Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
Heater Voltage Heater Current Plate Voltage Plate Current gm mu Plate Dissipation (max)
6.3-12 300-150 250 1.2 1.6 100 1.1
1
V mA V mA mA/V W
S napájecím napětím ± 300 V je rozmezí výstupních napětí pouze ± 50 V; zesílení 15000 až 20 000; rychlost přeběhu 12 V/μs; maximální výstupní proud 1 mA; „klidový příkon“ nad 3 W (nezapočítáno žhavení); cena (1952) asi 24 $; lepších výsledků bylo možné dosáhnout za cenu složitější struktury a tedy i většího příkonu; deklarována funkce do 100 kHz.
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
+UCC T4
T3 IC3 ≈ IE1
IC1 ≈ IE1 Ud IE1 = IQ/2 IQ
T1
T2
RG
RE
T6
IV +IQ
- invertující i neinvertující vstup je napěťový (nekonečný vstupní odpor)
-Udmax
IE2 = IQ/2
Udmax -IQ
T5
- vstupní díl tvoří diferenční zapojení bipolárních (FE) tranzistorů – „emitory“ tranzistorů jsou připojeny na zdroj proudu limituje signálové proudy
Iv ≈ IE1 – IE2 = 0
IC2 ≈ IE2
IQ
Ud
(b)
-UCC Obr.1 a) Klasický diferenční vstupní díl OZ – ideální poměry pro Ud = 0 T1, T2 – vlastní diferenční zapojení tranzistorů; T3, T4 – proudové zrcadlo (T4 zapojen jako snímací dioda); T5, T6 – proudové zrcadlo (T6 zapojen jako dioda – proud do ní vnucovaný definuje pracovní bod diferenčního stupně) b) převodní charakteristika
-
2
- napětí mezi vstupy je vytvářeno zpětnovazebními obvody (bez zpětné vazby jsou vstupní napětí na sobě nezávislá) - výstup lze modelovat jako zdroj napětí (ideálně nulový výstupní odpor) řízený diferenčním napětím mezi vstupy (chybovým napětím) -
omezená rychlost přeběhu ρ = ± I Q / C v
-
Millerův jev – T2
saturace tranzistorů T3, T4 nebo T1, T2 – významně se prodlužuje doba zotavení tZ
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
3 +UCC
T4
T3 IQ/2
IQ/2
Ud
IQ/2 T2
T1 RE
Iv ≈ 0
IQ/2 IQ/2
RE
IQ IQ T6
T5 -UCC
Klasický diferenční vstupní díl OZ s JFETy na vstupu - vyznačeny ideální poměry pro Ud = 0; technologie BiFET T1, T2 – vlastní diferenční zapojení tranzistorů – JFET, kanál typu N T3, T4 – proudové zrcadlo (T4 zapojen jako snímací dioda); T5, T6 – proudové zrcadlo (T6 zapojen jako dioda – proud do ní vnucovaný definuje pracovní bod diferenčního stupně)
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
UD/R
UD
UD/R
UD
UD/R – IQ/2
IC1 ≈ IE1
IE1 = IQ/2 IQ R
IE2 = =IQ/2
UD/R – IQ/2
UD
IC2 ≈ IE2
UD T4
T3
Iv = 0
ID RE
E
UD/R – IQ/2 IQ
T6
2UD
T2
T1
Ud
+UCC
R
R
T5
4
T7
T8
UD/R – IQ/2 -UCC
Obr. 2 Kaskodový diferenční vstupní díl OZ – ideální poměry pro Ud = 0 T1, T2 – vlastní diferenční zapojení tranzistorů; T3, T4 – diferenční díl v zapojení se společnou bází – tranzistory zapojené jako diody vykazují pro signál pouze malý diferenční odpor rD určený proudem ID, (T1 + T3) a (T2 + T4) – komplementární kaskodové zapojení; T5, T6 – proudové zrcadlo (T6 zapojen jako dioda – proud do ní vnucovaný definuje pracovní bod diferenčního stupně); T7, T8 – proudové zrcadlo (T7 zapojen jako snímací dioda); dva tranzistory zapojeny jako diody definují napětí 2.UD pro otevření přechodů
- musí platit UD/R – IQ > 0 - nedochází k saturaci tranzistorů v proudovém zrcadle T7, T8 – kratší doba zotavení - v kolektorech T1, T2 je velmi malý ekvivalentní odpor, modul zesílení je menší než jedna. Proto se téměř neuplatní Millerův jev
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
5
+UCC T4
T3
=
IC3 ≈ IE1 Iv IC1 ≈ IE1 IC2 ≈ IE2 T1 IE1 = IQ/2
RE
T2 IE2 = IQ/2
RE
IQ IQ T6
T5
=
-UCC UIN UIN
UOUT
=
Nastavení pracovního bodu - princip
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
6
UCC+ IQC T2 T3 T1
T4 IQC
UCC-
Obr. 3 Výstupní stupeň moderních OZ
UCC+ IQB
IQU + IQB
IV
IQU IQU IQB IV Ud UCC-
80 až 100 mV
1 až 2V
Obr. 4 Principielní schéma vstupního dílu OPA176 a konstrukce převodní charakteristiky
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
PROUDOVÝ KONVEJOR
SLEDOVAČ
7
- neinvertující vstup (+) je napěťový UCC+
IQ
- invertující vstup (-) – výstup sledovače – je proudový
IQC T2
(+) (-)
T1
IQ U+
IE = U+/RE
RG
T3 T4 IQC
UCC-
TRANSRESISTANCE
RE IE
RT
Obr. 5 Principielní schéma zesilovače CFA – zapojení bez zpětné vazby
- invertující vstup je vždy na potenciálu vstupu neinvertujícího - výstup lze modelovat jako zdroj napětí (ideálně nulový výstupní odpor) řízený proudem, který protéká invertujícím vstupem (-) – chybový proud – velké vstupní signály vyvolávají velký chybový proud, teoreticky není omezen
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
PŘEVOD IE -2 STUPNĚ
8
SLEDOVAČ
UCC+ I1
IQ
IE
T1A (+)
IQC T2A
T2
βIE (-)
T1
T1B IQ U+
I1
IE = U+/RE
T2B RE
Uo
T3
U+ +
T4
U+ Ud
IQC
RG
Ud
UCC-
Ud/RE
TRANSRESISTANCE
βIE
CFA
x1
RT
Obr. 6 Principielní schéma zesilovače dvoustupňového CFA – zapojení bez zpětné vazby
U-
U-
Obr. 7 Princip „VFA based on CFA“
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
Obr. 8 QUAD–CORE stupeň [6]
9
Punčochář , J.: OPERAČNÍ ZESILOVAČE V ANALOGOVÝCH SYSTÉMECH
10
DIAMANT. TRANZISTOR
IQ IE
B E
K
IQ
UB
RE
IE = UB/(RE + 1/gm)
„Klasický OTA“ má oba vstupy napěťové; odpor ve vývodu E diamantového tranzistoru vede vždy k degradaci výchozí strmosti gm – je to vstup proudový
