagy impedanciásak igen csi a bemeneti áram bemenetek szimmetrikusak, egyorma terhelést jelentenek a jelorrásra z erősítés egyetlen ellenállással állítható Kiválóan alkalmas mérőhidak erősítésére 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 68
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 69
Ouput voltage range (output voltage swing) meneti eszültségek tartománya korlátos tápeszültségek közötti: - t < < + t t t aszimmetrikus pár mv-tól - Voltig terjedhet típustól ügg terheléstől (áramtól) ügg 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 70
kár pár mv Egytápeszültségű áramköröknél ontos Single supply Single supply ail-to-rail t t t t t t 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 7
Tipikusan 0m-0m Léteznek nagyobb meneti áramúak: 50m 00m kár..0 Laser driver, Peltier driver, coil driver, motor driver s áramúak lehetnek rövidzárvédettek nagy áramúak lehetnek túlterhelés, túlmelegedés ellen védettek Ezeket nem vehetjük biztosra! 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 7
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 73
ngolul: slew rate menet nem változhat akármilyen gyorsan Pozitív és negatív irányban csit különböző lehet a maximális sebesség Minél nagyobb rekvenciájú és amplitúdójú a jel, annál inkább lehet hatása Jeltorzulást okozhat, a jel gyors szakaszait korlátozhatja Egységugrás esetén lineáris emelkedés Szinusz gyors szakaszain egyenes rész jelenik meg 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 74
Tehát hiába nagy a sávszélesség, ez korlátozhat. Szokás ezt néha Torzításmentes sávszlességnek hívni distortion ree bandwidth nagy jelű sávszélességnek hívni large signal bandwidth Ha igen csi az amplitúdó, akkor csak az sávszélesség számít. Ezért gyakran ezt sjelű sávszélességnek hívják small signal bandwidth 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 75
S t t Forrás: OP7 adatlap, www.analog.com 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 76
Szinuszos jelet tentünk jel maximális sebessége a nullátmenetnél van Értéke ügg a rekvenciától és amplitúdótól is x( t) dx dt max sin dx dt cos t t 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 77
torzításmentesség elétele különböző esetekben dott és esetén S legalább mekkora legyen? dott S és esetén legeljebb mekkora lehet? dott S és esetén legeljebb mekkora lehet? 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 78 S S S
07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 79
Elvileg elég egy értéket megadni: csak két tápeszültségvezetés van Szokás mégis ± megadása utalás arra, hogy a GND ezek közt van tehát a GND nem azonos a negatív tápeszültséggel Példák: ±5V 5V 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 80
Sokéle típus kapható Gyakori: ±5V Manapság gyakori: 5V kár,8v (elemes táplálás) kár 50-60V Több paraméter is ügghet a tápeszültség értékétől (pl. nyílthurkú erősítés) 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 8
Nyugalmi: nulla meneti áramnál Tipikus érték: -3m Kis ogyasztású, elemes áramkörök: 30u..00u Nagy teljesítményű áramköröknél akár pár 0 m 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 8
Power supply rejection ratio tápeszültség csit változhat Terhelés változások Elem lemerülése Stabilizálási hiányosságok Ez hatással van a meneti eszültségre PS V V out s 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 83
Minél jobb tápeszültséget használjunk Szokás a többszörös stabilizálás (sorba kötött stabilizátorok) Csatolásmentesítő kondenzátorok PS növekvő rekvencián csökken Tipikus értéke 70-90dB 07. 08. 9. 8:5 Műszerelektronika - Műveleti erősítők 84