Układ do pomiaru zespolonego tłumienia napięcia współbieżnego (CMRR) wzmacniaczy operacyjnych

Transkrypt

1 A vol. 59 n / 9 Jan WŚNWS NWSYTT ZLONOGÓS ul. Licealna Zielona Góa kład do pomiau zepolonego tłumienia napięcia wpółbieżnego () wzmacniaczy opeacyjnych D inż. Jan WŚNWS kończył tudia (9.) na Wydziale lektoniki olitechniki Wocławkiej. acę doktoką obonił (9.) w ntytucie Metologii lektycznej ol. Wocł.. Stazy kładowca w ntytucie nomatyki i lektoniki niytetu Zielonogókiego. owadzi kłady z pzedmiotów: zyządy półpzewodniko i kłady elektoniczne. Główne zainteeowania autoa to elektyczne i elektoniczne mienictwo pecyzyjne oaz wpomagana komputeowo optymalizacja analogoch elektonicznych układów pomiaoch. wijan@poczta.onet.pl Stezczenie W pacy ozważono zagadnienie pecyzyjnego pomiau pzy pądzie pzemiennym i zamkniętej pętli pzężenia zwotnego wpółczynnika tłumienia napięcia wpółbieżnego (z ang.: ommon Mode ejection atio) o dużej watości zędu 4 (tj. ( )db) calonych wzmacniaczy opeacyjnych. W niku dokonanej analizy teoetycznej właściwości metologicznych układu pomiaogo utalono związek między miezonym w układzie tounkiem napięć zależnym od wpółczynnika a innymi paametami badanego wzmacniacza w tym zwłazcza wzmocnieniem napięcia óżnicogo tanowiący podtawę ilościoj oceny błędu metody pomiaoj. Bazując na tych nikach zapoponowano całkowicie no techniczne ozwiązanie układu pomiaogo poażonego w pecjalny tanomato pomiao napięcia pzemiennego z wtónymi uzwojeniami o nawoju tiilanym co pzyczyniło ię do eliminowania wpływu kończonej watości wzmocnienia óżnicogo badanego wzmacniacza opeacyjnego na miezoną watość wpółczynnika. Zatoowana metoda ynchonicznej (azoczułej homodynoj) detekcji napięcia pzemiennego pozwala na pomia zaówno tałopądoj watości tego wpółczynnika ( ) jak i tzydecybeloj czętotliwości załamania jego modułu ( ). onadto pzyczynia ię do eliminowania wpływu zaówno tempeatuoch jak i czaoch dytów tałopądoch paametów (napięcie oetu pądy polayzacji pąd oetu) badanego wzmacniacza oaz jego włanych zumów (temicznych i tuktualnych) a także zakłóceń zewnętznych na miezoną watość wpółczynnika. Słowa kluczo: mienictwo układów calonych układy calone wzmacniacze opeacyjne. A cicuit o meauing the complex common mode ejection atio () o opeational iie Abtact Thi pape deal with the poblem o a pecie meauement o the common mode ejection atio () coeicient o high value om the ange 4 (i.e. db to db) o integated opeational iie at altenating cuent and cloed-loop eedback Thee wa peomed the theoetical analyi o metological paamete o a meauing cicuit. A a eult thee wa etablihed the elationhip beten the voltage atio (meaued in the ytem) dependent on the coeicient and the othe paamete o the teted iie in paticula the dieential voltage gain ( ) (q. ()). Thi elationhip i the bai o quantitative evaluation o the meauement method eo. Baed on thee eult a completely new technical olution o the meauement cicuit equipped with a pecial meauing voltage tanome (T) with the econday tiila winding wa popoed (ig. 4 and 5). t caued elimination o the eect o the dieential open-loop voltage gain ( ) inite value o the teted opeational iie on the meaued value o the coeicient (ig. ). The applied method o ynchonou (phae enitive homodyne) detection o the altenating output voltage (ig. 4 and 5) allow meauement o both the diect cuent (D) value o thi coeicient ( ) and the thee-decibel beak-down equency ( ) o the abolute value. Moeove it contibute to elimination o the inluence o tempeatue and time dependent dit D paamete (oet voltage input bia cuent input oet cuent) o the teted iie a ll a it own intinic noie (themal and tuctual) and extenal ditubance on the meaued value o. Thee e made meauement o andomly elected iie o the ame type LM4 but om dieent poduce in the numbe o unit. A a eult a lage catteing value o thi acto o up to : (om 5dB to 55dB) wa ound. Thee-decibel beak-down equency o the abolute value took the value om the ange: Hz khz. The meauement eult conimed the hypothei poed by the autho in the econd ection o the wok that the coeicient ha an indeinite ign. The advantage o the popoed by the autho meauement cicuit i it technical implicity eay epoducibility and low pice. o thee eaon it may have wide pactical application. eywod: integated cicuit meauement o integated cicuit opeational iie.. Wtęp ntenywny ozwój wzmacniaczy opeacyjnych głównie w potaci calonej dopowadził do ich maogo toowania jako podtawogo elementu analogoch i analogowo cyoch elektonicznych układów unkcyjnych (konujących matematyczne opeacje na ygnałach) łużących do óżnoakiego pzetwazania ygnałów elektycznych tanowiących poażenie óżnoodnych uządzeń pomiaowo kontolnych i teujących [ ]. Wzmacniacze opeacyjne ze względu na poiadane paamety blikie paametom wzmacniacza idealnego umożliwiają budowę tzw. liczalnych układów unkcyjnych któych właściwości okeślone ą zaadniczo paametami pętli pzężenia zwotnego o nieoiągalnych wcześniej poziomach dokładności. od względem ilości toowanych pzyządów półpzewodnikoch wzmacniacze opeacyjne zdominowały dziedzinę analogoch układów elektonicznych. Według danych opiniotwóczego magazynu banży elektonicznej Dataguet tylko w oku poducenci z całego świata zgłoili ponad noch typów wzmacniaczy opeacyjnych wdożonych do podukcji a ich oczna podukcja noiła ponad ćwieć miliada ztuk []. ozwój technologii pzyządów półpzewodnikoch umożliwia twazanie wzmacniaczy opeacyjnych coaz lepzych coaz badziej zbliżonych do ideału. iągłej popawie właściwości wzmacniaczy opeacyjnych powinien odpowiadać jednocześnie ozwój metod i technik pomiau ich paametów. Zagadnienie to jet jednakowo ważne zaówno na etapie pzygotowania podukcji kontoli jak i dla potencjalnego odbiocy. W paktyce każdego użytkownika w celu okeślenia jakości używanego wzmacniacza opeacyjnego tępuje częto potzeba zybkiego pomiau i poównania z watością katalogową chociażby tylko jednego z jego podtawoch paametów jakim jet jego wpółczynnik tłumienia napięcia wpółbieżnego (z ang. ommon Mode ejection atio) dla otwatej pętli pzężenia zwotnego. Wpółczynnik ten okeślony jet tounkiem napięciogo wzmocnienia óżnicogo do napięciogo wzmocnienia wpółbieżnego (pzy połączonych ze obą zacikach jścioch). Wpółczynnik ten zdeteminowany jet pzede wzytkim właściwościami obwodu jściogo wzmacniacza opeacyjnego [ 5] i pzyjmuje najczęściej pzy pądzie tałym watości z zakeu: tj. ( 4)dB. zęto- 4 tliwość pzy któej moduł tego wpółczynnika maleje o db może pzyjmować najwiękze watości zędu kilkuet heców [ ]. Skończona i malejąca waz ze wzotem czętotliwości watość wpółczynnika tanowi o błędach unkcji pzetwazania ygnałów wielu znanych podtawoch elektonicznych układów unkcyjnych ealizowanych z użyciem wzmacniacza opeacyjnego [9 ]. Zagadnienie pomiau wpółczynnika tłumienia napięcia wpółbieżnego w tym zwłazcza o dużej

2 A vol. 59 n / watości więkzej niż 5 (tj. db) zaówno wzmacniaczy opeacyjnych jak i kompaatoów napięcia nie znalazło dotychcza zadawalającego ozwiązania. O tudnościach pomiau tego wpółczynnika świadczą nadal pawdzi łowa powiedziane pzez bitnego znawcę poblematyki układów calonych aya Statę z imy Analog Device. ytat: Dla wielu inżynieów wpółczynnik tłumienia ygnału wpółbieżnego jet liczbą tajemną o któej woleliby zapomnieć. Wielu poducentów wzmacniaczy opeacyjnych czuje to amo []. Najnowze pace Byanta J. M. [] Zhou J. i Liu J. [] Giutolii G. i alumbo G. [4] oaz Binona M. i aulknea D. [] bazujące w itocie na znanych i toowanych do tej poy technikach pomiau tego wpółczynnika nie wnozą niczego nogo zaówno w enie podtaw teoii (analiza właściwości metologicznych układu pomiaogo) jak i amej paktyki pomiau. elem pacy było opacowanie teoetycznych podtaw pomiau zepolonego wpółczynnika tłumienia napięcia wpółbieżnego (tj. jego watości pzy pądzie tałym i tzydecybeloj czętotliwości załamania jego modułu) i pełnienie pzez to zauważalnej luki liteatuoj. Zdaniem autoa pomiau zepolonej watości wpółczynnika można dokonać jedynie pzy pądzie pzemiennym małej czętotliwości zędu kilkudzieięciu heców co tym amym pzyczynia ię dodatkowo do eliminowania wpływu tałopądoch paametów badanego wzmacniacza opeacyjnego (napięcie oetu jścio pądy polayzacji pąd oetu) i ich dytów (tempeatuoch i czaoch) na miezoną watość tego wpółczynnika w opianych do tej poy układach pomiaoch [ ]. Zadanie polegało na zbudowaniu paktycznego i taniego układu pomiaogo umożliwiającego pomia wpółczynnika o watościach z zakeu: 4 tj. ( )db bazującego na ynchonicznej detekcji napięcia pzemiennego w któym możli tało ię ównież eliminowanie wpływu zumów włanych (temicznych i tuktualnych) i zakłóceń zewnętznych na jego pacę [ ].. tota i znaczenie tłumienia napięcia wpółbieżnego W celu jaśnienia itoty wzmocnienia i tłumienia napięcia wpółbieżnego ozważono pacę wzmacniacza opeacyjnego pzy otwatej pętli pzężenia zwotnego (y. ). y.. ig.. kład pacy wzmacniacza opeacyjnego z otwatą pętlą pzężenia zwotnego Opeational iie opeating with open loop eedback Wzmocnienia napięcio w odnieieniu do jścia nieodwacającego: i odwacającego: mogą ię nieco óżnić [ 5]. Jeśli oznaczyć wzmocnienia napięcio w odnieieniu do jść teujących i odpowiednio pzez: i to napięcie jścio zgodnie z zaadą upepozycji jet okeślone jako:. () Dodając i odejmując czynnik od paj tony tego ównania otzymuje ię:. () zyjmując że: napięcio wzmocnienie óżnico () napięcio wzmocnienie wpółbieżne (4) można pawą tonę ównania () pzedtawić w potaci:. (5) Wpółczynnik tłumienia napięcia wpółbieżnego okeślony jet deinicyjnym ównaniem jako: lub w mieze decybeloj: de () db log. () Jeśli podtawimy do pożzych wzoów ealne watości odpowiednich wzmocnień napięcioch pzykładowo ówne: V/V i V/V to otzymamy: tj. db. Wzmacniacz opeacyjny pacujący z zamkniętą pętlą ujemnego pzężenia zwotnego (w każdym ealnym układzie pacy część ygnału jściogo podawana jet na odwacające jście wzmacniacza) utala ze względu na badzo dużą watość wzmocnienia óżnicogo badzo małą watość napięcia óżnicogo ( ) zędu ułamka miliwolta. Można więc uważać że w pzypadku tępowania napięcia teującego potencjał jścia odwacającego będzie w pzybliżeniu ówny potencjałowi jścia nieodwacającego. W tym enie napięcie jet wpólne (tzn. takie ame co do watości) dla obydwu jść teujących i dlatego nazywane jet napięciem wpółbieżnym albo zadziej napięciem umacyjnym. Wpółczynnik poiada znak nieokeślony gdyż wpółbieżne wzmocnienie napięcio będące óżnicą wzmocnień napięcioch w odnieieniu do jścia nieodwacającego i odwacającego może pzyjmować zaówno watość dodatnią jak i ujemną. Wyznaczając z ównania () i podtawiając do ównania (5) otzymuje ię ównoważne ównanie napięcia jściogo: ( ). () Z ównania tego nika że ma bezpośednią intepetację izyczną i aża topień edukcji ygnału wpółbieżnego względem ygnału óżnicogo ( ). Wpółczynnik taci woje znaczenie (tzn. nie tąpi w pożzym ównaniu) w pzypadku gdy nieodwacające jście wzmacniacza opeacyjnego zotanie połączone z ogólną maą układu tzn. jeżeli. Z ównania tego nika ównież że napięcie jścio pzyjmuje watość ówną zeo jeżeli /( / ). Wynika tąd że w pzypadku pacy wzmacniacza opeacyjnego z otwatą pętlą pzężenia zwotnego jako kompaatoa napięcia odwotność wpółczynnika tanowi o błędzie względnym poównania dwóch napięć jścioch. W paktyce niemożli jet pomia wzmocnień i pzy otwatej pętli pzężenia zwotnego. Wynika to z aktu że wzmacniacz opeacyjny jet w itocie wzmacniaczem pądu tałego o badzo dużym wzmocnieniu napięciom co pawia

3 A vol. 59 n / że niewielkie jścio napięcie niezównoważenia (napięcie oetu) zędu pojedynczych miliwoltów powoduje pełne napięcio teowanie (tzw. naycenie ) jego jścia. Z tego względu pomiau wpółczynnika dokonuje ię łącznie pzy zamkniętej pętli pzężenia zwotnego [ ].. oncepcja układu pomiaogo Na y. a pzedtawiono zapoponowany pzez autoa chemat ogólny układu do pomiau wpółczynnika. Opiea ię on na zmodyikowanym pzez autoa wzmacniaczu napięcia o wzmocnieniu jednotkom zaadniczo niezależnym od tounku ezytancji dwóch ezytoów pętli pzężenia zwotnego (tj. / ). Badane pływające (z ang. loating) napięcie jścio któego punktem odnieienia nie jet punkt ogólnej may układu będące w itocie óżnicą napięć tępujących na jściu i jściu tego pecjalnego wzmacniacza pzyjmuje małą watość nikającą ze kończonych watości paametów badanego wzmacniacza opeacyjnego w tym powodowane jet zwłazcza wpłym i. wzmacniacza opeacyjnego możli tało ię uziemienie zaówno buoa napięcia jak i źódeł napięcia zailania (BAT i BAT) zaś punktem odnieienia badanego napięcia jściogo tał ię punkt ogólnej may układu. Ze względów paktycznych zaówno tałopądogo zailania badanego wzmacniacza jak i możliwość pomiau napięcia jściogo za pomocą uziemionego miliwoltomieza (mv) jet to wielką zaletą układu. 4. Analiza właściwości metologicznych Na y. pzedtawiono małoygnało obwodo chemat zatępczy układu pomiaogo tanowiący podtawę ilościoj analizy jego właściwości metologicznych. W makomodelu wzmacniacza opeacyjnego bazującego na ównaniu () uwzględniono dodatkowo jego niezeową ezytancję jściową. zynnik opiujący paamety dodatkogo źódła napięcia pomocniczego aża błąd względny jego napięcia w odnieieniu do napięcia jściogo. a) Buo u BAT mv Wzmacniacz badany () BAT Buo u o ( ) ( ) y.. ig.. b) BAT BAT Buo u mv Wzmacniacz badany () Schematy ogólne ównoważnych układów do pomiau wpółczynnika pzy zamkniętej pętli pzężenia zwotnego: a) z pływającym napięciem badanym b) z pływającymi źódłami napięcia ygnału icuit with cloed loop eedback o meauing the coeicient: a) with loating tet voltage b) with loating ignal ouce Auto potawił obie zadanie eliminowania wpływu kończonej watości wzmocnienia óżnicogo badanego wzmacniacza oaz jego ezytancji jścioch (ezytancja jścia óżnicogo i jścio ezytancje doziemne) na miezoną watość wpółczynnika. W celu eliminowania wpływu włączono zeegowo z jściem badanego wzmacniacza dodatko pomocnicze źódło napięcia o watości teoetycznie ównej napięciu jściomu zaś w celu eliminowania wpływu ezytancji jścioch jego jście óżnico jet buoowane za pomocą wtónika napięcia o teoetycznie niekończenie dużej ezytancji jścioj i zeoj ezytancji jścioj. Na y. b pzedtawiono ównoważny układ pomiao w któym po uziemieniu nieodwacającego jścia badanego y.. ig.. Małoygnało chemat zatępczy układu do pomiau wpółczynnika pzy zamkniętej pętli pzężenia zwotnego Small ignal equivalent cicuit with cloed loop eedback o meauing the coeicient Badany wzmacniacz opeacyjny na kutek włączenia źódła utala na woim jściu (węzeł ) napięcie blikie zea. Tym amym ganiczna watość jściogo napięcia óżnicogo (między węzłami i ) powodowana kończoną watością wzmocnienia óżnicogo dla watości błędu dążącego do zea będzie ówna zeo. Wynika tąd że badane napięcie jścio będące wielokotnością napięcia óżnicogo (ściśle: jet więkze ( / ) azy) powinno poiadać podziewaną małą kończoną watość powodowaną jedynie kończoną watością wpółczynnika tłumienia napięcia wpółbieżnego. Wychodząc z oczkogo bilanu napięć dług napięciogo pawa ichhoa: ( ) ( ) (9) i uwzględniając że jścio napięcia teujące i badanego wzmacniacza oaz pąd ezytoogo dzielnika napięcia (ezytoy: i ) ą okeślone jako: () () ()

4 A vol. 59 n / otzymuje ię ażenie okeślające badane napięcie jścio:. () Zależność ta uwzględnia wpływ wzytkich itotnych czynników układoch na badane napięcie jścio i tanowi punkt jścia oceny ilościoj właściwości metologicznych układu pomiaogo. W pzypadku baku źódła napięcia pomocniczego w liczniku zależności () w miejce błędu wpiana byłaby liczba jeden a wzmocnienie óżnico wpływałoby w tym amym topniu jak tłumienie napięcia wpółbieżnego na badane napięcie jścio. Wzmocnienie óżnico i tłumienie napięcia wpółbieżnego mogą być opiane w zakeie małych czętotliwości mniejzych niż khz za pomocą jednobiegunoch unkcji czętotliwości [ ] jako: j j (4) (5) gdzie: i wzmocnienie napięcia óżnicogo i tłumienie napięcia wpółbieżnego pzy pądzie tałym i tzydecybelo (db) czętotliwości załamania modułu wzmocnienia napięcia óżnicogo i tłumienia napięcia wpółbieżnego. Do wtępnej oceny wpływu czynników układoch na miezone napięcie jścio można pzyjąć pzeciętne watości paametów populanych calonych wzmacniaczy opeacyjnych takie jak: 5 V/V 5 Hz Hz 5 oaz jeśli założyć że: /( ) (co tąpi jeśli np.: k i 99k ) i (co odpowiada óżnicy napięć między i ównej µv pzy ich nominalnych watościach ównych V ). Wynika tąd że pzy obanej czętotliwości pomiaoj = Hz na ogół mniejzej od podziewanej czętotliwości załamania modułu tłumienia napięcia wpółbieżne- w układzie tym mogą być łatwo pełnione waunki: go (). () Wtedy badane napięcie jścio okeślone jet jedynie watością wpółczynnika i aża ię potym ównaniem:. () Wynika tąd że możli taje ię znaczenie wpółczynnika bezpośednio na podtawie miezonych napięć: jściogo i jściogo z zależności:. (9) zynnik ( ) tanowiący tzw. wnętzne wzmocnienie napięcio układu pomiaogo pzyczynia ię do zwiękzenia poziomu miezonego napięcia jściogo co ze względu na pożądaną dużą czułość metody pomiaoj jet kozytną jego cechą. Jeśli pzyjąć że: ( ) i V to w pzypadku pomiau wpółczynnika o podziewanej watości ównej ok. (tj. 4dB) to z zależności () otzymuje ię watość napięcia ówną µv. Napięcie o takiej watości może być łatwo miezone za pomocą elektonicznych mikowoltomiezy napięcia pzemiennego. Z ozważań tych nika że padko błąd pomiau wpółczynnika okeślony jet klaą użytych woltomiezy napięcia pzemiennego toowanych do pomiau napięcia jściogo i napięcia jściogo i może być zkle mniejzy niż %. 5. Opi poponowanego układu pomiaogo Na y. 4 pzedtawiono zapoponowany pzez autoa upozczony chemat ideo układu pomiaogo zealizowany wg ównoważnego chematu ogólnego jak na y. b w któym pomiau wpółczynnika dokonuje ię pzy inuoidalnym pądzie pzemiennym małej czętotliwości (zędu kilkudzieięciu heców) i zamkniętej pętli pzężenia zwotnego badanego wzmacniacza opeacyjnego. y. 4. ig. 4. Buo WO 4 5V 5V Zailacz tabilizowany WO-wzmacniacz badany () 4 Gen. T ::: zeuwnik azy ilt MN dolnopzeput. X u () a t D Y mv S Miliwoltomiez ynchoniczny egul. ęcznie pzeunięcie azy napięcia geneatoa pozczony chemat ideo układu do pomiau zepolonego wpółczynnika wzmacniaczy opeacyjnych Simpliied cicuit o meauing the complex coeicient o opeational iie kład poażono w pecjalny tanomato pomiao napięcia pzemiennego T poiadający wtóne uzwojenie o nawoju tiilanym (tzw. kętka tzech izolowanych pzewodów) co umożliwiło uziemienie źódła napięcia zailania badanego wzmacniacza. Na tzech pzewodach tiilanego uzwojenia wtónego tego tanomatoa tępują teoetycznie ówne co do modułu i azy napięcia pzemienne. Napięcia te zatępują dwa źódła napięcia jściogo oaz źódło napięcia pomocniczego tępujące w ównoważnym chemacie ogólnym układu pomiaogo jak na y. b. kład zawiea autonomiczny ynchoniczny miliwoltomiez napięcia pzemiennego (zwany też azoczułym lub homodynom) tanowiący odpowiednie połączenie analogogo układu mnożącego (MN) iltu dolnopzeputogo (D) i miliwoltomieza napięcia tałego (mv).

5 A vol. 59 n / W pzedtawionym układzie pomiaom dzięki zatoowanej ynchonicznej detekcji pzemiennego napięcia jściogo możli jet pomia zaówno tałopądoj watości wpółczynnika tłumienia napięcia wpółbieżnego jak i tzydecybeloj czętotliwości (db) załamania jego modułu. Wychodząc z ównań (5) i () otzymuje ię algebaiczną potać badanego zepolonego napięcia podawanego na jście X układu mnożącego: j i jego ównoważne ównanie o potaci kładniczej: j actg e (). () zyjmując że napięcie jścio jet napięciem inuoidalnym o zeoj azie początkoj któe może być zapiane w potaci kładniczej wielkości zepolonej jako: e j t () gdzie: pulacja (pędkość kątowa) napięcia inuoidalnego otzymuje ię: e j tactg.() Stąd chwilowa watość tego napięcia ówna (wg deinicyjnej omuły) jego części uojonej: u () t in t actg.(4) hwilo napięcie ua() t tępujące na jściu układu mnożącego (MN) dane jet iloczynem chwiloch napięć tępujących na jego jściach teujących (X i Y): ua() t u() t u() t (5) gdzie: tałe napięcie ujące układu mnożącego. o uwzględnieniu tygonometycznej zależności że: in in co( ) co( ) () napięcie u () t aża ównanie: a co t actg ua() t co actg.() iewza część paj tony tego ównania (nie zawieająca czynnika t ) pzedtawia obą napięcie tałe tępujące na jściu układu mnożącego któe jet odwotnie popocjonalne do tałopądogo tłumienia napięcia wpółbieżnego. Duga część ównania aża napięcie pzemienne o podwojonej czętotliwości ygnału jściogo któe zotaje tłumione pzez ilt dolnopzeputo (D) i nie pzedotaje ię na jście układu pomiaogo. Miezone tałe napięcie jścio tępujące na jściu iltu dolnopzeputogo otatecznie po uwzględnieniu dowiedzionej pzez autoa w takcie teoetycznych i ymulacyjnych badań układu algebaiczno tygonometycznej tożamości: co actg ; dla: < () jet teoetycznie niezależne od obanej czętotliwości pomiaoj i aża ię potym ównaniem:. (9) Stąd tałopądo tłumienie napięcia wpółbieżnego badanego wzmacniacza opeacyjnego okeślone na podtawie miezonych w układzie napięć: itudy napięcia jściogo i tałego napięcia jściogo aża ię zależnością:. () zyjmując że: ( ) V 5mV i zakładając że podziewana watość noi (tj. 4dB) to z ównania (9) otzymuje ię: mv. Napięcie o takiej watości może być łatwo miezone za pomocą dotępnych miliwoltomiezy napięcia tałego. omiau tzydecybeloj czętotliwości załamania modułu tłumienia napięcia wpółbieżnego dokonuje ię pzy utawionym pzełączniku S w pozycji. Miezone tałe napięcie pzy tąpieniu pzeunięcia azy napięcia jściogo (geneatoa) podawanego do jścia Y układu mnożącego jet okeślone wzoem: co actg.() Napięcie to pzyjmuje watość ówną zeo jeśli w układzie pełniony jet waunek: actg. () Na tej podtawie czętotliwość znacza ię ze wzou:. () tg Ze wzou () nika że pzy pzyjętej czętotliwości pomiaoj ównej Hz i podziewanej watości ównej

6 4 A vol. 59 n / Hz magana watość pzeunięcia azy będzie ówna ok. 9d (tj. ok. ). Na y. 5 pzedtawiono chemat ideo opacowanego pzez autoa układu pomiaogo zealizowanego w opaciu o jego upozczony chemat pzedtawiony na y. 4. kład poażono w ynchoniczny miliwoltomiez napięcia pzemiennego o makymalnej czułości ównej µv /zake [ ] łużący do pomiau jściogo napięcia pzemiennego (patz: zależność ()). Miliwoltomiez ten nieczuły (z amej zaady działania) na zumy włane układu pomiaogo i zakłócenia zewnętzne zbudowano z użyciem imogo calonego analogogo układu mnożącego typu AD4-Analog Device [4]. W jego kład wchodzą ponadto: ilt dolnopzeputo D ( i 4 ) oaz autonomiczny miliwoltomiez napięcia tałego (wzmacniacz opeacyjny WO5 mienik magnetoelektyczny M ezytoy: i i pzełącznik S4) o czułości ównej mv/zake (pozycja pzełącznika S4) lub mv/zake (pozycja pzełącznika S4). 4 k x x 5 9k S: x Miliwoltomiez ynchoniczny 4 x 9k -początki/końce 4 uzwojeń k 99k Buo μ WO-wzmacniacz WO 4 +5V badany () S 4 k k LM4 X μ 4 4 μ 4 4 T 5V k 5 k ::: AD μ Ω M 4 Y +5V 5V k k 5V WO5 μ n μ 5 9 O WO4 4 Gen. WO S +5V Ω k LM 4 +5V 5V V LM4 k 4 Hz +5V 5V 4k k k M +5V 5V 9 5V k Ω M: μ k k =μa p k Buo zeuwnik azy S4 p =k typu boottap y. 5. ig. 5. Schemat ideo układu do pomiau wpółczynnika eal cicuit o meauing the coeicient Tanomato pomiao T dotaczający tzech ównych co do chwiloch watości napięć pzemiennych zapojektowany do pacy w zakeie czętotliwości: Hz khz i dopuzczalnej watości itudy napięcia jściogo ównej V (pzy Hz ) zotał konany z użyciem magnetowodu eytogo typu TD 59// N A L 5 OS [5]. Wtóne tiilane uzwojenie tego tanomatoa liczące zwojów konano kętką tzech izolowanych emalią pzewodów miedzianych DN = 5mm o liczbie kęceń ok. /m i długości całkowitej ok. m. zwojenie to kłada ię z dwunatu watw oddzielonych pzekładkami izolującymi z olii polyetoj o gubości 5mm. zwojenie piewotne o tej amej ilości zwojów co uzwojenie wtóne ekanowano dwutonnie od tony dzenia magnetycznego i od tony uzwojenia wtónego za pomocą pzekładek z olii miedzianej o gubości mm. Tanomato ten chaakteyzuje ię modułem błędu mniejzym niż - (błąd ten znaczono na podtawie zmiezonej óżnicy napięć tępujących na pzewodach jego wtónego uzwojenia). Zatoowanie jako buoa wtónika napięcia o ektemalnie małej ezytancji jścioj zędu kilku miliomów zbudowanego z użyciem pomocniczego wzmacniacza opeacyjnego WO pzyczynia ię do eliminowania wpływu ezytancji jścioch badanego wzmacniacza WO (ezytancja jścia óżnicogo i jścio ezytancje doziemne) na miezoną watość wpółczynnika. W układzie tym za pomocą pzełącznika S możli jet utalanie wnętznego wzmocnienia napięciogo ( 4/5// ) ównego odpowiednio: i. zed pzytąpieniem do pomiaów dokonuje ię zeowania i owania ynchonicznego miliwoltomieza napięcia pzemiennego. zy zwatym jściu X z maą układu (pozycja pzełącznika S) i podaniu na jście Y układu mnożącego napięcia ygnału o watości V (pozycja pzełącznika S) utala ię za pomocą pecyzyjnego wieloobotogo potencjometu (typu helipot) wkazanie autonomicznego miliwoltomieza napięcia tałego ówne zeo. Natępnie na jście X układu mnożącego podaje ię z ezytoogo dzielnika napięcia (ezytoy: i pozycja pzełącznika S) ynazo napięcie pzemienne o watości mv i dobieając watość ezytancji ującego ezytoa 5 utala ię wkazanie miliwoltomieza napięcia tałego ówne mv co zgodnie ze wzoem (5) dla teujących (jścioch) napięć inuoidalnych odpowiada watości napięcia ującego ównego 5mV. Watość napięcia ującego imogo mnożnika AD4 zailanego tabilizowanym ymetycznym (względem may) napięciem ±5V wg badań autoa może być wtępnie ozacowana z empiycznego wzou:. (4) Według zaleceń poducenta w celu zapewnienia pawidłoj pacy jąda układu mnożącego (egment Gilbeta [9 ]) ituda napięcia pzemiennego podawanego na jego jście X powinna być mniejza od 5 [4]. Z zależności () nika że pzy utalonej watości napięcia ującego ównego 5mV i itudzie napięcia jściogo ównej V watość tałopądogo wpółczynnika tłumienia napięcia wpółbieżnego wzmacniacza badanego () może być znaczana z paktycznych wzoów: pzełącznik S w pozycji x: pzełącznik S w pozycji x: pzełącznik S w pozycji x: pzełącznik S w pozycji x: (5) mv mv (5) () mv mv. () zeuwnik azy zbudowany z użyciem wzmacniacza opeacyjnego WO4 w zależności od watości pojemności kondenatoa i watości ezytancji egulowanego ezytoa umożliwia opóźnienie azy napięcia jściogo względem azy napięcia jściogo (geneatoa) w zakeie od zea do πad ( ) bez teoetycznie i paktycznie zmiany jego itudy [9]. Wpowadzane pzeunięcie azy aża zależność: actg. () odtawiając to ażenie za do ównania () otzymuje ię zależność okeślającą tzydecybelową (db) czętotliwość załamania modułu wpółczynnika jako:

7 A vol. 59 n / 5 tg actg. (9) Ze względu na pożądaną możliwie dużą dokładność azoczułej detekcji napięcia podawanego na jście X układu mnożącego jak i możli pzekoczenie jego dopuzczalnej itudy (patz: zależność (4)) obieana czętotliwość pomiaowa powinna być na ogół mniejza od podziewanej watości czętotliwości załamania modułu wpółczynnika tłumienia napięcia wpółbieżnego badanego wzmacniacza. kpeymentalnej yikacji wpływu czynnika / na miezoną watość wpółczynnika (patz: ównanie () i waunek ()) dokonano popzez zamianę miejc pzyłączenia odpowiednich końcók wzytkich tzech pzewodów wtónego uzwojenia tanomatoa pomiaogo T (ześć możlich kombinacji). zynnik ten ogólnie zmienia wój znak ponieważ zmianie ulega znak błędu względnego napięcia pomocniczego indukowanego w pzewodzie włączonym w zeeg z jściem badanego wzmacniacza. zynnik ten w pzypadku poównywalnej watości z czynnikiem / wpływałby na miezoną watość napięcia jściogo. W niku pzepowadzonych badań nie twiedzono wpływu mienionego czynnika na miezone napięcie jścio a tym amym na znaczaną watość wpółczynnika nat w pzypadku dużych jego watości zędu (tj. db).. Zatoowania i uwagi Opiany układ pomiao połużył do pomiau wpółczynnika wielu populanych calonych wzmacniaczy opeacyjnych ogólnego toowania zaówno typu BiT (TL TL TL i L5) jak i bipolanych (LM LM LM4 oaz pecyzyjnych: O i O). W niku pzepowadzonych pomiaów loowo banych póbek wzmacniaczy tego amego typu LM4 lecz óżnych poducentów o liczbie ztuk kyto duży ozzut watości tego wpółczynnika nozący nat jak : ((5 55)dB). Tzydecybelowa czętotliwość załamania jego modułu pzyjmowała zaś watości z zakeu: Hz khz. zaadnia to potzebę wtępnej elekcji wzmacniaczy opeacyjnych pzeznaczonych do użycia jako pecyzyjnych kompaatoów napięcia i dokładnych wzmacniaczy napięcioch o koniguacji nieodwacającej w tym zwłazcza wtóników napięcia oaz tzw. intumentalnych wzmacniaczy pomiaoch [ 9 ]. Wyniki pomiaów potwiedziły ównież hipotezę potawioną pzez autoa w dugim punkcie pacy że wpółczynnik poiada znak nieokeślony (patz ównania: () (4) i ()) gdyż miezone za pomocą autonomicznego miliwoltomieza ynchonicznego napięcie jścio pzyjmuje zaówno watość dodatnią jak i watość ujemną. Wyniki badań konanego układu pomiaogo wkazują na oiągnięcie zaadniczego celu pacy któym było opacowanie układu do pomiau pzy pądzie pzemiennym małej czętotliwości wpółczynnika o watościach z zakeu: 4 (tj. ( )db) calonych wzmacniaczy opeacyjnych. Można ądzić że niniejza paca pełni oczekiwania zaówno pojektantów wzmacniaczy opeacyjnych poducentów jak i ich użytkowników. Zapoponowany pzez autoa układ do pomiau wpółczynnika pozwoli pojektantom wzmacniaczy opeacyjnych na pawdzenie woich wtępnych założeń pojektoch poducentom wzmacniaczy na dokładną elekcję umożliwiającą ich pecyzyjny podział dług gup jakościoch użytkownikom zaś na taanną elekcję wzmacniaczy do pecjalizowanych zatoowań a w tym zwłazcza do ealizacji coaz badziej dokładnych analogoch układów pomiaoch. Zaletą układu jet potota jego ozwiązań technicznych łatwa odtwazalność oaz nika cena. Z tych względów może on znaleźć paktyczne zatoowanie w wielu laboatoiach elektonicznych zaówno pzemyłoch jak i dydaktycznych (np. tudenckich) do pomiau jednego z najważniejzych paametów oboczych calonych wzmacniaczy opeacyjnych i kompaatoów napięcia.. Liteatua [] Badźmiowki. ołodziejki J. Spialki L. Stolaki.: Mienictwo elementów półpzewodnikoch i układów calonych WŁ Wazawa 94.. [] Binon M.. aulkne D. J.: New appoache to meauement o op. amp. common mode ejection atio in the equency domain oceding icuit Device and Sytem vol. 4 No. 4 Aug. 995 pp [] Byant J. M.: Simple Op Amp Meauement. Analog Dialogue 45-4 Apil pp.. online: analogdialogue/achive//45-4/op_amp_meauement.html. [4] Giutolii G. alumbo G.: An appoach to tet open-loop paamete o eedback iie Tanaction on icuit Sytem vol. 49 Jan. pp. 5. [5] Gieken. Sanen W.: A tetet o automatic chaacteization o opamp in the equency domain oceeding o intenational coneence on Micoelectonic tet tuctue Bacelona Spain Mach 99 vol. pp.. [] Góecki.: Wzmacniacze opeacyjne BT Wazawa. 5 i. [] Łakomy M. Zabodzki J.: Linio układy calone w technice cyoj WN Wazawa i 4. [] Millman J. Halkia h.: kłady calone analogo i cyo WNT Wazawa [9] Nadachowki M. ulka Z.: Analogo układy calone WŁ Wazawa 95. i 9. [] Nonlinea cicuit handbook. dited by Sheingold D. H. ublihed by Analog Device Nowood MASS. 9 pp. 9. [] Olive B. M. age J. M.: omiay i pzyządy elektoniczne WŁ Wazawa [] Opeational Ampliie ommon-mode ejection atio M-4 Tutoial Analog Device opyight 9 online: impoted - ile/tutoial/mt-4.pd. [] alla-aeny. Webte J. G.: ommon mode ejection atio in dieential iie Tanaction on ntumentation and Meauement vol. 4 June 99 pp. 9. [4] intelon. Vandeteken G. Locht L. olain Y. Schouken J.: xpeimental haacteization o Opeational Ampliie: A ytem dentiication Appooach at : Theoy and Simulation Tanaction on ntumentation and Meauement vol.5 No. June 4 pp. 54. [5] ołonnikow D. J.: Wzmacniacze opeacyjne teoia i pojektowanie WNT Wazawa [] aca zbioowa pod edakcją imbinde J.: Zatoowania układów calonych linioch WNT Wazawa 94.. [] ecommended Tet ocedue o Opeational Ampliie nteil Milpita A Application Note 55. Nov. 99. [] Sanen W. Steyaet M. Vandeloo.: Meauement o Opeational Ampliie chaacteitic in the equency domain Tanaction on ntumentation and Meauement vol. M-4 No. Mach 95 pp [9] Spialki L. ołodziejki J.: Mienictwo układów calonych WŁ Wazawa [] Sydenham. H.: odęcznik metologii Tom : odta teoetyczne WŁ Wazawa [] Zhou J. Liu J.: On the meauement o common mode ejection atio Tanaction on icuit and Sytem vol. 5 No. Jan. 5 pp [] Linea Data Book 9/ Thomon Semiconducto. [] The Linea ontol icuit Data Book o deign nginee. opyight By Texa ntument ncopoated. [4] [5] otzymano / eceived:.. pzyjęto do duku / accepted:.. atykuł ecenzowany / evied pape