Analóg és digitális rsz-ek megvalósítása prog. mikroák-kel BMEVIEEM371 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Műveleti erősítők - Bevezetés Takács Gábor Elektronikus Eszközök Tanszéke (BME) 2014. február 17. ebook ready Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 1 / 27
Analóg és digitális rsz-ek megvalósítása prog. mikroák-kel BMEVIEEM371 Tartalom 1 Tranzisztorok fontosabb jellemzői 2 Aszimmetrikus erősítők jellemzői 3 Szimmetrikus erősítők jellemzői 4 Egytranzisztoros alapkapcsolások 5 Többtranzisztoros alapkapcsolások 6 Műveleti erősítők osztályozása Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 2 / 27
Tranzisztorok fontosabb jellemzői Alapfogalmak, alapáramkörök Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 3 / 27
Tranzisztorok fontosabb jellemzői Meredekség Bipoláris tranzisztor meredeksége egységnyi bázis-emitter feszültségváltozás hatására fellépő kollektoráram változás g m = δi C = α = I E δv BE r e U T MOS tranzisztor meredeksége egységnyi gate-source feszültségváltozás hatására fellépő drain-áram változás g m = δi D 2I D = δv GS V GS V Th A V GS V Th 0 közelében a meredekség nem válik végtelenné! Küszöb alatt a meredekség g m = 1/U T Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 4 / 27
Tranzisztorok fontosabb jellemzői Kimeneti vezetés Bipoláris tranzisztor kimeneti vezetése egységnyi kollektor-emitter feszültségváltozás hatására fellépő kollektoráram változás h 22 = δi C = 2µ δv CE r e µ a feszültség-visszahatási tényező MOS tranzisztor kimenő vezetése egységnyi drain-source feszültségváltozás hatására fellépő drain-áram változás g ds = δi D = λ I D δv DS λ a csatornamodulációs tényező λ = 107 NA L Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 5 / 27
Aszimmetrikus erősítők Aszimmetrikus erősítők Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 6 / 27
Aszimmetrikus erősítők Aszimmetrikus erősítők jellemzői bemeneti impedancia: R be = u be i be kimeneti impedancia: R ki = u ki transzfer impedancia: Z A = u ki i be transzfer admittancia: Y A = i ki u be feszültségerősítés: A U = u ki i be áramerősítés: A I = i ki i be teljesítményerősítés A P = A U A I i ki, mérési módszer! Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 7 / 27
Szimmetrikus erősítők Szimmetrikus erősítők jellemzői Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 8 / 27
Szimmetrikus erősítők Szimmetrikus erősítők A uss = u kis u bes A usk = u kis u bek A ukk = u kik u bek A uks = u kik u bes Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 9 / 27
Egytranzisztoros alapkapcsolások Egytranzisztoros alapkapcsolások Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 10 / 27
Egytranzisztoros alapkapcsolások Közös emitteres alapkapcsolás bemenet: bázis, kimenet: kollektor nagy feszültségerősítés nagy áramerősítés nagy teljesítményerősítés közepes kimeneti ellenállás a bemeneti impedancia függ a bázisosztótól főerősítő fokozatok áramköre Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 11 / 27
Egytranzisztoros alapkapcsolások Közös kollektoros alapkapcsolás bemenet: bázis, kimenet: emitter feszültségerősítés 1 nagy áramerősítés közepes teljesítményerősítés alacsony kimeneti impedancia nagy bemeneti impedancia végfokozatok, impedanciaillesztő fokozatok áramköre Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 12 / 27
Egytranzisztoros alapkapcsolások Közös bázisú alapkapcsolás bemenet: emitter, kimenet: kollektor nagy feszültségerősítés áramerősítés 1 közepes teljesítményerősítés magas kimeneti impedancia kis bemeneti impedancia nagyfrekvenciás erősítő Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 13 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Többtranzisztoros alapkapcsolások Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 14 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Kaszkód (emeletes) kapcsolás alsó tranzisztor: közös bázisú felső tranzisztor: közös emitteres nagyfrekvenciás tulajdonságok jók Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 15 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Erősítés növelése Feszültségerősítés: A U = g m (R 3 R L ) nagy impedanciájú terhelés esetén az R C a meghatározó a munkaponti áram meghatározza a maximális értékét pl.: 1 ma és 12V tápfeszültség esetén 6 kω az erősítés maximuma néhányszor 100 Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 16 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Áramgenerátor a kollektorkörbe A munkaponti áram csökkentésével növelhető az R 3 A erősítés ezzel növekszik, de a tranzisztor áramerősítése munkapontfüggő kis áramoknál a kiürített rétegben a töltéshordozók egy része rekombinálódik, nem jut el a kollektorba csökken a transzport hatásfok csökken az áramerősítés a sávszélesség is jelentősen csökken! Megoldás: helyezzünk nagy kimenő ellenállású áramgenerátort R 3 helyére Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 17 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Áramgenerátor gyakorlati megvalósítása Áramgenerátor építhető egy tranzisztorból és néhány ellennállásból túl nagy feszültség esne a kapcsoláson a kimeneti swing-et jelentősen korlátozná ennél jobb megoldást kellett taláni Áramtükör segítségével külső áramforrás áramát tükrözzük be Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 18 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Áramgenerátor áramtükör beépítésével A munkaponti áramot a betökrözött áram és a tükrözés arányával lehet beállítani Az erősítést az áramgenerátor (és a közös emitteres kapcsolásban lévő tranzisztor) kimeneti ellenállása határozza meg A U = g m (R out,t1 R out,t2 ) Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 19 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Differencálerősítőa rezisztív terheléssel Szimmetrikus kimenet Munkapontbeállítás áramgenerátor segítségével Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 20 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Differencálerősítő aktív terheléssel Aktív terhelés a kollektorkörben JFETd-ből és Zener diódából álló áramgenerátor Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 21 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Fázisösszegzés Aszimmetrikus bemenő jel esetén is mindkét oldal dolgozik Amennyivel csökken az egyik oldal árama, annyival nő a másiké Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 22 / 27
Többtranzisztoros alapkapcsolások Miller-elv C M = (1 A U ) C C M = A U 1 A U Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 23 / 27 C
Műveleti erősítők osztályozása Műveleti erősítők osztályozása Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 24 / 27
Műveleti erősítők osztályozása Osztályozás Technológiai szempontok szerint tisztán bipoláris nagyobb áramfelvétel kisebb zaj nagyobb bemenő áram j-fet és bipoláris együtt nagyobb bemenő ellenállás MOSFET és bipoláris együtt általában bemeneti tranzisztor vagy végfokozatban CMOS extra kicsi bemeneti áram kis áramfelvétel hibrid a célnak megfelelően több technológia együttes alkalmazása Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 25 / 27
Műveleti erősítők osztályozása Osztályozás Felhasználási szempontok szerint általános célú kis fogyasztású kis bemenő áramú kis offset feszültségű kiszajú nagy kimenő áramú nagy kimenő feszültségű rail-to-rail nagy sávszélességű egyéb speciális célú (audio, EKG, EEG, stb.) Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 26 / 27
Irodalom Felhasznált irodalom Dr. Pap László: Elektronika I. jegyzet Dr. Borbély Gábor: Elektronika I. Dr. Borbély Gábor: Elektronika II. Walt Jung: Op Amp Applications Handbook Műveleti erősítő adatlapok Datasheetarchive.com Takács Gábor (BME EET) Műveleti erősítők - Bevezetés 2014. február 17. 27 / 27