Prvky a obvody elektronických přístrojů II

Prvky a obvody elektronických přístrojů ‐ II Lubomír Slavík TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/07.0247) Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Prvky a obvody elektronických přístrojů Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Obsah přednášky základní zapojení operačních zesilovačů sčítací a rozdílové zesilovače elektrometrický zesilovač zesilovač pro měření malých napětí a proudů chyby operačních zesilovačů typy a rozdělení OZ další zapojení OZ komparátory integrační zesilovač derivační zesilovač


Sčítací zesilovač sčítač napětí

n

I

R 1n

sčítač proudu

 I2

1

1

R1

I

n

 IR

1

n

U

n

n

U  o R2

R2 n Uo   Un R1 1

U o   RI R n

U o  R   In 1


diferenční zesilovač

Rozdílový zesilovač

nevýhoda: nutnost stejného vnitřního odporu U1 aU2

UA 

U2 UB 2

U1  U B U B  U o  R R U o  2 U B  U1  U 2  U1

přístrojový zesilovač

výhoda: vysoký vstupní odpor, vysoké CMR

 2 R2 U 3  U 4  U 1  U 2    1  R1  OZ3 je diferenční zesilovač pak

 2 R2 U o  U 1  U 2    1  R1 

  

  


Elektrometrický zesilovač vysoký vstupní odpor zejména pro zesilování malých napětí


Zesilovač pro měření malých napětí měření napětí 10-5 až 10-7 V U x U2  k U2  k  0 Ri Rm

Rm  Ri  Ri  Rm  U    x U 2  k  Ri  Ri Rm 

Ux U2   k


Zesilovač pro měření malých proudů měření proudů 10‐12 až 10‐16 A

 Ix 

U2  k 0 Rm

U2 

I x  Rm k


Chyby operačních zesilovačů I R1  I R 2  0

U off  U1 R1



U off  U 2 R2

 I b  0

 R2  R2 U 2    U1  I b   R2  U off 1   R1  R1  stejnosměrné x střídavé – hranice 0,01Hz stejnosměrné chyby – způsobují nejistotu typu B vstupní klidové proudy Ib- a Ib+ vstupní zbytkové napětí Uoff teplotní, časové a napájecí drifty střídavé chyby – způsobují nejistotu typu A šumy


vstupní klidový proud (input bias current) střední hodnota obou vstupních proudů vstupní zbytkový proud input offset current, proudová nesymetrie rozdíl vstupních klidových proudů

Ib  Ib Ib  2 I off  I b   I b 

vstupní zbytkové napětí (input offset voltage) – napěťová nesymetrie napětí, které je nutné přivést na vstup zesilovače, aby jeho výstup byl nulový teplotní drifty vstupního zbytkového napětí (V/K) vstupního zbytkového proudu (A/K) napájecí drift činitel potlačení změny napájecího napětí SVR (změna výst. napětí / změna napájení) časové drifty změna rušivých veličin v čase (hodina, den rok) nevratný jev


Kompenzace chyb operačních zesilovačů kompenzace vstupních klidových proudů ‐ přídavným odporem v druhém vstupu (na obou vstupech vznikne napětí úměrné jen offsetovému proudu Ioff , tedy rozdílu obou zbytkových proudů kompenzace vstupního zbytkového napětí – odporovým trimrem na určených vývodech


Rozdělení operačních zesilovačů dle napájení – symetrické x nesymetrické (rail to rail – input/output) dle velikosti napěťového offsetu – hranice 1mV/ 200V / 20V / pod 1 V (nulované = chopper stabilized OZ) dle velikosti proudového offsetu – klasicky jednotky nA, FET OZ – stovky fA dle rychlosti – pomalé (přesnější s nižší spotřebou), nebo rychlé (méně přesné, vyšší zbytkové proudy i napěťové offsety, vyšší spotřeba (jednotky mA), frekvence až stovky MHz) dle odběru napájecího proudu – klasicky do 1mA, nízkoodběrové – řádově jednotky A dle dodaného výkonu – výkonové OZ (stovky mA do zátěže) dle uspořádání – klasické x přístrojové dle ceny, výrobce a dostupnosti ‐ firmy Analog Devices, Texas Instruments (Burr Brown), Maxim Integrated Products (Dallas), Linear Technology, National Semiconductor, Fairchild, Microchip


Analogové komparátory porovnání dvou napětí nebo proudů (obvykle jeden vstup je referenční) výstup nabývá dvou hodnot (log 0/1) – přechod se děje skokem provedení s OZ

U V  U ref  U 1

reálné provedení

U 1  U ref

 U 3  log .1

U 1  U ref

 U 3  log .0


Analogové komparátory s hysterezí (Smittův klopný obvod)

 

 

U1

U 1  U ref R1



U1  U 2 0 R2

U 2  R1 U ref  R 2 U1   R1  R 2 R1  R 2 hysterézní napětí (nezávisí na Uref)

U A  U1  

U

1

U1

okamžik překlopení

U 2SAT  R1 U ref  R 2   R1  R 2 R1  R 2  

 

U H  U 1 U

1



 

U

1

U 2SAT  R1 U ref  R 2   R1  R 2 R1  R 2



R1  U 2SAT  U 2SAT R1  R 2




Integrační zesilovač pasivní integrační článek

aktivní integrační článek

dQ  C  du 2  i  dt  C  du 2  u 2 (t )  

1 u1 (t ) dt  U C 0  R C

u1 dt  C  du 2 R U 2 

U1  t RC


Použití integračního zesilovače

režim paměti režim vlastní integrace režim nulování

S1 S2

funkce

0

0

paměť

0

1

nulování

1

0

integrátor

1

1

X


Derivační zesilovač

C

d 0  U1  0  U 2  0 dt R

u 2 t    RC 

du1 t  dt

Prvky a obvody elektronických přístrojů II

Recommend Documents