Wzmacniacze. Klasyfikacja wzmacniaczy Wtórniki Wzmacniacz różnicowy Wzmacniacz operacyjny

Podobne dokumenty
Wzmacniacze liniowe 2

Wzmacniacze operacyjne

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Realizacja regulatorów analogowych za pomocą wzmacniaczy operacyjnych. Instytut Automatyki PŁ

Wzmacniacze operacyjne

Wykład 2 Projektowanie cyfrowych układów elektronicznych

PODSTAWY ELEKTRONIKI I TECHNIKI CYFROWEJ

Wzmacniacz operacyjny zastosowania liniowe. Wrocław 2009

Wydział Elektryczny. Temat i plan wykładu. Politechnika Białostocka. Wzmacniacze

Temat: Wzmacniacze operacyjne wprowadzenie

Wzmacniacze operacyjne

Wzmacniacze operacyjne

Wzmacniacze, wzmacniacze operacyjne

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

A-3. Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

Wzmacniacz operacyjny

Liniowe układy scalone. Wykład 4 Parametry wzmacniaczy operacyjnych

Instrukcja nr 6. Wzmacniacz operacyjny i jego aplikacje. AGH Zespół Mikroelektroniki Układy Elektroniczne J. Ostrowski, P. Dorosz Lab 6.

Podstawowe układy elektroniczne

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Projekt z Układów Elektronicznych 1

Ćw. 7 Wyznaczanie parametrów rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych (płytka wzm. I)

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

Liniowe układy scalone

Wzmacniacz operacyjny

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

I-21 WYDZIAŁ PPT LABORATORIUM Z ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI

Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych

Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy

Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2

A U. -U Z Napięcie zasilania ujemne względem masy (zwykle -15V) Symbol wzmacniacza operacyjnego.

Politechnika Białostocka

Filtry przypomnienie. Układ różniczujący Wymuszenie sinusoidalne. Układ całkujący Wymuszenie sinusoidalne. w.6, p.1

Eksperyment elektroniczny sterowany komputerowo

Data wykonania: Data oddania: Zwrot do poprawy: Data oddania: Data zliczenia: OCENA

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Tranzystory bipolarne elementarne układy pracy i polaryzacji

ĆWICZENIE 2 Wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

Liniowe układy scalone. Wykład 2 Wzmacniacze różnicowe i sumujące

Część VI. cz.6, p.1. A. Wieloch, Zakład Fizyki Gorącej Materii IF UJ

Wzmacniacze operacyjne.

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Liniowe układy scalone. Budowa scalonego wzmacniacza operacyjnego

Układy akwizycji danych. Komparatory napięcia Przykłady układów

Układy zasilania tranzystorów

PODSTAWY ELEKTRONIKI TEMATY ZALICZENIOWE

Wzmacniacz operacyjny

Liniowe układy scalone. Komparatory napięcia i ich zastosowanie

Wzmacniacz operacyjny zastosowania liniowe i nieliniowe

Tranzystory bipolarne elementarne układy pracy i polaryzacji

Opracowane przez D. Kasprzaka aka 'master' i D. K. aka 'pastakiller' z Technikum Elektronicznego w ZSP nr 1 w Inowrocławiu.

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

Badanie wzmacniacza operacyjnego I i II

1. Zarys właściwości półprzewodników 2. Zjawiska kontaktowe 3. Diody 4. Tranzystory bipolarne

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

WZMACNIACZ OPERACYJNY

ĆWICZENIE 14 BADANIE SCALONYCH WZMACNIACZY OPERACYJNYCH

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

P-1a. Dyskryminator progowy z histerezą

Zastosowania programowalnych układów analogowych isppac

Elektronika i energoelektronika

Eksperyment elektroniczny sterowany komputerowo

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

Ujemne sprzężenie zwrotne, WO przypomnienie

7. UKŁADY ODOPERACYJNE

Badanie wzmacniacza operacyjnego

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

TERAZ O SYGNAŁACH. Przebieg i widmo Zniekształcenia sygnałów okresowych Miary sygnałów Zasady cyfryzacji sygnałów analogowych

Generatory. Podział generatorów

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

2 Dana jest funkcja logiczna w następującej postaci: f(a,b,c,d) = Σ(0,2,5,8,10,13): a) zminimalizuj tę funkcję korzystając z tablic Karnaugh,

Ćwiczenie - 4. Podstawowe układy pracy tranzystorów

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

Zbiór zadań z elektroniki - obwody prądu stałego.

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Laboratorium z Układów Elektronicznych Analogowych

Rys. 1. Wzmacniacz odwracający

Liniowe układy scalone

Gdy wzmacniacz dostarcz do obciążenia znaczącą moc, mówimy o wzmacniaczu mocy. Takim obciążeniem mogą być na przykład...

Demonstracja: konwerter prąd napięcie

A3 : Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

Spis treści Przełączanie złożonych układów liniowych z pojedynczym elementem reaktancyjnym 28

Komparatory napięcia. Wprowadzenie. Wprowadzenie. Definicja. Najważniejsze parametry komparatorów napięcia:

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie liniowych układów ze wzmacniaczem operacyjnym (2h)

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

PODSTAWY ELEKTRONIKI I TECHNIKI CYFROWEJ

Eksperyment elektroniczny sterowany komputerowo

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

ELEKTRONIKA. dla Mechaników

Generatory drgań sinusoidalnych LC

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Wzmacniacz typu napięcienapięcie. Występują w układ scalonych oraz jako układy monolityczne.

Komparator napięcia. Komparator a wzmacniacz operacyjny. Vwe1. Vwy. Vwe2

ĆWICZENIE NR 1 TEMAT: Wyznaczanie parametrów i charakterystyk wzmacniacza z tranzystorem unipolarnym

Przyrządy półprzewodnikowe część 4

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Zespół Szkół Łączności w Krakowie. Badanie parametrów wzmacniacza mocy. Nr w dzienniku. Imię i nazwisko

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Transkrypt:

Wzmacniacze Klasyfikacja wzmacniaczy Wtórniki Wzmacniacz różnicowy Wzmacniacz operacyjny

Zasilanie Z i I we I wy E s M we Wzmacniacz wy Z L Masa Wzmacniacze 2

Podział wzmacniaczy na klasy Klasa A ηmax < 25%; ~ 15% Klasa AB Klasa B Klasa C ηmax < 78, 5% Zniekształcenia nieliniowe Wzmacniacze 3

Podział wzmacniaczy ze względu na zakres częstotliwości Selektywne Wzmocnienie Prądu stałego Foniczne Wizyjne Wielkiej częstotliwości f(hz) 0 1 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G 10G 100G Wzmacniacze 4

Podstawowe parametry wzmacniaczy 1. Wzmocnienie K, K I, K P K = wy Iwy ; K I ; I = we 2. Pasmo przenoszenia (BW) we K P = P P wy we Wzmocnienie [db] BW = f g f d 3dB f f d f g Wzmacniacze 5

3. Zniekształcenia Nieliniowe - amplitudowe (harmoniczne) h = 2 2 + 2 3 + - intermodulacyjne 1 2 4 +... Liniowe - zmiana kształtu sygnału po przejściu przez całkowicie liniowy wzmacniacz, np. spowolnienie narastania i opadania impulsów, zwis,... t r/f ~1/f g ; zwis~f d ( ω ω ) t + cos( ω + )t cosω1t cosω2t = cos 1 2 1 ω2 Wzmacniacze 6

4. Impedancja wejściowa Z i I we I wy Z = we I we we E s we Z we wy Z L 5. Impedancja wyjściowa Z i I we I wy Z wy = I wy Z wy Z L L = =0 E s we E wy Z wy wy Z L Wzmacniacze 7

Elementarny wzmacniacz tranzystorowy ze wspólnym emiterem C 1 β=100 I =0 CE0 =15V Zaś L C 2 L =3,5kΩ, =715kΩ, ωc= u 1 = 1 sinωt; 1 =20mV u 2 = - 2 sinωt 2 =? Wzmacniacze 8

I C 2mA ~4,29mA Zaś /L I C 2 g m K = = 280 2mA 1 t=0 1 =20mV 0,7V BE 8V 0 CC CE 2 = 5,6V 15V t t Wzmacniacze 9

K = g m L Syg. wej. BEsp zaś L Syg. wyj. Syg. wej. GSsp zaś L Syg. wyj. Syg. wej. GSsp zaś L Syg. wyj. Syg. wej. GSsp zaś L Syg. wyj. g m = I C BE SPP I C V SPP T g m = I D GS SPP ZN ( GS T ) SPP B SPP SPP SPP SPP Wzmacniacze 10

Wady podstawowej konfiguracji wzmacniacza ze wspólnym emiterem I B 1 C 75 o C B CC C C 2 25 o C -25 o C CC Wada kardynalna: niestałość punktu pracy 1. od zmian temperatury, 2. od rozrzutu parametrów. K BE h 21e BF214 T = g BE m g 90 330 2mV/ C = = I β ( T, Δparametrów) C B m V kt T q Wzmacniacze 11 f o βi = C

Wzmacniacz z wewnętrznym ujemnym sprzężeniem zwrotnym CC 1 C B1 B2 C E C 2 K C E ( g 1) m E >> Wzmacniacze 12

Wtórnik emiterowy (bufor) CC C B1 C 2 1 1 B2 E 2 we r BB' + β g m + β E wy 1 g m + β i BW β BW BW >> WC WE WC BW WE Wzmacniacze 13

Wtórnik przeciwsobny + CC u we u wy t We Wy t L we r BB' + β g m + β L wy 1 g m + β i - CC Wzmacniacze 14

Wzmacniacz różnicowy + CC = K ( ) WY2 WY1 WE2 WE1 WY1 WY2 K = g m WE1 WE2 I ( ) WYwsp f WEwsp - CC Wzmacniacze 15

Monolityczny wzmacniacz mocy m.cz. 10μF _ + K f 130 o C Wzmacniacz prądu 470μF M 350mV Wzmacniacze 16

Parametry popularnych WMMCz Wzmocnienie napięciowe Moc wyjściowa przy h=10% Współczynnik zawartości harmonicznych (h) przy P wy =0,5W Nominalna rezystancja obciążenia ezystancja wejściowa Sprawność energetyczna przy max mocy wyjściowej 27...33dB 0,65...5W 0,3...0,5% 4 8 15 16Ω 6kΩ...5MΩ 45...70% Wzmacniacze 17

Wzmacniacze operacyjne (OPAMP) u 1 i 1 = 0 i 2 = 0 + CC u wy wzmacniacz operacyjny elektronik rozumie jako wzmacniacz operacyjny typu napięcie-napięcie (są jeszcze: OTA, OTA i CA) u 2 Masa - CC u wy = K ( u u ) 1 2 Idealny wzmacniacz operacyjny ma następujące cechy: nieskończenie wielkie wzmocnienie dla sygnału wejściowego różnicowego nieskończenie małe wzmocnienie dla sygnału wejściowego sumacyjnego nieskończenie wielką rezystancję wejściową nieskończenie małą rezystancję wyjściową nieskończenie szerokie pasmo wzmocnienia Wzmacniacze 18

Parametry wzm. operacyjnego (1) i 1 + zaś 1) óżnicowy sygnał wejściowy: u 1 i 2 u 2 Masa u + u wy - zaś we róż =u 1 -u 2 2) Współbieżny sygnał wejściowy: u1 + u 2 u we wsp = 2 1 u = u 1 1 = u we wsp 2 u we róż 2 we wsp 2 u we róż 3) Wzmocnienie różnicowe: K=u wy /u we róż =K o 4) Wzmocnienie syg. współbieżnego: K wsp =u wy /u we wsp Wzmacniacze 19

Parametry wzm. operacyjnego (2) 5) Współczynnik tłumienia sygnały współbieżnego: K o CM = 20lg K wsp 6) Współczynnik wpływu zasilania: PS = (stosunek równoważnych zmian wejściowego napięcia różnicowego do zmian napięcia zasilania) 7) Prąd wejściowy (polaryzacji): i1 + i pol = 2 i 2 i 1 i 2 1 K o u wy zaś Wzmacniacze 20

Charakterystyka przenoszenia i transmitancja operatorowa WO + zaś u wy [V] u 1 -u 2 [μv] - zaś 0-20 -40-60 -80 K K ( jω) 0 K ( jω) [db] 8) Napięcie niezrównoważenia: K0 ω 1+ j ω g u off u wy = 0-20dB/dekadę Wzmacniacze 21 ω ω g 0,01 0,1 1 10 100 1000 1000

Parametry popularnych WO Wzmocnienie różnicowe K 0 80-120dB Współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego 65-110dB Współczynnik wpływu zasilania 10-3000μV/V Prąd polaryzacji 0,1nA-10μA Napięcie niezrównoważenia 75μV-50mV Temperaturowy współczynnik napięcia niezrównoważenia 1-100μV/K Częstotliwość graniczna (3dB) 5Hz-1,5MHz Szybkość narastania odpowiedzi jednostkowej 0,5-360V/μs óżnicowa rezystancja wejściowa 40k-100GΩ ezystancja wyjściowa 50-200Ω Wzmacniacze 22

Wzmacniacz odwracający Wykorzystując te idealne cechy można w łatwy sposób analizować działanie układów opartych o wzmacniacze operacyjne. Napięcie wyjściowe jest sumą napięcia na wejściu OPA oraz napięcia na 2 : Wstawiając (3) do (2), a następnie do (1) otrzymuje się: V o = -V 1-2 (V i + V 1 )/ 1 (4) Wiadomo, że: V o = A V 1 (5) Więc: V 1 = V o /A (6) V o = -V 1 + i 2 2 (1) Wejście wzmacniacza nie pobiera prądu więc: i 2 = -i 1 (2) Prąd i 1 wyznaczymy następująco: i 1 = [V i - (-V 1 )]/ 1 (3) Teraz należy wstawić (6) do (4): V o = -V o /A - 2 (V i + V o /A)/ 1 (7) Skoro A, to: V o =? (8) Wzmacniacze 23

Wzmacniacz nieodwracający Napięcie wyjściowe jest sumą napięcia na 1 oraz na 2 : Wstawiając (3) do (2), a następnie do (1) otrzymuje się: V o = (V i -V 1 ) ( 1 + 2 )/ 2 (4) Wiadomo, że: V o = A V 1 (5) Więc: V 1 = V o /A (6) V o = i 1 1 + i 2 2 (1) Wejście wzmacniacza nie pobiera prądu więc: i 2 = i 1 (2) Prąd i 2 wyznaczymy następująco: i 2 = (V i -V 1 )/ 2 (3) Teraz należy wstawić (6) do (4): V o = (V i -V o /A) ( 1 + 2 )/ 2 (7) Skoro A, to: V o =? (8) Wzmacniacze 24

Wtórnik napięcia u 1 (t) Δu u wy (t) u 1 u wy u 1 Δt t 9) Szybkość narastania odpowiedzi jednostkowej: Δu S = Δ t Wzmacniacze 25

Wzmacniacz różnicowy Napięcie V o jest sumą napięcia na wejściu OPA, napięcia na 1 i napiecia na 2 : V o = i 3 4 + (-V 1 ) + (-i 1 2 ) (1) Wejście wzmacniacza nie pobiera prądu więc i 3 wynosi: i 3 = V i2 /( 3 + 4 ) (2) Prąd i 1 wyznaczymy następująco: i 1 = (V i1 V o )/( 1 + 2 ) (3) Wstawiając (3) i (2) do (1) otrzymuje się: V o = V i2 4 /( 3 + 4 ) -V 1 -(V i1 -V o ) 2 /( 1 + 2 ) (4) Po reorganizacji: V o [1-2 /( 1 + 2 )] = V i2 4 /( 3 + 4 ) -V 1 -V i1 2 /( 1 + 2 ) (5) Przyjmując: V 1 = V o /A = (przy A ) = 0 (6) oraz symetryczne rezystory: 1 = 3 = A, 2 = 4 = B (7) napięcie wyjsciowe wynosi: V o = (V i2 -V i1 ) B / A Wzmacniacze 26

Integrator v o kład całkujący (ang. integrator) ( t ) = v ( 0) v () t x o 1 C t x 0 i dt Napięcie wyjściowe jest sumą napięcia na wejściu OPA oraz napięcia na C 1 : V o = -V 1 -i 1 (1/sC 1 ) (1) Przyjmijmy, że: V 1 = V o /A = (przy A ) = 0 (2) Prąd i 1 wyznaczymy następująco: i 1 = [V i - (-V 1 )]/ 1 = V i / 1 (3) Ostatecznie: V o = -V i /(sc 1 1 ) (4) Wzmacniacze 27

Wzmacniacz różniczkujący u 1 C V 0 i - 0 K i du u wy (t) = C ; i() t = dt i 1 u wy ( t) du dt () 1 u wy t C = Wzmacniacze 28

Wzmacniacz logarytmujący u 1 V 0 i - 0 K i u1 i = u wy ; i I s e u V wy T u wy V ln u 1 = T IS Wzmacniacze 29

Wzmacniacz delogarytmujący u 1 u wy u wy = I S e u 1 V T Wzmacniacze 30

Konwerter I/ i V 0 i - 0 K u wy u wy = i Wzmacniacze 31

Przesuwnik fazy ϕ( ωτ) -π u 1 C u wy -π/2 0 ωτ 0,1 1 10 100 1000 K jϕ( ω) ( jω) = K( ω) e K ( ω) = 1 τ = C Wzmacniacze 32

Komparator napięcia KN mają budowę bardzo podobną do + zaś WO. óżnią się mniejszym off, większym S oraz tym, że u wy w stanach ustalonych przyjmują u we wartości odpowiadające typowym poziomom logicznym wyjść układów cyfrowych: HO i LO. u wy [V] EF Masa - zaś u wy H L (u 1 - )[μv] Czas odpowiedzi: 10 200ns Wzmacniacze 33

Komparator napięcia z histerezą TH = EF F + F + HO + F u we F u wy V = przy u = + TH wy HO TL = EF F + F + LO + F EF V = przy u = + TL wy LO Wzmacniacze 34

Charakterystyka przenoszenia komparatora z histerezą u wy HO his his = + F ( ) HO LO LO u we TL EF TH Wzmacniacze 35

Komparator/komparator z histerezą u we his u wy komparatora prostego LO u wy komparatora z histerezą LO EF t HO t HO t Wzmacniacze 36