forelesning nr 11 inf 1411 elektroniske systemer
Download
Skip this Video
Download Presentation
Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 32

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer - PowerPoint PPT Presentation


  • 120 Views
  • Uploaded on

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Operasjonsforsterkere. Dagens temaer. Ideel operasjonsforsterker Operasjonsforsterker-karakteristikker Differensiell forsterker Opamp-kretser Dagens temaer er hentet fra kapittel 18.1-18.6. Historikk .

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer' - montana


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
dagens temaer
Dagens temaer
  • Ideel operasjonsforsterker
  • Operasjonsforsterker-karakteristikker
  • Differensiell forsterker
  • Opamp-kretser
  • Dagens temaer er hentet fra kapittel 18.1-18.6

INF 1411

historikk
Historikk
  • Operasjonsforsterkeren ble oppfunnet på 1940-tallet og implementert med radiorør
  • Virkemåten er stort sett uendret
  • Som for øvrig for elektronikk har
    • Mindre størrelse
    • Lavere effektforbruk
    • Lavere pris
    • Bedre pålitelighet
  • De første opamp’er var bygget med diskrete komponenter, dagens ofte integrert med annen elektronikk

INF 1411

enkel opamp modell
Enkel opamp-modell
  • Skjematisk tegnes en opamp slik vist i figur b)
  • Siden opamp er en aktiv enhet, trengs ekstern strømforsyning og kalibreringssignaler
  • En opamp kan ses på som en enkel forsterker med følgende sammenheng mellom input og output (A er gain eller forsterkning):

INF 1411

karakteristikker til en ideel opamp
Karakteristikker til en ideel opamp
  • En ideell operasjonsforsterker har følgende egenskaper:
    • Input-motstanden Ri=∞
    • Output-motstanden Ro=0
    • Spenningsforsterkningen Av= ∞
    • Båndbredden= ∞
    • V0=0 når V1=V2, uavhengig av størrelsesordenen til V1

INF 1411

oppbygging av opamp
Oppbygging av opamp
  • De fleste opamp’er har et differensielt steg først, etterfulgt av en spenningsforsterker (klasse A) og tilslutt en push-pull forsterker (klasse B)

INF 1411

differensiell forsterker
Differensiell forsterker
  • De fleste opamp’er har et differensielt steg først, etterfulgt av en spenningsforsterker (klasse A) og tilslutt en push-pull forsterker (klasse B)
  • Differensielle forsterkere («Diffamp») har fordeler sammelignet med andre forsterker, bla, undertrykker de «commom-mode» støy (støy som er tilstede i begge input-signalene
  • Diffamps kan designes både med BJT og FET; sistnevnte brukes hvis veldig høy inngangsmotstand er påkrevet

INF 1411

differensiell forsterker forts
Differensiell forsterker (forts)
  • Virkemåte når det ene input-signalet er koblet til jord («single-ended mode»)

+VCC

SignaletvedkollektorentilQ2erikke-invertert.

SignaletvedkollektorentilQ1erinvertert.

RC1

RC2

Q1

Q2

RE

Input er i single-ended modus

Vedemitterneersignalethalvpartenav input.

-VEE

INF 1411

differensiell forsterker forts1
Differensiell forsterker (forts)
  • Når begge input er koblet til signaler, og de er ute av fase kalles det for differensiell modus

+VCC

  • Hver av output-signalene er større enn input-signalene

RC1

RC2

Q1

Q2

RE

Input uteavfase

Inputs out of phase

-VEE

INF 1411

differensiell forsterker forts2
Differensiell forsterker (forts)
  • Når begge input er koblet sammen, eller de er i fase, opererer diffampen i common-mode

+VCC

RC1

RC2

Når input-signaleneer i fase, kansellerer de hverandreog output ligger rundt 0 volt

Q1

Q2

RE

Input er i fase

-VEE

  • Hver av output-signalene er større enn input-signalene

INF 1411

implementasjon 741 type
Implementasjon (741-type)

Strømspeil

Differensiell forsterker

Spenningsnivå-

skifter

Utgangssteg

Strømspeil

Klasse A gain steg

INF 1411

negativ tilbakekobling
Negativ tilbakekobling
  • Tilbakekobling er en utbredt teknikk i bla kontrollsystemer og forsterkere for å bedre linearitet
  • Brukt på en diffamp fører negativ tilbakekobling til at de to input-signalene alltid er i fase, men forskjellen i amplitude mellom dem forsterkes opp
  • Hvis et input-signal hadde blitt koblet til jord og det andre til en ekstern kilde, ville små variasjoner ført til et stort output-signal (metning)

INF 1411

sp rsm l
Spørsmål
  • Nevn to regler som gjelder for en ideel opamp?
  • Hvilke tre deler består en opamp av?
  • Hva er fordelen med en differensiell forsterker (diffamp)?
  • Nevn grunner til at båndbredden ikke er uendelig
  • Nevn grunner til at forsterkningen A ikke kan være uendelig
  • Hvor stor input-motstand har en ideel opamp
  • Hvor stor output-motstand har en ideell opamp

INF 1411

opamp med negativ feedback
Opamp med negativ feedback
  • For å forstå virkemåten til en krets med negativ tilbakekobling brukes en inverterende forsterker::

INF 1411

inverterende forsterker forts
Inverterende forsterker (forts.)
  • Ønsker å finne utgangssignalet vout som funksjon av vin
  • Setter opp KVL for kretsen:

INF 1411

inverterende forsterker forts1
Inverterende forsterker (forts.)
  • Ved å anta at begge terminalene har samme spenning (virtuell jord) får vi at
  • Har nå to ligninger med to ukjente og dette gir:

INF 1411

inverterende forsterker forts2
Inverterende forsterker (forts.)
  • A er gitt av forholdet mellom Rf og R1:
  • Ser på oppførselen med vin=5sin(3t)mV, R1=4.7kΩ, Rf=47k Ω
  • Dette gir vout=-50sin(3t)mV

INF 1411

ikke inverterende forsterker
Ikke-inverterende forsterker
  • Hvis man ikke ønsker invertert output, kan man benytte en ikke-inverterende forsterker
  • Bruker KCL for å finne vout som funksjon av vin:

INF 1411

ikke inverterende forsterker forts
Ikke-inverterende forsterker (forts)
  • Ser på oppførselen med vin=5sin(3t)mV, R1=4.7kΩ, Rf=47k Ω
  • Dette gir vout=-55sin(3t)mV
  • Merk forskjellen i A mellom inverterende og ikke-inverterende forsterker.
  • En inverterende forsterker har A>0, mens en ikke-inverterende har A≥1

INF 1411

spenningsf lger
Spenningsfølger
  • En annen mye brukt konfigurasjon er spenningsfølgeren (buffer)
  • Spenningsfølgeren brukes blant annet for å elektrisk isolere input fra output

INF 1411

praktiske opamp er
Praktiske opamp’er
  • Ved å ta utgangspunkt i den enkle opamp-modellen kan man sette opp hvordan en fysisk opamp avviker fra en ideel

INF 1411

praktiske opamp er forts
Praktiske opamp’er (forts)
  • Denne modellene har tre parametre som klassifiserer opampen:
    • Inngangsresistansen Ri
    • Utgangsresistansen Ro
    • Forsterkningen A
  • For en fysisk opamp er Ri typisk MΩ eller større
  • Utgangsmotstanden Ro er noen få Ohm
  • Forsterkningen (open-loop, dvs opamp’en alene) er vanligvis fra 105 og større
  • Spesialiserte opamp’er kan ha helt andre verdier

INF 1411

slide23

Praktiske opamp’er (forts)

  • Fra den enkle modellen kan man utlede de to ideelle opampreglene (repetisjon):
    • Det er ingen spenningsforskjell mellom inngangsterminalene
    • Det går ingen strøm inn i inngangsterminalene
  • Utgangsspeninngen er gitt av
  • Hvis A er svært stor, vil derfor vd bli svært liten, siden voutikke kan være høyere enn spenningsforsyningen

INF 1411

slide24

Praktiske opamp’er (forts)

  • Hvis utgangsmotstanden Ro er større enn 0, vil output-spenningen voutsynke når utgangsstrømmen iout øker
  • En ideell opamp bør derfor ha Ro =0
  • I praktiske kretser er det viktig at utgangsmotstanden i forhold til lastmotstanden er så liten som mulig slik at det ikke blir spenningsfall som i sin tur er for mye avhengig av utgangsstrømmen

INF 1411

common mode rejection
Common-mode rejection
  • Utgangsspenningen er proporsjonalt avhengig av spenningsforskjellen mellom inngangsterminalene
  • I en ideell opamp’en vil en felles spenningskomponent ikke påvirke utgangssignalet:
  • I en fysisk opamp vil en felles spenningskomponent påvirke utgangssignalet
  • Common-mode forsterkning (gain) er definert som

der voCM er utgangsspenningen når inngangen er v1=v2=vCM

INF 1411

common mode rejection1
Common-mode rejection
  • Common-mode rejection ratio CMRR er definert som forholdet mellom gain i differensiell og common modi
  • CMRR oppgis ofte på decibelskala (logaritmisk)
  • I decibel vil en dobling av CMRR innebære en økning på 6

INF 1411

metning saturation
Metning (saturation)
  • Metning er et ikke-lineært fenomen som opptrer når økning av inngangsspenningen ikke lenger gir økning i utgangsspenningen
  • Utgangsspenningen fra en opamp kan aldri overstige forsynings-spenningen (forsterkningen er derfor i praksis begrenset)
  • Transistorene som driver utgangen i opamp’en har konstant spenningsfall som gjør at maks utgangsspenning ligger under maks forsyningsspenning

INF 1411

metning forts
Metning (forts.)
  • Når opamp’en er i metning, opererer den utenfor det lineære området.
  • Overgangen fra lineært område til metning er ikke nødvendigvis symmetrisk, dvs
  • Den positive og negative metningsspenningen er heller ikke alltid like, dvs

INF 1411

input offset spenning
Input offset-spenning
  • Hvis inngangsterminalene er koblet sammen vil vd=0, og dermed vout=0, hvis opamp’en er ideell
  • I praksis vil imidlertid vout ≠ 0 når vd=0
  • Denne effekten kalles for input offset spenning
  • Opamp’er er utstyrt med to ekstra terminaler slik at offset spenningen kan justeres til 0

INF 1411

slew rate
Slew rate
  • Slew rate er et mål på hvor raskt utgangssignalet klarer å endre seg når inngangssignalet endrer seg
  • Slew rate måles i volt per sekund på utgangen
  • Ulike opamp’er har ulike slew rates
  • Opamp’er som har høy maksimal output-spenning vil typisk ha lav slew-rate
  • Slew rate vil bestemme hva som er opamp’ens båndbredde, dvs anvendelige frekvensområde

INF 1411

sp rsm l1
Spørsmål
  • Hva menes med common mode?
  • Hva menes med differensiell mode?
  • Hva menes med CMRR?
  • Hva menes med slew rate?
  • Hva menes med metning?
  • Hva er mulige årsaker til slew rate?
  • Hvis opamp’en ikke er i metning, hvilket område opererer den i da?

INF 1411

ad