docWykład nr 2
download 
Reklamacja Transkrypt
Wykład nr 2
Liniowe układy scalone Wykład 2 Wzmacniacze różnicowe i sumujące Wzmacniacze o wejściu symetrycznym ● ● ● Do wzmacniania małych sygnałów z różnych czujników, występujących na tle dużej składowej sumacyjnej (tłumionej przez wzmacniacz) Wzmacniacz różnicowy (wada – silny wpływ doboru rezystorów na wartość CMRR) Układ ulepszony - wzmacniacz pomiarowy (2 lub więcej wzmacniaczy operacyjnych) CMRR−wsp. tłumienia sygnału współbieżnegowspólnego , sumacyjnego K UR CMRR= K US K UR−wzmocnienie napięciowe składowej różnicowej K US −wzmocnienie napięciowe składowej wspólnej Wzmacniacz różnicowy (odejmujący) Wzmacniacz realizuje odejmowanie napięć wejściowych w stosunku zależnym od wartości rezystorów w układzie ● ● Analiza - patrz tablica Dokładne zrównoważenie wzmacniacza – dobór rezystorów R3 R 4 = R1 R 2 WZMOCNIENIE UO R3 R4 K= = = U 2−U 1 R1 R2 Wzmacniacz różnicowy ● Rezystancja wejściowa dla wejścia odwracającego przy U 2=0 R we= R1 R3 ● Rezystancja wejściowa dla wejścia nieodwracającego przy U 1=0 R we=R 2R 4 ● Kompensacja błędu spowodowanego wejściowymi prądami polaryzującymi R1∥R3=R2∥R4 R1 R3 R2 R 4 = R1 R3 R 2R4 Wzmacniacz różnicowy dokładność ● ● Aby uzyskać większą dokładność (rzędu 0,01%) przyjmuje się tylko 2 wartości rezystorów Wówczas wzmocnienie: UO R2 K= = U 2−U 1 R1 Dokładne zrównoważenie - przykład ● ● Zamiast rezystora R4 – potencjometr Możliwość dokładnego ustawienia zrównoważenia wzmacniacza Wzmacniacz różnicowy z regulacją wzmocnienia ● ● ● ● Regulacja jest utrudniona – wymaga zachowania symetrii rezystorów – w przeciwnym wypadku następuje pogorszenie tłumienia składowej sumacyjnej Potencjometr włączony w taki sposób, że jednocześnie wpływa na rezystancję obu gałęzi układu Regulacja nie zmienia CMRR Regulacja jest nieliniowa !!! R 2 m1 K =2 R1 m Wzmacniacz różnicowy z regulacją wzmocnienia (2) ● ● Aby uzyskać liniowość regulacji – dodatkowy wzmacniacz w pętli sprzężenia o regulowanym wzmocnieniu Wzmocnienie układu zależy liniowo od rezystancji potencjometru R2 R2 K =m R1 Wzmacniacz różnicowy z regulacją wzmocnienia (2) c.d. ● Wady: – W2 wprowadza dodatkowe napięcie niezrównoważenia wzmacniane przez W1 – W2 wprowadza dodatkowe przesunięcie fazy – co wpływa na stabilność W1 W2 Wzmacniacze pomiarowe ● ● ● Parametry prostych wzm. różnicowych na jednym WO w niektórych zastosowaniach nie spełniają stawianych wymagań Przeciwstawność wymagań dotyczących wzmocnienia i Rwe Duża Rwe – trzeba użyć rezystorów o dużych wartościach w pętli sprzężenia zwrotnego – niekorzystne ze względu na niestabilność termiczną i spadki napięć wywołane przez prądy polaryzujące. ● Ograniczenie CMRR spowodowane niesymetrią par rezystorów ● Dla tolerancji rezystorów rzędu 0.1% --> CMRR < 65 dB ● Dla układów K>1000, CMRR > 100 dB i małym dryfie napięcia i prądu niezrównoważenia – stosujemy kilka WO --> wzmacniacze pomiarowe Wzmacniacz pomiarowy 2-elementowy ● ● W1 Dzięki wykorzystaniu 2 wejść (+) uzyskuje się dużą Rwe niezależną od wartości rezystorów Przy spełnieniu warunku: W2 R4 R 1 = R3 R 2 UO R4 R4 K= =1 2 U 1 −U 2 R3 R5 Wzmacniacz pomiarowy 2-elementowy - zalety i wady ● Zalety: ● Regulacja potencjometrem R5 nie wpływa na CMRR, który zależy od doboru par rezystorów: R4, R3 oraz R2, R1. ● ● Wartości rezystorów mogą być mniejsze, łatwiej dobrać ich wartość, gdyż nie wpływają na Rwe Wady: ● ● Zależność dopuszczalnego zakresu składowej sumacyjnej sygnału wej. od wzmocnienia układu Wzmacniacz W1 wzmacnia składową sumacyjną (R1+R2) / R1 razy – może to spowodować nasycenie wzmacniacza Wzmacniacz pomiarowy 3-elementowy ● ● Wzmacniacz różnicowy poprzedzony dwoma wzmacniaczami nieodwracającymi Zakładając: R6 R7 = R 4 R5 R6 R6 R1 R2R3 U o= U 2 −U 1 = U I2 −U I1 R4 R1 R4 UO R6 R2 Zakładając R2 =R3 mamy K = = 12 U I2 −U I1 R4 R1 Wzmacniacz pomiarowy 3-elementowy - cechy ● ● ● ● ● Dobór rezystorów w stopniach wej. nie wpływa na CMRR CMRR zależy od dokładności doboru rezystorów stopnia wyj. oraz od CMRR W3 Układ projektuje się tak, by stopień wej. miał duże K, a stopień wyj. małe K – wówczas nie ma potrzeby stosowania dużych rezystorów w stopniu wyj. – co ułatwia ich dobór Wzmocnienie układu reguluje się rezystorem R1 Wzmocnienie składowej sumacyjnej sygnału W1 i W2 jest zawsze równe 1 i niezależne od wzmocnienia składowej różnicowej – zaleta !!! Wzmacniacz sumacyjny ● ● ● Realizuje dodawanie analogowe napięć ze wzmocnieniem określonym przez dobór rezystorów Analiza – patrz tablica Otrzymane napięcie wyjściowe: U1 U 2 Un U O =−R ... R1 R2 Rn Wzmacniacz sumacyjny (2) ● ● ● Jeżeli wszystkie rezystory na wejściach są równe (= R') to napięcie wyjściowe będzie równe sumie napięć wejściowych pomnożoną przez R / R' Jeżeli rezystancja w pętli sprzężenia zwrotnego R = R' to mamy układ idealnie sumujący z odwróceniem fazy Aby zmniejszyć prądy polaryzujące: Ra =R1∥R2∥...∥R n Wzmacniacz sumująco - odejmujący ● ● Napięcie wyjściowe : U O =F U 3U 4 −U 1 U 2 Otrzymujemy w wyniku połączenia wzmacniaczy różnicowego i sumującego W celu uniknięcia błędów należy pamiętać, aby rezystancje widziane między wejściem wzmacniacza a masą były jednakowe dla obu wejśc wzmacniacza
