Wzmacniacze operacyjne Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl
Polecam dla początkujących! Piotr Górecki Wzmacniacze operacyjne
Jak to działa? Powtórzenie: dzielnik napięcia R 2 Jeśli pominiemy prąd płynący przez wyjście: I U R R U R wy R R2 Dla prądów zmiennych pojawiają się impedancje, R C i C R L i L
Wzmacniacz idealny (gdyby taki istniał) Powinien: łatwo nastawid wzmocnienie (od 0 do 00000, a może ) mied szerokie pasmo przenoszenia (, od DC do AC khz, MHz, GHz),płaska charakterystyka w całym paśmie, przesunięcie fazowe ściśle określone (i niezależne od ) wejście nie powinno obciążad źródła sygnału (nie powinny płynąd prądy wejściowe) rezystancja wejściowa rzędu G (najlepiej ), pojemnośd wejściowa 0 parametry wzmacniacza powinno się regulowad elektronicznie (napięciem) wyjście wzmacniacza powinno mied nieograniczoną wydajnośd (w całym zakresie ) wyjście powinno byd szybkie w spoczynku wzmacniacz nie powinien pobierad prądu, nie powinien generowad szumów, nie powinien się samowzbudzad.
Zasada działania Wzmacniacz idealny: Wzmocnienie (gain) G = Opór wejśd różnicowych R we = Na wyjściu dowolnie duży prąd V CC Napięcie zasilające dodatnie Wejście nieodwracające Wejścia różnicowe Wyjście Wejście odwracające V EE Napięcie zasilające ujemne V CC Collector supply voltage (common-collector voltage), V EE Emitter supply voltage
Zasada działania Wzmacniacz idealny: Wzmocnienie (gain) G = Opór wejśd różnicowych R we = Na wyjściu dowolnie duży prąd Działanie wzmacniacza operacyjnego zależy głównie od zastosowanego zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego (najczęściej silnego ujemnego sprzężenia zwrotnego). V CC Napięcie zasilające dodatnie Wejście nieodwracające Wejścia różnicowe Wyjście Wejście odwracające V EE Napięcie zasilające ujemne
Zasada działania Zasilanie: V CC Napięcie zasilające dodatnie V CC masa V EE V EE Napięcie zasilające ujemne W praktyce: Dopuszczalny zakres napięd ograniczony przez wartości V EE i V CC.
Zasada działania Zasilanie: V CC Napięcie zasilające dodatnie V CC masa V EE V EE Napięcie zasilające ujemne Wejście nieodwracające
Zasada działania Zasilanie: V CC Napięcie zasilające dodatnie V CC masa V EE V EE Napięcie zasilające ujemne Wejście odwracające
Zasada działania Zasilanie: V CC Napięcie zasilające dodatnie V CC masa V EE V EE Napięcie zasilające ujemne Wejście odwracające
Zasada działania Zasilanie: V CC Napięcie zasilające dodatnie V CC 5 V 0 V masa 0 mv V EE Napięcie zasilające ujemne V EE -5 V
Zasada działania Zasilanie: V CC Napięcie zasilające dodatnie masa V CC 0 V 5 V 0 mv V EE Napięcie zasilające ujemne V EE -5 V Wzmocnienie 000000 razy! G=0 6 Typowe wzmocnienia: 3000 000000 razy
Zasada działania Wejścia różnicowe: V CC Napięcie zasilające dodatnie?? masa V EE Napięcie zasilające ujemne Wzmocnienie 000000 razy! G=0 6
Zasada działania Wejścia różnicowe: V CC Napięcie zasilające dodatnie masa V EE Napięcie zasilające ujemne Wzmocnienie 000000 razy! G=0 6 UWAGA! Napięcia na wejściu są praktycznie jednakowe! Różnica mv daje na wyjściu np. V na wejściu istotna jest różnica między 5,00000 V a 5.000000 V albo 4,999999 V!
Zasada działania Wejścia różnicowe: V CC Napięcie zasilające dodatnie Wejście odwracające i nieodwracające 0 0 masa 0 V EE Napięcie zasilające ujemne 0
Zasada działania Ćwiczenia: V CC 5 V 6 V V 0 V? -5 V V EE Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5
Zasada działania Ćwiczenia: V CC 5 V - V -3 V 0 V? -5 V V EE Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5
Zasada działania Ćwiczenia: V CC 5 V -5 V 2 V? 0 V -5 V V EE Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5
Zasada działania Zasilanie:,000 V,0000 V?,00000 V,00005 V? -2,99999 V -3,00000 V? Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5 0,00000 V -0,00003 V?
Ideały i modele V CC R C U R d U=G U R O R C V EE
Najprostsze zastosowania - komparator UWAGA! Napięcia na wejściu są praktycznie jednakowe! Różnica mv daje na wyjściu np. V na wejściu istotna jest różnica między 5,00000 V a 5.000000 V albo 4,999999 V! Sygnał z mikrofonu ma wartości rzędu mv. V CC V EE V CC V EE KOMPARATOR Jeśli na jednym z wejśd jest napięcie 0 to jest to tzw. detektor przejścia przez 0. Bardzo trudno jest z taką dokładnością stabilizowad napięcie. Potrzebna jest tzw. pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego.
Najprostsze zastosowania wtórnik napięciowy Jak to działa?? Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5
Najprostsze zastosowania wtórnik napięciowy Jak to działa? -,00000 V -0,99999 V -0,99999 V 5,00000 V 4,99995 V 4,99995 V -7,00000 V -6,99993 V -6,99993 V Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5 Wtórnik napięciowy: Dokładnie odwzorowuje napięcie (a od czego to zależy JAK dokładnie?). Rezystancja wejściowa bardzo duża (nie obciąża źródła sygnału). W spoczynku pobiera mały prąd.
Jak to działa? Najprostsze zastosowania wtórnik napięciowy? R? Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5
Jak to działa? Wzmacniacz nieodwracający X R 2 R 2 X R R Wzmocnienie razy. G =
Jak to działa? Wzmacniacz nieodwracający R 2 = 2k 0 V X R = k Wzmocnienie razy. G =
Jak to działa? Wzmacniacz nieodwracający 0 V 0V 0V U X = (tzw. wirtualne zwarcie) R 2 = 2k 0 V X = 0V R = k I = 0 A Wzmocnienie razy. G =
Jak to działa? Wzmacniacz nieodwracający 0V 0V U X = (tzw. wirtualne zwarcie) R 2 = 2k V X R = k Wzmocnienie razy. G =
Wzmacniacz nieodwracający Jak to działa? 0V 0V V 3V U X = (tzw. wirtualne zwarcie) V 3V R 2 = 2k V R = k I = ma Wzmocnienie razy. G =
Wzmacniacz nieodwracający Jak to działa? 0V 0V V 3V 2V 6V U X = (tzw. wirtualne zwarcie) 2V 6V R 2 = 2k 2V R = k I = 2 ma Wzmocnienie razy. G =
Wzmacniacz nieodwracający Jak to działa? 0V 0V V 3V 2V 6V U X = (tzw. wirtualne zwarcie) -9V R 2 = 20k -3V -3V R = 0k I = -3 ma Wzmocnienie razy. G =
Jak to działa? Wzmacniacz nieodwracający -9V 0V 0V V 3V 2V 6V U X = (tzw. wirtualne zwarcie) R 2 = 20k U R X R R2-3V -3V R = 0k G U U wy we R R 2 R2 R R I = -3 ma Wzmocnienie razy. G =
Podsumowanie: Wzmacniacz nieodwracający Wzmacniacz nieodwracający ma bardzo dużą rezystancję wejściową wzmacnia napięcia stałe i zmienne wirtualne zwarcie wejśd i -. wzmocnienie wynosi: G U U wy we R R 2 R2 R R R 2 X R R R 2 Wzmocnienie razy. G =
W praktyce: Wzmacniacz nieodwracający -7,99969 V R 2 = 6k -2,00000V R = 2k -,99992 V I = 0,99996 ma Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5 G U U wy we R R 2 R2 R R
W praktyce: Wzmacniacz nieodwracający ok. 4 V R 2 = 5k 0V R = 2k ok. 4V I = ok. 2 ma Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5 G U U wy we R R 2 R2 R R
Wzmacniacz odwracający Jak to działa? R R 2 R 2 U X = = 0 (tzw. wirtualne zwarcie) X R Wzmocnienie razy. G =
Wzmacniacz odwracający Jak to działa? 0V 0V V 2V 2V R 2 = 2k U X = = 0 (tzw. wirtualne zwarcie) 0 V R = k V I = ma Wzmocnienie razy. G =
Wzmacniacz odwracający Jak to działa? 0V 0V V 2V 2V R 2 = 20k U X = = 0 (tzw. wirtualne zwarcie) 0 V R = 0k V I = 0, ma Wzmocnienie razy. G =
Wzmacniacz odwracający Jak to działa? 0V 0V V 2V 2V R 2 = 20k U X = = 0 (tzw. wirtualne zwarcie) 0 V R = 0k V I = 0, ma Wzmocnienie razy. G =
Jak to działa? Wzmacniacz odwracający 0V 0V V 2V 2V 4V -4V Układ odwraca biegunowośd (fazę) R 2 = 20k U X = = 0 (tzw. wirtualne zwarcie) 0 V U R U R We wy 2 G R2 R R = 0k 2V I = 0,2 ma Wzmocnienie razy. G =
Podsumowanie: Wzmacniacz odwracający Wzmacniacz nieodwracający rezystancja wejściowa jest równa R wzmacnia (lub osłabia) napięcia stałe i zmienne odwraca biegunowośd (fazę) napięcia zwarcie wejśd i - przez wirtualną masę. wzmocnienie wynosi: G R R 2 ale musi byd G Goa R 2 X R Wzmocnienie razy. G =
W praktyce: 5,99976 V Wzmacniacz odwracający G R R 2 R 2 = 30k -9,990 V 0,00006 V 0,00000V R = 0k -20 mv I = 0,2 ma R 2 = 00k 0,000 V 0,00000V R = 0k Wzmocnienie 00000 razy. G=0 5 V I = 0, ma
W praktyce: 20 mv 500 = 0 V?? Wzmacniacz odwracający G R R 2 R 2 = 500k V 00 = 00 V??? V R = k -20mV I =? A 0,00000V R 2 = 00k?V 0,00000V R = k Wzmocnienie 000 razy. G=0 3 V I =? A
W praktyce: Zbyt duże wzmocnienie w stosunku do G! 6,6622 V! 20 mv 500 = 0 V?! Wzmacniacz odwracający G R R 2 Nasycenie! -4 V! R 2 = 500k V 00 = 00 V?! 6,6622 mv R = k -20mV I =? A 0,00000V R 2 = 00k?V 0,00000V R = k Wzmocnienie 000 razy. G=0 3 V I =? A
Wzmacniacz odwracający z kondensatorem Układ różniczkujący C R 2 G R R 2 C R2 / C R C 2 U U U we C wy U C U Q I dt I C C du we IR2 R2C dt R C du dt we Układ różniczkujący. Wzmocnienie razy. G =
Wzmacniacz odwracający z kondensatorem Układ całkujący R C G R R C R C U U U we C wy U Q C R C CR Układ całkujący. IR I U U dt we dt C U CR wy U we dt Wzmocnienie razy. G =
Zastosowania: filtry Filtr dolnoprzepustowy g R C 2 2 R C 2 R 2 Wzmocnienie razy. G =
Zastosowania: filtry Filtr górnoprzepustowy d R C R C R 2 Wzmocnienie razy. G =
Zastosowania: filtry Filtr pasmowy R C R 2 d R C R C C 2 2 2 G g Wzmocnienie razy. G = d g Log
Piotr Górecki Wzmacniacze operacyjne Parametry
Piotr Górecki Wzmacniacze operacyjne Parametry
Piotr Górecki Wzmacniacze operacyjne Parametry
Piotr Górecki Wzmacniacze operacyjne Parametry LM358, LM324
TLC27 Wzmacniacze operacyjne Parametry
Zastosowania: inne Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych: w układach analogowych, gdzie wykonują operacje wrytmetyczne na sygnałach: dodawania, odejmowania, mnożenia, dzielenia, całkowania, różniczkowania, itp. w różnego rodzaju filtrach, we wzmacniaczach logarytmicznych, w generatorach sygnałów: prostokątnych, trójkątnych i sinusoidalnych, w detektorach liniowych i detektorach wartości szczytowej, układach próbkujących z pamięcią.
Piotr Górecki Piotr Górecki Konwerter prąd-napięcie Zastosowania: inne Sumator (mikser)
Piotr Górecki Wzmacniacz różnicowy Zastosowania: inne I wiele, wiele innych! http://wazniak.mimuw.edu.pl Układy_elektroniczne_i_technika_pomiarowa4
Dygresja Przerzutnik Schmitta porównuje z zadanym napięciem. Przerzutnik Schmitta Przerzutnik Schmitta sterowany wejściem odwracającym: R 2 V CC X R V EE