0,2 ma ZP 1 T 4 I (-) I B T 3 O (+) I (+) ZP 2. 1,3 ma T 1 T 2. zdroj proudu invertující řízený proudem

Transkript

1 Vážení zákazníci, dovolujee si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znaená, že ukázka á sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jaký zpùsobe je titul zpracován a ohl se také podle tohoto, jako jednoho z paraetrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýkoliv zpùsobe dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. uis ování na datová édia, na jiné internetové stránky (ani prostøednictví odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN technická literatura redakce@ben.cz

2 +U N 0, A ZP (-) T 4 (-) B T 3 O (+) (+) ZP,3 A T T zdroj proudu invertující řízený proude zesilovač (proudové zrcadlo) Obr..33 Zjednodušené schéa zapojení Nortonova zesilovače Ve zjednodušené obvodové (vnitřní) schéatu zapojení jsou tranzistory: T a T zapojeny jako proudové zrcadlo, proud tekoucí: T je roven proudu, který je: T vnucen tranzistore: T. Zbývající tranzistory tvoří invertující napěťový zesilovač, tranzistor: T 3 realizuje svý velký činitele: h e celé napěťové zesílení: A. Tranzistor: T 3 vlastně přerozděluje proud 0, A ze zdroje proudu: ZP ezi proud do báze tranzistoru: T 4 a kolektoru tranzistoru: T 3. Výstupní stupeň je pak tvořen eitorový sledovače s tranzistore: T 4. Konečně za účele popisu Nortonova zesilovače zobecněnou etodou uzlových napětí se v jeho náhradní schéatu přidá na výstup zdroje napětí řízeného napětí výstupní vodivost: G O, takže vznikne náhradní schéa, které je na obr..34. (-) (-) B G O (+) o (+) r (+) G -A.U (-) zdroj proudu řízený proude zdroj napětí řízený napětí Obr..34 Náhradní schéa reálného Nortonova zesilovače vhodné pro popis aditanční aticí V toto obvodu pak pro vstupní a výstupní proudy platí rovnice: Náhradou odporů vodivosti bude: U ( = r = + ) + B AU. U = O ( o) = AU.. g. g + U. G O. G + U a po zapsání do tvaru vhodného pro aticovou transkripci:. G

3 . g + U. g + U.0 + U.0 + U. G + U. AG. takže výsledná atice popisující Nortonův zesilovač při řešení zobecněnou etodou uzlových napětí á tedy tvar: : : ( o) : : : ( o) : g g G A. G O G O O U. G.0 Přidružená transforace Přidružená transforace je jední z prostředků pro návrh resp. syntézu obvodů v proudové ódu. Vychází se z prototypu obvodu v ódu napěťové, jeuž se přiřadí (resp. tzv. přidruží) obvod v ódu proudové. Tento obecný princip je ilustrován na obr..35. A B A B POTOTYP OBVOD U VST =U V NAPĚŤOVÉM U VÝST =U VÝST = V POUDOVÉM VST = MÓDU MÓDU Obr..35 Princip přidružené transforace Prototyp v napěťové ódu á přenos napětí: U U A = a obvod v ódu proudové á přenos proudu: a =, přičež oba tyto přenosy jsou po přidružené transforaci stejné, tedy: A = a. Proto je ožný příý a jednoznačný přechod ezi napěťový a proudový óde. Přidružený ekvivalente k ideálníu zesilovači napětí (ZNŘN) je proto ideální zesilovač proudu (ZPŘP), jak je znázorněno na obr..36. ZNŘN ZPŘP U U A.U U a. Obr..36 Přidružené prvky Například aktivníu filtru v napěťové ódu s ideální diferenciální operační zesilovače i.d.o.z., jehož schéa zapojení je na obrázku.38 vlevo, bude přidružen aktivní filtr v ódu proudové s negativní proudový konvejore druhé generace - podle principu, jehož schéa je na obr..37 vpravo

4 i.d.o.z. + _ + z y + x U U Obr..37 Příklad přidružené transforace Dále například aktivníu filtru v napěťové ódu s ideální diferenciální operační zesilovače i.d.o.z., jehož schéa zapojení je na obrázku.38 vlevo, bude přidružen aktivní filtr v ódu proudové s negativní proudový konvejore druhé generace -, jehož schéa je na obr..38 vpravo. Stejně tak, jako zapojení ideálního diferenciálního operačního zesilovače jakožto napěťového sledovače v podstatě opakuje vstupní napětí na výstup, negativní proudový konvejor (přidruženě) opakuje vstupní proud: X na svůj výstup: Z. i.d.o.z. + _ - y U U z x Obr..38 Přidružená transforace filtrů druhého řádu. Základní obvody v proudové ódu.. ntegrátor v proudové ódu s + Proudový vstup integrátoru na obr..39 je připojen na vysokoipedanční vstup: y konvejoru +, do něhož neteče proud: i Y 0. Proto se celý vstupní proud: uzavírá do kapacitoru:, na něž vzniká napětí: = u idt = dt. Toto napětí (vzhlede k tou, že ezi vstupníi svorkai: y a: x konvejoru je napětí nulové: u i 0 ) se objevuje i na rezistoru., který protlačuje proud: u i = ix = = dt a tento proud: i X je konvejere opakován na výstup: z, takže výstupní proud: i Z = je: = dt tedy integrále proudu vstupního:. i Y 0 + y z x + Obr..39 ntegrátor s + v proudové ódu - 4 -

5 .. ntegrátor v proudové ódu s OTA Proudový vstup integrátoru na obr..40 je připojen na vstup transaditančního zesilovače (s transaditancí: g ), do něhož však neteče proud: i+ 0. Proto se celý vstupní proud: uzavírá do kapacitoru:, na něž vzniká napětí: = u idt = dt. Výstupní proud transaditančního zesilovače je (obecně): = g. u, kde vstupní napětí: u = u = dt, takže výstupní proud: bude: = g. dt tedy integrál proudu vstupního:. U i i+ 0 + g U Obr..40 ntegrátor s OTA v proudové ódu..3 Zesilovač proudu s transaditanční zesilovače Proudový vstup na obr..4 je připojen na vstup transaditančního zesilovače (s transaditancí: g ), do něhož však neteče proud: i+ 0. Proto se celý vstupní proud: uzavírá do rezistoru:, na něž vzniká napětí: u =.. Výstupní proud transaditančního zesilovače je (obecně): = g. u, kde vstupní napětí: u = u =., takže výstupní proud: bude: = g.u = g.. a tedy proudové zesílení obvodu je: = g.. i+ 0 + U i g U Obr..4 Zesilovač proudu s OTA v proudové ódu

6 . Analogové obvody. Obvody s operačníi zesilovači Kroě základních zapojení operačního zesilovače jako invertujícího a neinvertujícího zesilovače existují další jeho typická zapojení, z nichž některá budou uvedena v další. Základní paraetry operačního zesilovače jsou přito následující : ) Diferenční vstupní napětí ui = u N u P je rozdíl ezi napětí invertujícího ( negativního u N ) a neinverujícího ( pozitivního u P ) vstupu. Protože překročení tohoto axiálního vstupního napětí by ohlo operační zesilovač poškodit, jsou často vstupy chráněny proti přepětí antiparalelně zapojenýi diodai, které se při překročení napětí 0,7 V otevřou, čili tí je axiální velikost u i daná hodnotou 0,7 V ) Souhlasné vstupní napětí u N + up uc = je tedy střední hodnota vstupního napětí. Protože však platí: u i = 0, používá se veli často jiná definice souhlasného vstupního napětí, a to: u c = u P 3) Výstupní proud operačního zesilovače á běžně velikost: 5 A. 4) Jenovité výstupní napětí U O.MAX. je axiální hodnota výstupního napětí, při ktré ještě nedochází k saturaci ( oezování sinusového resp. haronického průběhu ). 5) Převodní charakteristiku tedy závislost výstupního napětí u o na napětí vstupní u i operačního zesilovače ukazuje obr... kladná saturace u o +6V +U O.MAX. u o (u i ) u i 0,4V + 0,4V záporná saturace U O.MAX. 6V Obr.. Převodní charakteristika operačního zesilovače.. Spínače, vzorkovače Diodové spínače a přepínače využívají odlišných vlastností polovodičových diod v propustné a závěrné sěru, pro spínání se obvykle zapojují do ůstků, jak je ukázáno na obr

7 +U SP -U SP u +U SP Z u u u -U SP a) b) Obr.. Schea diodového spínače a jeho scheatická značka Je-li na anodách diod kladné spínací napětí: +U SP a na katodách záporné tj.: U SP, pak se všechny čtyři diody otevřou a protéká jii proud od: +U SP do: U SP. Jsou-li však (již) otevřeny, ůže jii zároveň procházet také i proud, protlačovaný vstupní napětí: u přes zatěžovací odpor: Z (na které tí vzniká výstupní napětí: u ). Diodový spinač je tak sepnut. Jsou-li však diody záporný spínací napětí: U SP na anodách a kladný spínací napětí: +U SP na katodách zahrazeny, neůže jii projít ani proud od napětí: u. Diodový spinač je tedy nyní rozepnut. Některé paraetry spinačů jsou pro porovnání shrnuty v tab.. Tab.. Některé paraetry spinačů paraetr relé Ge dioda Si dioda J FET MOS FET Ge BJT Si BJT SEP Ω < OZP Ω > t SEPNUTÍ s Schéa zapojení spínače s unipolární tranzistore NPN s indukovaný kanále, na jehož hradlo: G se přivádí řídící napětí: u Ř pak ukazuje obr..3. Je-li napětí +U Ř kladné, vytvoří se pod izolovaný hradle záporný indukovaný náboj, který pozění polovodivost P u NPN tranzistoru na N, číž se vodivě propojí polovodiče typu N jeho krajních elektrod, takže tranzistor se chová jako sepnutý spinač. U SP u NPN Z u G U Ř u Ř a) b) N P N -U Ř Obr..3 Schea spinače s FET (a), struktura G FET typu NPN (b) Oproti tou záporné řídící napětí: - U Ř á účinky přesně opačné: pod izolovaný hradle se objeví záporný indukovaný náboj který posílí polovodič P, oddělující polovodič typu N obou krajních elektrod, takže tranzistor se chová jako rozepnutý spinač (tranzistor NPN se jí rozpojí). Vzorkovače s paětí (nebo-li obvody saple and hold: S/H) resp. sledovače s paětí (čili obvody track and hold: T/H ) jsou pak sestaveny ze spínače a paěťového kapacitoru:, jak ukazuje schéa na obr..4. Přito obvod S/H vznikne z obvodu S/H zkrátí-li se sledovací provoz na zanedbatelnou dobu (čili jde-li doba vzorkování k nule). Časové průběhy, znázorněné na obr..4, platí pro případ ideálního spinače a paěťového kapacitoru, skutečný vzorkovač však vykazuje celou řadu chyb, a to sice ) chyby vzorkování a ) chyby (za)paatování, jejichž význa přibližuje obr

8 u,u u ( t ) uř sledování u ( t) t t u uř u paatování Obr..4 Schea vzorkovače s paětí a časové průběhy Mezi charakteristické paraetry vzorkovacích obvodů s paětí patří tedy zejéna: Doba upnutí (acquisition tie) je doba potřebná k přechodu z paěťového (S/H) do sledovacího (T/H) režiu. ychlost přeběhu (slew rate) je axiální rychlost zěny výstupního napětí. U provedení vzorkovače s vnější: P se udává axiální nabíjecí proud. Paěťový kapacitor se nabíjí přes odpor sepnutého spinače SP, který je v sérii s výstupní odpore: zdroje signálu, tedy s časovou konstantou: τ = ( + SP ). P. Z analýzy přechodového děje článku při toto nabíjení lze určit dobu vzorkování: T VZ potřebnou pro dosažení požadované přesnosti, která je v tabulce tab... Činitel potlačení vstupního napětí (průnik vstupního napětí) resp. tzv. (feedthrough rejection ratio) udává převrácenou hodnotu přenosu vstupního napětí na výstup v paěťové provozu (někdy se udává v závislosti na velikosti kapacity paěťového kapacitoru). ychlost klesání výstupního napětí (drop rate) je zěna výstupního napětí za jednotku času po zapaatování napětí. Je způsobena svodovýi proudy paěťového kapacitoru a klidovýi proudy připojených obvodů. u,u chyba průnike napětí v režiu paatování doba upnutí oezená rychlost přeběhu doba ustálení doba uklidněníní u ( t) u ( t ) t u Ř doba vzorkování doba paatování Obr..5 hyby vzorkovacího obvodu t Požaduje-li se, aby se zapaatovaná hodnota za dobu: Tp nezěnila vlive tohoto