ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΙ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 3 ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007
Ο Τελεστικός Ενισχυτής Ο τελεστικός ενισχυτής (op-amp αποτελεί ένα βασικό δομικό στοιχείο στη σχεδίαση αναλογικών κυκλμάτν. Η συμπεριφορά του μοντελοποιείται χρησιμοποιώντας μια εξαρτημένη πηγή Αν συνδυαστεί με αντιστάσεις, πυκντές, και επαγγικά στοιχεία, μπορεί να υλοποιήσει αρκετές χρήσιμες συναρτήσεις Ενίσχυση/Αναστροφή σήματος εισόδου Πρόσθεση/Αφαίρεση πολλών σημάτν εισόδου Διαφόριση/Ολοκλήρση (στο χρόνο σήματος εισόδου Υλοποίηση αναλογικού φίλτρου Υλοποίηση μη γραμμικών συναρτήσεν (exp, log, sqrt Απομόνση εισόδου/εξόδου -cascading ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007
Ενισχυτής εξαρτημένος από πηγή ΣΥΜΒΟΛΟ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΝΙΣΧΥΤΗ Η Vo εξαρτάται μόνο από την έισοδο (V+ -V_ Κυκλματικό μοντέλο στην γραμμική περιοχή Η σστή χρησιμοποίηση του μοντέλου αυτού μιμείται τη συμπεριφορά ενός ενισχυτή παραλείποντας την πολυπλοκότητα τν πολλών αντιστάσεν και άλλν στοιχείν ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 3
Ακροδέκτες του τελεστικού ενισχυτή 3 σήματα: είσοδοι, έξοδος IC op-amps έχουν πρόσθετα σήματα για DC τροφοδοσία Κοινού τρόπου (Common-mode σήμα Διαφορικό σήμα ( / + ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 4
Ρεύματα και Τάσεις του τελεστικού ενισχυτή Όλες οι τάσεις έχουν σαν αναφορά τον κοινό κόμβο (common node Οι κατευθύνσεις τν ρευμάτν αναφοράς είναι μέσα στον Op-amp (εξτερικός στον ενισχυτή ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 5
Μοντέλο εστερικής λειτουργίας Ορίζουμε σαν Α το διαφορικό κέρδος ή κέρδος ανοιχτού βρόγχου Ιδανικός Op-amp A i 0 0 Κέρδος common-mode 0 V cm 0 0 ( A cm A( + cm +, A d d d A cm 0 Μοντέλο κυκλώματος ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 6
Αρνητική ανάδραση Μοντέλο και ανάδραση Συνδέουμε την έξοδο στην αρνητική είσοδο Θετική ανάδραση Συνδέουμε την έξοδο στη θετική είσοδο Μοντέλο κυκλώματος ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 7
Τελεστικός ενισχυτής χρήση ανάδρασης Ένας διαφορικός ενισχυτής πολύ μεγάλου κέρδους μπορεί να λειτουργήσει γραμμικά σαν ένας τελεστικός ενισχυτής χρησιμοποιώντας αρνητική ανάδραση Αρνητική ανάδραση > σταθεροποιεί την έξοδο Ισχύει ότι: Για ( A, i 0 in (Σταθερή, πεπερασμένη και ανεξάρτητη από τις ιδιότητες ενός Op-amp V V + ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 8
Τυπικά παραδείγματα Αρνητική ανάδραση (ευστάθεια Ελεγκτής θερμοστάτη θερμοκρασίας δματίου Σύστημα διεύθυνσης αυτοκινήτου Photochromic lenses σε γυαλιά Θετική ανάδραση (αστάθεια ή ημιαστάθεια squaw μικροφώνου σε στούντιο ήχου Μηχανική ημιαστάθεια σε διακόπτες φτός Thermonuclear reaction in H-bomb ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 9
Summing point Constraint Σε περίπτση αρνητικής ανάδρασης Μικρό i «δίνει» μεγάλο 0 Η 0 συνδέεται στην ανάστροφη είσοδο για ελαχιστοποίηση της i Summing point constraint i i Κατ ουσία βραχυκύκλμα (irtual short circuit Voltage drop 0 και ρεύμα εισόδου 0 Είναι διαφορετικό από το βραχυκύκλμα (short circuit ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 0
Ιδανικός Τελεστικός Ενισχυτής Τεχνική Ανάλυση Μόνο στην περίπτση παρουσίας αρνητικής ανάδρασης Προϋπόθεση : το δυναμικό μεταξύ τν εισόδν (+ - (- 0 Προϋπόθεση : τα ρεύματα εισόδου είναι μηδενικά Ρεύματα εισόδου Διαφορά δυναμικού ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007
Ανάλυση iδανικού Τελεστικού ενισχυτή Μη-αναστρέφν Ενισχυτής Έχουμε αρνητική ανάδραση Προϋπόθεση : το δυναμικό μεταξύ τν εισόδν (+ - (- 0 Προϋπόθεση : τα ρεύματα εισόδου είναι μηδενικά KCL για ρεύματα σε δυο κλάδους V in φαίνεται εδώ in out + in out + 0 in ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007
ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 3 Μη-αναστρέφν Ενισχυτής Ιδανικός ενισχυτής τάσης + i ό ί A ό KCL i i A ό ύ έ in in in in δου αντ στασηεισ ι μβο στονκ γχου βρ ρδος κοινο κ 0 0 0 0 ( ( 0,
Ανάλυση ιδανικού Op-amp Αναστρέφν Ενισχυτής Η τάση είναι V ρεύματα για KCL V V V IN V V + V ( V 0 OUT in Αναστρέφν ενισχυτής με τάση αναφοράς OUT V ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 4
Αναστρέφν Ενισχυτής Αρνητική ανάδραση ->ναι Χρήση summing point constraint κέ ρδος κοινού βρόγχου A ι A ( 0 + i KCLστονκόμβο 0 in in 0 αντί στασηεισό δου i ( 0 i in Ιδανικήπηγήτάσης ανεξάρτητη του φορτίου αντίστασης, 0 in ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 5
Ακόλουθος τάσης ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 6
Παράδειγμα (/ Διακόπτης ανοιχτός ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 7
Παράδειγμα (/ Διακόπτης κλειστός ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 8
Τύποι ενισχυτών Ενισχυτής μίξης (summing Ενισχυτής διαφοράς (difference Ενισχυτής γέφυρας ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 9
Ενισχυτής ολοκληρτής (/3 Θέλ Ας δοκιμάσουμε το παρακάτ κύκλμα o C t idt Πρέπει με κάποιο τρόπο να μετατρέψουμε την τάση σε ρεύμα. ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 0
Ενισχυτής ολοκληρτής (/3 Χρησιμοποιώ την αντίσταση Αλλά η o πρεπει να είναι πολύ μικρή σε σύγκριση με την αλλιώς i I I H o είναι μικρή σε σχέση με την όταν: i C C C d dt d dt d dt o o o + o >> I o I μεγάλο C, μικρό o ή o C t I dt Όταν θέλ καλό ολοκληρτή πρέπει C>> ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007
Ενισχυτής ολοκληρτής (3/3 Υπάρχει καλύτερος τρόπος ~ 0V με αρνητική ανάδραση οπότε: o c o C t I dt ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007
Ενισχυτής διαφοριστής (/ Θέλ Ας δοκιμάσουμε το παρακάτ κύκλμα i C d dt I Πρέπει με κάποιο τρόπο να μετατρέψουμε το ρεύμα i σε τάση. ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 3
Ενισχυτής διαφοριστής (/ ο -i (ρεύμα σε τάση di i C dt I o C C d dt I ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 4
Μετατροπή ψηφιακού σε αναλογικό σήμα (DAC Ο DAC χρησιμοποιείται για την μετατροπή ενός ψηφιακού ηχητικού σήματος σε αναλογική τάση η οποία οδηγεί τα ηχεία S κλειστό αν LSB S κλειστό αν επόμενο bit S3 κλειστό αν επόμενο bit S4 κλειστό αν MSB 4-Bit D/A (Οι αντιστάσεις χρησιμοποιούνται ς ηλεκτρονικοί διακόπτες MSB LSB ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 5
Χαρακτηριστική ενός 4-bit DAC ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 6
Ενεργό φίλτρο Περιέχει λίγα στοιχεία Η συνάρτηση μεταφοράς δεν επηρεάζεται από τη διακύμανση τν τιμών τν επιμέρους στοιχείν Προσαρμόζεται εύκολα Απαιτεί μικρό εύρος τιμών Επιτρέπει πολλές χρήσιμες συναρτήσεις μεταφοράς ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 7
ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 8 Ενεργό φίλτρο - παράδειγμα o C j C j in ( ( ( ( 3 0 3 3 3 + 0 (3 ( / (3 κ + + Β Β H C C j C in o B in (, 3 (, ( 0, Β Β Β Η >> Η Η Το 0log H( Μειώνεται με ρυθμό 40dB/δεκάδα
ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 9 Cascaded ενεργό φίλτρο παράδειγμα (3 (3 ( /, / (3 (3 H C C C j C C j C in o in o + + + + Β Β Β Β Β Β 4 4 (, 3 3 (, ( 0, Β Β Β Β Η >> Η Η
Η διάλεξη αυτή έγινε στο πλαίσιο του ΕΠΕΑΚ ΙΙ για το μάθημα Αναλογικά Ηλεκτρονικά ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 007 30