Az erősítés frekvenciafüggése: határfrekvenciák meghatározása ELEKTRONIKA_2

Az erősítés frekvenciafüggése: határfrekvenciák meghatározása ELEKTRONIKA_2

TEMATIKA • • • •

A kapacitív ellenállás. Váltakozó áramú helyettesítő kép. Alsó határfrekvencia meghatározása. Felső határfrekvencia meghatározása.

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

2

ÖSSZEFOGLALÓ • Csak az ideális erősítő erősítése független a jel frekvenciájától. • Valójában az erősítési tényező a frekvenciával arányosan csőken.

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

3

ÖSSZEFOGLALÓ • Olyan áramköri elemek felhasználásával amelyek paraméterei frekvenciafüggőek az erősítés frekvenciamenete befolyásolható. • Például a kondenzátor kapacitív ellenállása a frekvenciával arányosan csökken. • Kondenzátorokat alkalmazhatunk egy alsó határfrekvencia beiktatásához.

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

4

ÖSSZEFOGLALÓ

Uki

Alsó határfrekvencia: a beiktatása szándékos ! 2012.03.22.

Felső határfrekvencia: befolyásolható de elkerülhetetlen ! Dr.

Buchman Attila

5

A kapacitív ellenállás • Ha a feszültség szinuszos:

u U e

jt

i  jCU  e

jt

 jC  u

• A kapacitív ellenállás

u 1 XC   jC i   2f 2012.03.22.

áramkőr

C

i

u

du iC dt 6

A kapacitív ellenállás A kapacitív ellenállás fogalmát úgy lehet értelmezni hogy ha az adott áramkörben ω körfrekvenciájú szinuszos áram folyik akkor a C kapacitású kondenzátor egy

1 XC  C értékű ellenállásként viselkedik és a feszültséget az áramhoz viszonyítva 90 fokkal késlelteti 2012.03.22.

valami áramkőr

C

i

u

du iC dt 7

A kapacitív ellenállás A kapacitív ellenállás frekvencia menete C=1μF esetében

2012.03.22.

8

A kapacitív ellenállás A kapacitív ellenállás frekvencia menete C=1μF esetében (logaritmikus frekvencia lépték)

2012.03.22.

9

A kapacitív ellenállás 159.235Ω

A kapacitív ellenállás frekvencia menete C=1μF esetében (logaritmikus koordináta rendszer)

1Hz

2012.03.22.

10

Példa:

Mekkora az ábrán látható kondenzátorok kapacitív ellenállása 1kHz frekvenciájú jel esetében? 2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

11

Megoldás: 1μF@1Hz≈160kΩ →1μF@1kHz≈160Ω

2012.03.22.

C [μF]

Xc @ 1kHz [Ω]

0,1

1600

0,22

720

1

160

2

80

22

7,2

100

1,6

2000

0,08

Dr.

Buchman Attila

12

Váltakozó áramú helyettesítő kép A szuperpozíció elv alapján az egyenáramú tápfeszültséget nullázzuk:

 VS  0

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

13

Váltakozó áramú helyettesítő kép 160 0,08

7,2

2012.03.22.

80

720

Dr.

Buchman Attila

14

Váltakozó áramú helyettesítő kép Ez a kép

csak középfrekvencián (az átvitt frekvenciasávban) érvényes. Hogyan lehet

meghatározni e sáv határait?

 150k  A  1    30 4,7k   2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

15

Határfrekvenciák • Azok a frekvenciák ahol az áramkőr erősítése lényegesen változik. • A frekvenciafüggő viselkedést a kondenzátorok okozzák. • Mindegyik kondenzátor befolyását külön elemezzük. • Azt próbáljuk eldönteni mekkora ellenállás van az adott kapacitással párhuzamosan kötve. 2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

16

Példa: a kimeneti csattoló kondenzátor által bevitt határfrekvencia

1 f1  ; R  4; C  2000F ;  f1  20Hz 2RC 2012.03.22.

17

A visszacsatolás mértékét szabályozó kondenzátor hatása

1 f2  ; R  150  4,7k; C  2F ;  f 2  0,5Hz 2RC 2012.03.22.

18

A bemeneti csattoló kondenzátor hatása

1 f3  ; R  100k; C  1F ;  f 3  1,5Hz 2RC 2012.03.22.

19

Az alsó határfrekvencia • Mindhárom kondenzátor felül-áteresztő hatást gyakorol • f1=20Hz, f2=0,5Hz, f3=1,5Hz • Mekkora az alsó határfrekvencia? • Az adott esetben 20Hz. • Általában:

f H  max  f1 , f 2 , f 3 

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

20

A felső határfrekvencia • Maga az integrált áramkör határolja a magas frekvenciájú erősítést. • Természetesen külső beavatkozás is lehetséges. • Mindenképen ismerni kell az integrált áramkőr transzferkarakterisztikáját. • Ezt az adatlapból lehet megtudni.

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

21

Példa:TDA 2030 transzferkarakterisztikája

Túlságosan nagy (200kHz) 2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

22

Külső kompenzálás Magas frekvencián az R5 ellenállás párhuzamosan csatlakozik a visszacsatoló ellenálláshoz így az erősítést csökkenti.

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

23

Ugyanaz a példa, két tápfeszültséggel

Két tápfeszültség esetében a bemeneti feszültségosztó elmarad !!

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

24

Tápfeszültség és teljesítmény

PMAX

2 1 U kiMAX  2 RL

U kiMAX  U TÁP 2  U TÁP  4  PMAX 2012.03.22.

Dr.

Még egy előny: • A nagyméretű és viszonylag drága (és időben értékét változtató) kimeneti kondenzátor, két tápforrás esetében nem szükséges

Buchman Attila

25

Példa: Elosztó előerősítő TL084 – négy műveleti erősítő egy tokban

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

26

Egyenáramú analízis Vki=Vx=Vcc/2 Vx

x Vx

Vki

x

Vx

Feszültség osztó 2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

27

Váltakozó áramú analízis

100kΩ bemeneti ellenállású noninvertáló erősítő Vki=11∙Vbe

2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

28

Határfrekvenciák Alsó határfrekvencia: Leg kisseb időállandójú RC áramkőr

1 f3  2RC R  100k

Felső határfrekvencia: Az IC adatlapból

C  1F f 3  1,5 Hz 2012.03.22.

Dr.

Buchman Attila

29

Adatlap

B1x1=3MHz 2012.03.22.

B10x10=3MHz

B10=0,3MHz 30

A felső határfrekvencia

B10

B1

2012.03.22.

31

Köszönöm a figyelmet ! 2012.03.22.

32