A3M38ZDS Zpracování a digitalizace analogových signálů

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "A3M38ZDS Zpracování a digitalizace analogových signálů"

Kryštof Vladimír Staněk
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 3M38ZS Zpracováí a digitalizace aalogových sigálů doc. Ig. Jose Vedral, CSc Osovy předášek:. Operačí zesilovače, typy, vlastosti, teorie zpěté vazby. Měřicí zesilovače apětí, proudu, itegračí, ábojové, rozdílové, přístrojové zesilovače 3. Zpracováí sigálů odporových, kapacitích a iduktivích síačů, sychroí detekce 4. Zpracováí sigálů odporových, teročlákových a polovodičových síačů teploty 5. Metody elieárího zpracováí sigálů, koprese a expaze sigálů 6. Zpracováí eharoických sigálů, převodíky středí, eektiví a axiálí hodoty 7. Filtrace sigálu, pasiví, aktiví a spíaé iltry, vlastosti, ávrh, užití 8. Spíací a vzorkovací obvody, reerečí zdroje apětí 9. igitalizace rychlých sigálů, vzorkováí, kvatováí, paralelí, kaskádí, aproxiačí /Č převodíky. igitalizace sigálů s vysokou rozlišitelostí, itegračí a delta siga /Č převodíky, rozítáí sigálu. Spektrálí aalýza periodických a eperiodických sigálů, okékováí. ekostrukce spojitých sigálů, příá číslicová sytéza 3. estováí digitalizátorů v časové, kitočtové a aplitudové oblasti 4. Zásady ávrhu a aplikace /Č obvodů, zeěí, stíěí, potlačeí šuu Literatura: Vedral, J., Fischer, J.: Elektroické obvody pro ěřicí techiku, ČV, Praha, 4, ISBN Ďaďo, S., Vedral, J.: Číslicové ěřeí přístroje a etody. ČV Praha 6, ISBN8--49-X ostál, J.: Operačí zesilovače, BEN 5, ISBN Pallas rey,., Webster, J..: Sesor ad sigal coditioig. Joh Wiley & Sos,, ISBN arret, P.H.: Multisesor Istruetatio, Joh Wiley & Sos,, ISBN M38ZS_

2 Sigálové operace Obvody lieárí zpracováí sigálů zesilovače apětí, proudu elieárí zpracováí sigálů log., exp. zesilovače, ásobičky usěrěí střídavých sigálů převodíky stř., e., ax. hod. ipedačí odděleí elektroetrické zesilovače potlačeí souhlasého rušeí rozdílové, přístrojové zesilovače galvaická izolace sigálů izolačí zesilovače přepíáí sigálů aalogové ultiplexery zěa kitočtového spektra iltračí obvody potlačeí sériového rušeí itegračí zesilovače vzorkováí, kvatováí, kódováí vzorkovací obvody, C rekostrukce sigálu C, sytezátory S 3M38ZS_

3 Operačí zesilovač - statické paraetry +IN P I BP O P + B C C ideálí operačí zesilovač O = P - N rozdílové apětí C = ( P + N )/ souhlasé apětí a = + C C = a / rozdílové zesíleí C = a / C souhlasé zesíleí -IN I BN N a čiitel potlačeí souhlasého apětí N CP CN - B CM C P N ( P N ) I BN, I BP I = I BN I BP I B = (I BN + I BP )/ vstupí zbytkové apětí vstupí proudy vstupí zbytkový proud vstupí klidový proud d /dq di b /dq teplotí drity d /dt di b /dt časové drity d /d B di B / d B apájecí drity a vstupí rozdílový odpor vstupí souhlasé odpory ( C ) CM 3M38ZS_ 3 PS CP čiitel potlačeí zě apájecího apětí O / O I I C BP B B CN I C BN

4 Operačí zesilovače - dyaické paraetry [db] aplitudová charakteristika - db/dek [Hz] j stejosěré rozdílové zesíleí ezí kitočet ( /) trazití kitočet ( = ) ezí kitočet ( /) p ezí výkoový kitočet S rychlost přeběhu [ o ] ua - ázová charakteristika du a /dt = [Hz] u (t ) a du dt a si t S p S p t t Zkresleí výstupího apětí aplituda výstupího apětí přesahuje dovoleý rozkit výstupu zesilovače alá rychlost přeběhu výstupího apětí proudová a kapacití zátěž + aax - aax 3M38ZS_ 4 u a ideálí průběh skutečý průběh

5 Operačí zesilovače - šuové paraetry Spektrálí hustoty šuových veliči u I V Hz i Hz / / Itegrálí (eektiví) šuové veličiy orálí (aussovo) rozložeí četost výskytu aplitud N u d I i d 3s s s s s 3s Npp = 6 N u [V/Hz] 4 výstřelový šu 3 k k M blikavý šu / MOS JFE Bipolar 3 [Hz] e. hodota výstřelového šuu k k M i [/Hz] r u e. hodota výstřelového a blikavého šuu / 4 Bipolar JFE 3 u ( ) l 3 MOS [Hz] 3 3 pp ypy šuů tepelý šu (heral, Johso Noise) výstřelový šu (Schottky Noise) blikavý šu / (Flicker Noise) praskavý šu (Pop Cor Noise) 3M38ZS_ 5 pravděpodobost větších výchylek s 3% 4s 4,6% 6s,7%

6 Bipolar (74) ypy operačích zesilovačů BiFE (LF356) + B + B I I 3 I o I o 74(8) I 8 - IN + IN C k 3pF 3 6 O - IN + IN 5 C k O 7 C k ,8 V I 4 I 5 I 6 - B - B MOS FE (L7) + B ail to ail (OP9) + B I o LC7 I I I I ail to ail - IN 5 3 V,5 V + IN,5 V V 5 C k 7 6 O + IN,6 V - IN 3 -,6 V 4 přío vázaé stupě O I I I - B 3M38ZS_ 6

7 Bipolárí operačí zesilovače -IN I B c I k r k c I c I c a I B +IN p + B ideálí zesilovač O - B Př.: S = /V, C = k, r k = k =, C =, a CM = (6dB) = p -. rozdílové zesíleí k q 3M38ZS_ u a = I C C = a / S = I c / S C / I C C tepelé apětí 7 o C (3 K) = 6 V k =, J/K Boltzaova kostata teplota v K q =, C vstupí zbytkové apětí I C BE BE l l I C d teplotí drit vstupího zbytkového apětí d pro = je i d /d Př.: ß =, ß =, I k = µ, I B = di B /d = /K, di /d = p/k, I =. áboj elektrou. čiitel potlačeí souhlasého apětí I I S S Výhody: CM C Sr ízké zbytkové apětí V až V ízký apěťový teplotí drit až,v/k vysoké potlačeí CM, až db Nevýhody: Velké vstupí proudy, řádově Poěr p / = / je alý, typ k

8 ipolárí operačí zesilovače -IN I I I a I +IN + B ideálí zesilovač O S = I C / S u a = I = u a / = S c = u a / C = /r k CM = / C = S r k strost uipolárího trazistoru zěa výstupího apětí rozdílové zesíleí souhlasé zesíleí čiitel potlačeí souhlasého apětí I k r k p S / = pro I = I S (,66/ P ) I [] 3 - B Př.: S = 5 /V, = k, r k = k = 5, C =, a CM = 5 (54 db) -55 o C +5 o C +5 o C vstupí zbytkové apětí teplotí koeiciet vstupí proudy teplotí koeiciet = V až V /= V/K až V/K I B = p až p I B /= /K až p/k I Z S [V] Výhody: ízké vstupí proudy, až p, vysoké vstupí odpory Nevýhody: větší zbytkové apětí, větší teplotí drit, větší apěťový šu 3M38ZS_ 8

9 Operačí zesilovače - kitočtová kopezace + B 5, 6 O 4 3 korigovaá ekorigovaá -IN +IN C k 3pF 3 4 I [Hz] B [ o ] k k [Hz] - B C k S I C -8 F a ázová bezpečost F 9 o ez aperiodiocity 65 o Butterworth.. řádu a S C k S C k C k S Př.: pro S = /V a = MHz je C k = 33 pf aplitudová bezpečost B kitočtově podkorigovaé zesilovače stabilí až od určitého zesíleí, apř. 3M38ZS_ 9

10 Kopozití operačí zesilovač C Z Z 3 Operačí zesilovače - speciálí ( ) 3 3 ( ) 3 ( ) výsledá kitočtová ch. = /C Modulačí operačí zesilovač Vstupí zesilovač Střídavý zesilovač Výstupí zesilovač IN C v C v s OSC C v3 C v4 s O + IN - IN [Hz] Nulovaý operačí zesilovač O Z S C O Z S C OSC u(t) s(t) t t oezeý kitočtový rozsah teoreticky = s / prakticky = s / 3M38ZS_ áze zesilováí O () () ( áze ulováí O O O () () S S ) O S O () () S () S S O () /( S )

11 Paraetry operačích zesilovačů typ ozačeí db CM db V I u V/Hz i p/hz MHz S Vs techologie běžé ,6 bipolárí LF356,5, 5 BiFE LF ,3, 5 BiFE L , 5, 5 MOS rychlé ,6 6 6 bipolárí bipolárí ,5 3 3 bipolárí přesé OP77 3 4,,3 5,,6,3 bipolárí ízkošuové elektroetrické OP77 4,, 5,,7, bipolárí L57,5,3 3, 3 8 BiFE L8 4 6,4 5 bipolárí 8597,,4 4 4 bipolárí ,, BiFE 549 8, 6, BiFE 795 3,5,, BiFE ulovaé MX4 4 4,, 85,,5 MOS L5 7 3,, 5, 3 4 MOS L5,5,3, 4 MOS 3M38ZS_

12 Záporá zpětá vazba - statické vlastosti Vliv zesíleí operačího zesilovače K K i K K K Ideálí zesíleí i K K Skutečé zesíleí K i K K K je zesíleí rozpojeé zpětovazebí syčky Vliv rušeí operačího zesilovače K ( ) K K Vlastosti záporých zpětých vazeb: Sériové vazby - zvyšují vstupí odpor Paralelí vazby - sižují vstupí odpor Napěťové vazby - sižují výstupí odpor Proudové vazby - zvyšují výstupí odpor Sériová záporá apěťová zpětá vazba Paralelí proudová záporá zpětá vazba I K IN I K I K O / k I K z 3M38ZS_ O IN K I K /

13 Záporá zpětá vazba - dyaické vlastosti - kitočtová oblast i u (t) aplitudová chyba výstupí apětí ideálího zesilovače výstupí apětí skutečého zesilovače vektorová chyba t [db] aplitudová charakteristika - db/dek j j vektorová v a ázová aplitudov i á i chyba - chyba i i chyba i i - [ o ] [Hz] ázová charakteristika K i K j K j [Hz] K j K K / =,, a =,5%, v = %, = 5,7 % 3M38ZS_ 3

14 Záporá zpětá vazba - dyaické vlastosti - časová oblast u a /,9 S > /, d u oba áběhu a t a exp( t / ),9 t,,,35 / oba ustáleí u l d / - d %,,,, u /,3 4,6 6,9 9,,5 3,5, u t 74 i =, = MHz, S = V/s, =, V, = V. = / i = khz, =,35/ = 3,5 s, = / =,6 s, p = S/ = 8 khz du /dt = / =,65 V/s, d =, %, u = 4,8 s. i u S /, S S i u ( t ) exp( ( t ) / ) i S u S i l S ) d i 74 i =, = MHz, S = V/s, = V, = V. t = / i = khz, =,35/ = 3,5 s, = / =,6 s, p = S/ = 8 khz du /dt = / = 6,5 V/s, d =, %, u =,7 s 3M38ZS_ 4

15 Záporá zpětá vazba - stabilita K - db/dek p, d = siusovka I () = I () Fázová bezpečost F doplěk áze zesíleí rozpojeé syčky K do -8 o při ezí kitočtu C - 4 db/dek P C [ o ] F - 8 log ( p, d) tlueé oscilace p, d = expoeciála i F o arg ( j ) 8 pro ( j i jd j / p = /4d ) P c j( j P i j c ) / P F ( o ) M (db) Y P d 84,7 5 79, 63,5,7 45,3,3,4,5 7 5,7,4,7, 5,,76,9, 6,,87,4 d M P d P d Kitočet etlueých kitů Poěré tlueí ezoačí převýšeí 3M38ZS_ 5

16 Záporá zpětá vazba - šu Ekvivaletí šuová šířka pása ENBW (Equivalet Noise Badwidth) šířka pása ideálí dolí propusti, která propouští stejý výko bílého šuu jako daý obvod dolí propust. řádu 3dB - db/dek / ENBW ( ) d řád iltru ENBW,57,,6,3,,9 Šuové číslo (Noise Figure) SN NF SN IN O ENBW dolí propust -tého řádu 3dB - db/dek ENBW / / SN IN odstup sigál šu a vstupu zesilovače SN O odstup sigál šu a výstupu zesilovače Shrutí: poěr sigálové a šuové šířky pása se blíží s rostoucí řáde propusti k iiálí šířku pása (úzkopásové aplikace) odporové vyvážeí OZ zvětšuje jeho šu ENBW 3M38ZS_ 6

Podobné dokumenty

A3M38ZDS Zpracování a digitalizace analogových signálů Doc. Ing. Josef Vedral, CSc Katedra měření, FEL, CVUT v Praze

A3M38ZDS Zpracování a digitalizace analogových signálů Doc. Ing. Josef Vedral, CSc Katedra měření, FEL, CVUT v Praze M8ZS Zpracování a digitalizace analogových signálů oc. ng. Jose Vedral, Sc Katedra měření, FEL, V v Praze Evropský sociální ond Praha & E: nvestjeme do vaší bdocnosti M8ZS_ Zpracování a digitalizace analogových