Wzmacniacze operacyjne


Wzmacniacze operacyjne
Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl
Polecam dla początkujących!
Piotr Górecki
Wzmacniacze operacyjne
Powtórzenie: dzielnik napięcia
Jak to działa?
Uwe
U
I =
Jeśli pominiemy prąd płynący przez wyjście:
R2
R
Uwy
R1
Uwy = Uwe
R1 + R2
R1
1
RL = iwL
RC =
Dla prądów zmiennych pojawiają się impedancje ,
iwC
Wzmacniacz idealny (gdyby taki istniał)
Powinien:
" łatwo nastawid wzmocnienie (od 0 do 100000, a może Ą)
" mied szerokie pasmo przenoszenia (w, od DC do AC  kHz, MHz, GHz),płaska charakterystyka
w całym paśmie, przesunięcie fazowe ściśle określone (i niezależne od w)
" wejście nie powinno obciążad zródła sygnału (nie powinny płynąd prądy wejściowe) 
rezystancja wejściowa rzędu GW (najlepiej ĄW), pojemnośd wejściowa 0
" parametry wzmacniacza powinno się regulowad elektronicznie (napięciem)
" wyjście wzmacniacza powinno mied nieograniczoną wydajnośd (w całym zakresie w)
" wyjście powinno byd szybkie
" w spoczynku wzmacniacz nie powinien pobierad prądu, nie powinien generowad szumów, nie
powinien się samowzbudzad.
Zasada działania
Wzmacniacz idealny:
Wzmocnienie (gain) G = Ą
Opór wejśd różnicowych Rwe = Ą W
Na wyjściu dowolnie duży prąd
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
Wejście nieodwracające
Wyjście
Wejścia różnicowe
Wejście odwracające
VEE  Napięcie zasilające ujemne
VCC  Collector supply voltage (common-collector voltage), VEE  Emitter supply voltage
Zasada działania
Wzmacniacz idealny:
Działanie wzmacniacza operacyjnego zależy
Wzmocnienie (gain) G = Ą
głównie od zastosowanego zewnętrznego obwodu
Opór wejśd różnicowych Rwe = Ą W
sprzężenia zwrotnego (najczęściej silnego
Na wyjściu dowolnie duży prąd
ujemnego sprzężenia zwrotnego).
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
Wejście nieodwracające
Wyjście
Wejścia różnicowe
Wejście odwracające
VEE  Napięcie zasilające ujemne

+
Zasada działania
Zasilanie:
Uwy
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
VCC
+
+

Uwe

masa

VEE
+
VEE  Napięcie zasilające ujemne
W praktyce:
Dopuszczalny zakres napięd ograniczony przez wartości VEE i VCC.
Zasada działania
Zasilanie:
Uwy
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
VCC
+
+

Uwe

masa

VEE
+
VEE  Napięcie zasilające ujemne
+
Uwe

Wejście nieodwracające
Uwy
Zasada działania
Zasilanie:
Uwy
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
VCC
+
+

Uwe

masa

VEE
+
VEE  Napięcie zasilające ujemne
+

Wejście odwracające
Uwy
Uwe
Zasada działania
Zasilanie:
Uwy
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
VCC
+
+

Uwe

masa

VEE
+
VEE  Napięcie zasilające ujemne

Uwe
+
Wejście odwracające
Uwy
Zasada działania
Zasilanie:
Uwy
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
VCC 15 V
+
10 V
+

Uwe

10 mV
masa

VEE
+
-15 V
VEE  Napięcie zasilające ujemne
Zasada działania
Zasilanie:
Uwy
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
VCC 15 V
+
10 V
+

Uwe

10 mV
masa

VEE
+
-15 V
VEE  Napięcie zasilające ujemne
Wzmocnienie 1000000 razy! G=106
Typowe wzmocnienia:
3000& 1000000 razy
Zasada działania
Wejścia różnicowe:
Uwe
VCC  Napięcie zasilające dodatnie +
?
+ Uwy

+


Uwe
+ ?
Uwy
masa 

+
VEE  Napięcie zasilające ujemne
Wzmocnienie 1000000 razy! G=106
Zasada działania
Wejścia różnicowe:
Uwe
VCC  Napięcie zasilające dodatnie +
+ Uwy

+


Uwe
+
Uwy
masa 

+
VEE  Napięcie zasilające ujemne
Wzmocnienie 1000000 razy! G=106
UWAGA! Napięcia na wejściu są praktycznie jednakowe!
Różnica 1mV daje na wyjściu np. 1V  na wejściu istotna jest różnica między 5,000001 V a
5.000000 V albo 4,999999 V !
Zasada działania
Wejścia różnicowe:
Wejście odwracające i nieodwracające
VCC  Napięcie zasilające dodatnie
+
0
+
+
+



0

masa
0
 +
+
+ 

0
VEE  Napięcie zasilające ujemne
Zasada działania
Ćwiczenia:
VCC +15 V
+6 V
+
+
?
+1 V

+

0 V

-15 V
VEE
Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Zasada działania
Ćwiczenia:
VCC +15 V
-1 V
+

?
-3 V


+
0 V
+
-15 V
VEE
Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Zasada działania
Ćwiczenia:
VCC +15 V
-5 V
+

?
+2 V

+
+
0 V

-15 V
VEE
Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Zasada działania
Zasilanie:
+1,0001 V
+
?
+1,0000 V

-2,99999 V
+
?
-3,00000 V

+1,00000 V
+
?
+1,00005 V

+0,00000 V
+
?
-0,00003 V

Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Ideały i modele
VCC
RC
RO
U=GDU
Rd
DU
RC
VEE
Najprostsze zastosowania - komparator
UWAGA! Napięcia na wejściu są praktycznie jednakowe!
Różnica 1mV daje na wyjściu np. 1V  na wejściu istotna jest różnica między 5,000001 V a
5.000000 V albo 4,999999 V !
Uwe Sygnał z mikrofonu ma
+
wartości rzędu mV.
Uwy

VCC VCC
KOMPARATOR
Uwe
+
Uwy
Uwy Jeśli na jednym z wejśd jest
napięcie 0 to jest to tzw.

detektor przejścia przez 0.
VEE VEE
Bardzo trudno jest z taką dokładnością stabilizowad napięcie. Potrzebna jest tzw. pętla ujemnego
sprzężenia zwrotnego.
Najprostsze zastosowania  wtórnik napięciowy
Jak to działa?
Uwe
+
Uwy
?

Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Najprostsze zastosowania  wtórnik napięciowy
Jak to działa?
Uwe
-1,00000 V
+
Uwy +
-0,99999& V
-0,99999 V


+5,00000 V -7,00000 V
+ +
+4,99995& V -6,99993& V
+4,99995 V -6,99993 V
 
Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Wtórnik napięciowy:
Dokładnie odwzorowuje napięcie (a od czego to zależy JAK dokładnie?).
Rezystancja wejściowa bardzo duża (nie obciąża zródła sygnału).
W spoczynku pobiera mały prąd.
Najprostsze zastosowania  wtórnik napięciowy
Jak to działa?
Uwe
+
Uwy
?

R
+
Uwy
?
Uwe

Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Wzmacniacz nieodwracający
Jak to działa?
Uwy
Uwe
+
Uwy

R2
X
+ 
R2 Uwe
X
R1
R1
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
Jak to działa?
Uwy
R2 = 2kW
+ 
0 V
X
R1 = 1kW
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
Jak to działa?
0 V
0V 0V
UX = Uwe
(tzw. wirtualne zwarcie)
R2 = 2kW
+ 
0 V
X = 0V
R1 = 1kW
I = 0 A
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
Jak to działa?
Uwy
0V 0V
UX = Uwe
(tzw. wirtualne zwarcie)
R2 = 2kW
+ 
+1 V
X
+
R1 = 1kW

Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
Jak to działa?
+3V
0V 0V
UX = Uwe
+1V +3V
(tzw. wirtualne zwarcie)
R2 = 2kW
+ 
+1V
+1V
+
R1 = 1kW

I = 1 mA
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
Jak to działa?
+6V
0V 0V
UX = Uwe
+1V +3V
(tzw. wirtualne zwarcie)
+2V +6V R2 = 2kW
+ 
+2V
+2V
+
R1 = 1kW

I = 2 mA
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
Jak to działa?
-9V
0V 0V
UX = Uwe
+1V +3V
(tzw. wirtualne zwarcie)
+2V +6V R2 = 20kW
+ 
-3V
-3V

R1 = 10kW
+
I = -3 mA
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
Jak to działa?
-9V
0V 0V
UX = Uwe
+1V +3V
(tzw. wirtualne zwarcie)
+2V +6V R2 = 20kW
+ 
-3V
-3V

R1
UX = Uwy
R1 = 10kW
+
R1 + R2
I = -3 mA
Uwy R1 + R2
R2
G = = =1+ ł1
Uwe R1 R1
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
Podsumowanie:
Uwy
Wzmacniacz nieodwracający
" ma bardzo dużą rezystancję wejściową
" wzmacnia napięcia stałe i zmienne
" wirtualne zwarcie wejśd  + i  - .
R2
" wzmocnienie wynosi:
+ 
Uwy R1 + R2
R2
G = = =1+ ł1
Uwe
Uwe R1 R1
X
R1
Uwe
+
Uwy

R1
R2
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz nieodwracający
W praktyce:
-7,99969& V
R2 = 6kW
+ 
-2,00000V
-1,99992& V

R1 = 2kW
+
I = 0,99996& mA
Uwy R1 + R2
R2
G = = =1+ ł1
Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Uwe R1 R1
Wzmacniacz nieodwracający
W praktyce:
ok. +14& V
R2 = 5kW
+ 
+10V
ok. +4V

R1 = 2kW
+
I = ok. 2 mA
Uwy R1 + R2
R2
G = = =1+ ł1
Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Uwe R1 R1
Wzmacniacz odwracający
Jak to działa?
+
Uwy
Uwy

Uwe
R1 R2
R2
 +
UX = Uwe = 0
X
(tzw. wirtualne zwarcie)
R1
Uwe
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz odwracający
Jak to działa?
0V 0V
 1V +2V
+2V Uwy
R2 = 2kW
 +
UX = Uwe = 0
0 V
(tzw. wirtualne zwarcie)
R1 = 1kW
 1V I = 1 mA
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz odwracający
Jak to działa?
0V 0V
 1V +2V
+2V Uwy
R2 = 20kW
 +
UX = Uwe = 0
0 V
(tzw. wirtualne zwarcie)
R1 = 10kW
 1V I = 0,1 mA
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz odwracający
Jak to działa?
0V 0V
 1V +2V
+2V Uwy
R2 = 20kW
 +
UX = Uwe = 0
0 V
(tzw. wirtualne zwarcie)
R1 = 10kW
 1V I = 0,1 mA
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz odwracający
Jak to działa?
0V 0V
 1V +2V
-4V Uwy
+ 2V  4V
Układ odwraca biegunowośd (fazę)
R2 = 20kW
 +
UX = Uwe = 0
0 V
(tzw. wirtualne zwarcie)
R1 = 10kW
Uwy
UWe R2
= - G = -
R1 R2 R1
+2V I = 0,2 mA
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz odwracający
Podsumowanie:
Wzmacniacz nieodwracający
" rezystancja wejściowa jest równa R1
" wzmacnia (lub osłabia) napięcia stałe i zmienne
Uwy
" odwraca biegunowośd (fazę) napięcia
" zwarcie wejśd  + i  - przez  wirtualną masę .
" wzmocnienie wynosi:
R2
R2
G << Goa
G = -
ale musi byd
 +
R1
X
+
Uwy
R1

Uwe
Uwe
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Wzmacniacz odwracający
W praktyce:
R2
G = -
R1
5,99976 V Uwy
-9,9901 V Uwy
R2 = 30kW
 +
0,00006& V
R2 = 100kW
0,00000V
 +
R1 = 10kW
0,0001 & V
-20 mV I = 0,2 mA
0,00000V
R1 = 10kW
+1 V I = 0,1 mA
Wzmocnienie 100000 razy. G=105
Wzmacniacz odwracający
W praktyce:
R2
G = -
R1
20 mV 500 = 10 V ?
?
1 V 100 = 100 V ?
R2 = 500kW
?
 +
? V
R2 = 100kW
0,00000V
 +
R1 = 1kW
?V
-20mV I = ? A
0,00000V
R1 = 1kW
+1V I = ? A
Wzmocnienie 1000 razy. G=103
Wzmacniacz odwracający
W praktyce:
R2
G = -
6,6622 V !
Zbyt duże
R1
20 mV 500 = 10 V ?
wzmocnienie w
! Nasycenie!
stosunku do G!
-14 V !
1 V 100 = 100 V ?
R2 = 500kW
!
 +
6,6622 mV
R2 = 100kW
0,00000V
 +
R1 = 1kW
?V
-20mV I = ? A
0,00000V
R1 = 1kW
+1V I = ? A
Wzmocnienie 1000 razy. G=103
Układ różniczkujący
Wzmacniacz odwracający z kondensatorem
+
Uwy

R2 R2
G = - = - = -R2wC
Uwe
RC 1/wC
C
R2
Uwe = UC = -UR
Q 1 dUwe
UC = = I dt I = C

C C dt
dUwe
Uwy = IR2 = R2C
dt
Układ różniczkujący.
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Układ całkujący
Wzmacniacz odwracający z kondensatorem
+
Uwy

RC 1
G = - = -
Uwe
R1 R1wC
C
R1
Uwe = UR = IR1 = -UC = -Uwy
Q 1 1
UC = = I dt = -
we
U dt
C C CR1
1
Uwy = -
we
U dt
CR1
Układ całkujący.
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Zastosowania: filtry
Filtr dolnoprzepustowy
+
Uwy
1

wg =
R2C2
Uwe
C2
R1
R2
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Zastosowania: filtry
Filtr górnoprzepustowy
+
Uwy
1

wd =
Uwe
R1C1
R1 C1 R2
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Zastosowania: filtry
Filtr pasmowy
+
Uwy

Uwe
R1 C1
R2
1 1
wd = wg =
C2
R1C1 R2C2
G
Wzmocnienie Ą razy. G = Ą
Log w
wd wg
Parametry
Wzmacniacze operacyjne
Piotr Górecki
Parametry
Wzmacniacze operacyjne
Piotr Górecki
Parametry
Wzmacniacze operacyjne
Piotr Górecki
Parametry
Wzmacniacze operacyjne
LM358, LM324
Piotr Górecki
Parametry
Wzmacniacze operacyjne
TLC271
Zastosowania: inne
Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych:
" w układach analogowych, gdzie wykonują operacje wrytmetyczne na sygnałach:
dodawania, odejmowania, mnożenia, dzielenia, całkowania, różniczkowania, itp.
" w różnego rodzaju filtrach,
" we wzmacniaczach logarytmicznych,
" w generatorach sygnałów: prostokątnych, trójkątnych i sinusoidalnych,
" w detektorach liniowych i detektorach wartości szczytowej,
" układach próbkujących z pamięcią.
Zastosowania: inne
Konwerter prąd-napięcie
Sumator (mikser)
Piotr Górecki
Piotr Górecki
Zastosowania: inne
Wzmacniacz różnicowy
I wiele, wiele innych!
http://wazniak.mimuw.edu.pl Układy_elektroniczne_i_technika_pomiarowa4
Piotr Górecki
Przerzutnik Schmitta
Dygresja
Przerzutnik Schmitta porównuje Uwe z zadanym napięciem.
Uwy
Przerzutnik Schmitta sterowany wejściem odwracającym:
R2
 +
Uwy
Uwe
X
VCC
R1
Uwe
VEE


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wzmacniacze operacyjne Łyk historii i podstawy (372KB)
Wzmacniacz operacyjny
WYKŁAD Układy wzmacniaczy operacyjnych z elementami nieliniowymi
c09 07 Wzmacniacz operacyjny
wzmacniacze operacyjne 2
Szybki wzmacniacz operacyjny
LAB POD ELEKTRONIKI RD instrukcja wzmacniacz operacyjny
Wzmacniacze operacyjne (2)

więcej podobnych podstron