Mot3.: Støy i forsterkere med tilbakekobling

Transkript

1 Mo3.: Søy i forserkere med ilbakekoblig Hiil har vi diskuer forserkere ue ilbakekoblig ("ope-loop"). Nå vil vi diskuere virkige av ilbakekoblig. Geerel beyes ilbakekoblig for å... edre forserkig, edre impedasivåer, edre frekvesrespos, redusere forvregiger m.m. NB! Tilbakekobliger reduserer ikke igagssøye!! (esisiv mosad i ilbakekoblige vil ilføye mere søy.) Dee vil bli vis i de følgede...

2 Forserkerkjede med ilbakekoblig. i: Øske sigal på igag,,3,4: Søy,: Speigsforserkig i forserkere β: Speigsforserkig i ilbakekobligseverk. O: Toalsigal på ugag. O ka urykkes som: O [ ( β )] 4 3 i i omarragerer slik a O kommer il vesre: O 3 4 ( i ) β β β O

3 Forserkerkjede ue ilbakekoblig i kaller her speigsforserkige i ri o for '. De øvrige er ideisk med verdiee i forserkerkjede med ilbakekoblig. ( ) 3 4 O ' i ' For å kue sammelige med og ue ilbakekoblig så seer vi ' slik a forserkige av i blir like sore i begge ilfeller. Da må: ' ( ) β Med dee verdie for ' så får vi: 3 ( ) 4 O i β β 3

4 4 Sammeligig: i sammeliger urykke for forserkerkjede med ilbakekoblig: med urykke for forserkerkjede ue ilbakekoblig: i ser a med eller ue ilbakekoblig ikke gjør oe forskjell for søye på igagee (, og 3). Søy på ugage (4) vil bli dempe gjeom ilbakekoblige. 4 ka f.eks. komme fra e søyede las. ( ) β β β 4 3 i O ( ) 4 3 i O β β

5 Søymodell for differesiell forserker De flese forserkere er bygd opp rud e differesiell forserkerkjere. Forue å bli bruk for o differesielle sigaler ka de brukes for ekel sigaler i e ivererede eller ikkeivererede oppkoblig besem av ilkobliger og eksere kompoeer. søymodell må dekke alle disse oppkobliger. 5

6 6 valig differesiell oppkoblig. a) i ser i a) e valig differesiell oppkoblig. Ugagsspeige ka urykkes som: i i O

7 i har e ideell differesiell forserker år sigalee på posiiv og egaiv igag er like sore me mosae. Dee er ilfelle år: så ilfelle har vi: O 4 3 ( )( ) i i 7

8 ariaer: : Differesiell som vis over : Posiiv (i0) 3: Negaiv (i0) 4: ddisjo og subraksjo med flere ledd 5: Som over me i swich mode 8

9 Thevei ekvivale kres: b) har vi lage e ekvivale kres av a) hvor: ( ) ( ) p 3 4 ad ' i 4 i 3 4 9

10 i lager så e skjema med søymodeller for søykildee:,, og er søymodeller for forserkere. De øvrige er søymodeller for mosadee. 0

11 De vil være oe kompliser å rege på rmsverdiee. sede velger vi førs å ersae søykildee med små speig og srømkilder. i velger også å see e polarie for kildee slik de er agi på figure. i lar være speigsforserkig år forserkere ikke er ilbakekoble ("ope-loop"). i har da: O ( ) p p ' i p p i i ( ) i i O i

12 i seer samme urykkee på foregåede side slik a vi blir kvi p, og i. i får da i lar operasjosforserkere bli ideel ved å la gå mo uedelig og får da: Koeffisieee il hver speig og srøm vil agi forserkigsgrade. i vil å bye ilbake il søyberakiger ved å ersae speiger som represeer søy med søye. Side vi reger med rms så må vi kvadrere alle leddee. Side vi bare ser på søye må vi også fjere de speiger som represeerer sigalspeiger, d.v.s. i og i. i får da: ( ) ' i p p i i O ( ) ( ) ' i p p i O ( ) ( ) p p o

13 de førse pareese med søy har vi søykilde fra de posiive igage på forserkere. dee pareese har vi også søyspeige på forserkeres egaive igag. Søye i reflekeres il ugage forserke med kvadrae av forholde mellom /. Søye går direke gjeom il ugage. Søyspeige i ilbakekobligsmosade legger seg direke på ugage. Urykke vi har rege u er for søy på ugage. Som idligere ev er de gusig å fie de ekvivalee søye på igage. U fra meode vi beskrev idligere så fier vi dee ved å dele søye på ugage med sysemforserkige. Nå har vi e lie problem side vi har o igager med o forskjellige sysemforserkiger. (D.v.s. med midre forserkere er koble opp som e ideell differesiell forserker: /4/3. Da er forserkige heholdsvis pluss og mius /.) 3

14 kvivale igagssøy for egaiv igag. Førs vil vi fie de ekvivalee søye for de egaive (ivererede) igage. De fier vi ved å dele ²o med (/)². i får da: Her iføres slik a: de førse søy-pareese har vi igagsøyspeigee il forserkere og søye il parallellkoblige på posiiv igag. Side ofe er mye sørre e vil koeffisiee fora gå mo og disse søyspeigee vil bidra direke på igage. De vil også søye i. Søysrømme i ilbakekobligsmosade og på de egaive igage vil gå gjeom og skal derfor mulipliseres med dee. Søysrømme på de posiive igage går gjeom parallellmosade. Søyspeige dee skaper reflekeres mo de egaive igage som for de førse vi omale. 4

15 kvivale igagssøy for posiiv igag. For å fie ekvivale igagssøy mo posiiv igag så deler vi ²o på (/)². i får da: gagssøyspeigee il forserkere reflekeres direke på igage. De gjør også søyspeige il parallellmosade. Søyspeige fra ilbakekobligsmosade reduseres mye hvis er mye sørre e. Søyspeige fra vil bli dempe li. De mosae vil være ilfelle for de o siseve hvis forserkere brukes som e dempeledd ( er mye midre e ). Søysrømme fra egaiv igag går gjeom parallellkoblige av og mes søysrømme fra posiiv igag går gjeom parallellkoblige på posiiv side: p. 5

16 deell differesiell forserker oppkoblig. Dee er ilfelle hvor forserkige er lik på begge igager. Da gjelder: /4/3. Forserkigsfakore for egaiv igag vil da være / mes de for posiiv igag vil være /. Kvadrae av forserkigsfakore for begge er like og vi kaller dee K. i har da: i i i o i fier med oe regig a: K Dee er de samme urykke som vi fa li idligere for de egaive igage. 6

17 ksempel: 74 Op-mp Mål: ) Fi oal ugagssøy ) Fi oal ekvivale igagssøy på egaiv igag. 3) Sigal år S/N. erdier: 0/ Hz, 0.5p/ Hz. 3kΩ. 450kΩ. a MHz gai-badwidh produk gorer adre søyyper e de omale Løsig: i bruker urykkee for o og i og seer opp følgede abell med løsiger: ) og ) Noise Noise Source alue Gai Muliplier Oupu Noise Coribuio pu Noise Coribuio 4/ Hz 50 00/ Hz 4/Hz 8.3/ Hz 8.3/ Hz 0.556/ Hz p 3.96/ Hz 5 0/ Hz 4.04/ Hz 4.4/ Hz 5 7/ Hz 4.4/ Hz 4.4/ Hz 5 7/ Hz 4.4/ Hz 0.5p/ Hz 50k 5/ Hz 0.5/ Hz 0.5p/ Hz 49.98k 5/ Hz 0.5/ Hz Toal Noise Coribuios 059.5/ Hz.6/ Hz i ser a og er domierede både på ugag og igag. 7

18 3) Med e forserkig på ca. 50 og e gaibadwidh på MHz så blir -3dB bådbredde MHz/500kHz. Me søybådbredde er ikke lik -3dB bådbredde. Uder våre diskusjoer idligere av sigalbådbredde og søybådbredde fa vi a søybådbredde er (π/) gager sigalbådbredde. i får da e søybådbredde lik (π/)*0khz 3.4kHz. i reger så u for o og i og får: o / Hz 3.4kHz 88µ og i.6 / Hz 3.4kHz 3.75µ Med adre ord: Med e S/N forhold på så må igagssigale være 3.75µ. 8

19 Noe geerelle kommearer om diff. forserkere. aligvis brukes e balaser differesialri i igage il operasjosforserkeree. Da vil igagee være symmeriske og. Hvis daablade på forserkere ieholder bare e verdi så ka e dele dee på og bruke de ye verdie for begge igager. 9

20 leraiv, i e ivererede kofigurasjo er de ofe eklere å bruke de oppgie og som vis i figure uder. urykk for søye på ugage er: o ( ) dee urykke ser e bor fra søye i mosadee. Søymosade il syseme, 0, er som idligere diskuer lik: /. U fra ligige over så får vi a 0 ka urykkes som: ( ) O Når kilde mosade er midre e 0 så er domierede mes år er sørre e 0 så er domierede. 0

21 oppkobliger med høy forserkig er mye sørre e. Da er 0 lik. NB! ed å see lik 0 så får vi miimum søyfakor me ikke miimum søy. De får vi bare år går mo 0.

22 Meode for målig av. Figure viser e meode for å måle. De eger seg ikke for de mes søyfølsomme forserkeree. Meode: ) Begge bryere er lukke (ledede). og o blir mål. Søye på ugage vil være. Side forserkige bare er vil bidrag fra eerfølgede ledd også bidra. ) Når bryere over åpes så vil søye på ugage ha bidrag fra, og. Termisk søy gjeom ka bli berege. Da er de bare som gjesår og som ka

23 bereges u fra målig av ugagssøy og de ligiger vi har fue idligere. 3) Så åpes også bryere over p og søye måles på y på ugage. De ye bidragee il ugagssøye er å p (som ka måles) og p. Dermed ka vi berege. Når p0 så er i realiee korslue og bare bidrar med søy il i. Når e skal måle så bør "kildemosade" gjøres så sor a ²² blir domierede. 3

24 verer egaiv ilbakekoblig. De iverere forserker kofigurasjoe som vi har diskuer idligere er mye bruk. De brukes ved a 'i jordes, s ersaer og p velges slik a de er lik parallellverdie av s og. Når vi skal fie ekvivale søy på igage så vil de selvfølgelig være mo i-igage. 4

25 5 i bruker urykke vi fa idligere og seer i de ye ideksee: i omgrupperer li og får: Her er /. spesifikasjoee for e forserker vil e ofe få oppgi og gi i hehold il: og ed å bruke disse forekles urykke over il: ( ) ( ) S s S p p S i ( ) ( ) p p s s s i ( ) s p p s s s i i

26 i defierer å e y ekvivale søyspeig ²a som urykkes ved: s ( ) a p p s Plasserige av ²a er gi i følgede figur: De ekvivalee igagssøye forekles å il: i s a s De ivererede ilbakekoblede forserkere ka represeeres av ekvivaleskjemae over. Her represeer alså ²a søye i og i p og forserkersøye. forserkere med MOSFT igagsri så ka e ofe ugå p side søysrømme er svær lav. Dessue krever lavsøy forserkere ofe 6

27 ilbakekobliger som gir på forserkiger på 30 eller mere. Da gjelder a er mye sørre e S som igje er mye sørre e p. Da forekles urykke for ekvivale igagssøy il: i s ( ) s 7

28 kke-iverer egaiv ilbakekoblig de ikke-iverere oppkoblige vil mosade p represeere kildemosade. i kaller de derfor i sede for (s). i kaller også igage 'i for i. i skal å vise hvorda dee søyskjemae u fra e søyvurderig ka reduseres il e eklere skjema ue ilbakekoblig. Førs sarer vi med urykke vi fa idligere og seer i de ye ideksee. 8

29 9 i bruker urykke og får: For å fie ekvivale igagssøy så deler vi søye over på forserkige. Forserkige er lik: (/)². i får da: Hvis vi foruseer: så ka vi lage oss e y søyspeig ²b: ( ) ( ) s s o ( ) ( ) s s o ( ) s s i ( ) ( ) ( ) b

30 30 i lager e y skjema med de y søyspeige slik: De ye ekvivalee igagssøye ka urykkes som: Her vil ²b ieholde søy fra ilbakekoblige og speigssøye il forserkere. s b s i ( ) ( ) ( ) b

31 Posiiv ilbakekoblig Posiiv ilbakekoblig brukes bevis i oscillaorer. Me ofe oppsår uøskede ilbakekobliger som skaper uøskede resulaer. ugagspuke er søyberakiger rud posiive ilbakekobliger lik med berakiger for egaive ilbakekobliger. Ofe vil de være øskelig å lage e lavsøy oscillaor. Søy i oscillaore beyr variasjoer i frekves. Dee ka ses som e "skjør" rud sigale på e spekrumsaalysaor. For å gjøre dee så må ma lage e lav-søy forserker og så bruke e lav-søy ilbakekobligseverk på dee. 3

32 ksempel: Hvorda ka ma se om e forserkerkoblig er sabil? a e forserker som har e gai på 80dB og poler på, 6 og MHz. Sjekk om dee er sabil år de skal ha e egaiv ilbakekoblig som gir e forserkig på 40dB. i får simulerigsresulae som gi over. i ser a rud MHz så er forserkige med ilbakekoblig sørre e ue ilbakekoblig!! De beyr a vi har posiiv ilbakekoblig i dee område! Simulerige viser a ved MHz blir faseskife posiiv (ledede). De iebærer a forserkere er usabil. Me søyaalyse vil ikke vise dee!! 3