Elektronika 1. (BMEVIHIA205)

Elektronika 1. (BMEVIHIA205) 15. Előadás (2016.11.18.) Differenciál erősítő, műveleti erősítő Dr. Gaál József BME Hálózati Rendszerek és SzolgáltatásokTanszék [email protected]

Differenciál erősítő, nagyjelű analízis iC1

bemenet: kimenet:

iC2

u1, u2 ic1, ic2

u2

u1 I0 -Ut

i E1 + i E 2 = I 0

i E1

1 = I0 i 1 + E2 i E1

I = I0 = 0 2  u − u2   1 + exp − 1 UT  

1 1  1 − exp(− x )  = = 1 + 1 + exp(− x ) 2  1 + exp(− x )  1  x  = 1 + tanh −  2  2  Elektronika 1. (BMEVIHIA205)

1

  ∆u  − 1 + tanh   2U T 

  

nagyjelű karakterisztika: Ic(∆Ube) • telítéses, • vezérelt erősítő, szorzó áramkör © Dr. Gaál József, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék BME

2

Differenciál erősítő meredeksége iC1

iC2 u2

u1 I0 -Ut

Diff. erősítő meredeksége:

iC1 iC2 u1

u2

rd1 rd2

Elektronika 1. (BMEVIHIA205)

© Dr. Gaál József, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék BME

3

Differenciál erősítő, nagyjelű analízis Degenerált eset:



4

Differenciális erősítő Ut

Differenciál erősítő:

Rc1

• differenciális bemenetű • nagy differenciális erősítés, • kis közös módusú erősítés

• kisjelű működés: lineáris • nulla bemenet → nulla kimenet • egyenáramú erősítő

Rc2

iC1 u1

iC2 RE1

RE2

u2

I0 -Ut

Ideális differenciál erősítő: • szimmetrikus • T1=T2, (paraméterek, hőmérséklet) • RE1 = RE2 , RC1 = RC2 • ....

Valós differenciál erősítő: • szimmetria hibák → kisjelű működés: nem lineáris • nulla bemenet → nem nulla kimenet • bemeneti offset feszültség Elektronika 1. (BMEVIHIA205)


5

Bemeneti offset feszültség és driftje Definició: Uoff az a bemeneti differenciális egyenfeszültség, melynél az aszimmetria hatása a kimeneten kompenzálódik, az áramkör „kiegyenlített”, azaz • vagy a két kimeneti kollektor-áram azonos • vagy a kimeneti differenciális feszültség nulla

Uoff

U off = U 1 − U 2

„Offsetes”, kiegyenlítetlen: IC1 ≠ IC2

•

ic1 = ic 2

Kiegyenlített: IC1 = IC2

Drift: az offset feszültség hőmérséklet szerinti deriváltja



6

A valóságos differenciálerősítő modellezése A bemeneti offset modellbeli értelmezése:

U off UT



7

Bemeneti offset feszültség Bemeneti offset értelmezhető: a T1, T2 tranzisztorpárra a differenciálerősitő fokozatra többfokozatú erősítőre



8

Bemeneti áram, offset áram Differenciál erősítő bemeneti bázis áramainak figyelembe vétele: Bázis (bias) áram, offset áram:

Véges generátor ellenállások hatása:

Kimeneti kiegyenlítéshez szükséges bemeneti eredő hibafeszültség:

U h = u g1 − u g 2

I c1 = I c 2

= R g1 I B1 + u1 − u 2 − R g 2 I B 2

U h = U off + R g I off + ∆R g I B



9

Bemeneti offset feszültség és áramok modellezése Differenciál erősítő bemeneti bázis áramainak figyelembe vétele:



10

Műveleti erősítők Felépítés:

paraméterek: • • • •

offset feszültség, bemenő áram, offset áram, kimeneti hiba differenciális-, közösmódusú erősítés, KME bemenő impedanciák, kimenő impedancia frekvencia függés, pólusok



11

Műveleti erősítő modellek ideális (0 paraméteres)

+

- differenciális bemenet: nullátor - aszimmetrikus kimenet: norátor

-

1 paraméteres modell

+ A ∆U

• véges feszültség erősítés: A

∆U

3 paraméteres modell

-

• véges feszültség erősítés: A • véges bemeneti impedancia: Rbe • véges kimeneti impedancia: Rki

+ A ∆U Rki ∆U

Rbe

Sok paraméteres modellek • aszimmetria jellemzők • offset, drift, stb. • frekvenciafüggés


-


12

Ideális műveleti erősítős alapkapcsolások I

R2

• invertáló (fázisfordító) ube R1

u ki R2 =− u be R1



0

∞

uki

13

Ideális műveleti erősítős alapkapcsolások I

• nem invertáló

R2

R1

u ki R2 = 1+ u be R1



ube

ube ∞

uki

14

Ideális műveleti erősítős alapkapcsolások Kivonó Lineáris hálózat: Szuperpozíció:

U ki = A1U be1 + A 2 U be2 A1 =

U ki U A 2 = ki U be1 U be2 = 0 U be2 U be1 = 0

 R 4  R 2  R 1 +  U be1 − 2 U be2 U ki =  R1  R 3 + R 4  R 1 

R1 = R 2 = R 3 = R 4 Elektronika 1. (BMEVIHIA205)

⇒


U ki = U be1 − U be2 15

Ideális műveleti erősítős alapkapcsolások Összeadó (és invertáló)



16

Ideális műveleti erősítős alapkapcsolások • Integráló (és invertáló)

C ube R uki

uki Z2 1 1 (s ) = − = − =− ube Z1 sRC sT



17

Ideális műveleti erősítős alapkapcsolások R

• Differenciáló (és invertáló) ube C

uki

uki Z2 (s ) = − = − sRC = − sT ube Z1



18

Műveleti erősítők paramétereinek modellezése Egyenáramú modell a műveleti erősítő munkapontbeállításához: Uoff , IB, Ioff

A véges közös módusú erősítés modellje:


A véges bemeneti és kimeneti ellenállások modellje


19

Műveleti erősítők nullpont hibája A kapcsolás egyenáramú vizsgálata, munkapontbeállítás Figyelembe veendő paraméterek: • Uoff (bemeneti offset feszültség) • IB (átlagos bázis áram) • Ioff (bemeneti áram offset) • más szempontból ideális



20

Példa: bázis áram hatása R2

Mit mondhatunk az első műveleti erősítő bemeneti bázis áramairól? I +B1 = ? I −B1 = ? Feltételek: A 1 = ∞,

ube R1

R3 A1

A 2 = ∞ U off 1 = 0, U off2 = 0

I +B2 = 0, I −B2 = 0 ,

R6

R2 ube

Modellezés áramgenerátorokkal és ideális erősítőkkel:

u1 =

u1 =

u 1 = u ki − 10 kΩ I +B + 10 kΩ I -B = - u ki

(

R3 IB-

A1

u1

uki A2

R6

R5

  R + R1 u ki +  − (R 5 × R6 )I +B 2 R1  

R4

R1

(...)u ki + (...)I +B + (...)I −B

 R5 R 2 + R1  R1  R 5 + R6

IB+

  + 

)

2 u kiH = 10 kΩ I +B − I −B = 10 kΩ I off1 Elektronika 1. (BMEVIHIA205)

A2

(I off2 = 0)

u ki ,hiba = 10mV

R4 u1 R3

uki

u1

R5

R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = 10kΩ

u ki = −

R4


(R 2 )I −B I off 1 =

20mV = 2µA 10kΩ 21

Elektronika 1. (BMEVIHIA205)

Recommend Documents