5. Aszimmetrikus és szimmetrikus erősítők Lineáris feszültségerősítők két csoportba oszthatók az erősítendő frekvencia tartomány szempontjából: - Váltakozó feszültségű erősítők, amelyek jeltartománya: f aH ≤ f jel ≤ f fH -
0 ≤ f jel ≤ f fH
Egyenfeszültségű erősítők, amelyek jeltartománya:
Minden olyan erősítő, amelynél a jel útjában - azzal sorban - akárcsak egy kondenzátor is található, a váltakozó erősítők családjába tartozik. 5.1 Egyenfeszültségű erősítők nullpont-hibája (offset)
Ha egy erősítő bementét rövidre zárjuk, akkor a kimenetén a várttal ellentétben nem nulla jelet mérünk.
Ahhoz, hogy a kimenti feszültség valóban nulla legyen, egy segédfeszültséget kell a bementre kapcsolnunk, amely kikompenzálja a hibafeszültséget. Ezt az u b 0 kompenzáló egyenfeszültséget a bementre redukált offset feszültségnek hívják. Fentiek alapján az ib 0 offset-áram fogalma is bevezethető. 5.2 A nullpont vándorlása (drift)
Az offset a pontos beállítás ellenére, bizonyos hatásokra változik. Például: - A környezeti hőmérséklet változására
ud 0
-
ug = 0 ∆u b 0 = Rg = 0 ∆T U ki = 0
[µV / C ] 0
a tápfeszültség megváltozására ud 0
ug = 0 ∆u b 0 = Rg = 0 ∆U t U ki = 0
[µV / V ]
Készítette: Dr. Hegedűs János Miskolci Egyetem, Elektrotechnikai – Elektronikai Tanszék 2007
Elektronika Szimmetrikus erősítők
-
2
az erősítő alkatrészeinek öregedésére
ud 0
ug = 0 ∆u b 0 = Rg = 0 ∆t U ki = 0
[µV / év]
Fentiek alapján az id 0 drift áram fogalma is bevezethető.
5.3 Erősítőláncok eredő driftje
Az erősítőlánc egyes fokozataiban keletkező drift feszültség az erősítőlánc további fokozatain végighaladva felerősödik. Az erősítő bementére redukált driftek eredője:
u de = U d 1 +
U d2 U d3 U + + N −1dN A1 A1 A2 ∏ Ai i =1
A fenti összefüggés alapján belátható, hogy az offset és a drift szempontjából az erősítő első fokozata a legkényesebb, és a legkevésbé az utolsó fokokozat. Mivel az offset és drift hibafeszültség közel nulla frekvenciájú, ezért a váltakozófrekvenciás erősítőkben nem szükséges kikompenzálni, hiszen a csatolókondenzátor amúgy sem engedi ezt a hibajelet egyik fokozatból a másikba jutni, és ez által felerősödni!
Készítette: Dr. Hegedűs János Miskolci Egyetem, Elektrotechnikai – Elektronikai Tanszék 2007
Elektronika Szimmetrikus erősítők
3
5.4 Szimmetrikus erősítők
Az offset és drift drasztikus csökkentése szimmetrikus erősítők alkalmazásával vált lehetővé.
aszimmetrikus erősítő
szimmetrikus erősítő
5.4.1 A szimmetrikus erősítő vezérlésének lehetőségei
a.) Általános vezérlés
u bs = u b1 − u b 2 u bk =
u b1 + u b 2 2
ahol: u bk ⇒ közös-módusú (azonos fázisú) jel u bs ⇒ szimmetrikus módusú (ellenfázisú) jel
u bs 2 u = u bk − bs 2
u b1 = u bk + ub 2 b.) Szimmetrikus vezérlés
u bk = 0 u b1 = −u b 2 =
u bs ⇒ u bs = 2u b 2
Készítette: Dr. Hegedűs János Miskolci Egyetem, Elektrotechnikai – Elektronikai Tanszék 2007
Elektronika Szimmetrikus erősítők
4
c.) Közös vezérlés
ubk = ub1 = ub 2 = ub u bs = 0
d.) Aszimmetrikus vezérlés ub 2 = 0 u bs = u b1 u u bk = b1 2
A fenti összefüggések a kimentekre is felírhatók: uks 2 uks uk 2 = ukk − 2 uk 1 = ukk +
Ebből következik: As =
u ks u k 1 − u k 2 = u bs u b1 − u b 2
u k1 + u k 2 u + uk 2 u kk 2 Ak = = = k1 u b1 + u b 2 u b1 + u b 2 u bk 2
A két erősítés hányadosaként definiálható a közösmódusú elnyomási tényező CMRR[Common Mode Rejection Ratio], amely dB-ben:
CMRR = 20 log
As Ak
[dB]
Értéke a jó erősítőknél +100 dB körül van.
Készítette: Dr. Hegedűs János Miskolci Egyetem, Elektrotechnikai – Elektronikai Tanszék 2007
Elektronika Szimmetrikus erősítők
5
5.4.2 Differenciál erősítő fokozat
Az integrált gyártástechnológia tette lehetővé, hogy két tranzisztorral szimmetrikus fokozatot készítsenek. A hasznos jel szempontjából célszerű szimmetrikusan vezérelni. Ugyanakkor az offset és drift jellegű zavarok a közös vezérlés miatt kiesnek. A differenciál erősítő fokozatok is láncba kapcsolhatók.
Ezzel szükségtelenné válik a csatolókondenzátorok használata. Az így felépülő erősítő fokozat már nulla frekvenciától erősít. Ezért kapta az egyenfeszültségű erősítő nevet.
Készítette: Dr. Hegedűs János Miskolci Egyetem, Elektrotechnikai – Elektronikai Tanszék 2007