1

Podstawy Technologii Komputerowych

Podstawy Technologii Komputerowych

dr inż. Krzysztof MURAWSKI

dr inż. Krzysztof MURAWSKI

mgr inż. Józef TURCZYN

mgr inż. Józef TURCZYN

Tel.: [phone],

Tel.: [phone],

E

E

-

-

mail

mail

:

:

[e-mail]

[e-mail]

2

Wzmacniacze różnicowe i operacyjne

Wzmacniacze różnicowe i operacyjne

© K. MURAWSKI, J. TURCZYN

3

Wzmacniacz różnicowy

Wzmacniacz różnicowy

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

T1, T2

T1, T2

-

-

powinny mieć identyczne charakterystyki;

powinny mieć identyczne charakterystyki;

-

-

im większe różnice tym gorsze parametry wzmacniacza różnicowego.

im większe różnice tym gorsze parametry wzmacniacza różnicowego.

>>

>>

Schemat

Schemat

<<

<<

1

C

R

CC

V

+

T1

T2

2

C

R

E

R

ir

U

O

U

EE

V

−

2

U

1

U

4

Wzmacniacz różnicowy

Wzmacniacz różnicowy

0

1

2

ur

m

or

r

C

i

U

U

U

k

g

U

R

U

∆

=

=

=

−

∆ − ∆

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Model

Model

małosygnałowy

małosygnałowy

dla sterowania

dla sterowania

sygnałem różnicowym

sygnałem różnicowym

<<

<<

Wzmocnienie różnicowe ( dla sygnału różnicowego):

Wzmocnienie różnicowe ( dla sygnału różnicowego):

t

t

1

U

2

U

1

C

R

T1

T2

2

C

R

1

U

O

Or

U

U

∆

A

1

C

U

∆

2

U

2

C

U

∆

5

Wzmacniacz różnicowy

Wzmacniacz różnicowy

1,2

1

2

1 2

C

m

C

us

E

E

C

m

U

g R

U

g

R

k

R

R

−

∆

−

=

=

≈

∆

+

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Model

Model

małosygnałowy

małosygnałowy

dla sterowania

dla sterowania

sygnałem wspólnym

sygnałem wspólnym

<<

<<

Wzmocnienie sumacyjne ( dla sygnału sumacyjnego):

Wzmocnienie sumacyjne ( dla sygnału sumacyjnego):

t

t

1

U

2

U

1

C

R

T1

T2

2

C

R

1

U

0

or

U

=

X

1

C

U

∆

2

U

2

C

U

∆

2

E

R

2

E

R

Y

6

Wzmacniacz różnicowy

Wzmacniacz różnicowy

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Wzm

Wzm

. różnicowy ze zmianami dla

. różnicowy ze zmianami dla

sygnału niesymetrycznego

sygnału niesymetrycznego

<<

<<

1

C

R

CC

V

+

T1

T2

2

C

R

E

R

O

U

EE

V

−

1

U

2

B

R

1

B

R

7

Wzmacniacz różnicowy

Wzmacniacz różnicowy

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Wzmacniacz różnicowy z

Wzmacniacz różnicowy z

wyjściem niesymetrycznym

wyjściem niesymetrycznym

<<

<<

CC

V

+

T1

T2

C

R

E

R

O

U

EE

V

−

1

U

2

U

8

Wzmacniacz różnicowy

Wzmacniacz różnicowy

1

2

2

2

2

ir

m

C

C

m

ir

u

C

ur

U

g R

U

g R

U

U

U

k

k

−

∆

−

=

=

=

=

∆ − ∆

2

;

E

r

us

m

u

k

CMR

g R

R

k

=

=

[ ]

{

}

;

2

60

;

0 lg

ur

us

CMRR dB

B

k
k

d

>

=

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Wzmocnienie dla wyjścia niesymetrycznego:

Wzmocnienie dla wyjścia niesymetrycznego:

Wzm

Wzm

. różnicowe i sumacyjne dla

. różnicowe i sumacyjne dla

wzm

wzm

. różnicowego na

. różnicowego na

tr

tr

. polowych:

. polowych:

;

ur

m

D

k

g R

= −

1 2

D

m

us

S

m

R g

k

R g

= −

+

Wsp

Wsp

. tłumienia sygn. sumacyjnego (

. tłumienia sygn. sumacyjnego (

Common

Common

-

-

mode

mode

rejection

rejection

ratio

ratio

)

)

9

Wzmacniacz różnicowy a operacyjny

Wzmacniacz różnicowy a operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

schemat wzmacniacza operacyjnego

schemat wzmacniacza operacyjnego

µ

µ

A741

A741

<<

<<

Wg

Wg

.

.

Texas

Texas

Instruments

Instruments

, 1992,

, 1992,

January

January

.

.

10

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Symbol ogólny, schemat zastępczy

Symbol ogólny, schemat zastępczy

(

(

najprostszy

najprostszy

) <<

) <<

Wyjście

Wyjście

Wejście nieodwracające

Wejście nieodwracające

Wejście odwracające

Wejście odwracające

K

u

id

R

O

R

d

U

O

U

2

i

U

1

i

U

u

d

K U

11

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Idealny wzmacniacz operacyjny powinien

Idealny wzmacniacz operacyjny powinien

charakteryzować się:

charakteryzować się:

™

™

nieskończenie dużym

nieskończenie dużym

wzmocnienim

wzmocnienim

napięciowym

napięciowym

przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego,

przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego,

K

K

u

u

→

→

∞

∞

;

;

™

™

nieskończenie dużą

nieskończenie dużą

rezyst

rezyst

. wejściową,

. wejściową,

R

R

we

we

→

→

∞

∞

;

;

™

™

zerową rezystancją wyjściową,

zerową rezystancją wyjściową,

Rwy

Rwy

→ 0

→ 0

;

;

™

™

nieskończenie szerokim pasmem przenoszonych

nieskończenie szerokim pasmem przenoszonych

częstotliwości,

częstotliwości,

∆

∆

f

f

→ ∞

→ ∞

;

;

™

™

pełnym zrównoważeniem, tzn.

pełnym zrównoważeniem, tzn.

U

U

wy

wy

=0

=0

↔

↔

U

U

we1

we1

=U

=U

we2

we2

;

;

™

™

brakiem dryftów temperaturowych i czasowych.

brakiem dryftów temperaturowych i czasowych.

12

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Podstawowe parametry wzmacniacza rzeczywistego:

Podstawowe parametry wzmacniacza rzeczywistego:

™

™

wzmocnienie napięciowe różnicowe

wzmocnienie napięciowe różnicowe

K

K

ur

ur

;

;

™

™

wzmocnienie napięciowe sumacyjne

wzmocnienie napięciowe sumacyjne

K

K

us

us

;

;

™

™

współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego

współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego

CMRR

CMRR

;

;

™

™

wejściowa

wejściowa

rezystancja różnicowa

rezystancja różnicowa

R

R

id

id

;

;

™

™

wejściowa

wejściowa

rezystancja sumacyjna

rezystancja sumacyjna

R

R

is

is

;

;

™

™

rezystancja wyjściowa

rezystancja wyjściowa

R

R

O

O

;

;

™

™

wejściowy prąd polaryzacji

wejściowy prąd polaryzacji

I

I

we

we

;

;

™

™

wejściowe napięcie

wejściowe napięcie

niezrównoważenia

niezrównoważenia

U

U

wen

wen

;

;

™

™

wejściowy prąd

wejściowy prąd

niezrównoważenia

niezrównoważenia

I

I

wen

wen

;

;

™

™

dryfty: temperaturowy i czasowy wejściowego

dryfty: temperaturowy i czasowy wejściowego

napięcia i prądu

napięcia i prądu

niezrównoważenia

niezrównoważenia

.

.

13

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

(

)

(

)

1

2

u

i

i

u

o

u

d

K U

U

K

U

K

U

U

U

+

−

−

=

=

−

=

U

U

d

d

–

–

różnicowe napięcie

różnicowe napięcie

wejściowe;

wejściowe;

K

K

u

u

–

–

wzm

wzm

.

.

nap

nap

.

.

wzmac

wzmac

.

.

z otwartą pętlą

z otwartą pętlą

sprz

sprz

.

.

zwrotnego

zwrotnego

→

→

∞

∞

(

(

*

*

)

)

;

;

U

U

i1,2

i1,2

–

–

napięcia wejściowe;

napięcia wejściowe;

U

U

o

o

–

–

napięcie wyjściowe;

napięcie wyjściowe;

R

R

o

o

–

–

rez. wyj.

rez. wyj.

→ ∞(*);

→ ∞(*);

R

R

id

id

–

–

wej

wej

. rez. różnicowa

. rez. różnicowa

wzm

wzm

→ ∞(*);

→ ∞(*);

(

(

*

*

)

)

–

–

we wzmacniaczu idealnym

we wzmacniaczu idealnym

id

R

O

R

d

U

O

U

2

i

U

1

i

U

u

d

K U

14

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Parametry praktyczne

Parametry praktyczne

<<

<<

Dla

Dla

µ

µ

A741

A741

:

:

Praktycznie:

Praktycznie:

(

)

(

)

1

2

u

i

i

u

o

u

d

K U

U

K

U

K

U

U

U

+

−

−

=

=

−

=

4

6

10

10

u

V

V

K





=

÷





50

50

: .

id

k

M

wejcia tr bipola

R

rne

=

Ω ÷

Ω −

1 10000

: .

M

wejcia tr polowe

÷

Ω −

70

;

50 200

O

CMR

dB

R

R

>

=

÷

Ω

4

5 10

u

K

V

V





=





i

400

id

k

R

≥

Ω

(

)

70

;

75

100

O

CMRR

R

dB

f

kHz

>

≤ Ω

<

15

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

O

U

1

2

d

i

i

U

U

U

=

−

[ ]

V

[ ]

V

CC

U

≈ +

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Wzmacniacz idealny

Wzmacniacz idealny

Wzmacniacz rzeczywisty

Wzmacniacz rzeczywisty

Ograniczenie

Ograniczenie

Ograniczenie

Ograniczenie

(

)

(

)

1

2

u

i

i

u

o

u

d

K U

U

K

U

K

U

U

U

+

−

−

=

=

−

=

EE

U

≈ −

16

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Charakterystyki wzmacniacza operacyjnego

Charakterystyki wzmacniacza operacyjnego

<<

<<

Wg

Wg

.

.

Philips

Philips

Semiconductors

Semiconductors

1994

1994

Aug

Aug

. 31

. 31

17

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Charakterystyki wzmacniacza operacyjnego

Charakterystyki wzmacniacza operacyjnego

<<

<<

Wg

Wg

.

.

Philips

Philips

Semiconductors

Semiconductors

1994

1994

Aug

Aug

. 31

. 31

18

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Charakterystyki wzmacniacza operacyjnego

Charakterystyki wzmacniacza operacyjnego

<<

<<

Wg

Wg

.

.

Philips

Philips

Semiconductors

Semiconductors

, 1994,

, 1994,

Aug

Aug

. 31.

. 31.

19

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Charakterystyki wzmacniacza operacyjnego

Charakterystyki wzmacniacza operacyjnego

<<

<<

Wg

Wg

.

.

Philips

Philips

Semiconductors

Semiconductors

, 1994,

, 1994,

Aug

Aug

. 31.

. 31.

20

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

(

)

(

)

1

2

u

i

i

u

o

u

d

K U

U

K

U

K

U

U

U

+

−

−

=

=

−

=

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Układ praktyczny, realizujący funkcję

Układ praktyczny, realizujący funkcję

?

?

<<

<<

21

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

K

u

3

R

2

R

o

U

1

I

I

U

1

R

d

U

2

I

2

1

o

uf

I

U

R

K

U

R

=

= −

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wzmacniacz odwracający

wzmacniacz odwracający

<<

<<

2

1

O

I

R

U

U

R

= −

Punkt masy pozornej

Punkt masy pozornej

22

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wzmacniacz odwracający

wzmacniacz odwracający

<<

<<

23

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

K

u

2

R

o

U

1

I

I

U

1

R

d

U

2

I

2

1

1

o

uf

I

U

R

K

U

R

=

= +

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wzmacniacz nieodwracający

wzmacniacz nieodwracający

<<

<<

2

1

O

I

I

R

U

U

U

R

=

+

Punkt masy pozornej

Punkt masy pozornej

24

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wzmacniacz nieodwracający

wzmacniacz nieodwracający

<<

<<

25

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

konwerter prąd

konwerter prąd

-

-

napięcie

napięcie

<<

<<

K

u

R

o

U

1

I

I

U

1

I

o

i

U

I R

= −

26

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

konwerter prąd

konwerter prąd

-

-

napięcie

napięcie

<<

<<

27

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

K

u

R

o

U

I

U

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wtórnik napięciowy

wtórnik napięciowy

<<

<<

O

I

U

U

≈

28

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wtórnik napięciowy

wtórnik napięciowy

<<

<<

29

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wzmacniacz sumujący

wzmacniacz sumujący

<<

<<

K

u

A

R

R

o

U

2

I

2

I

U

2

R

I

1

I

U

1

R

1

I

n

R

n

I

In

U

1

2

1

2

In

I

I

O

n

U

U

U

U

R

R

R

R





= −

+

+ +









30

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wzmacniacz sumujący

wzmacniacz sumujący

<<

<<

31

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

integrator odwracający

integrator odwracający

(

(

układ całkujący

układ całkujący

)

)

<<

<<

Układ pracuje jako integrator przy częstotliwościach:

Układ pracuje jako integrator przy częstotliwościach:

3

1

2

f

R C

π

>

Układ z kondensatorem

Układ z kondensatorem

Układ z

Układ z

obw

obw

. RC

. RC

K

u

2

R

C

o

U

1

I

I

U

1

R

2

I

K

u

2

R

3

R

o

U

I

U

1

R

C

( )

( )

( )

1

0

1

0

t

O

I

O

U t

U t dt U

R C

= −

+

∫

( )

( )

3

1

3

1

1

O

I

U

s

R

U s

R

R Cs

= −

+

32

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

integrator odwracający

integrator odwracający

(

(

układ całkujący

układ całkujący

)

)

<<

<<

33

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wzmacniacz różniczkujący

wzmacniacz różniczkujący

<<

<<

K

u

3

2

R

R

=

2

R

o

U

1

I

I

U

2

I

C

2

I

O

dU

U

R C

dt

= −

34

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

jako

jako

wzmacniacz różniczkujący

wzmacniacz różniczkujący

<<

<<

35

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Inne przykłady zastosowań wzmacniaczy operacyjnych podają

Inne przykłady zastosowań wzmacniaczy operacyjnych podają

następujące źródła literaturowe:

następujące źródła literaturowe:

Slod006b.pdf

Slod006b.pdf

–

–

Op

Op

Amps

Amps

For

For

Everyone

Everyone

,

,

Design

Design

Reference

Reference

Texas

Texas

Instruments

Instruments

, August, 2002;

, August, 2002;

AN

AN

-

-

20.pdf

20.pdf

–

–

An

An

Application

Application

Guide

Guide

for

for

Op

Op

Amps

Amps

,

,

National

National

Semiconductor

Semiconductor

Corporation , 1996.

Corporation , 1996.

AN

AN

-

-

31.pdf

31.pdf

–

–

Op

Op

Amp

Amp

Circuit

Circuit

Colleciton

Colleciton

,

,

National

National

Semiconductor

Semiconductor

Corporation , 1995.

Corporation , 1995.