Číslo projektu Číslo a název šablony klíčové aktivity Tematická oblast Autor Ročník 2, 3 Obor Anotace CZ.1.07/1.5.00/34.0514 III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Elektronické obvody, vy_32_inovace_ma_42_15 Ing. Jaroslav Bernkopf 26 41 L/01 Mechanik elektrotechnik Prezentace určená k objasnění zapojení a funkce rozdílových zesilovačů založených na operačních zesilovačích http://www.zlinskedumy.cz

Úvod Rozdílové zesilovače Elektronické obvody 2

Osnova Definice Zapojení Vlastnosti zesílení vstupní odpor Užití Elektronické obvody 3

Definice Rozdílový zesilovač má dva rovnocenné vstupy zesiluje rozdíl napětí mezi vstupy nereaguje na to napětí, které je vstupům společné zesílení z jednoho vstupu je záporné zesílení z druhého vstupu je kladné Elektronické obvody 4

Zapojení Rozdílový zesilovač má Ui dva vstupy Uo Ui obvykle jeden výstup Obvykle R 1 = R 2, R 3 = R 4. Elektronické obvody 5

Funkce Zesílení z jednoho vstupu je záporné, Ui Uo Ui zesílení z druhého vstupu je kladné. Elektronické obvody 6

Funkce Zesiluje rozdíl napětí mezi vstupy, Ui 1k 10k 1 mv 1k 10k Uo = 10 mv 5 V Ui nereaguje na společné napětí, které je pro oba vstupy stejné. Elektronické obvody 7

Funkce Od vstupního rozdílového napětí 1 mv je na výstupu 10 mv, Ui 1k 10k 1 mv 1k 10k Uo = 10 mv 5 V Ui od společného napětí 5 V na výstupu není nic. Elektronické obvody 8

Zesílení Vstupní signály můžeme překreslit takto: Ui Ui 0,5 mv 1 mv 1k 10k 5 V 0,5 mv 1k 10k Uo = 10 mv Ui 5 V Ui Na každý vstup působí polovina rozdílového signálu, společný signál působí na oba vstupy stejně. Elektronické obvody 9

Zesílení Zesílení pro rozdílový (d = differential) signál je Ui 0,5 mv 1k 10k (R 1 = R 2, R 3 = R 4 ) 5 V 0,5 mv 1k 10k Uo = 10 mv Zesílení ze vstupu () je stejné, jako ze vstupu (), ale záporné. Ui Společné napětí působí na oba vstupy stejně, proto se jeho účinky vyruší. Elektronické obvody 10

Zesílení Zesílení pro společný (c = common) signál je (R 1 = R 2, R 3 = R 4 ) Zesílení ze vstupu () je stejné, jako ze vstupu (), ale záporné. Ui 0,5 mv 5 V 0,5 mv Ui 1k 1k 10k 10k Uo = 10 mv Společné napětí působí na oba vstupy stejně, proto se jeho účinky vyruší. Elektronické obvody 11

Zesílení Uzemnímeli vstup (), zesílení pro vstup () je (R 1 = R 2, R 3 = R 4 ) Ui Uo Ui protože je to běžný invertující zesilovač. Elektronické obvody 12

Zesílení Uzemnímeli vstup (), zesílení pro vstup () je složitější. Je to neinvertující zesilovač, který má proti invertujícímu zesilovači zesílení o jedničku větší. Ale signál do něj teče přes dělič R 2, R 4. Ui Ui Uo Větší zesílení v zesilovači by se mohlo vyrovnávat se zeslabením v děliči. Uvidíme. Elektronické obvody 13

Zesílení Zesílení pro vstup () určíme takto: Ui 1 Uo zeslabení děliče zesílení zesilovače 1 Ui R 1 = R 2, R 3 = R 4, proto jsme mohli rovnici takto zjednodušit. Elektronické obvody 14

Zesílení Zesílení zesilovače napíšeme jinak 1 Ui zeslabení děliče zesílení zesilovače Uo Ui R 1 R 3 máme nahoře i dole, můžeme krátit. Elektronické obvody 15

Zesílení Porovnejme zesílení pro vstup () a pro vstup (): Ui Uo Zesílení jsou stejná, až na znaménko. Ui Přivedemeli tedy stejný signál na oba vstupy, jejich účinky se ruší, na výstup se nedostane nic. Elektronické obvody 16

Zesílení Vhodné pro snímání malých signálů v prostředí s velkým rušením. Ui Uo Ui Malý rozdílový signál se zesílí, rušení (= společný signál) se potlačí. Elektronické obvody 17

Vstupní odpor Díky záporné zpětné vazbě je mezi vstupy operačního zesilovače virtuální zkrat. Ui Pravé konce rezistorů R 1 a R 2 jsou (virtuálně) spojené, proto za vstupními svorkami je vidět jen jejich sériové spojení. Ui Ui = 0,0 V Uo Vstupní odpor je dán součtem odporů R 1 a R 2. Elektronické obvody 18

Vstupní odpor Vstupní odpor je dán součtem odporů R 1 a R 2. Ui Uo Ui Vstupní odpor je dost malý. Elektronické obvody 19

Přístrojový zesilovač Kde vadí malý vstupní odpor rozdílového zesilovače, použije se tzv. přístrojový zesilovač. Ui R5 R6 R7 Uo Ui Ten má vstupní odpor nekonečný. A má ještě pár dalších báječných vlastností. Elektronické obvody 20

Užití Snímání malých signálů v prostředí s velkým rušením, např. aktivita srdce (elektrokardiografie) aktivita mozku (elektroencefalografie) signály na konci dlouhých vedení (třeba USB) Ovládání servomotorů Můstkové měřicí přístroje Elektronické obvody 21

Shrnutí Rozdílový zesilovač zesiluje jen rozdílový signál zesílení je dáno poměrem odporů nepřenáší společný signál má malý vstupní odpor Elektronické obvody 22