Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №1

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №2

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №3

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №4

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №5

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №6

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №7

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №8

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №9

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №10

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №11

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №12

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №13

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №14

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №15

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №16

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №17

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №18

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №19

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №20

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №21

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №22

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №23

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №24

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №25

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №26

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №27

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №28

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №29

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №30

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №31

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №32

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №33

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №34

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №35

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №36

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №37

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №38

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №39

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №40

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №41

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №42

Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny, слайд №43

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Układy analogowe. Wzmacniacz operacyjny. Доклад-сообщение содержит 43 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

UKŁADY ANALOGOWE WYKŁAD 05 WZMACNIACZ OPERACYJNY

Слайд 2

Описание слайда:

Koncepcja wzmacniacza operacyjnego - Harry Black z Bell Lab w 1934 roku Koncepcja wzmacniacza operacyjnego - Harry Black z Bell Lab w 1934 roku Rozważał on problem wzmacniania sygnałów przesyłanych długimi liniami telefonicznymi. Klasyczne wzmacniacze stosowane do tego celu miały wady związane z zależnością ich parametrów od takich czynników, temperatura czy wahania napięcia zasilającego przy czym spowodowane to było głównie przez stosowane w ówczesnych czasach we wzmacniaczach lampy próżniowe gdyż stabilność parametrów elementów biernych była znacznie lepsza. Black zaproponował, aby stworzyć taki układ wzmacniający, o którego parametrach decydowały by nie aktywne elementy wzmacniające a elementy bierne pętli sprzężenia zwrotnego. Wzmocnienie aktywnego układu wzmacniającego byłoby wielokrotnie większe aniżeli wymagane wzmocnienie wzmacniacza docelowego. Początkowo koncepcja takiego układu spotkała się z bardzo dużym sprzeciwem ze strony elektroników – projektantów układów wzmacniających. Spowodowane to było koniecznością pokonania skomplikowanych problemów związanych z zapewnieniem stabilnej pracy układów o bardzo dużym wzmocnieniu. W 1945 r W. Bode opracował graficzną metodę wyznaczania stabilności układów elektronicznych, zrozumiałą dla elektroników – praktyków. Od tego momentu koncepcja Blacka mogła być zrealizowana w praktyce.

Слайд 3

Описание слайда:

Szybko okazało się, że wzmacniacze zbudowane w oparciu o jądro wzmacniające o bardzo dużym wzmocnieniu i pętlę sprzężenia zwrotnego na elementach biernych można wykorzystać do budowy komputera analogowego, gdyż bardzo prosto można przy ich użyciu realizować podstawowe operacje matematyczne takie jak dodawanie, odejmowanie, całkowanie, różniczkowanie, mnożenie czy logarytmowanie. Ta właściwość spowodowała nadanie im miana WZMACNIACZA OPERACYJNEGO, która przetrwała do dzisiaj. Szybko okazało się, że wzmacniacze zbudowane w oparciu o jądro wzmacniające o bardzo dużym wzmocnieniu i pętlę sprzężenia zwrotnego na elementach biernych można wykorzystać do budowy komputera analogowego, gdyż bardzo prosto można przy ich użyciu realizować podstawowe operacje matematyczne takie jak dodawanie, odejmowanie, całkowanie, różniczkowanie, mnożenie czy logarytmowanie. Ta właściwość spowodowała nadanie im miana WZMACNIACZA OPERACYJNEGO, która przetrwała do dzisiaj. Po wyparciu komputerów analogowych przez komputery cyfrowe wzmacniacze operacyjne wykorzystane były jedynie w układach akwizycji sygnałów z czujników pomiarowych, które bardzo często miały bardzo małą amplitudę, rzędu miliwoltów. Pierwszym wzmacniaczem operacyjnym opracowanym w postaci układu scalonego był opracowany w 1965 roku układ uA 709 firmy Fairchild. W miarę rozwoju technologii elektronowej zdecydowanie poprawiały się parametry wzmacniaczy operacyjnych tak, że dzisiaj są one podstawowym elementem układów analogowych, często traktowanym jako samodzielny element elektroniczny, mimo jego często bardzo skomplikowanej struktury wewnętrznej.

Слайд 4

Описание слайда:

Wzmacniacz 741 Wzmacniacz 741

Слайд 5

Описание слайда:

IDEALNY WZMACNIACZ OPERACYJNY Cechy idealnego wzmacniacza operacyjnego : Nieskończenie duża rezystancja wejściowa, zerowy prąd wejściowy Nieskończenie duże wzmocnienie napięciowe Zerowa impedancja wyjściowa Nieskończenie duża wyjściowa wydajność prądowa Nieskończenie duża szybkość działania

Слайд 6

Описание слайда:

Parametry rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego odbiegają od wzmacniacza idealnego Parametry rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego odbiegają od wzmacniacza idealnego Rezystancja wejściowa różnicowa pomiędzy wejściami wzmacniacza i rezystancja każdego z wejść dla typowych wzmacniaczy wynosi 107 … 1012 Ω Prąd wejściowy w zależności od użytej technologii i jest rzędu μA dla układów z wejściem bipolarnym do fA dla układów z wejściem JFET .

Слайд 7

Описание слайда:

W zależności od konstrukcji stopni wejściowych wzmacniacza wejściowy prąd polaryzujący może wpływać do wejść lub z nich wypływać W zależności od konstrukcji stopni wejściowych wzmacniacza wejściowy prąd polaryzujący może wpływać do wejść lub z nich wypływać

Слайд 8

Описание слайда:

Wzmocnienie napięciowe wejściowego napięcia różnicowego przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego – nie jest nieskończone, ale bardzo duże – nawet rzędu 1 000 000 ( typowo kilkadziesiąt tysięcy ) Wzmocnienie napięciowe wejściowego napięcia różnicowego przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego – nie jest nieskończone, ale bardzo duże – nawet rzędu 1 000 000 ( typowo kilkadziesiąt tysięcy ) Szybkość pracy wzmacniacza nie jest nieskończenie duża i może być określona w zależności od aplikacji albo szerokością pasma częstotliwościowego GBW ( Gain Band Width ) , czasem ustalania napięcia wyjściowego ( settling time ) albo szybkością narastania napięcia wyjściowego ( slew rate ) . Pasmo GBW w zależności od typu wzmacniacza zmienia się od kHz ( dla wzmacniaczy o bardzo małym poborze prądu ) do setek MHz dla wzmacniaczy wizyjnych.

Слайд 9

Описание слайда:

Czas ustalania napięcia na wyjściu wzmacniacza pozwala na analizę układów przy pobudzenia wejścia sygnałem impulsowym. Czas ustalania napięcia na wyjściu wzmacniacza pozwala na analizę układów przy pobudzenia wejścia sygnałem impulsowym. Dla wzmacniaczy uniwersalnych czas ustalania napięcia może sięgać setek μs podczas gdy dla bardzo szybkich wzmacniaczy wizyjnych jest rzędu pojedynczych ns.

Слайд 10

Описание слайда:

W wielu przypadkach szybkość zmian napięcia na wyjściu jest zależna od charakteru obciążenia i jest mniejsza, gdy pojemność obciążenia jest większa W wielu przypadkach szybkość zmian napięcia na wyjściu jest zależna od charakteru obciążenia i jest mniejsza, gdy pojemność obciążenia jest większa

Слайд 11

Описание слайда:

PARAMETRY WZMACNIACZY OPERACYJNYCH Wejściowe napięcie niezrównoważenia – jest wartością napięcia przyłożonego do wejść wzmacniacza, niezbędną do uzyskania zerowej wartości napięcia wyjściowego. Parametr ten ( a przede wszystkim zmiany tego napięcia w funkcji temperatury i w czasie ) odgrywa podstawową rolę w układach pomiarowych, w których sygnał pobierany z czujników ma wartość μV ( termopary, czujniki ultradźwiękowe itp. ) . Dla typowych wzmacniaczy napięcie niezrównoważenia jest rzędu nawet mV , dla nowoczesnych wzmacniaczy precyzyjnych – pojedynczych μV . W niektórych konstrukcjach wzmacniaczy napięcie niezrównoważenia można regulować potencjometrem dołączanym do końcówek wzmacniacza.

Слайд 12

Описание слайда:

Sposób i wartość napięcia zasilania wzmacniacza - pierwsze konstrukcje wzmacniaczy operacyjnych wymagały zasilania napięciem symetrycznym +/- Ucc ( np. +/- 12 V ) . Wartość napięcia zasilającego Ucc wynosiła typowo od 5 do 15 V . Sposób i wartość napięcia zasilania wzmacniacza - pierwsze konstrukcje wzmacniaczy operacyjnych wymagały zasilania napięciem symetrycznym +/- Ucc ( np. +/- 12 V ) . Wartość napięcia zasilającego Ucc wynosiła typowo od 5 do 15 V . W miarę rozwoju konstrukcji wzmacniaczy napięcie zasilające zmniejszało się i pojawiły się wzmacniacze zasilane niesymetryczne tylko z jednego napięcia dodatniego. Obecnie na rynku dostępne są wzmacniacze zasilane napięciem niesymetrycznym od 0.9 V do nawet kilkuset V lub napięciem symetrycznym o wartości do kilkudziesięciu V . Bardzo wiele typów wzmacniaczy może być zasilane symetrycznie lub niesymetrycznie. Prąd zasilania wzmacniacza operacyjnego waha się od kilkudziesięciu mA ( dla wzmacniaczy o bardzo dużej szybkości działania ) do kilku μA ( dla wzmacniaczy do urządzeń przenośnych ) . W celu ograniczenia poboru mocy w wielu typach wzmacniaczy wprowadzono funkcję POWER DOWN .

Слайд 13

Описание слайда:

Wydajność prądowa – maksymalna wartość prądu wpływającego do lub wypływającego z wyjścia wzmacniacza. Wydajność prądowa – maksymalna wartość prądu wpływającego do lub wypływającego z wyjścia wzmacniacza. Dla wzmacniaczy uniwersalnych wydajność prądowa jest rzędu kilku … kilkunastu mA , dla układów buforów wydajność prądowa dochodzi do kilkuset mA . Zakres napięć wyjściowych – określa przedział zmian napięć wyjściowych przy pracy liniowej wzmacniacza i dla danych warunków jego zasilania.

Слайд 14

Описание слайда:

Dla wzmacniaczy ze stopniem wyjściowym na tranzystorach bipolarnych zakres zmian napięcia wyjściowego jest mniejszy od 1 … 2 V od napięcia zasilania. Dla wzmacniaczy ze stopniem wyjściowym na tranzystorach bipolarnych zakres zmian napięcia wyjściowego jest mniejszy od 1 … 2 V od napięcia zasilania. Dla wzmacniaczy typu rail-to-rail ( ze stopniem wyjściowym na tranzystorach polowych w technice CMOS ) na wyjściu można uzyskać napięcia mniejsze od kilkudziesięciu mV od napięcia zasilania.

Слайд 15

Описание слайда:

WŁAŚCIWOŚCI SZUMOWE WZMACNIACZA Analizując pracę wzmacniacza operacyjnego musimy w bardzo wielu przypadkach małych sygnałów wejściowych uwzględnić istnienie szumów własnych wzmacniacza. Analizując własności szumowe możemy brać pod uwagę zarówno maksymalną amplitudę szumów jak ich wartość skuteczną. Rozkład amplitudowy szumów cieplnych i kwantowych odpowiada rozkładowi Gaussa.

Слайд 16

Описание слайда:

W ogólności właściwości szumowe wzmacniacza określa się przez podanie gęstości widmowej odniesionej do wejścia n ( nV/√ Hz ) . Wartość skuteczna napięcia szumów odniesiona do wejścia wynosi : W ogólności właściwości szumowe wzmacniacza określa się przez podanie gęstości widmowej odniesionej do wejścia n ( nV/√ Hz ) . Wartość skuteczna napięcia szumów odniesiona do wejścia wynosi : Unoise = n x Au x √ BW n – gęstość widmowa mocy, Au – wzmocnienie wzmacniacza, BW – pasmo częstotliwościowe wzmacniacza Typowa wartość gęstości widmowej waha się od 0.7 nV/√ Hz dla specjalnych wzmacniaczy niskoszumnych jak AD797 do kilkudziesięciu nV/√ Hz dla wzmacniaczy uniwersalnych. Wartość napięcia szumów na wyjściu wzmacniacza zależy nie tylko od poziomu szumów własnych wzmacniacza ale i od wartości rezystorów w pętli sprzężenia zwrotnego oraz rezystancji wewnętrznej źródła sygnału wejściowego wzmacniacza.

Слайд 17

Описание слайда:

Szumy na wyjściu wzmacniacza maleją przy mniejszych wartościach rezystorów w obwodzie sprzężenia zwrotnego Szumy na wyjściu wzmacniacza maleją przy mniejszych wartościach rezystorów w obwodzie sprzężenia zwrotnego Szumy na wyjściu wzmacniacza maleją przy sterowaniu ze źródeł o mniejszej impedancji wewnętrznej

Слайд 18

Описание слайда:

PODSTAWOWE UKŁADY PRACY WZMACNIACZA OPERACYJNEGO WZMACNIACZ NIEODWRACAJĄCY Bardzo duża rezystancja wejściowa Wzmocnienie G = 1 + RF / RG ZAWSZE większe od jedności Dla RG → ∞ układ wzmacniacza zamienia się we wtórnik napięciowy

Слайд 19

Описание слайда:

WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY Rezystancja wejściowa równa R1 Wzmocnienie równe G = R2 / R1 może być większe lub mniejsze od jedności Odwraca fazę napięcia

Слайд 20

Описание слайда:

SUMATOR SUMATOR

Слайд 21

Описание слайда:

Sumator jako mikser sygnałów audio Sumator jako mikser sygnałów audio

Слайд 22

Описание слайда:

WZMACNIACZ RÓŻNICOWY WZMACNIACZ RÓŻNICOWY Zadaniem wzmacniacza różnicowego jest wzmocnienie sygnału różnicowego a tłumienie składowej wspólnej sygnałów

Слайд 23

Описание слайда:

Zastosowanie wzmacniacza różnicowego do sterowania linią symetryczną Zastosowanie wzmacniacza różnicowego do sterowania linią symetryczną Podstawowymi problemami w stosowaniu układu wzmacniacza różnicowego są : Tłumienie sygnału wspólnego zależy od zapewnienia równości stosunku rezystorów w pętli sprzężenia zwrotnego Regulacja wzmocnienia jest trudna Na ogół niezbyt duża rezystancja wejściowa, która może być różna dla obu wejść

Слайд 24

Описание слайда:

Tłumienie sygnału wspólnego zależy od doboru rezystancji w obwodzie sprzężenia zwrotnego wzmacniacza różnicowego. Zastosowanie rezystorów o tolerancji 0.1 % pozwala na osiągnięcie współczynnika tłumienia CMRR ( Common Mode Rejection Ratio ) równego 66 dB . Tłumienie sygnału wspólnego zależy od doboru rezystancji w obwodzie sprzężenia zwrotnego wzmacniacza różnicowego. Zastosowanie rezystorów o tolerancji 0.1 % pozwala na osiągnięcie współczynnika tłumienia CMRR ( Common Mode Rejection Ratio ) równego 66 dB . W układach pomiaru bardzo małych napięć taka wartość współczynnika tłumienia CMRR może okazać się niewystarczająca. Dlatego wielu producentów oferuje wzmacniacze różnicowe z wbudowanymi rezystorami , w których tłumienie sygnału wspólnego osiąga wartość powyżej 100 dB. Wzmacniacze AMP03 i SSM2141 mają wzmocnienie 1 , układ SSM2143 wzmocnienie 0.5.

Слайд 25

Описание слайда:

Układ AD629 jest przeznaczony do pracy w obwodach, w których małe sygnały pomiarowe nałożone są na bardzo dużą składową stałą, sięgającą +/- 270 V . Wartość współczynnika tłumienia składowej wspólnej CMRR przekracza 86 dB dla sygnałów 500 Hz . Układ AD629 jest przeznaczony do pracy w obwodach, w których małe sygnały pomiarowe nałożone są na bardzo dużą składową stałą, sięgającą +/- 270 V . Wartość współczynnika tłumienia składowej wspólnej CMRR przekracza 86 dB dla sygnałów 500 Hz .

Слайд 26

Описание слайда:

Odmianą wzmacniacza różnicowego jest wzmacniacz pomiarowy przeznaczony do współpracy ze źródłami bardzo małych sygnałów. Wzmacniacz instrumentalny jest stosowany w bardzo dokładnych systemach pomiarowych. Odmianą wzmacniacza różnicowego jest wzmacniacz pomiarowy przeznaczony do współpracy ze źródłami bardzo małych sygnałów. Wzmacniacz instrumentalny jest stosowany w bardzo dokładnych systemach pomiarowych. Od wzmacniacza różnicowego wzmacniacz instrumentalny różni się następującymi cechami : zrównoważoną dla obu wejść impedancją wejściową o bardzo dużej wartości, rzędu 109 Ω Rezystory pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza są odseparowane od wejść sygnałowych Prostszą Regulacją wzmocnienia.

Слайд 27

Описание слайда:

Istnieją dwa podstawowe rozwiązania wzmacniacza instrumentalnego : Istnieją dwa podstawowe rozwiązania wzmacniacza instrumentalnego : Struktura z dwoma wzmacniaczami operacyjnymi

Слайд 28

Описание слайда:

Struktura z trzema wzmacniaczami operacyjnymi Struktura z trzema wzmacniaczami operacyjnymi KU = 1 + 2 R1 / RS

Слайд 29

Описание слайда:

Szereg producentów oferuje wzmacniacze instrumentalne o różnych parametrach : napięciach zasilania, zakres napięć wejściowych, możliwość regulacji wzmocnienia, wartość współczynnika CMRR. Szereg producentów oferuje wzmacniacze instrumentalne o różnych parametrach : napięciach zasilania, zakres napięć wejściowych, możliwość regulacji wzmocnienia, wartość współczynnika CMRR. Dla przykładu, wbudowane rezystory w układzie AD524 pozwalają na łatwą regulację wzmocnienia od 1 … 1000 .

Слайд 30

Описание слайда:

Zestawienie wzmacniaczy instrumentalnych Zestawienie wzmacniaczy instrumentalnych

Слайд 31

Описание слайда:

Zastosowania wzmacniacza instrumentalnego Zastosowania wzmacniacza instrumentalnego

Слайд 32

Описание слайда:

Слайд 33

Описание слайда:

Konwerter napięcie – prąd dla pływającego obciążenia Konwerter napięcie – prąd dla pływającego obciążenia Konwerter napięcie – prąd dla obciążenia dołączanego do masy

Слайд 34

Описание слайда:

Źródła prądowe Źródła prądowe

Слайд 35

Описание слайда:

PROSTOWNIK LINIOWY Idealna dioda jest elementem, który wykazuje zerową rezystancję dla napięć o danej polaryzacji a nieskończoną rezystancję dla napięć o przeciwnej polaryzacji. Rzeczywista dioda półprzewodnikowa wykazuje odstępstwa od charakterystyki idealnej. Są one źródłem błędów nieliniowych szczególnie wtedy, gdy mamy do czynienia z napięciami o małych amplitudach.

Слайд 36

Описание слайда:

Prostownik liniowy jest układem zrealizowanym przy uzyciu wzmacniacza operacyjnego, którego charakterystyka przejściowa odpowiada charakterystyce diody idealnej. Prostownik liniowy jest układem zrealizowanym przy uzyciu wzmacniacza operacyjnego, którego charakterystyka przejściowa odpowiada charakterystyce diody idealnej.

Слайд 37

Описание слайда:

Układy prostownika dwupołówkowego Układy prostownika dwupołówkowego

Слайд 38

Описание слайда:

Detektor szczytowy Detektor szczytowy Układ próbkująco-pamiętający

Слайд 39

Описание слайда:

KOMPARATOR KOMPARATOR jest układem analogowym służącym do porównania napięć wejściowych. W roli komparatora może być użyty zwykły wzmacniacz operacyjny, jednakże ich parametry takie jak zakres napięć wejściowych i wyjściowych oraz szybkość zmian napięcia na wyjściu nie są na ogół dostosowane do poziomu współpracującego z komparatorem układu logicznego. Dlatego rolę komparatora pełni na ogół wyspecjalizowany układ analogowy.

Слайд 40

Описание слайда:

Слайд 41

Описание слайда:

Komparator z histerezą pozwala na wyeliminowanie przypadkowych zmian stanu wyjściowego na napięciu szumów wejściowych. Komparator z histerezą pozwala na wyeliminowanie przypadkowych zmian stanu wyjściowego na napięciu szumów wejściowych. O szerokości histerezy decyduje stosunek rezystorów R2 i R1 oraz wartości napięć zasilających.

Слайд 42

Описание слайда:

Jeżeli chcemy sprawdzić, czy dane napięcie mieści się w założonym przedziale napięć, należy wykorzystać DYSKRYMINATOR OKIENKOWY . Jeżeli chcemy sprawdzić, czy dane napięcie mieści się w założonym przedziale napięć, należy wykorzystać DYSKRYMINATOR OKIENKOWY .