Wzmacniacze z regulowanym wzmocnieniem
advertisement
Amplifier). Przyjmuj�c za kryterium podziału wzmacniaczy P sygnału, który wpływa na warto�� wzmocnienia, KURS dwie podgrupy tych wzmacniaczy: - wzmacniacze sterowane analogowo, ze wzmocnie w sposób ci�gły, zwane te� wzmacniaczami ze wz sterowanym napi�ciem - VCA (Voltage Controlled - wzmacniacze sterowane cyfrowo, nazywane wzma programowanym wzmocnieniem lub krótko wzmacnia programowalnymi - PGA (Programmable Gain Ampli Wzmacniacze VGA znajduj� szerokie zastosowanie rodzaju układach elektronicznych, We współczesnych układach elektronicznych istnieje bardzo np.: w układach automatycznej regulacji często potrzeba elektronicznej regulacji wzmocnienia (za pomocąwzmocnien nadawczych i odbiorczych, sygnału elektrycznego) w torze przetwarzania sygnału analogowego. - w torach kondycjonowania sygnałów z przetwor Wzmacniacze realizujące tę funkcję oznaczane są w literaturze pomiarowych, np. w celu dopasowania poziomu sy anglojęzycznej skrótem VGA (ang. Variable Gain Amplifier). przetwarzania przetwornika analogowo-cyfrowego - w sprz�cie audio (np. w konsolach mikserskic Trochę teorii, d�wi�ku, kompresorach dynamiki itp.), czyli jak zmienić jako modulatory amplitudy. wzmocnienie Ich stosowanie przynosi wiele korzy�ci, do któ wzmacniacza W z m oc n uproszczenie ienie torów przetwarzania sygnałów an wzmacniacza może - oszcz�dno�� miejsca (redukcja wymiarów obwod być regulowane na - uproszczenie układów zasilania, bardzo wiele sposo- zmniejszenie poboru energii. bów. W przypadku Wzmacniacze z regulowanym wzmocnieniem Przyjmując za kryterium podziału wzmacniaczy PGA postać sygnału, który wpływa na wartość wzmocnienia, można wyróżnić dwie podgrupy tych wzmacniaczy: – wzmacniacze sterowane analogowo, ze wzmocnieniem zmienianym w sposób ciągły, zwane też wzmacniaczami ze wzmocnieniem sterowanym napięciem – VCA (Voltage Controlled Amplifier), – wzmacniacze sterowane cyfrowo, nazywane wzmacniaczami z programowanym wzmocnieniem lub krótko wzmacniaczami programowalnymi – PGA (Programmable Gain Amplifier). Wzmacniacze VGA znajdują szerokie zastosowanie we wszelkiego rodzaju układach elektronicznych, np.: – w układach automatycznej regulacji wzmocnienia torów nadawczych i odbiorczych, – w torach kondycjonowania sygnałów z przetworników pomiarowych, np. w celu dopasowania poziomu sygnału do zakresu przetwarzania przetwornika analogowo–cyfrowego, – w sprzęcie audio (np. w konsolach mikserskich, syntezerach dźwięku, kompresorach dynamiki itp.), – jako modulatory amplitudy. Ich stosowanie przynosi wiele korzyści, do których należy: – uproszczenie torów przetwarzania sygnałów analogowych, – oszczędność miejsca (redukcja wymiarów obwodów drukowanych), – uproszczenie układów zasilania, – zmniejszenie poboru energii. wzmacniaczy VCA Rys. 2. VCA z wykorzystaniem rezystancji sterowanej napięciem podstawową metodą teorii, czyli jak zmieni� wzmocnienie w Troch� jest zmiana transWzmocnienie wzmacniacza mo�e by� regulowane na konduktancji elementu wzmacniają- wydajności źródła prądowego ustasposobów. W przypadku wzmacniaczy VCA podstawo cego, przez co uzyskuje się układ lającego punkt pracy wejściowej zmiana transkonduktancji elementu wzmacniaj�ce mnożący (rys. 1), w którym napięcie pary różnicowej. wyjściowe uzyskuje jest iloczynem napięcia Innym rozwiązaniem wzmacniasi� układ mno��cy (rys. 1), w którym sterującego Us i napięcia wejściowe- czy VCA jest zastosowanie rezystojest iloczynem napi�cia steruj�cego wyj�ciowe go Uwe oraz pewnego współczynnika ra (tłumika) o rezystancji sterowanej pewnego pro wej�ciowego k, zgodnieUwe z za-oraz proporcjonalności napięciem VVA współczynnika (Voltage Variable leżnością: zgodnie z zale�no�ci�: Attenuator), tak jak to zostało pokazane na rys. 2. Do roli regulowanej U wy = kU SU we rezystancji bardzo dobrze nadają się Zmieniaj�c napi�cie Us (jest to napi Zmieniając napięcie sterujące np. steruj�ce tranzystory unipolarne. Us (jest tozmienia napięcie stałe) wartościUwy wzmocnienia napi�cieOkreślenie wyj�ciowe si� zmienia (b�d�ce syg U (będąsię napięcie wyjściowe powyższych wzmacniaczy na pod- si� z wy np. harmonicznym, b�d� stałym) – zmienia ce sygnałem zmiennym np. harmoGu=Uwy/Uwe. nicznym, napi�ciowe bądź stałym) – zmienia mno��cy mo�na zbudowa� np. z zastosowani się zatem Układ wzmocnienie napięciowe Gu=Uwy/Uwe.tranzystora MOSFET. Do bramki pierwszej podawa Układ mnożący można zbudować wzmacniany, natomiast do bramki drugiej sygnał np. z zastosowaniem dwubramkowewpływaj�cy transkonduktancj� tranzystora, a go tranzystora MOSFET. Donabramwzmocnienie Innym, bardzo cz�sto stoso ki pierwszej podawany jest układu. sygnał wzmacniany, natomiast do bramki drugiej sygnał sterujący – wpływający na transkonduktancję tranzysto- Rys. 3. Wzmacniacz odwracający ra, a tym samym wzmocnienie ukła- w roli wzmacniacza PGA du. Innym, bardzo często stosowanym rozwiązaniem układu mnożącego jest zastosowanie do tego celu wzmacniacza różnicowego. Wzmocnienie jest w tym przypadku zmieniane Rys. 4. Wzmacniacz nieodwracający Rys. 1. VCA z wykorzystaniem układu mnożącego p o p r z e z z m i a n ę w roli wzmacniacza PGA Elektronika Praktyczna 3/2008 89 ustalaj�cego punkt pracy wej�ciowej pary ró�nicowej. rozwi�zaniem układuwzmacniaczy mno��cego jest zastosowanie do tego celu VCA jest zastosowanie rezystora Innym rozwi�zaniem układzie Wzmocnienie jest w tym wzmacniacza ró�nicowego.sterowanej VVA przypadku (Voltage nieodwracaj� (tłumika) o rezystancji napi�ciem jest bardzo wej�ciowa �ródła pr�dowego zmienianeAttenuator), poprzez zmian� Variable tak wydajno�ci jak to zostało pokazane na rys. 2. KURS od tech (w zale�no�ci punkt pracy wej�ciowej pary ró�nicowej. ustalaj�cego Do roli regulowanej rezystancji bardzo dobrze nadaj� si� np. operacyjnego). wzmacniaczy VCA jest zastosowanie rezystora Nale�y Innym rozwi�zaniem tranzystory unipolarne. tego układu kryje w s VVA (Voltage (tłumika) owarto�ci rezystancji sterowanej napi�ciem wzmocnienia powy�szych wzmacniaczy na Okre�lenie stawie znajomości wartości napięcia wzmacniacz ten je�li Variable Attenuator), tak jak napi�cia to zostało pokazane na rys. 2. sygnału zmieniaj�cego podstawie znajomo�ci warto�ci sygnału zmieniającego wzmocnienie rozwi�zaniem układu mno��cego jest zastosowanie do tego celu (poprzedza steruj�cym Do po roli regulowanej rezystancji bardzo dobrze nadaj� si� np. Uzdjęwzmocnienie po uprzednim zdj�ciu Us jest możliwe uprzednim s jest mo�liwe Wzmocnienie jest w tym przypadku wzmacniacza ró�nicowego. kondensator sprz�gaj� ciu charakterystyki przejściowej:unipolarne. tranzystory charakterystyki przej�ciowej: zmieniane poprzez zmian� wydajno�ci �ródła pr�dowego polaryzuj�cego stopie warto�ci wzmocnienia powy�szych wzmacniaczy na GOkre�lenie u = f (U S ) punkt pracy wej�ciowej pary ró�nicowej. ustalaj�cego wej�cia nieodwracaj�c napi�cia sygnału znajomo�ci ZInnym charakterystyki tej można okreZpodstawie charakterystyki tej warto�ci mo�naVCA okre�li� zakres orazzmieniaj�cego czuło�� wzmacniaczy jest zastosowanie rezystora rozwi�zaniem podł�czaj�c mi�dzy we Us jest mo�liwe wzmocnienie po uprzednim zdj�ciu ślić zakresregulacji oraz czułość wzmocnienia. regulacji W przypadku stosowania gotowych, (tłumika) o rezystancji sterowanej napi�ciem VVA (Voltage wtedy podstawow� zale wzmocnienia.charakterystyki W przypadku stosowa- przej�ciowej: wzmacniaczy, producenci scalonych rozwi�za� Variable Attenuator), taktego jak typu to zostało pokazane na rys. 2. nia gotowych, scalonych rozwiązań wej�ciow� rezystancj� G = f ( U ) u S takie charakterystyki w notach katalogowych. zamieszczaj� Rys. 7. Wzmacniacz PGA w układzie tego Do typuroli wzmacniaczy, producenci rezystancji bardzo dobrze nadaj� si� np. regulowanej uzyska� wzmocnie� mni Rys. 5. Zmodyfikowany wzmacniacz odwracającym zamieszczają charakterystyki Z takie charakterystyki tej mo�na okre�li� zakres oraz czuło�� Wzmacniacze PGA buduje si� najcz��ciej z wykorzystaniem tranzystory unipolarne. wynosi: odwracający jako wzmacniacz stosowania PGA w notach katalogowych. regulacji wzmocnienia. W pracuj�cych przypadku wzmacniaczy operacyjnych w wzmacniaczy układziegotowych, wzmacniacza warto�ci wzmocnienia powy�szych na R Okre�lenie Wzmacniacze PGA buduje się tego typu wzmacniaczy, producenci scalonych rozwi�za� odwracaj�cego (rys. 3), b�d� nieodwracaj�cego (rys. G =4). 1+ 2 warto�ci napi�cia sygnału zmieniaj�cego podstawie znajomo�ci u Wadę, związaną z małą (w praknajczęściej z wykorzystaniem wzmacR1 takie wzdj�ciu notachnakatalogowych. zamieszczaj� Warto�� wzmocnienia wzmacniacza pokazanego rys. 3 jest U wzmocnienie po uprzednim niaczy operacyjnych pracujących tyce)charakterystyki rezystancją wejściową wzmacs jest mo�liwe Dlatego ten (w niacza 3, najcz��ciej możnaelektronikowi) wyelimino-z wykorzystaniem w układzie wzmacniacza (dobrze odwracaDlatego układ ten (wukład przeciwieńWzmacniacze PGA buduje si� okre�lona znan�z rys. ka�demu zale�no�ci�: charakterystyki przej�ciowej: jącego (rys. wzmacniaczy 3), bądź nieodwracająwać stosując wzmacniacz w ukłastwie do wzmacniacza odwracająceodwracaj�cego) nie mo operacyjnych pracuj�cych w układzie wzmacniacza R UWartość u = f4). S )− 2 wzmocnienia cego G(rys. dzie nieodwracającym (rys. 4), go) nie może pełnić roli regulowaG(odwracaj�cego = u (rys. 3), b�d� nieodwracaj�cego (rys. 4). R1 nego czuło�� tłumika. wzmacniacza pokazanego na rys.tej 3 którego wejściowa jestoraz Z charakterystyki mo�na rezystancja okre�li� zakres Przykładowe realizacj Warto�� wzmocnienia wzmacniacza pokazanego na rys. 3 jest jest regulacji określona (dobrze znaną każde- bardzo duża –wzmacniacza rzędu megaomów, wzmocnienia. Wtakiego przypadku stosowania gotowych, Zmian� wzmocnienia mo�na wi�cIstnieje uzyska� wiele gotowy okre�lona (dobrzea nawet znan� ka�demu elektronikowi) zale�no�ci�: Przykładowe realizacje mu elektronikowi) zależnością: gigaomów (w zależności od tego typurezystancji wzmacniaczy, producenci scalonych rozwi�za� poprzez zmian� warto�ci rezystora R2 lub R1. Nale�y wzmacniaczy VGA technologii wykonania wzmacniacza układów scalonych, je R takie charakterystyki notach zamieszczaj� jednak o operacyjnego). tym, �e warto�� rezystancji rezystora R1 rozwiąIstnieje wiele gotowych Należyw jednak miećkatalogowych. Gu = − 2pami�ta� ich działania poka�� R1 PGA wzmacniaczy VGA w postaci uwadze to, że stosowanie tego zań Wzmacniacze budujenasi� najcz��ciej z wykorzystaniem decyduje o warto�ci rezystancji wej�ciowej całego wzmacniacza. wzmacniacza Zmianę wzmocnienia takiego układów scalonych, jednak wwykonaneg celu układu kryje w sobie pewne niebezZmian� wzmocnienia takiego wzmacniacza mo�na wi�c uzyska� wzmacniaczy operacyjnych pracuj�cych w�eukładzie wzmacniacza Mankamentem tego układu jest to, trudno jest jednocze�nie Wzmacniacz tenich(VCA) pieczeństwo – otóż, jeśli wzmac- lepszego zobrazowania wzmacniacza można więc uzyskać zasady odwracaj�cego (rys.warto�ci 3), b�d� nieodwracaj�cego (rys. poprzez warto�ci rezystancji rezystora lub przykładową R1. Nale�y zapewni� du�� wzmocnienia przy du�ej 2pokażę niacz ten jest sprzężony napi�ciowego pojempoprzez zmianę wartości zmian� rezystancji działaniaR4). realiwzmacniacza ró�nicowe Warto�� wzmocnienia wzmacniacza pokazanego na rys. 3 jest jednak pami�ta� o tym, �e warto�� rezystancji rezystora R rezystancji wej�ciowej. Stosuj�c np. du�e warto�ci 1 lub R . Należy jednak nościowo ze stopniem sterującym zację takiego wzmacniacza wykonarezystora Rwarto�ci 2 1 zale�y od wydajno�ci pamiętać o rezystancji tym, że wartość nego w postaciwzmacniacza. dyskretnej (rys. 6). (poprzedzającym), tomegaomów) nie będzie pogarszamy decyduje orezystanwarto�ci rezystancji wej�ciowej całego okre�lona (dobrze znan� ka�demu elektronikowi) zale�no�ci�: rezystora R2 (rz�du własno�ci wykorzystaniem R1 decyduje o wartości cji rezystora Wzmacniacz ten (VCA) został zbu-tranzy działał, gdyżjest kondensator sprzęgająMankamentem tego układu to, �e trudno jest jednocze�nie szumowe wzmacniacza, ponadto mo�e to by� przyczyn� zwi�kszenia R2 przyło�onego do bazy rezystancji wejściowej całego wzmac- cy blokuje drogę dla prądu stałego, dowany z wykorzystaniem wzmacGu = −wej�ciowego zapewni� du�� warto�ci wzmocnienia napi�ciowego przy du�ej napi�cia niezrównowa�enia orazniacza ograniczenia pasma R1 niacza. Mankamentem tego układu różnicowego. Wzmocnienie polaryzującego stopień wejściowy wzmocnienia napi�ciow warto�ci rezystancji wej�ciowej. Stosuj�c np.różnicowej du�e warto�ci wyst�powania stałych czasowych o du�ych jest to, że poprzez trudno jest mo�liwo�� jednocześnie pary od wzmacniacza operacyjnego dla wej7 V (Q1, do Q3) –2 zależy V uzyskuje Zmian� wzmocnienia takiego wzmacniacza mo�na wi�c uzyska� ścia nieodwracającego „+”. Można zapewnić dużą wartość wzmocnienia wydajności źródła prądowego (zburezystancji rezystora R (rz�du megaomów) pogarszamy własno�ci warto�ciach w obwodzie sprz��enia zwrotnego wzmacniacza 2 wzmocnienia napi�ciow poprzezprzy zmian� warto�ci rezystora R Nale�y 2 lub R dowanego z1. wykorzystaniem tranten rezystancji problem ominąć podłączając napięciowego dużej wartości szumowe wzmacniacza, ponadto mo�e to zby� przyczyn� zwi�kszenia rezystancj� wraz pojemno�ciami tworzonych przez t� czuło�ci� regulacji w jednak pami�ta� o np. tym,między �e warto�� rezystancji zystora Q2). ImR1większa wartości wejście „+” a masę rezy- rezystora rezystancji wejściowej. Stosując wej�ciowego napi�cia niezrównowa�enia ograniczenia pasma paso�ytniczymi. W stor, sukurs przychodzi namoraz drobna modyfikacja U przyłożonego do bazy ale tracimy wtedy podstawonapięcia dużedecyduje wartości rezystancji rezystora o warto�ci rezystancji wej�ciowej całego wzmacniacza. Ssteruj�cego. Warto�ci poprzezpokazana mo�liwo�� stałych napi�ciowe czasowych ojest du�ych układu nawąwyst�powania rys. Wzmocnienie tym jest R 2 (rzędu megaomów) pogarszamy zaletę 5. tego tranzystora Q2, tymw większa zastosowania dodatkow Mankamentem tego układu jest to,wzmacniacza, �e trudnoczyli jest jednocze�nie własności przypadku szumowe wzmacniacza, dużązale�no�ci�: rezystancję wejściową. zwrotnego Ponadto wartość wzmocnienia napięciowewarto�ciach w obwodzie sprz��enia wzmacniacza okre�lone Wzmacniacze PGA najwy zapewni� warto�ciw wzmocnienia napi�ciowego go przy układu.du�ej Przy zmianach napięponadto może todu�� być przyczyną układzie tym nie można uzyskać rezystancj� wraz z pojemno�ciami tworzonych przez t� R2 � Rnapięcia R4 � wej�ciowej. wzmacniaczy operacyjn warto�ci rezystancji Stosuj�c np. du�e warto�ci 4 U od –7 V do –2 V uzyskuje cia zwiększenia wejściowego wzmocnień mniejszych od 1, gdyż S � + Gpaso�ytniczymi. + �� W sukurs przychodzi nam drobna modyfikacja u = − oraz�1ograniczenia się w przybliżeniu liniową zmianę niezrównoważenia wzmocnienie napięciowe wynosi: (rys. 7) lub nieodwra rezystancji R2 (rz�du megaomów) pogarszamy własno�ci R1 �rezystora R2 R3 � na układu pokazana rys. 5. Wzmocnienie napi�ciowe jest w napięciowetym wzmocnienia pasma poprzez możliwość występoukładzie odwracaj�cym szumowe wzmacniacza, ponadto mo�e to by� przyczyn� zwi�kszenia Analizuj�c powy�sz� zale�no�� wida�, �e stosuj�c niezbyt wania stałych czasowych ookre�lone dużych go w granicachdu�e od 9 V/V zale�no�ci�: przypadku (S1...S4), dzi�ki cze wej�ciowego napi�cia niezrównowa�enia oraz ograniczenia pasma domo�na 39 V/V, z czułością wartościachwarto�ci w obwodzie rezystancji sprzężenia w p�tli sprz��enia zwrotnego � � R R R zgodnie z napi�ciowe poprzez wyst�powania stałych czasowych o du�ych 4 regulacji wynoszącą ok. zwrotnego wzmacniacza �� warto�ci wzmocnienia, przy jednoczesnym uzyska� Gu =mo�liwo�� − 2 ��du�e 1tworzonych + 4+ 6 V / V nRa 1 V z m i a przez tą rezystancję wraz zRpojemwarto�ciach w obwodzie sprz��enia zwrotnego wzmacniacza R R 1 � 2du�ej 3 � rezystancji wej�ciowej. zapewnieniu nościami pasożytniczymi. W sukurs ny = − f (8sterującego. S1 + 4S 2 + 2 S 3 + S Gu napięcia rezystancj� wraz z pojemno�ciami tworzonych przez t� Analizuj�c powy�sz� zale�no�� wida�, �e stosuj�c niezbyt du�eoczyzwi�zan� R byłyby przychodzi Wad�, nam drobna modyfikacjaz mał� (w praktyce) rezystancj� wej�ciow� Wartości te paso�ytniczymi. W sukurs przychodzi nam drobna modyfikacja p�tliwyeliminowa� sprz��enia zwrotnego mo�na warto�ci mniejsze, bezw zaukładu pokazana na rys. 5.rezystancji Wzmocwzmacniacza z rys. 3, wmo�na stosuj�cwiście wzmacniacz kl gdzie Si=1 oznacza układu pokazana rys. 5. Wzmocnienie jest w tym nienie napięciowe jest wdu�e tymna przystosowania dodatkowego warto�ci wzmocnienia,napi�ciowe przy jednoczesnym uzyska� wył�czony (rozwarty) padku określone zależnością: wzmacniacza U1. zale�no�ci�: przypadku okre�lone rezystancji wej�ciowej. zapewnieniu du�ej natomiast rez Wzmacniacze warto�� PGA naj� � zwi�zan� z mał� (w praktyce) rezystancj� wej�ciow� Wad�, R R R 1 wygodniej jest budować 2 �1 + 4 + 4 � Gu = − wzmacniacza =− w wewzmacniacz zRzastosowaniem wzmacR1 �� R2 R3 �� z rys. 3, mo�na wyeliminowa� stosuj�c 8 4 2 niaczy operacyjnych S1 + S 2 pra+ S3 + S Analizuj�c powy�sz� du�e R R od- R Analizując powyższą zależność zale�no�� wida�, �e stosuj�c niezbyt cujących w układzie widać, że stosując niezbyt duże w p�tli sprz��enia zwrotnego mo�na wracającym (rys. 7) lub warto�ci rezystancji wartości rezystancji w pętli sprzężedu�e warto�ci wzmocnienia, przy jednoczesnym nieodwracającym (rys. 8). uzyska� nia zwrotnego można uzyskać duże We wzmacniaczu PGA rezystancji wej�ciowej. zapewnieniu wartości wzmocnienia, du�ej przy jednow układzie odwracającym zwi�zan� z rezymał� Rys. (w 6.praktyce) rezystancj� wej�ciow� Wad�, Wzmacniacz VCA zbudowany z wykorzyczesnym zapewnieniu dużej zostały wykorzystane 4 różnicowego (Gu=9...39 V/V) stancji wejściowej. klucze analogowe (S1... wzmacniacza z rys. 3, staniem mo�nawzmacniacza wyeliminowa� stosuj�c wzmacniacz w 90 Elektronika Praktyczna 3/2008 układów scalonych, jednak w celu lepszego zobrazowania zasady ich działania poka�� przykładow� realizacj� takiego ich działaniawykonanego poka�� przykładow� wzmacniacza w postaci realizacj� dyskretnej takiego (rys. 6). wzmacniacza wykonanego w postaci dyskretnej (rys. 6). Wzmacniacz ten (VCA) został zbudowany z wykorzystaniem Wzmacniacz (VCA) został zbudowany pary z wykorzystaniem wzmacniaczaten ró�nicowego. Wzmocnienie ró�nicowej (Q1, Q3) KURS wzmacniacza ró�nicowego. Wzmocnienie ró�nicowejz (Q1, zale�y od wydajno�ci �ródła pr�dowegopary (zbudowanego Dla Q3) Rf=R mamy zale�y od wydajno�ci �ródła Q2). pr�dowego (zbudowanego wykorzystaniem tranzystora Im wi�ksza warto�ciz napi�cia Gu = −(8S1U+S 4S 2 + 2 S 3 + S 4 ) wykorzystaniem Q2). ImQ2, wi�ksza warto�ci napi�cia US przyło�onego dotranzystora bazy tranzystora tym wi�ksza jest warto�� czyli zmie przyło�onego do bazy tranzystora wi�kszanapi�cia jest warto�� wzmocnienia napi�ciowego układu. Q2, Przytym zmianach US odwzmocnienie – S kluczu i wył�czonych wzmocnienia Przy zmianach 7 V do –2 V napi�ciowego uzyskuje si� układu. w przybli�eniu liniow�napi�cia zmian� US od –4 wł�czonych wszystkich 7wzmocnienia V do –2 V uzyskuje si� ww przybli�eniu napi�ciowego granicach od liniow� 9 V/V dozmian� 39 V/V, z (kroki z dyskretyzacj� wzmocnienia napi�ciowego w granicach od 9naV/V 39 V/V, z czuło�ci� regulacji wynosz�c� ok. 6 V/V 1 Vdozmiany napi�cia oc praktycznego nale�y czuło�ci� regulacji wynosz�c� ok.oczywi�cie 6 V/V na 1mniejsze, V zmiany bez napi�cia steruj�cego. Warto�ci te byłyby rezystancj� kluczy w s steruj�cego. te byłyby oczywi�cie mniejsze, bez zastosowania Warto�ci dodatkowego wzmacniacza U1. Rys. 8. Wzmacniacz PGA w układzie nieodnawet warto�� kilkuset zastosowania dodatkowego wzmacniacza U1. z zastosowaniem Wzmacniacze PGA najwygodniej jest budowa� wracającym (o wzmocnieniach Gu=1, 2, 4 dosy� małych warto�cia Wzmacniacze PGA najwygodniej jest budowa� z zastosowaniem wzmacniaczy operacyjnych w układzie odwracaj�cym i 8 [V/V] – przy włączonym w danej chwili pracuj�cych warto�� wzmocnienia na wzmacniaczy pracuj�cych w układzie odwracaj�cym (rys. 7) kluczu) luboperacyjnych nieodwracaj�cym (rys. 8). We wzmacniaczu PGA w tylko jednym Wzmacniacz PGA w układ (rys. 7) lub nieodwracaj�cym 8). We wzmacniaczu PGA w zostały(rys. wykorzystane 4 klucze analogowe układzie odwracaj�cym zapewnia (przy zastoso S4), dzięki czemu układ ten pozwapokazan a zostały wykorzystane 4 kluczewzmocnienia analogowe układzie odwracaj�cym czemu układ ten pozwala uzyska� (S1...S4), dzi�ki la uzyskać wzmocnienia napięciowe na rys. 9. układzie z rys. 7) mni układ ten pozwala uzyska� wzmocnienia (S1...S4), dzi�ki zgodnieczemu z zale�no�ci�: napi�ciowe Bity słowa wyrażone zależnością: dodatkowo, gdy wszystk zgodnie z zale�no�ci�: napi�ciowe ustalające- Rys. 9. Schemat ideowy wzmacniacza PGA z 4–bitowym, sterująRf pracuje z otwart� p�tl Gu = − R (8S1 + 4S 2 + 2 S 3 + S 4 ) go wartość cym interfejsem równoległym f R jest po��dane, gdy� w (8S1 + 4S 2 + 2S3 + S 4 ) wzmocnieGu = − RSioznacza klucz włączony są przekazywane gdzie Si=1 =1 oznacza klucz nia wł�czony (zwarty), a Si=0 klucz gdzie komparator, doprowadza S i=0(rozwarty) klucz wyłączony (zwarty), Sai=1 do tego wzmacniaoznacza klucz wł�czony (zwarty), a Si=0 klucz gdzie wył�czony – dla i=1...4, wyj�ciowego do granic i=1...4, (rozwarty) – dla(rozwarty) cza i=1...4, w sposób równowył�czony – dla wynosi R natomiast warto�� rezystancji wej�ciowej we Przykładowa realizacja natomiast wartość rezystancji wej- legły (poprzez złącze Rwe wynosi natomiast warto�� rezystancji wej�ciowej 1 pokazana na rys. 9. Bi ściowej Rwe wynosi: J1) i mają poziomy Rwe = − zgodne z logiką TTL. 1 wzmocnienia s� przekaz Rwe = − S1 8 + S 2 4 + S 3 2 + S 4 1 Wartości rezystan8 4 2 1 równoległy (poprzez zł S1 R + S 2 R + S 3 R + S 4 R cji rezystorów R1... TTL. Warto�ci rezystan R R R R R7 zostały dobrane tak, aby zapewni� =R mamy wewnętrzna mnożącego mo�l Dla RR tak, aby zapewnić Rys. 10. Uproszczona struktura Dla f f=R mamy możliwie dużą re- przetwornika cyfrowo–analogowego dla tego wzmacniacza w Gu = −(8S1 + 4S 2 + 2 S 3 + S 4 ) zystancję wejściową jednocze�nie niezbyt d czyli wzmocnienie zmienia sięzmienia od (którasi� dla od tego Gwzmacniacza wyczyli wzmocnienie wł�czonym u=–1 V/V (przy (z powodów, które omaw G ukluczu =–1 V/V (przy włączonym kluR =25...200 kV przy jednonosi we S4 i wył�czonych pozostałych) do Gu=–15 V/V (przy kluczy analogowych zos czu S4 i wyłączonych pozostałych) cześnie niezbyt dużej wartości rewszystkich i przyjmuje 15 warto�ci (24–1) G u=–15 V/V (przy włączonych kluczach) dowł�czonych zystancji rezystora Rf (z powodów, Philips, którego rezys (krokiem) 1 V/V.były Przy budowie układu z dyskretyzacj� wszystkich kluczach) i przyjmuje 15 któreco omawiane wcześniej). zasilaniu napi�ciem VCC (krowartości (24–1) z dyskretyzacją W roli sterowanych oczywi�cie wzi��kluczy pod analogouwag� niezerow� praktycznego nale�y RON=35 ���. kiem) co 1 V/V. Przy kluczy budowie ukławych został wykorzystany która układ U1mo�e osi�ga� w stanie wł�czenia, rezystancj� Układ wzmacniacza PGA du praktycznego należy oczywiście 74HC4066 firmy Philips, którego renawet warto�� kilkuset omów. Przy zastosowaniu rezystorów Ri o wziąć pod uwagę niezerową rezy- zystancja kluczy w stanie włączenia stosuj�c zamiast sieci dosy� małych mo�e to napięciem mie� znacz�cy na VCC=9 V) wpływ przetwornik stancję kluczy w staniewarto�ciach włączenia, (przy zasilaniu cyfrowo-an jest stosunkowo mała i wynosi ok. która może osiągać nawet wartość warto�� wzmocnienia napi�ciowego. to Analog Converter), RON=35 V. kilkuset omów. Przy zastosowaniu pokazany na rys. 8, Wzmacniacz PGA w układzie nieodwracaj�cym, Okre�lenie „mno��cy” w Układ wzmacniacza PGA pokarezystorów Ri o dosyć małych warzapewnia (przy zastosowaniu tej samej liczby kluczy, co w tościach może to mieć znaczący zany na rys. 9 można uprościć stojest iloczynem wej�cio układzie z wzmocnienia rys. 7) mniejszy zakres a sieci regulacji rezystorów i klu-wzmocnienia, wpływ na wartość na- sując zamiast liczbowego. Podstawowy pięciowego. czy klucze analogowych przetwor- wzmacniacz wył�czone, dodatkowo, gdy wszystkie s� scalony sie� rezystorów w ukła cyfrowo–analogowy typu MDAC Wzmacniacz w układzie p�tl�nikujemnego sprz��enia zwrotnego, co 11 niezostał pokazan pracuje z PGA otwart� rys. nieodwracającym, pokazany na (Multiplying Digital to Analog Cojest po��dane, gdy� w takich warunkach zachowuje si� on jak PGA z wykorys. 8, zapewnia (przy zastosowa- nverter), czyli mnożący przetwornik Rys. 11. Wzmacniacz wykorzystaniem 8-bitow łatwego nasycania napi�cia komparator, doprowadzaj�c rzystaniem mnożącego przetwornika niu tej samej liczby kluczy, co C/A. do Określenie „mnożący” wywo- si� National Semiconductor C/A dzi się stąd, zasilania. że wielkość wyjściowa w układzie z rys. 7) mniejszy zakres napi�cia wyj�ciowego do granic wzmacniacza okre�lone jest iloczynem wejściowego napię- z rys. 7 została regulacji wzmocnienia,realizacja a dodatkowo, Przykładowa praktyczna wzmacniacza gdy wszystkie klucze są wyłączo- cia i wejściowego kodu liczbowego. pokazana na rys. 9. Bity słowa ustalaj�cego warto�� Gu = − 256 � V � ne, wzmacniacz pracuje z otwartą Podstawowym elementem takiego � � wzmocnienia s� przekazywane do tego wzmacniacza w sposób D � V � pętlą ujemnego sprzężenia zwrot- przetwornika jest sieć rezystorów D kodu - warto�ci kod równoległy (poprzez zł�cze J1)drabinkowym i maj� poziomy logik� gdzie D gdzie –z wartości liczbowenego, co nie jest pożądane, gdyż w układzie typu R–2R zgodne (rys. 10). Na rys. 11 został pokago (w systemie dziesiętnym) podaw TTL. takich warunkach zachowuje się na wej�cia Warto�ci rezystancji rezystorów R1...R7 zostały podawanego dobrane na wejścia cyfrowe przeon jak komparator, doprowadzając zany schemat ideowy wzmacniacz wanego regulowane w zakresie tak, aby zapewni� mo�liwie du�� rezystancj� wej�ciow� (która do łatwego nasycania się napięcia PGA z wykorzystaniem 8–bitowego twornika. Może być ono regulowane 48,2 (256 V/V) – ni dla tego Rwe=25...200 k<W>�� przy zakresie od ok.dB0 dB (w przybliprzetwornika C/A typu DAC0830 fir- w wyjściowego do wzmacniacza granic napięcia za- wynosi jednocze�nie niezbyt du�ej warto�ci rezystancji rezystora silania. my National Semiconductor. Wzmoc- żeniu 1 V/V) do Rf 48,2 dB (256 V/V) nienie były napięciowe tego wzmacniacza Przykładowa realizacja praktycz– niestety bez możliwości zmia(z powodów, które omawiane wcze�niej). W roli sterowanych na wzmacniacza z rys. 7 została określone jest zależnością: z krokiem co 1 V/V. W układzie kluczy analogowych został wykorzystany układ U1 ny74HC4066 firmy Philips, którego rezystancja kluczy w stanie wł�czenia (przy zasilaniu napi�ciem VCC=9 V) jest stosunkowo mała i wynosi ok. Elektronika Praktyczna 3/2008 91 RON=35 ���. Gu = D� V V� � �� V � taki, Wzmacniacz Wzmacniacz taki, zbudowany zbudowany n Wzmacniacz zbudowany pokazany rys. pokazany na nataki, rys. 12. 12. pokazany na rys. 12. Przetwornik Przetwornik DAC0830 DAC0830 pełni pełni tu t Przetwornik wydajno�ci: DAC0830 pełni t KURS regulowanej regulowanej wydajno�ci: regulowanej wydajno�ci: UUwewe DD UUwewe DD I out I out U we nale�y D == U weunika� D 1 1== co 1 V/V. W układzie tym I outWzmacniacz 1515kΩ 256 =operacyjny kΩ256 256wrazpodawa CMOS), co pozwoli 1 = RR 256 co 1 V/V. W układzie tym nale�y unika� podawania ko 256 15 R wzmacniacz D=0,wejgdy� wtedy b�dzie pr warto�ci =15 kV zWzmacniacz rezystancjami R3, R4 kiΩ RFB256 zminimalizować Wzmacniacz operacyjny wraz operacyjny wraz z D=0, gdy� wtedy wzmacniacz b�dzie pracował warto�ci p�tl� zwrotnego, co wraz spowo Wzmacniacz operacyjny jest przetwornikiem prąd–napięcie ścioweujemnego napięcie nie-sprz��enia jest przetwornikiem pr�d-nap jest przetwornikiem pr�d-nan transmitancji: zrównoważenia, a tym ojest p�tl� napi�cia ujemnego sprz��enia zwrotnego, co spowoduj� wyj�ciowego. Warto�� rezystancji wej przetwornikiem pr�d-na UU s awyj�ciowego. m y m w y j ś cjest i o w e Warto�� � � RR � która � RR wywy rezystancji wej�ciowe napi�cia wzmacniacza równa rezystancji RFB, 4 4 4 4 ��1�1++ R4 ++ R4�� � −− U wy==−− RR napięcie błędu, któ- GG iu iu== FBFB wzmacniacza jest równa rezystancji RFB, która = − = − R 1 +RR + 3 3� ��dlaU2p G DAC0830 wynosi 15 k<W>. W roli I I iu FB outout 1 1 FBFB RR � ��wzmacniacza re może mieć istotne I R R3 �nale� out1wzmacniacza FB DAC0830 wynosi dla 15małych k<W>.Poniewa� WPonieważ roli b wzmacniacze operacyjne charakteryzuj�ce RRFBR >>R ,� to znaczenie >>R Poniewa� >>R to U2 si� 3 3, FB FB 3, to Poniewa� R >>R , to si� bardzo wzmacniacze operacyjne charakteryzuj�ce w a r t o ś c i n a p i ę c i a FB 3 wej�ciowymi pr�dami polaryzuj�cymi (wykonane � � RR �� Uwe.lubpolaryzuj�cymi wejściowego 4 4(wykonane pr�dami wej�ciowymi FET, Bi-FET CMOS), co pozwoli zminimalizo � �� �==−− � G ≈ − R 1 + RR 256 G ≈ − R 1 + 256 w tech R iu FB FBFB iu FB 4 Czasami może � Giu ≈ − RFB�� ��1 +aRR = − R 256 we FET, Bi-FET lub CMOS), co pozwoli zminimalizowa� FB niezrównowa�enia, tym samym wyj�ci napi�cie 3 � 3 � być pożądane uzyskaR 3 � � niezrównowa�enia, a tym samym wyj�ciowe napi�cie które mo�est�d mie� istotne bł�du, sst�d t ą d wwzmocnienie zwzmocnienie m o c n i e n i e znaczenie n a pnapi�ciowe i napi�ciowe ę c i o w e dlana nie regulacji wzmocst�d wzmocnienie napi�ciowe które mie� istotne znaczenie dla małych Rys. 12. Wzmacniacz PGA o wzmocnieniu Gbł�du, =–1...–256napi�cia jest równe: nienia zmo�e krokiem co wzmacniacza wej�ciowego we. − u UUUwy I out 256 −RR I out 256 wy 1 1 FBFB V/V z regulacją co 1 V/V 1 V/V, tak aby warU G = = = −regulacji DD G = = = − − R I 256 wej�ciowego U napi�cia . uzyskanie Czasami mo�e by� wepo��dane u u FB 1out 1 1 = −D G =UUwewy = tość wzmocnienia u we by� regulacji wzmoc Czasami mo�ewartości Iwarto�� RR 1wzmocnienia I out krokiem co 1po��dane V/V, takuzyskanie Uaby out 1 256 1 256 we tym należy unikać podawania kodu była równoważna kodu I out 256 RDD 1wzmocnienia krokiem co 1 V/V, tak aby warto�� była kodu liczbowego przetwornika C/A, tj warto�ci o wartości D=0, gdyż wtedy wzmacliczbowego przetwornika C/A, tj.: Dmo�liwo�� Uzyskujemy zatem r Uzyskujemy zatem mo�liwo�� kodu liczbowego przetwornika C/A, tj.: warto�ci niacz będzie pracował z otwartą pęUzyskujemy zatem możliwość reUzyskujemy zatem mo�liwo�� �V� –1 do –1 V/V V/V do –256 –256 V/V V/V zz krokiem krokie tlą ujemnego sprzężenia zwrotnego, gulacji wzmocnienia �GVu �= D �� V �� –1 V/V do –256w zakresie V/V z od krokie co spowoduję nasycenie napięcia V/V douzyskania –256 V/V z krokiem co W–1 wzmocnienia Gu = D � � W celu celu uzyskania wzmocnieni celu uzyskania wzmocnieni V � taki, zbudowany wyjściowego. Wartość rezystancji 1W V/V. Wzmacniacz na przetwornika �Wzmacniacz taki, zbudowany na 12-bitowego bazie układunal z przetwornika 12-bitowego na wejściowej wzmacniacza jest równa bazie W celu uzyskania wzmocnienia układu z rys. 5 został pokazaprzetwornika 12-bitowego na Wzmacniacz taki, zbudowany na bazie układu z rys. pokazany na rys. rezystancji 12. rezystorów R4 rezystancji rezystorów R4 ii5 Grezystancji =–D z zastosowaniem np. prze- R4 rezystancji RFB, która dla przetwor- ny na rys. 12. rezystorów i u pokazany na rys. 12. Przetwornik DAC0830 pełni tu rol�należy �ródła 1=4095. twornika 12–bitowego tak pr�d Przetwornik DAC0830 pełni tu 1=4095. nika DAC0830 wynosi 15 kV. W ro1=4095. Przetwornik DAC0830 pełni tuwartości rol� rezystancji �ródła rezystopr�dowego wydajno�ci: li wzmacniacza U2 należy stosować dobrać rolę źródłaregulowanej prądowego o regulowawzmacniacze operacyjne charaktery- nejregulowanej rów R4 i R3, aby ich stosunek wywydajności: wzmacniacze U wewydajno�ci: D U we Scalone DScalone wzmacniacze VGA VGA 12 = = I Scalone wzmacniacze VGA –1=4095. zujące się bardzo małymi wejściowynosił 2 U weout1D R U256 D Budowanie Budowanie wzmacniaczy wzmacniaczy oo regu reg mi prądami polaryzującymi (wyko= we 15 kΩ 256 I out1 = Budowanie wzmacniaczy o reg zakresie jest trudniejsze (z zakresie jest trudniejsze ( [ ] 256 15 k Ω 256 R Scalone wzmacniacze VGA nane w technologii FET, Bi–FET lub Wzmacniacz operacyjny wraz z rezystancjami R3 zakresie jest trudniejsze ( Budowanie wzmacniaczy o reguwykorzystanie gotowych rozwi wykorzystanie gotowych rozw Wzmacniacz operacyjny wraz z rezystancjami R3, rozw R4 i jest przetwornikiem pr�d-napi�cie o transmita wykorzystanie gotowych Tab. 1. Podstawowe parametry wybranych wzmacniaczy VCA lowanym wzmocnieniu we własnym które niestety nie zawsze s� które niestety nie zawsze s jest przetwornikiem o transmitancji: U wy � pr�d-napi�cie które niestety zawsze s Zakres regulacji Czułość regulacji zakresie trudniejsze nie (zwłaszcza Ranalogowych R4 �jest 4analogowych Producent Typ Pasmo Napięcie zasilania i cyfrowych maj� i cyfrowych maj = − RFB �1 + wzmacniaczy + �� Giu = − wzmocnienia wzmocnienia U VCA), iniżcyfrowych wykorzystaanalogowych maj wy I out1��1 + R4 ��+ R4R��FB R3 � = − = − R G od –100 dB do nie gotowych rozwiązań w postaci SSM2018 –33iu dB/V 700 kHz FB ±5 V...±18 V � � +40 dB IPoniewa� R układów scalonych, które niestety out1 FB � RFBR>>R Analog Devices 3,3 �to od 0 dB do nie zawsze są tanie. Czołowi proAD600 32 dB/V 35 R MHz ±7,5 Poniewa� to FB>>R +40 dB � 3,VR(max.) � 4 Giu� ≈ −R R �1 + �� = − RFBducenci 256 układów analogowych i cyNational od 1 V/V do frowych mają w swojej ofercie wiele CLC522 50 V/V na V 165 MHz 4FB��±7 V R(max.) Semiconductor 100 V/V 3 �256 Giu ≈ − RFB ��1 + ���= − RFB typów wzmacniaczy VGA. W tab. 1 R od –40 dB do 3 � � st�d wzmocnienie napi�ciowe VCA810 –40 dB/V 35 MHz ±6,5 V (max.) zostały zestawionewzmacniacza parametry wybra- jest +40 dB Texas nych wzmacniaczy VCA, a jest w tab. 2równe: st�d wzmocnienie napi�ciowe wzmacniacza U wy − RFB 256 I out1 Instruments od 11,6 dB do wzmacniaczy PGA. THS7530 –38,8 dB/V 300 MHz +5,5 V (max.) G = = = − D U u − R 256 I out1 +46,5 dB Firma Analog Devices posiawe Gu = wy = U FB = −RD1 I out11 256 da w swej ofercie wzmacniacz U we D Tab. 2. Podstawowe parametry wybranych wzmacniaczy PGA I out1 256 R VCA o bardzo dobrych parametrach Dzatem mo�liwo�� Uzyskujemy regulacji wzmocnie Zakres regulacji Napięcie do zastosowań w sprzęcie audio Producent Typ Pasmo Interfejs Uzyskujemy mo�liwo�� regulacji w –1 zasilania V/Vzatem do –256 V/V– SSM2018T. z krokiem 1daje V/V. wzmocnienia Układco tenwzmocnienia możliod 1–1 kHz V/V do W do Równoległy –256 V/V z krokiem co 1 V/V. G celu uzyskania wzmocnienia =–D z zastosow wość regulacji wzmocnienia (i tłumieu PGA204 1,10,100,1000 V/V ±4,5 V...±18 V Analog 1 MHz nia) w bardzo szerokim zakresie, bo Gunale�y W celuprzetwornika uzyskania2–bitowy wzmocnienia =–D z zastosowaniem tak dobra� wa 12-bitowego Devices AD8320 od 0 dB do +36 dB 150 MHz +5 V...+12 V SPI od –100 dB do +40 dB, przy bartak dobra� warto�ci przetwornika 12-bitowego nale�y rezystancji rezystorów R4 i R3, aby ich stosu od 1 V/V do SPI dzo małych zniekształceniach nieliMAX532 1rezystancji MHz ±17 V (max.) rezystorów R4 i R3, aby ich wy 4096 V/V Microwire 1=4095. f=1 kHz niowych THD=0,006% (dla stosunek Maxim od –35 dB do 1=4095. i Gu=1 V/V) i zakresie dynamicznym DS4420 20 kHz +6 V (max.) IC +25 dB wynoszącym 117 dB. Schemat bloScalone wzmacniacze VGA Microchip od 1 MHz do MCP6S92 od 1 V/V do 32 V/V +2,5 V...+5,5 V SPI VGAkowy tego układu jest pokazany na Scalone wzmacniacze Technology 18 MHz Budowanie wzmacniaczy o regulowanym wzmocnien rys. 13, a jego podstawowa aplikacja ±11 Vwzmacniaczy (max.) jest trudniejsze Budowanie o regulowanym we zakresie (zwłaszcza wzmacnia od 1 V/V do zwzmocnieniu rys. 13 można rys. 14. Układ LTC6912 do 2 MHz lub SPI 100 V/V zakresie jest trudniejsze (zwłaszcza wzmacniaczy VC w postaci uk wykorzystanie gotowych rozwi�za� na w łatwy sposób przekształcić we +11 V (max.) wzmacniacz PGA podając do końpostaciCzołowi układówp gotowych które niestety nierozwi�za� zawsze s�w tanie. Linear od wykorzystanie 10 kHz z przecówkis� 11 tanie. (VCONTROL) napięcie Technology do które 150 kHz ±11 V (max.) niei zawsze Czołowi produce niestety w swojej ofercie analogowych cyfrowych maj� Równoległy twornika cyfrowo–analogowego. LTC1564 od 1 V/V do 16 V/V (programowalne lub 4–bitowy swojej ofercie analogowych i cyfrowych maj� niezależnie od +11 V (max.) Innym winteresującym przykładem wiele 2 wzmocnienia) 92 wzmacniacza VCA firmy Analog De- Elektronika Praktyczna 3/2008 KURS Rys. 13. Schemat blokowy wzmacniacza SSM2018 Rys. 14. Podstawowa aplikacja układu cą interfejsu SPI jest układ MAX532 firmy bardzo małych zniekształceniach nieli dB, przy Maxim. Jest to w istoTHD=0,006% (dla f=1 kHz i Gu=1 V/V) i zakresie cie podwójny 12–bito117 dB. Schemat blokowy tego układu wynosz�cym wy przetwornik cyfrona rys. 13, a jego podstawowa aplikacja na rys wo–analogowy MDAC, ale wbudowane nimmo�na w łatwy sposób przekształci� we rys. w13 wzmacniacze operacyj-do ko�cówki 11 (VCONTROL) napi�cie z prz podaj�c ne, dają możliwość wycyfrowo-analogowego. korzystania tego układu Innym PGA interesuj�cym przykładem wzmacniacza VCA jako wzmacniacza (rys. 17). Devices jest 2-kanałowy układ AD600/AD602, któ Rys. 15. Schemat blokowy 15. wzmacniacza AD600/AD-ten ma Z a s a d ablokowy d z i a ł a n i apokazano na rys. Wzmacniacz tego wzmacniacza jest 602 (jeden kanał wzmocnienia) płynnej regulacji wzmocnienia w zakresie od 0 czuło�ci� 32 dB/V (od -10 dB do +30 dB – AD602 niskoszumnym, o małych zniekształceniach nieli szerokim pa�mie przenoszenia (0...30 MHz), co do zastosowa� np. jako układ automatycznej reg wzmocnienia w torze po�redniej cz�stotliwo�ci. aplikacja tego wzmacniacza (z wykorzystaniem t kanału) została pokazana na rys. 16. Programowanie wzmocnienia wzmacniaczy PGA mo�e wykorzystaniem interfejsów równoległych, b�d� SPI, I2C). Przykładem wzmacniacza PGA, którego zmieniane za pomoc� interfejsu SPI jest układ SSM2018 Maxim. Jest to w istocie podwójny 12-bitowy pr MDAC, ale wbudowane w nim wz i d e n t y c zcyfrowo-analogowy na, daj� mo�liwo�� wykorzystania tego j a k u k ł aoperacyjne, du p o k a z a n ewzmacniacza go PGA (rys. 17). Podstawowa aplikacja układu AD600/602 n a r y s . Zasada 1 1 . Rys. 16. działania tego wzmacniacza jest identyc Jego wzmocpokazanego na rys. 11. wzmocnienie nienie napięciowe jest opisane naInnymJego przykładem wzmacniaczanapi�c opisane nast�puj�c� zale�no�ci�: stępującą zależnością: PGA ze wzmocnieniem programowanym poprzez interfejs SPI jest układ 4096 Gu = − MCP6S92 firmy MicroChip (rys. 18). D Wzmacniacz ten oprócz możliwości Kod liczbowy D jest przekazywany do układu za D jest przekazywaKod liczbowy programowej zmiany wzmocnienia ny do układu za pomocą interfejsu posiada SPI dodatkowo multipleksowane interfejsu szeregowego i mo�e by� zmienian szeregowego12SPI i może być zmie- wejścia, dzięki czemu może prze2 –1=4095 do 1, co daje mo�liwo�� zmiany wzmo niany w zakresie od 2 12 –1=4095 twarzać sygnały z dwóch niezależdB. zmiany nych źródeł. Wzmocnienie napięciodo 1, co do daje 72 możliwość Innym przykładem wzmacniacza PGA następujące ze wzmocnieni we może przyjmować wzmocnienia od 0 dB do 72 dB. poprzez interfejs SPI jest układ MCP6S92 firmy 18). Wzmacniacz ten oprócz mo�liwo�ci programo wzmocnienia posiada dodatkowo multipleksowane czemu mo�e przetwarza� sygnały z dwóch niezale Wzmocnienie napi�ciowe mo�e przyjmowa� nast�pu 1, 2, 4, 5, 8, 10, 16 lub 32 V/V. Zastosowanie przedwzmacniacza pozwala w łatwy sposób zmieni regulacji wzmocnienia, tak jak to zostało poka Układ MCP6S92 ma małe zniekształcenia nielinio pasmo przenoszenia (od 1 do 16 MHz – w zale�no wzmocnienia) oraz wej�cia i wyj�cia typu „rail Ponadto jest przystosowany do zasilania napi�c asymetrycznym +5 V, co pozwala upro�ci� układy przetwarzania analogowo-cyfrowego. vices jest 2–kanałowy układ AD600/ AD602, którego schemat blokowy pokazano na rys. 15. Wzmacniacz ten ma możliwość płynnej regulacji wzmocnienia w zakresie od 0 dB do +40 dB z czułością 32 dB/V (od –10 dB do +30 dB – AD602). Jest on układem niskoszumnym, o małych zniekształceniach nieliniowych i szerokim paśmie przenoszenia (0...30 MHz), co predestynuje go do zastosowań np. jako układ automatycznej regulacji wzmocnienia w torze pośredniej częstotliwości. Podstawowa aplikacja tego wzmacniacza (z wykorzystaniem tylko jednego kanału) została pokazana na rys. 16. Programowanie wzmocnienia wzmacniaczy PGA może się odbywać z w y ko r z y s t a niem interfejsów równoległych, bądź szeregowych (np. SPI, I 2 C). Przykładem wzmacniacza PGA, którego wzmocnienie jest zmienian e z a p o m o - Rys. 17. Układ MAX532, a) schemat blokowy, b) idea działania Elektronika Praktyczna 3/2008 93 KURS Rys. 18. Schemat blokowy wzmacniacza MCP6S92 Rys. 19. Wzmacniacz PGA z regulacją wzmocnienia w zakresie od 10 V/V do 320 V/V wartości: 1, 2, 4, 5, 8, 10, 16 lub 32 V/V. Zastosowanie dodatkowego przedwzmacniacza pozwala w łatwy sposób zmienić zakres regulacji wzmocnienia, tak jak to zostało pokazane na rys. 19. Układ MCP6S92 ma małe zniekształcenia nieliniowe, szerokie pasmo przenoszenia (od 1 do 16 MHz – w zależności od wartości wzmocnienia) oraz wejścia i wyjścia typu „rail–to–rail”. Ponadto jest przystosowany do zasilania napięciem asymetrycznym +5 V, co pozwala uprościć układy zasilania toru przetwarzania analogowo–cyfrowego. Jednym z bardziej interesujących wzmacniaczy z programowalnym wzmocnieniem jest układ LTC1564 firmy Linear Technology (rys. 20). Wzmacniacz ten oprócz możliwo- ści zmiany wzmocnienia (od 1 V/ V do 16 V/V z krokiem co 1 V/V) ma możliwość programowej zmiany górnej częstotliwości granicznej w zakresie od 10 kHz do 150 kHz. Właściwość ta predestynuje powyższy układ do zastosowań w torach kondycjonowania sygnałów z przetworników wielkości nieelektrycznych. We wzmacniaczu LTC1564 do zmiany wzmocnienia wykorzystano interfejs równoległy. Identyczne rozwiązanie zostało zastosowane we wzmacniaczu PGA103 firmy Analog Devices (rys. 21). Wprawdzie wzmacniacz ten pozwala uzyskać tylko 3 wartości wzmocnień (1, 10, i 100 V/V), ale dołączenie do niego przedwzmacniacza PGA205 (rys. 22) pozwala uzyskać układ z 4–bitowym interfejsem równoległym dający możliwość zmiany wzmocnienia w dużo szerszym zakresie, bo od 1 V/V do 800 V/V. Wzmacniacz PGA205 jest programowalnym wzmacniaczem pomiarowym, przez co cały układ z rys. 21 zyskuje cechy wzmacniacza pomiarowego. Osoby chcące dokładniej poznać wzmacniacze pomiarowe pragnę odesłać numeru do 5/2007 i 6/2007 Elektroniki Praktycznej. Rys. 21. Podstawowa aplikacja wzmacniacz PGA103 Rys. 20. Schemat blokowy wzmacniacza LTC1564 94 Rys. 22. Wzmacniacz programowalny z kaskadowym połączeniem układów PGA205 i PGA103 Zaprezentowany przegląd sposobów realizacji oraz gotowych rozwiązań wzmacniaczy z regulacją wzmocnienia nie jest oczywiście kompletny, ale (mam taką nadzieję) ułatwi zainteresowanym elektronikom umiejętne ich wykorzystanie w torach przygotowania sygnałów analogowych do przetwarzania na postać cyfrową, gdyż tylko właściwe skondycjonowanie sygnału analogowego pozwala w pełni wykorzystać możliwości systemów cyfrowych. Piotr Komur [email protected] Literatura 1. Woo, B.B., Digitally programmable gain amplifiers with arbitary range of integer values, Proceedings of the IEEE, Volume 68, Issue 7, July 1980 2. A Dobrowolski, P. Komur, A. Sowiński, Projektowanie i analiza wzmacniaczy małosygnałowych, BTC, Warszawa, 2005 3. Noty katalogowe wzmacniaczy firm: – Analog Devices: http://www. analog.com/ – Linear Technology: http://www. linear.com – Maxim: http://www.maxim– ic.com/ – Microchip: http://www.microchip. com/ – National Semiconductor: http:// www.national.com/ – Texas Instruments: http://www. ti.com/ 4. Nota aplikacyjna AN137 Analog Devices: http://www.analog.com/ UploadedFiles/Application_Notes/ 478175406758446082AN137.pdf Elektronika Praktyczna 3/2008
