Elektronika W Zad cz 3 

w. Ciązyński - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Część 5 Idealne wzmacniacze operacyjne w zastosowaniach liniowych

Wyjście jest prawie we wszystkich WO niesymetryczne względem masy, czyli wzmacniacz posiada tylko jeden zacisk wyjściowy (ang. output, OUT). Wzmacniacze są przeważnie zasilane dwoma napięciami, symetrycznie względem masy, chociaż możliwa jest także praca wzmacniacza przy zasilaniu z jednego źródła. Napięcia zasilające +E i -E na schematach układów są często pomijane. Ich wpływ (pod warunkiem, że leżą w znamionowym zakresie wartości) na parametr)' WO jest niewielki, wyraźnie przejawia się tylko w ten sposób, że napięcie wyjściowe wzmacniacza nie może oczywiście wyjść poza zakres wartości wyznaczony przez obwody zasilania.

NI

W poniższych rozważaniach przez napięcie różnicowe Ud oznaczamy różnicę dwu napięć wejściowych, tj. przyjmujemy: U_d =U_NI -U_u, a

przez napięcie wspólne oznaczamy wartość średnią dwu napięć wejściowych, tj. przyjmujemy:

U cm = ^^SI— ^    . Mamy więc sytuację pokazaną

2>

na rysunku W5.2, która jest równoważna rysunkowi W5.1.

Podstawowe parametry statyczne i dynamiczne WO są definiowane następująco:

1.    Wzmocnienie napięciowe różnicowe WO (ang. differential gain) to stosunek zmiany napięcia wyjściowego do wywołującej ją zmiany różnicowego napięcia wejściowego, mierzony dla małych przyrostów napięcia stałego, lub małych amplitud napięcia zmiennego.

lub    *„= —    (W5.1)

u_dm

2.    Wzmocnienie napięciowe współbieżne (wspólne) (ang. common modę gain) to stosunek zmiany napięcia wyjściowego do wywołującej ją zmiany napięcia wejściowego wspólnego, tzn. przyłożonego na połączone ze sobą obydwa wejścia (ang. common modę voliage), mierzony dla małych przyrostów napięcia stałego, lub małych amplitud napięcia zmiennego.

k

A U

Mu,

lub

k CM ~

u

om

(W5.2)

U

CM m

3. Współczynnik tłumienia sygnału wspólnego CMRR (ang. common modę rejection ratio) to stosunek wzmocnienia dla sygnału różnicowego do wzmocnienia dla sygnału wspólnego:

(W5.3)

CMRR =

CM

Współczynnik ten zwyczajowo określany jest w decybelach, czyli jako:

CMRR (clB) = 20 log

(W5.4)

CM

Jeśli w danych katalogowych wzmacniacza znajdziemy np. informację, że CMRR = 120 dB, będzie to oznaczać, że dla naszego wzmacniacza wzmocnienie sygnału różnicowego będzie milion razy większe niż wzmocnienie dla sygnału współbieżnego (wspólnego).

W Ciążynski - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Część 5: Idealne wzmacniacze operacyjne w zastosowań uch 1

Dla sytuacji z rysunku W5.2 definicje parametrów wyrażone (W5.3) dla liniowego zakresu pracy wzmacniacza (gdy obowiązuje zasada superpozycji) pozwalają napisać:

V₀=k,(U_m-U_a) + k_cu    =k _dU _d +k _CM U_cu = k_d(U_d +    (W5.5)

Ostatnia postać tego równania pozwala na stwierdzenie, że tylko dla CMRR = co napięcie wyjściowe nie zależy od napięcia wspólnego Ucm, a więc wzmacniacz jest idealnym wzmacniaczem różnicowym.

4.    Rezystancja wejściowa różnicowa Rd to rezystancja występująca pomiędzy dwoma wejściami WO, a rezystancja wejściowa wspólna Rqm (która jest zwykle o rząd większa od Rj) to rezystancja występująca pomiędzy wejściem WO, a zaciskiem masy (wspólnym potencjałem dwu źródeł zasilających). Operując pojęciem rezystancji wejściowej (różnicowej lub wspólnej) milcząco zakładamy, że odpowiednie obwody mogą być uznane za liniowe.

5.    Wobec tego że pierwszy stopień WO to zawsze symetryczny wzmacniacz różnicowy, w którym dwa tranzystory bipolarne (połowę) są w obwodzie połączonych ze sobą emiterów (źródeł) zasilane stałym prądem, bliższy rzeczywistości jest taki model, że do każdego wejścia WO wpływa pewien niewielki stały prąd, równy prądowi bazy (bramki) tranzystora. Wartość średnia dwu prądów wpływających do wejść WO (dla Ud = 0 i Ucm = 0) jest podawana w katalogach jako parametr WO zwany prądem polaryzacji wejść (ang. input bias current).

//b ⁼0.5(/_ws + /„_s)    (W5.6)

W układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, jak się za chwilę okaże wzmacniacz pracuje prawie zawsze przy Ud - 0, a od napięcia Ucm prądy polaryzacji prawie nie

zależą.

6.    Dalszą miarą jakości WO jest także wartość bezwzględna różnicy prądów wpływających do obydwu wejść WO (dla Ud - 0 i Ucm = 0), zwana wejściowym prądem niezrównoważenia (ang. input offset current):

I,o=\1_NIb-Iub\    (W5.7)

lio jest miarą niesymetrii tranzystorów wejściowego stopnia różnicowego. Np. dla stopnia na tranzystorach bipolarnych przy dokładnie pokrywających się charakterystykach Ib = KU be) i jednakowych wartościach Ii2j_e obydwu tranzystorów otrzymalibyśmy jednakowe prądy ich baz czyli //<? = 0.

7.    Wejściowy prąd niezrównoważenia wykazuje zależność od temperatury, którą dla średnich temperatur pracy możemy uważać za liniową i zdefiniować przez podanie współczynnika temperaturowego wejściowego prądu niezrównoważenia alio-

OJ,O = %    (W5.8)

A T

Wartości tego współczynnika są w katalogach podawane w [nA/K] lub [pA/K].

8.    Rezystancja wyjściowa Ro to rezystancja wewnętrzna widziana z zacisku wyjściowego WO, określająca obciążalność (maksymalną wartość prądu obciążenia) wzmacniacza.

- 11 -