Wzmacniacze operacyjne Wrocław 2015 Wprowadzenie jest wzmacniaczem prądu stałego o dużym wzmocnieniu napięciom (różnicom). Wzmacniacz ten posiada wejście symetryczne (różnicowe) oraz jście niesymetryczne. N P +E - P (+) wejście nieodwracające fazy napięcia - N (-) wejście odwracające fazę napięcia - jście niesymetryczne -E WY - (+E) dodatnie napięcie zasilania wzmacniacza - (-E) ujemne napięcie zasilania wzmacniacza + +E Zasilacz 1 - Zasilacz 2 + - -E 1
Sterowanie różnicowe WO Wzmacniacz operacyjny we1 we2 Uwe1 Uwe2 U Sterowanie różnicowe WO Wzmocnienie różnicowe Wzmocnienie napięciowe różnicowe nazywane wzmocnieniem z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego: UR = wer = ( U U ) we1 we 2, U we we1 =, U we 2 2 = const we1 = const 2
Pole wzmocnienia f T = f p1 UR Sterowanie różnicowe WO Charakterystyka przejściowa 3
Sterowanie różnicowe WO Wejściowe napięcie niezrównoważenia U 0 (ang.input offset voltage). Rząd - kilku miliwoltów. Różnica zmian napięć U BE w funkcji temperatury pomnożona przez UR wpływa na wartość U. U = U BE U 0 1 BE 2 Sterowanie sumacyjne WO Wzmocnienie sumacyjne Wzmacniacz operacyjny we1 Uwes we2 U US = wes 4
Współczynnik tłumienia sygnału wspólnego CMRR CMRR = UR US Wejścio prąd polaryzacji I B1 + I B2 - R 1 R 2 U β01 β 02 5
Zakres napięć wejścioch i jścioch Rezystancja wejściowa Dla wzmacniaczy zbudowanych na tranzystorach bipolarnych R wer jest rzędu MΩ, R wes jest rzędu GΩ. Dla wzmacniaczy operacyjnych z wejściem różnicom opartym na tranzystorach poloch obie rezystancje przyjmują jeszcze większe wartości porównując do wzmacniaczy zbudowanych z tranzystorów bipolarnych. 6
Rezystancja jściowa + Wzmacniacz operacyjny R U - U Rząd wielkości od kilku do kilkudziesięciu Ω. Szybkość narastania U WY SR (slew rate) Definicja: duout ( t) SR = dt t out [V/s] 7
Szybkość narastania U WY SR (slew rate) Definicja: SR = Dla wzmacniacza bipolarnego: du ( t) dt t SR = 2ϕ ω T T [V/s] Dla wzmacniacza z wejściem zbudowanym z tranzystorów unipolarnych: SR = ( U GS U T ) ω T Szerokość pasma przenoszenia mocy 8
Budowa idealnego WO Wzmacniacz operacyjny idealny + = = 0 CMRR = R R UR US wer = R = 0 wes = Uwe2 - Uwe1 U U Model ten jest bardzo często używany przy znaczaniu parametrów układów, w których pracują wzmacniacze operacyjne Przykładowe rodzaje Parametr Symbol ua 741 TL 051 (FET) OP177 (dokładny) EL2038 (szybki) Wzmocnienie różnicowe UR [V/V] 10 5 2*10 5 10 7 2*10 4 Współczynnik CMRR CMRR 3*10 4 2*10 4 10 7 3*10 4 Rezystancja wejściowa różnicowa Rezystancja wejściowa wspólna Wejściowe napięcie niezrónoważ. Temp. wsp. Zmian napięcia niezrównow. R wer [Ω] R wes [Ω] U 0 [mv] du o /dt [µv/] 10 6 10 12 5*10 7 10 4 10 9 10 14 2*10 11 10 7 1 0.5 0.01 0.5 6 10 0.1 20 9
Przykładowe rodzaje Parametr Symbol ua 741 TL 051 (FET) OP177 (dokładny) EL2038 (szybki) Maksymalne napięcie wspólne Maksymalne napięcie jściowe Maksymalny prąd jścio Rezystancja jściowa Prąd zasilania Częstotliwość graniczna (-3dB) U wesmax [V] U max [V] I max [ma] R [Ω] I z [ma] f g [Hz] 13 14.5 13 12 13 13 14 12 20 20 20 50 75 100 60 30 1.7 1.4 1.6 13 10 30 0.06 50000 Przykładowe rodzaje Parametr Symbol ua 741 TL 051 (FET) OP177 (dokładny) EL2038 (szybki) Pole wzmocnienia Maksymalna szybkość zmian U Szerokość pasma przenoszenia mocy f T [MHz] SR [V/µs] f p [khz] 1 3 0.6 1000 0.6 18 0.3 1000 10 290 5 16000 10