Forelesning nr.6 INF Operasjonsforsterker Fysiske karakteristikker og praktiske anvendelser

Like dokumenter
Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer. Måleteknikk Operasjonsforsterkere

Forelesning nr.5 INF 1410

Forelesning nr.12 INF 1411 Elektroniske systemer. Opamp-kretser Oscillatorer og aktive filtre

Forelesning nr.12 INF 1411 Elektroniske systemer

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Forelesning nr.12 INF 1411 Elektroniske systemer. Opamp-kretser Oscillatorer og aktive filtre

Fasit til Eksamen FY-IN 204 våren (avholdt høsten) 1998.

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

LAB 7: Operasjonsforsterkere

«OPERASJONSFORSTERKERE»

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer. Felteffekt-transistorer

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO.

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Lab 7 Operasjonsforsterkere

Eivind, ED0 Ingeniørfaglig yrkesutøvelse og arbeidsmetoder Individuell fremføring

EKSAMEN Løsningsforslag Emne: Fysikk og datateknikk

Forslag B til løsning på eksamen FYS august 2004

«OPERASJONSFORSTERKERE»

RAPPORT. Elektrolaboratoriet. Oppgave nr.: 5. Tittel: Komparator Skrevet av: Espen Severinsen. Klasse: 14HBIELEB Øvrige deltakere: Vegard Bakken.

UNIVERSITETET I OSLO

Oppsummering. BJT - forsterkere og operasjonsforsterkere

FYS1210 Løsningsforslag. Eksamen V2015

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Forslag til løsning på Eksamen FYS1210 våren 2008

Figur 1. 1e) Uten tilkopling på inngangene A og B - Hva er spenningen på katoden til dioden D1? 1,4 volt

UNIVERSITETET I OSLO

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 våren Oppgave 1

Løsningsforslag eksamen inf 1410 våren 2009

Løsningsforslag til eksamen FY108 høsten 2003

Eksamen i Elektronikk 24. Mai Løsningsforslag Knut Harald Nygaard

Forslag til løsning på Eksamen FYS1210 våren 2004

g m = I C / V T g m = 1,5 ma / 25 mv = 60 ms ( r π = β / g m = 2k5 )

UNIVERSITETET I OSLO

«OPERASJONSFORSTERKERE»

g m = I C / V T g m = 1,5 ma / 25 mv = 60 ms ( r π = β / g m = 3k3 )

Prøveeksamen 1. Elektronikk 8.feb Løsningsforslag

Ny/Utsatt eksamen i Elektronikk 2. August Løsningsforslag Knut Harald Nygaard

Løsningsforslag Elektronikk 1 (LO342E) høst 2006 eksamen 1. desember, 3timer

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag for obligatorisk øving 1

Forelesning nr.7 INF 1411 Elektroniske systemer. Tidsrespons til reaktive kretser Integrasjon og derivasjon med RC-krester

g m = I C / V T = 60 ms r π = β / g m = 3k3

Figur 1 viser et nettverk med et batteri på 18 volt, 2 silisiumdioder og 4 motstander.

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Lab 5 Enkle logiske kretser - DTL og 74LS00

Fasit og sensorveiledning eksamen INF1411 våren Oppgave 1 Strøm, spenning, kapasitans og resistans (Vekt 20 %) A) B) Figur 1

Forelesning nr.4 INF 1410

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer. Effekt, serielle kretser og Kirchhoffs spenningslov

Analog til digital omformer

FYS Forslag til løsning på eksamen våren 2014

Studere en Phase Locked Loop IC - LM565

UNIVERSITETET I OSLO

Forelesning nr.9 INF 1411 Elektroniske systemer. Transistorer MOSFET Strømforsyning

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

TRANSISTORER Transistor forsterker

Contents. Oppgavesamling tilbakekobling og stabilitet. 01 Innledende oppgave om ABC tilbakekobling. 02 Innledende oppgave om Nyquist diagram

TRANSISTORER Transistor forsterker

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 høsten 2005

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 2. 1 Strøm- og spenningsdeling. (5 poeng)

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2015

Lab 6 Klokkegenerator, tellerkretser og digital-analog omformer

Forelesning nr.1 INF 1410

Fasit og sensorveiledning eksamen INF1411 våren Oppgave 1 Strøm, spenning, kapasitans og resistans (Vekt 20 %) A) B) Figur 1

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Forelesning nr.7 INF 1411 Elektroniske systemer. Tidsrespons til reaktive kretser Integrasjon og derivasjon med RC-krester

Konstruksjon av effektforsterker ved bruk av dynamisk bias/envelope Tracking konfigurasjon

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO.

Forelesning nr.9 INF 1411 Elektroniske systemer

FYS1210. Repetisjon 2 11/05/2015. Bipolar Junction Transistor (BJT)

UNIVERSITETET I OSLO.

H ØGSKOLE N I BERGEN Avdeling for ingeniørutdanning. Institutt for elektrofag.

UNIVERSITETET I OSLO.

UNIVERSITETET I OSLO

Rev. Lindem 25.feb..2014

Forslag til løsning på eksamen i FY Forslag til løsning på eksamen i F -IN 204 og FY108 våren 2003.

Forelesning nr.8 INF 1410

LF - anbefalte oppgaver fra kapittel 2

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Spoler og RL-kretser

Forelesning nr.14 INF 1410

UNIVERSITETET I OSLO.

I oppgave 2 og 3 brukes det R 2R nettverk i kretsene. Det anbefales å gjøre denne forberedelsen før gjennomføring av Lab 8.

Forslag til løsning på eksame n FY-IN 204 våren 2002

Forelesning nr.7 IN 1080 Elektroniske systemer. Spoler og induksjon Praktiske anvendelser Nøyaktigere modeller for R, C og L

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 3

Forslag til løsning på eksamen i FYS1210 våren 2005 side 1. Fig.1 viser et nettverk med to 9 volt batterier og 4 motstander, - alle på 1kΩ.

TFE4100 Kretsteknikk Kompendium. Eirik Refsdal

Analog til digital omforming

Transkript:

Forelesning nr.6 INF 1410 Operasjonsforsterker Fysiske karakteristikker og praktiske anendelser

Oersikt dagens temaer Kretsekialent for opamp Fysiske begrensinger Common-mode rejection Komparatorer Metning Input offset spenning Slew rate og instrumenteringsforsterker 16.02. INF 1410 2

Kretsmodell En enkel opamp-modell består a to motstander og en spenningskontrollert spenningskilde: Mao: En opamp er en spenningskontrollert spenningskilde 16.02. INF 1410 3

Kretsmodell (forts) Med denne modellene er det tre parametre som klassifiserer opampen: Inngangsresistansen i For Utgangsmotstanden Forsterkningen Spesialiserte Utgangsresistansen o Forsterkningen A en fysisk opamp er inngangsmotstanden i typisk MΩ eller større o er noen få Ohm (open-loop, ds opamp en alene) er anligis fra 10 5 og større opamp er kan ha helt andre erdier 16.02. INF 1410 4

Kretsmodell (forts) Fra den enkle modellen kan man utlede de to ideelle opampreglene (repetisjon): Det er ingen spenningsforskjell mellom inngangsterminalene Det går ingen strøm inn i inngangsterminalene Utgangsspeninngen er gitt a out A d d A out His A er sært stor, il derfor d bli sært liten, siden out ikke kan ære høyere enn spenningsforsyningen 16.02. INF 1410 5

Kretsmodell (forts) Inngangsstrømmen Siden i in er gitt a i in d i out A i out er oppad begrenset a forsyningsspenningen (som betyr at d er liten), il i in ære liten når i er stor Ut fra opamp-modellen kan man utlede utgangsstrømmen: out A d i out o 16.02. INF 1410 6

Kretsmodell (forts) His utgangsmotstanden o er større enn 0, il outputspenningen out synke når utgangsstrømmen i out øker En ideell opamp bør derfor ha utgangsmotstand=0 I praktiske kretser er det iktig at utgangsmotstanden i forhold til lastmotstanden er så liten som mulig slik at det ikke blir spenningsfall som er for mye ahengig a utgangsstrømmen 16.02. INF 1410 7

Common-mode rejection Utgangsspenningen I er proporsjonalt ahengig a spenningsforskjellen mellom inngangsterminalene en ideell opamp en il en felles spenningskomponent ikke påirke utgangssignalet: I en fysisk opamp il en felles spenningskomponent påirke utgangssignalet Common-mode forsterkning (gain) er definert som A CM ocm CM der ocm er utgangsspenningen når inngangen er 1 = 2 = CM 16.02. INF 1410 8

Common-mode rejection Common-mode rejection ratio CM er definert som forholdet mellom gain i differensiell og common modus CM A A CM CM oppgis ofte på decibelskala (logartimisk skala) CM (db) 20log Oppgitt i decibel il en dobling a CM innebære en økning på 6 10 A A CM db 16.02. INF 1410 9

Metning (saturation) Metning er et ikke-lineært fenomen som opptrer når økning a inngangsspenningen ikke lenger gir økning i utgangsspenningen Utgangsspenningen fra en opamp kan aldri oerstige forsynings-spenningen (forsterkningen er derfor i praksis begrenset) Transistorene som drier output i opamp en har et konstant spenningsfall som gjør at maks utgangsspenning ligger under maks forsyningsspenning 16.02. INF 1410 10

Metning (forts.) Når opamp en er i metning, opererer den utenfor det lineære området. Oergangen fra lineært område til metning er ikke nødendigis symmetrisk, ds V lin V sat lin sat Den positie og negatie metningsspenningen er heller ikke alltid like, ds V max V sat max sat 16.02. INF 1410 11

Input offset-spenning His I Denne Opamp er inngangsterminalene er koblet sammen il d =0, og dermed out =0, his opamp en er ideell praksis il imidlertid out 0 når d =0 effekten kalles for input offset spenning er utstyrt med to ekstra terminaler slik at offset spenningen kan justeres til 0 16.02. INF 1410 12

Slew rate Slew rate er et mål på hor raskt utgangssignalet klarer å endre seg når inngangssignalet endrer seg Slew rate måles i olt per sekund på utgangen Ulike opamp er har ulike slew rates Opamp er som har høy maksimal output-spenning il typisk ha la slew-rate Slew rate il bestemme ha som er opamp ens båndbredde, ds anendelige frekensområde 16.02. INF 1410 13

Slew rate (forts) 16.02. INF 1410 14

Mer presis modell Ahengig a halleder-teknologi il man også se andre type aik fra den ideelle modellen, bla asymmetrisk inngangsstrøm Noen opamp er er laget med transistorer som trekker strøm på inngangen (gate n) i i 1 2 1 i b1 i b2 2 os Tar høyde for at inngangsstrømmene kan ære asymmetriske 16.02. INF 1410 15

Mer presis modell (forts) En mer komplett modell ser derfor slik ut: Modellen er imidlertid mer komplisert å regne med 16.02. INF 1410 16

Eksempel med mer presis modell Skal analysere en inerterende forsterker: out f 1 in 5 in 1 f Bruker nå den mer nøyaktige modellen: For å finne bidraget fra offset-kildene, brukes superposisjon 16.02. INF 1410 17

Eksempel med mer presis modell (forts) Superposisjon: For å finne bidraget fra en bestemt kilde, kortsluttes de andre spenningskildene og strømkildene åpnes Starter med å finne bidraget fra fra input offset spenningen Ved å eliminere de andre kildene får man en ikke-inerterende forsterker: o 1 50kΩ 10kΩ os 6 os 16.02. INF 1410 18

Eksempel med mer presis modell (forts) Offsetstrøm på den inerterende inngangen i Offsetstrøm på den ikke-inerterende inngangen b1 o 50kΩ 0 i b2 0 o o 50kΩ 0 i b1 Totalt bidrag fra alle offset-kildene blir o 5 in 6 os 50kΩ i b1 16.02. INF 1410 19

Eksempel med mer presis modell (forts) Setter inn erdier for en faktisk opamp ( A741), som har os 5mV i os 500nA Maksimalt bidrag fra ikke-ideelle effekter på utgangsspeningen blir da offset 6 os 50kΩ i b1 55mV Ahengig a bruksområdet kan dette ære et betydelig aik 16.02. INF 1410 20

Komparator og instrumenteringsforsterker Opamp er brukes anligis to mulige konfigurasjoner: Closed-loop: negati tilbakekobling reduserer eller fjerner temperaturahengigheter, komponentaik etc Open-loop: begge inngangene dries a eksterne inputsignaler En komparator sammenligner erdiene på to inputsignaler og er eksempel på open-loop konfigurasjon Siden open-loop gain ofte er sært høy (10 5 eller mer), il output nesten alltid befinne seg i en a metningsregionene, med mindre de to inputsignalene er tilnærmet like. 16.02. INF 1410 21

Komparator Eksemplet iser en komparator som som sammenligner in med en 2.5V referansespenning. 16.02. INF 1410 22

Komparator (forts) Komparatoren har et lite dynamisk område (±120 µv) og opererer nesten aldri i det lineære området. Kretsen kan også ses på som en enkel AD-konerter: Omformer et sinussignal til et digitalt signal med samme frekens 16.02. INF 1410 23

Instrumenteringsforsterker En instrumenteringsforsterker brukes til å forsterke opp små differensielle signaler, ofte med en stor commonmode komponent i innsignalene I motsetning til komparatoren il instrumenteringsforsterkeren operere i det lineære området 16.02. INF 1410 24

Instrumenteringsforsterker (forts.) For å fjerne common-mode komponenten må motstandserdiene tilpasses: Dette gir at 16.02. INF 1410 25 0 0 0 4 x 3 x 2 out x 1 x 1 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 out 4 3 x

Instrumenteringsforsterker (forts.) 1 K d I tilfellet hor 4 3 2 reduseres uttrykket for forsterkningen seg til K For at en instrumenteringsforsterker skal ære anendelig som en integrert krets, må man kunne sette K, f.eks med en ytre motstand, slik ist i fig b) På integrerte kretser kan man også lage spenningsstyrte motstander. Her il interallet som kan settes ære mer begrenset enn om man benytter en ekstern motstand 16.02. INF 1410 26

Design a opamp er Med bipolare transistorer (strømkontrollert strømkilde) 16.02. INF 1410 27

Design a opamp er Med FET transistorer (spenningskontrollert strømkilde) 16.02. INF 1410 28