Generatori analognih funkcija

Transcript

1 Generator analognh fnkja

2 Uvod Elektronska kola kojma se realzj razlčte fnkjske zavsnost nazvaj se generatorma analognh fnkja, a često konvertorma. Pored toga, ova kola se korste mernm kolma za lnearzaj nelnearnh karakterstka mernh pretvarača, a maj prmen brojnm telekomnkaonm kolma sstemma za kompresj sgnala. Praktčno ne postoje ogrančenja pogled fnkjskh zavsnost koje se mog realzovat generatorma analognh fnkja. še sgnala je mogće sabrat, odzmat, množt konstantama l h međsobno množt delt, a mogće je ntegraljenje, dferenranje, logartmovanje, stepenovanje laznh sgnala. Za realzaj ovakvh fnkjskh zavsnost korste se nelnearne karakterstke pasvnh aktvnh elektronskh komponenata. Najpre s koršćene dode tranzstor prozveden bpolarnoj tehn, al sada se glavnom korste komponente prozvedene tehnologjama koje s kasnje razvjene. Ovde će bt reč o generatorma analognh fnkja sa bpolarnm MOS komponentama. Svakako treba mat na m da se ovakvm elektronskm kolma korste operaon pojačavač pa za njhov prezn analz se moraj zet realn parametr th pojačavača (ofset napon strje polarzaje, dferenjalno pojačanje, lazna zlazna otpornost td).

3 Uvod Pr potreb bpolarnh komponenata najčešće se korste doda tranzstor. Čnjena da je zavsnost napona na dod kao napon zmeđ baze emtora tranzstora aktvnom režm nelnearna, zapravo logartamska fnkja strje dode, odnosno kolektora omogćavaj njhov prmen generatorma fnkja. Za tranzstor koj rad aktvnom režm, kao za dod, koja se tehn ntegrsanh kola realzje spajanjem baze kolektora, može se napsat sledeća zavsnost: BE ln C S ln C gde je termčk napon, a S nverzna strja zasćenja kolektorskog kola. Ovaj zraz se može korstt opseg od oko šest dekada okoln strje od µa. Pr malm strjama nastaj greške sled zanemarvanja potpnog taja strje S, zapravo jedne prethodnom zraz. Pr velkm strjama kolektora napon baza emtor postaje lnearna fnkja, a ne logartamska fnkja strje kolektora. Pored toga, koršćenjem ovog zraza ne zmaj se obzr otpornost tela baze r B, emtora r E kolektora r C, kao n modlaja šrne baze sa promenom napona CE, odnosno Early-jev efekt. Za prezn analz generatora analognh fnkja mora bt razmatrana temperatrska zavsnost parametara tranzstora, a posebno temperatrska zavsnost termčkog napona nverzne strje zasćenja kolektorskog spoja S. S

4 Uvod Pr realzaj generatora nekh analognh fnkja mog se korstt MOS tranzstor, s obzrom da njhova strja drejna ma nelnearn zavsnost od pobdnog napona na gejt. U zavsnost od oblast rada, lnearna l oblast zasćenja, treba korstt odgovarajće zraze za strj drejna. U lnearnoj (omskoj) oblast, kada je U D <U G -U strja drejna je data zrazom: D ( U U )( U U ) ( U U ) DSS G D S D S gde s napon sorsa drejna odnos na osnov označen sa U S U D, respektvno, a sa DSS je označen zraz: W DSS µ ' pcox L Međtm, kada je sors vezan za podlog, tj. kada je U S 0 dobja se sledeć zraz za strj drejna lnearnoj oblast: D ( U U ) U U DSS G D D

5 Uvod U oblast zasćenja, kada je spnjen slov U D >U G -U, važ sledeća zavsnost: U G U D DSS a kada se zme obzr da šrna prelazne oblast na spoj drejn-osnova, koja stvar predstavlja osromašen oblast od tačke prekda kanala do drejna, nje konstantna ovaj zraz se modfkje zgleda: D U G DSS U λ ( + U ) D gde /λ odgovara Early-jevom napon kod bpolarnh tranzstora. reba napoment da s prethodnm zrazma sv napon dat odnos na osnov, odnosno U S U SB, U D U DB U G U GB.

6 Generator logartamske fnkje Generator logartamske fnkje je jedno od osnovnh nelnernh analognh elektronskh kola. ealzje se koršćenjem bpolarnh komponent, dode l tranzstora, vezanh kol negatvne povratne sprege nvertjćeg operaonog pojačavača, s obzrom na već poment njhov logartamsk zavsnost napona od strje. Osnovna šema generatora logartamske fnkje koj je realzovan koršćenjem bpolarnog tranzstora prkazana je na sl:

7 Generator logartamske fnkje Korsteć prošćen zraz za zavsnost napona BE od strje C može se napsat zraz za zlazn napon kola sa slke oblk: o C BE ln ln ( ) S o K log K S gde je koefjent K dat zrazom: K -.3 on određje prraštaj zlaznog napona za dat promen laznog napona; kolko se lazn napon promen za jedn dekad logartamsk nagb LS se može se predstavt zrazom: K LS 0 db dok K predstavlja logartamsk ofset znos: K S

8 Generator logartamske fnkje Pr projektovanj generatora logartamske fnkje otpornk treba odabrat tako da pr maksmalnom laznom napon, strja kroz taj otpornk bde manja od maksmalne kolektorske strje tranzstora pr kojoj važ logartamska zavsnost (ova strja je manja od maksmalno dozvoljene kolektorske strje tranzstora). S drge strane, vrednost otpornka određje mnmaln vrednost laznog napona, jer mnmalna strja kroz otpornk tom slčaj mora bt bar 0 pta veća od strje polarzaje operaonog pojačavača B. Pored ovoga, mnmaln vrednost laznog napona ogrančavaj termčk šmov na laz konvertora. Odnos maksmalne mnmalne vrednost laznog napona defnše dnamk sgnala na laz D, dok je dnamka sgnala na zlaz odnos maksmalne mnmalne vrednost napona na zlaz. Odnos dnamka sgnala na zlaz laz određj koefjent kompresje C sgnala. Napon zmeđ baze emtora raste skoro lnearno sa porastom kolektorske strje zbog pada napona na otpornost tela baze emtora. Efekat ove dve otpornost može se predstavt adekvatno jednm otpornkom r b kol emtora tranzstora logartamskog konvertora (redna veza otpornost emtora r E preslkane otpornost tela baze r B emtorsko kolo), koja predstavlja kpn efektvn vrednost otpornost osnove.

9 Generator logartamske fnkje Kompenzaja otpornost osnove (tela baze) Na logartamsk zavsnost zlaznog napona od laznog taj maj otpornost tela baze emtora, čja je ekvvalentna vrednost predstavljena otpornkom r b. Na sl je prkazan načn kompenzaje taja ove otpornost na prenosn karakterstk logartamskog pojačavača. rednost otpornka 3 treba odabrat tako da ona ne povećava značajno efektvn vrednost ekvvalentne otpornost r b. zlazn napon kola sa slke dat je zrazom: C 3 rb o rbc be 3 ln o Uslov za kompenzaj otpornost tela baze dat je zrazom: 3 r b

10 Generator logartamske fnkje Kompenzaja otpornost osnove (tela baze) Otpornost tela baze kod logartamskog pojačavača sa PNP tranzstorom kompenzra se prema sl: zlazn napon je ovom slčaj dat zrazom: C b be b be b o r r r Uz slov da je r b << 4 slov za kompenzaj otpornost tela baze je: 4 3 r b

11 Generator logartamske fnkje emperatrna kompenzaja logartamskog pojačavača zlazn napon logartamskog pojačavača temperatrno je zavsan, jer s S - nverzna strja kolektorskog spoja napon temperatrno zavsn. emperatrna kompenzaja logartamskog pojačavača može se zvršt tako što se za otpornk 3 l 4, zme temperatrno zavsn otpornk. S obzrom da je zlazn napon dat zrazom: + 3 ln o 4 da je 4 > 0 otpornk 4 mora mat poztvn temperatrn koefjent >0 l otpornk 3 negatvn temperatrn koefjent 3 <0

12 Generator logartamske fnkje Stablnost logartamskog pojačavača Slčaj kada se korst tranzstor sa zemljenom bazom kol povratne sprege je nepogodnj od slčaja kada se korst doda (tranzstor sa spojenom bazom kolektorom), jer je koefjent povratne sprege tom slčaj već od jedne kolo može bt nestablno: Koefjent povratne sprege ovom slčaj znos: β e g d 0 m > o rb α

13 Generator logartamske fnkje Stablnost logartamskog pojačavača Jedan od načna povećanja stablnost logartamskog pojačavača ostvarje se povećanjem zlazne otpornost operaonog pojačavača vezvanjem otpornka na zlaz operaonog pojačavača: Ubavanjem otpornka K smanjje se koefjent povratne sprege koj sada znos: β g m + r K b

14 Generator logartamske fnkje Stablnost logartamskog pojačavača Drg načn povećanja stablnost je koršćenje kondenzatora C K vezanog zmeđ nvertjćeg laza operaonog pojačavača njegovog zlaza. Na taj načn se, zbog velkog naponskog pojačanja, kondenzator C K preslkava na laz paralelno otpornk tako da koefjent povratne sprege znos: β α r sc A b + K 0 Fnkja kržnog pojačanja A(s)β(s) ma domnantn pol koj je dat zrazom: Na taj načn zvršena je kompenzaja logartamskog pojačavača domnantnm polom. ω dom C K A 0

15 Generator logartamske fnkje Stablnost logartamskog pojačavača na kraj, mog bt kombnovana oba ova načna frekvenjske kompenzaje logartamskog pojačavača, odnosno mog bt povezan otpornk K kondenzator C K :

16 Generator logartamske fnkje ntegrsan logartamsk pojačavač NESL 8048 Šema ntegrsanog logartamskog pojačavača sa odgovarajćm spoljašnjm elementma:

17 Generator logartamske fnkje ntegrsan logartamsk pojačavač NESL 8048 zlazn napon logartamskog pojačavača dat je zrazom: + 4 C log 3 EF Otporn 6 7 slže za kompenzaj ofset napona. Podešavanje se vrš tako što se kondenzator C premost otpornkom 0k potenometrom 6 podes napon na pn 7 da bde jednak nl. Zatm se klon otpornk potenometrom 7 podese jednake strje C EF ma. Potenometrom 3 podešava se željen nagb logartamskog pojačavača.

18 Generator antlogartamske fnkje Prenosna fnkja antlogartamskog (eksponenjalnog) pojačavača data je zrazom: K ( K ) 0 exp zlazn napon se može predstavt zrazom: 0 0 exp Utaj Earlyjevog efekta može se ovom slčaj zanemart, jer je napon zmeđ kolektora baze jednak nl.

19 Generator antlogartamske fnkje Utaj emtorske otpornost otpornost tela baze (zamenjene ekvvalentnom otpornošć emtorskom kol r b ) može se zanemart zborom odgovarajćeg otpornka >>r b, tada je zlazn napon: 0 be rbc be rb be

20 Generator antlogartamske fnkje emperatrna kompenzaja antlogartamskog pojačavača S obzrom da s 0 temperatrno zavsn to je zlazn napon zavsan od temperatre. emperatrna kompenzaja antlogartamskog pojačavača zvod se na načn prkazan na sl: zlazn napon ovog antlogartamskog pojačavača dat je zrazom: 0 0 exp

21 Generator antlogartamske fnkje emperatrna kompenzaja antlogartamskog pojačavača emperatrna zavsnost napona se može kompenzovat temperatrno zavsnm otpornkom 3 l 4. Još jedna šema temperatrno kompenzovanog antlogartamskog pojačavača prkazana je na sl: zlazn napon ovog antlogartamskog pojačavača dat je zrazom: 0 0 exp

22 Generator antlogartamske fnkje ntegrsan antlogartamsk pojačavač NESL8049 Na sl je prkazana šema ntegrsanog antlogartasmkog pojačavača NESL8049. Potrebno je da s tranzstor veoma blz jedan drgom kako b bl prblžno na stoj temperatr.

23 Generator sgnala množačkog tpa Ukolko se kpna emtorska strja dferenjalnog pojačavača kontrolše naponom y onda će pojačanje dferenjalnog laznog sgnala x bt zavsno od napona y. Prema tome, kolo sa slke može slžt kao analogn množač koj množ napone x y samo dva kvadranta. y be y ee x x ee ee C o e e. zadatak

24 BJ Glbertova ćelja- množač 4 kvadranta ( ) ( ) ( ) ot x x ot tanh tanh 6 5 ( ) ( ) 4 3 ot + x ot ( 6 )tanh 5 x Y EE ot tanh tanh

25 MOS Glbertova ćelja ot K ( ) X y

26 šefnkonaln generator sgnala Koršćenjem nelnearnh karakterstka tranzstora mog se dobt kola za množenje deljenje analognh sgnala. Prenosna fnkja všefnkonalnog generatora sgnala može se predstavt sledećom jednačnom: 0 y z x m Eksponent m se može podest zborom odgovarajćh otpornka vezanh zmeđ spoljašnh prkljčaka a, b.

27 šefnkonaln generator sgnala Na sl je prkazana šema ntegrsanog všefnkonalnog konvertora. Zavsnost zlaznog napona o od laznh napona x, y z može se menjat razlčtm vezvanjem spoljašnh otpornka za podešavanje eksponenta m:

28 šefnkonaln generator sgnala Ukolko s sv tranzstor kol sa slke dentčn, za ovo kolo se mog napsat sledeć zraz: x z bex bez b ln y o bey beo ln S obzrom na razlčte mogćnost povezvanja spoljašnh prkljčaka može se napsat sledeća relaja: b m Korsteć navedene zraze dobja se: m x z y o Ako s operaon pojačavač dealn, kolektorske strje svh tranzstora date s kao:. ; ; ; z z z y y y x x x o o o

29 šefnkonaln generator sgnala Zamenom ovh strja dobja se zraz za zlazn napon všefnkonalnog konvertora oblk: m x z y m y x y o o Usvajanjem o x y z zlazn napon postaje: m x z y o Eksponent m predstavlja odnos napona b, pa se za razlčte slčajeve povezvanja spoljašnh otpornka označenh na sl sa a), b) ) može dat sledećm zrazma: ) ) ) > + < + m m b m a

30 šefnkonaln generator sgnala šefnkonaln konvertor se predstavlja blok djagramom sa slke: Kontnalna promena eksponenta m može se postć vezvanjem jednog potenometra dva otpornka prema sl: U zavsnost od položaja potenometra A, napon b s: a A B B b k + ( ) a A B B k + ( ) A B A B b k k m + +

31 šefnkonaln generator sgnala rednost eksponenta m kod všefnkonalnog množača mogće je kontrolsat jednosmernm naponma E E na načn koj je prkazan na sl: b E 0 a E 0 a m b E E