Liniowe układy scalone - degra.pb.bialystok.pl

advertisement
Liniowe układy scalone
Wykład 3
Układy pracy wzmacniaczy operacyjnych całkujące i różniczkujące
Cechy układu całkującego
●
●
●
●
Zamienia napięcie prostokątne na trójkątne lub
piłokształtne (stała czasowa układu)
Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego
pozwala osiągnąć napięcie piłokształtne o
dużym współczynniku liniowości
Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do całki
z napięcia wejściowego i odwrócone w fazie
Zastosowanie: w generatorach funkcyjnych,
przetwornikach a/c
Wzmacniacz całkujący (1)
Poprzez zastosowanie we wzm. odwr.impedancji
1
Z 1= R oraz Z 2=
sC
otrzymujemy układ integratora
Z − punkt masy pozornej
Napięcie na kondensatorze jest równe U O
dU o
I 2 t =C
dt
I 1= I 2
UI
dU O
=C
R
dt
t
−1
U O t=
∫ U t  dtU O 0
RC 0 I
U O 0−napięcie początkowe na C w chwili t =0
U O  s
1
Funkcja przejścia :
=−
U I  s
RCs
Wzmacniacz całkujący z
sumowaniem
●
Inaczej:
Integrator
sumujący
t
U O t=
−1
U 1U 2...U n  dt
∫
CR 0
Wzmacniacz całkujący z układem
RC w pętli sprzężenia zwrotnego
●
●
Zastosowanie R3 ogranicza
wzmocnienie przy m.cz. i
poprawia stabilność punktu
pracy układu
Funkcja przejścia:
U O s −R3
1
=
U I s
R1 1R3 Cs
1
f
2  R3 C
Inne układy integratorów (1)
t
R1
−1
U O t =
∫ U dt R U I
CR1 0 I
2
Wzmacniacz całkujący różnicowy
t
U O t =
1
U I2 U I1 dt
∫
CR 0
Wzmacniacz z podwójnym
całkowaniem
●
●
Elementy dobrane
w ten sposób aby
następowało
dwukrotne
całkowanie z tą
samą stałą
czasową
Filtr
dolnoprzepustowy
U O t=
4
U I dt
2 ∫∫
CR
Wzmacniacz całkujący
nieodwracający (1)
●
Funkcja przejścia
U O  s
1
1RCs
=
U I  s 1 R1 C 1 s RCs
●
Przy doborze
jednakowych stałych
czasowych
R1 C 1=RC
U O  s
1
=
U I  s RCs
Wzmacniacz całkujący
nieodwracający (2)
●
Funkcja przejścia
R1 R2
1
Cs
U O  s
R2
R1 R2
=1 
U I  s
R1
1R 2 Cs
●
Zakres częstotliwości
R1  R2
1
f
2 R 2 C
2  R1 R2 C
Ustawienie początkowych
warunków pracy integratora
●
●
Przy zamkniętym K2
a otwartym K1 układ
wzm.
Odwracającego
Ustawiamy napięcie
początkowe
U O=
●
t
−1
U O t =
U I t  dtU O 0
∫
R1 C 0
●
−R f
U ZZ
R2
Otwieramy K2,
zamykamy K1 –
mamy integrator
Oba klucze otwarte
– układ utrzymuje
punkt napięcia
wyjściowego
Ustawienie warunków
początkowych integratora (2)
●
●
Czas pamiętania zależy od upływności kondensatora (w
układzie rzeczywistym też od prądów wejściowych
wzmacniacza)
Integrator pracuje tak jak układ próbkujący z pamięcią
Charakterystyka częstotliwościowa
integratora
●
Pasmo
przenoszenia
integratora jest
mniejsze niż
wzmacniacza
operacyjnego –
ze względu na
kondensator
Właściwości elementów układu
integratora
●
●
●
●
●
●
Jeżeli przez kondensator będzie płynął nawet mały prąd to
integrator będzie pracował jako wzmacniacz
Kondensatory powinny mieć prąd upływu znacznie
mniejszy niż wejściowy prąd polaryzujący wzmacniacza
operacyjnego
Dla długich czasów trwania przebiegu całkowania zaleca
się kondensatory polistyrenowe i teflonowe
Dla krótkich czasów całkowania zaleca się kondensatory
poliestrowe lub mikowe
Wzmacniacz operacyjny powinien mieć bardzo mały prąd i
napięcie niezrównoważenia
Wzmacniacz operacyjny powinien mieć dość dużą wartość
dopuszczalnego napięcia wyjściowego
Praktyczny integrator z
kompensacją
●
●
Kompensacja
wejściowego prądu
polaryzującego – wartość
prądu kompensującego
dobieramy potencjometrem
tak, aby była równa
wejściowemu prądowi
polaryzującemu
Kompensacja
temperaturowa –
współczynnik cieplny diody
powinien być równy
współczynnikowi zmian
termicznych wejściowego
prądu polaryzującego
Cechy układu różniczkującego
●
●
●
●
Zamienia napięcie prostokątne na impulsowe
W układzie różniczkującym napięcie wyjściowe
jest proporcjonalne do pierwszej pochodnej
napięcia wejściowego i odwrócone w fazie
Różniczkowanie jest tym skuteczniejsze
(impulsy bardziej szpilkowe) im stała czasowa
ładowania i rozładowania kondensatora jest
mniejsza
Zastosowanie – układy wyzwalania
przerzutników bistabilnych i monostabilnych, w
układach sterowania
Wzmacniacz różniczkujący
Poprzez zastosowanie we wzm. odwr. impedancji
1
Z 1=
oraz Z 2 =R 2
sC
otrzymujemy układ różniczkujący
Z2
U O  s
K =−
czyli
=−R 2 Cs
Z1
U I  s
Układ realizuje rózniczkowanie
sygnału wejściowego
dU I
U O=−R2 C
dt
W celu zmniejszenia wpływu prądów polaryzujących
R2 =R3
●
Układ idealny – wzmocnienie powinno wzrastać
proporcjonalnie do częstotliwości – praktycznie tylko w
pewnym zakresie częstotliwości (co zależy od własności
częstotliwościowych wzmacniacza operacyjnego
Wady układu różniczkującego (1)
●
●
●
Duża wrażliwość na szumy wysokiej
częstotliwości
Pojemnościowy charakter impedancji
wejściowej, niekorzystny ze względu na
pojemnościowe obciążenie sygnału
Skłonność do oscylacji – wynika z charakteru
sprzężenia zwrotnego
Wzmacniacz różniczkujący charakterystyka
W układzie idealnym – wzmocnienie rośnie w pełnym zakresie częstotliwości
W praktycznym – wzmocnienie ograniczone charakterystyką wzmacniacza
Wzmacniacz różniczkujący (2)
●
●
●
●
U O  s
−R2 C 1 s
=
U I  s 1R1 C 1 s1 R2 C 2 s
Unika się wad układu
(1)
R1- zmniejsza wpływ
pojemności na wejściu
C2 – zmienia ch-kę
częstotliwościową pętli
sprzężenia zwrotnego
– poprawia stabilność
Impedancja ma
charakter
pojemnościoworezystancyjny
Wzmacniacz różniczkujący (2) charakterystyka
Wzmacniacz różniczkujący (3)
●
●
●
Impedancja wejściowa
ma charakter całkowicie
rezystancyjny
Z I =R1∥R 2
Mniejszy wpływ szumów
Układ realizuje
różniczkowanie przy:
f
●
Dobre właściwości szumowe są
spowodowane
całkowaniem szumów w pierwszym
stopniu wzmacniającym
1
2 R1 C
wówczas
−R1 R3
U O s=
CsU I  s
R2
−R1 R3 dU I
U O t =
C
R2
dt
Wzmacniacz różniczkujący (4)
●
●
Stała czasowa rózniczkowania :CR R
R22
R R=2R 2
R3
jeżeli R3 ≪R 2
Układ o dużej stałej
czasowej
Trudno jest zbudować
układ dużej stałej
czasowej- ze względu
na upływność
kondensatorów o
dużych pojemnościach
i pojemności
pasożytnicze
rezystorów
●
Stosujemy układ typu T
●
Dla stabilnej pracy:
R 4=R R
Wzmacniacz różniczkujący (5)
●
●
Stała czasowa rózniczkowania :C R R 2
2
C1
C R=
2C1 C 2
Układ o małej stałej czasowej
Trudno jest zbudować układ o
malej stałej czasowej – wpływ
pojemności montażowych,
niemożliwość stosowania
rezystorów o małej wartości w
pętli sprzężenia zwrotnego w
obawie przed przekroczeniem
dopuszczalnego prądu
wyjściowego WO
●
Stosujemy układ typu T
●
Dla stabilnej pracy:
R2=R3
Wzmacniacz różniczkujący w
układzie nieodwracającym
●
Wartość R3 powinna być
dość mała aby zwiększyć
szybkość
dU I
U O =n1 R2 C
dt
R2
R3 ≪
n
n
f
R3 C
Wzmacniacz różniczkujący z
sumowaniem
●
Układ realizuje
sumowanie napięcia
zróżniczkowanego i
wzmocnionego
dU I
R2
U O =− R2 C
U I 
dt
R3
Wzmacniacz różniczkujący różnicowy
●
R1 – w celu
zmniejszenia charakteru
pojemnościowego
impedancji wejściowej
d U I2 −U I1 
U O =R2 C
dt
1
0 f 
R2 C
Układy praktyczne wzmacniaczy
różniczkujących
Max. zmiany Uwe: ±10V, max.
Szybkość zmian napięcia na wyj. ±0,1V/us
Błąd różniczkowania: 289 uV/us, co odpowiada błędowi ok.290 mV na wyjściu układu
Działa jako wzm. różniczkujący dla f < 29 kHz
Download
Random flashcards
123

2 Cards oauth2_google_0a87d737-559d-4799-9194-d76e8d2e5390

Motywacja w zzl

3 Cards ypy

Create flashcards