WZMACNIACZ RÓŻNICOWY

Schemat i omówienie WR 2-wej, 2-wyj.

Jeśli sygnały wejściowe i wyjściowe przyjmiemy jako zmiany napięć w stosunku do pewnego napięcia odniesienia i przyjmiemy założenia o pracy małosygnałowej, to WR możemy traktować jako układ liniowy. Korzystając z zasady superpozycji, otrzymujemy zależności:

ΔU_c1=A₁ΔU₁+A₂ΔU₂

ΔU_c2=A₃ΔU₁+A₄ΔU₂

Gdzie A_n to pewne transmitancje napięciowe WR.

Wzmacniacz różnicowym jedno-wej, jedno-wyj.

ΔU_c1=A₁ΔU₁+A₂ΔU₂

ΔU_c2=A₃ΔU₁+A₄ΔU₂

A₁=

γ₁=

R_AB=R_E||r_we2

r_we2=r_weOB≈

Zauważmy, że wartość rezystancji wejściowej układu OB jest stosunkowo mała I przy przyjmowanych praktyczne wartości R_E rezystancja R_AB przyjmuje wartość r_we2. Uwzględniając efekt multiplikacji rezystancji R_AB na wejściu tranzystora T₁ oraz zakładając identyczność tranzystorów WR:

γ₁≈

Zatem wzrost R_E powoduje, że γ dąży do wartości 0,5. Napięcie wejściowe dzieli się więc w przybliżeniu po połowie między złącze baza emiter tranzystora T₁ i zaciski AB.

ΔU_s1=(1- γ₁)ΔU₁

ΔU_c1=-(1- γ₁)ΔU₁|G_u1|

gdzie |G_u1| jest wzmocnieniem sekcji wzmacniacza z tranzystorem T₁ bez sprzężenia zwrotnego.

A₁=-(1- γ₁)|G_u1|

Jest to jedna z podstawowych zalet WR. Nawet przy bardzo dużych wartościach R_E wzmocnienie WR jest tylko o połowę mniejsze od wzmocnienia wzmacniacza RC (nieprzydatnego do wzmacniania przebiegów wolnozmiennych).

Zdefiniować zakres liniowy WR i omówić możliwości jego korygowania.

Wzmacniacz różnicowy możemy traktować jako liniowy dla unormowanego napięcia wejściowego równego ± 1,5, co dla przebiegu sinusoidalnego (U_T=26mV) odpowiada amplitudzie około 40mV. Ten zakres można zwiększyć, stosując lokalne sprzężenie zwrotne.

Nachylenie charakterystyk w zakresie liniowym dla obu przypadków (ze i bez sprzężenia zwrotnego) poszerza zakres liniowy kosztem wzmocnienia.

WZMACNIACZ OPERACYJNY

5.3.1Podstawowe własności WO:WO jest aplikacją wzmacniacza różnicowego w złożonej strukturze wzmacniacza prądu stałego.

Ch-ki przejściowe WO:

Wzmocnienie - ∞[V/V], rez wej-∞[MΩ], rez wyj-0[Ω],f graniczne ∞[Mhz],SR-∞[V/μs],CMRR∞[dB]

SR-określa max możliwą szybkość zmian napięcia wyjściowego.

Wzmacniacz odwracający:

I₃=0, więc spadek napięcia rez wej Wo jest 0 i potencjał w węźle wej jest równy potencjałowi masy(masa pozorna), I₁₌I₂, G_uf=U_WY/U_WE=-(R_f/R₁), r_wef=R₁, Zastosowane jest sprzężenie napięciowe, więc rez wyj jest tym mniejsza im większe jest wzmocnienie. Jest bliska zero.

Wewnętrza kompensacja polega na takim zmieszeniu czestotliowsci granicznej jednego ze stopni WO, aby ten stopień decydował o jednobiegunowej transmitancji całego WO aż do f₁.WO trzystopniowa jest opisana funkcją jednobiegunową:

Wzmacniacz nieodwracający:

G_u0 jest wzmocnieniem otwartopętlowym WO.

G_uf=U_WY/U_WE=1+R_f/R₁, Układ ten umożliwia dodawanie i odejmowanie syg analogowych. Istnienie masy pozorniej pozwala określić prąd wejściowy jako: I₁=U_WE1/R₁₁+U_WE2/R₁₂, R₁₁=R₁₂, Sygnał na wyjściu jest wzmocnioną sumą sygnałów na wejściu.

Odejmowanie i dodawanie:

Do odejmowania dwóch sygnałów analogowych może służyć układy:

Rys. Sumator analogowy

Rys. Wzm. odejmujący

Pod warunkiem że do wejścia WO nie wpływa prąd, można napisać zależności:

,
Stosując zależność R₂/R₁=R₄/R₃ i G_u0 ∞ to:

,Sygnał na wyjściu jest wzmocnioną różnicą sygnałów na wejściu.

Rys. Wzmacniacz całkujący

Układ całkujący

I₁=U_we/R₁ I₂=I_C=du_wy(t)/dt

Z równości prądów otrzymujemy:

Sygnał na wyjściu jest całką sygnału wejściowego. Doprowadzając do wejścia skok napięcia, otrzymamy liniowe narastanie napięcia. Odpowiedzią na fale prostokątną będzie przebieg trójkątny. Doprowadzając sygnał sinusoidalny na wyjściu otrzymujemy sygnał kosinusoidalny o amplitudzie malejącej(20dB/dek):

Dla częst. bliskich zeru wzmocnienie wzm. osiąga wartość wzmocnienia otwartopętlowego WO. Aby tego uniknąć w praktyce wprowadza się do układu dodatkowy rezystor R_d, otrzymując f. dolnoprzepustowy.

Układ różniczkujący(analogia do całkującego)

Dla wymuszenia harmonicznego układ jest f. górnoprzepustowym

Rys. Wzmacniacz różniczkujący

Rys. Filtr dolnoprzepustowy 2-go rzędu

Filtr dolnoprzepustowy

Aby zapewnić możliwość kształtowania ch-ki częstotliwościowej filtru, zastosowano dodatnie sprzężenie zwrotne . Może to spowodować utrate stabilności więc zastosowano dodatkowe sprzężenie zwrotne.

Współczynnik tłumienia filtru:

Rys. Ch-ka f. dolnoprzepustowego 2 rzędu

W zależności od wartości współczynnika tłumienia:

-filtr niedotłumiony ξ<1

-filtr o tł. Krytycznym ξ=1

-filtr przytłumiony ξ>1

Ogniwo R₂C₂ jest f. dolnop., R₁C₁ jest f. górno.

Filtr górnoprzepustowy

Zamieniając miejscami ogniwa filtrujące, otrzymujemy dwubiegunowy f. górnoprzepustowy.

Wykres jest taki sam jak dla dolnop. ale odbity względem osi OY.

ΔU₂

ΔU₁

ΔU_C2

ΔU_C1

R_E

We₂

We₁

Wy₂

Wy₁

+E_C

R_C2

R_C1

R_e2

T₂

T₁

ΔU_s1

r_we1

B

A

γ₁ΔU₁

ΔU₂

ΔU₁

ΔU_C1

R_E

We₁

Wy₁

+E_C

R_C2

R_C1

R_e1

U_BE2

U_R

T₂

T₁

U_BE1

+E_C

R_C2

R_C1

U_WY

U_WE=U_R

20dB/dek,kompensowany

f₁ f

|K(jw.)|

U_we

U_wy

R_d

C

R

U_we

U_wy

R

C

C₁

C₂

R₁

R₂

ξ>1

ξ=1

ξ<1

|K(jω)|

20

0

-20

-40

0,1

1

10

ω/ω_n

---