Műveleti erősítők

• Kiváló minőségű integrált áramkörös többfokozatú erősítő. • Integrált áramkör: egy félvezető kristályon (monolit kristály) vannak elhelyezve a

tranzisztorok (akár több ezer, tízezer), ellenállások (rendszerint tranzisztorokból), stb. • Legfontosabb jellemzői:

• nagy feszültségerősítés: AU > 100 dB; • nagy bemeneti ellenállás: rbe > 1 MΩ; • kicsi kimeneti ellenállás: rki < 10 Ω. • AC, DC jelek erősítésére egyaránt alkalmas. • Differenciál bemenettel rendelkezik.

Elnevezés: eredetileg aritmetikai műveletvégzésre tervezték.

Felépítés:

- Differenciálerősítő: - nagyfokú érzékenység, feszültségerősítés. - Feszültségerősítő: - az előző fokozat kimeneti jelét aszimmetrikussá alakítja és további

erősítést végez. - Szinteltoló fokozat: - a szimmetrikus táplálási feszültség testpotenciáljához igazítja az

előző fokozat kimenetét. - Teljesítményerősítő: - teljesítményerősítés, kicsi kimeneti ellenállás, túlterhelés

védelem. Áramköri jelölés:

-

+

UN

UP

+ UT

- UT

Uki

- Bemenetek, kimenet, táplálás: o differenciál bemenetek: ̶ invertáló (UN)

+ nem invertáló (UP) o szimmetrikus táplálási feszültség: +UT, -UT o kimeneti feszültség: Uki

Differenciál-erősítő

Feszültség-erősítő

Szinteltoló Teljesítményerősítő

UP +

UN _

Uki

A műveleti erősítők jellemzői:

• Közös módú feszültségerősítés (AUk)

- a két bemenetre ugyanazt a feszültséget kapcsoljuk

-

+Uk Uki

- nagyon kicsi érték: ≈ 0

• Közös módú elnyomás (CMMR) - nagyon nagy érték. - Jelentős szerepe van a zajszűrésben. Az erősen zajos jeleket is képes erősíteni, anélkül,

hogy a zaj is felerősödne. • Bemeneti ellenállás (Rbe) – nagyon nagy

• Bemeneti differenciál feszültség: U D = U P - U N • Nyílthurkú feszültségerősítés: (A U0 )

• Bemeneti áramok: I

N , I

P nagyon kicsik: 10 – 100 nA nagyságrendűek

)UU(AUAU;U

UA NP0UD0Uki

D

ki0U −=⋅==

k

kiUk

U

UA =

Uk

0U]dB[

Uk

0U

A

Alg20G:decibelben;

A

ACMMR ==

NP

D

NP

D

B

Dbe

II

U2

2

II

U

I

UR

+=

+==

• Kimeneti ellenállás (Rki) – nagyon kicsi • Sávszélesség: B = ff – fa ; ahol az alsó határfrekvencia fa = 0.

– f0 frekvencia értéktől a nyílthurkú erősítés 20 dB-el csökken dekádonként. – tipikus érték: f0 = 10 Hz

- kompenzált karakterisztika:

AU0

AU

- 20 dB/dek

f0 f ’f ff f - a felső határfrekvencia: - AU – az erősítés negatív visszacsatolással

Jellemző értékek:

• nyílt hurkú erősítés: AU0 > 3·106

• bemeneti ellenállás: Rbe > 200 MΩ • kimeneti ellenállás: Rki < 10 Ω • működési frekvenciatartomány: 0 – 100 kHz • közös módú erősítés: AUk < 0,2 • közös módú elnyomás: G > 120 dB • bemeneti áram < 100 pA

ALAPKAPCSOLÁSOK

1. Invertáló erősítő

A

)rövidzár(ki

)üresjárás(ki

kiI

UR =

U

0U0

'

fA

Aff =

A – virtuális nullpont, mert - IN ≈ 0, UD ≈ 0, -> UA ≈ 0 -

- a feszültségerősítés:

bevN

1

v

1be

vv

be

kiU

II0I:mert

R

R

RI

RI

U

UA

−=⇒≈

−===

- Bemeneti ellenállás:

- Kimeneti ellenállás: Offset probléma

Rbe

IP

Amikor a bemenetet a testre kapcsoljuk (Ube = 0 V) elvárható lenne, hogy a kimeneti feszültség is nulla legyen. De a valóságban IN és IP ugyan nagyon kicsi értékű, de mégis létezik, ezért a bementi ellenálláson eső feszültségesés miatt UD már nem lesz nulla. → Így a kimeneti feszültség sem lesz nulla. Ezt a feszültséget hívjuk offset feszültségnek.

- A megoldás: A nem invertáló (+) bemenet potenciálját fel kell emelni az invertáló (–) bemenet potenciáljára, mert ekkor a közös módú elnyomásnak köszönhetően a kimeneti feszültség nulla lesz.

- Ube = Uki = 0 - Ez akkor valósul meg ha: R2 = RV x R1 ellenállást kapcsolunk a + bemenet és a test

közzé.

1

be

1be

be

bebe R

I

RI

I

Ur ===

0U

Ukiki

A

ARr =

2. Nem invertáló erősítő

- Bemeneti ellenállás: rbe = Rbe

- nagyon nagy érték, meghatározható, ha a + bemenet és a test közzé egy általunk meghatározott ellenállást kapcsolunk. Ekkor ez lesz a bemeneti ellenállás. - Kimeneti ellenállás:

- nagyon kicsi.

Rbe = R1 ≈ R3

1

v

1

1v

1v

1vv

be

kiU

1vvki

1vbebe

1vbebebe

R

R1

R

RR

RI

)RR(I

U

UA

)RR(IU

RIU;0I

RIRIU

+=+

=+

==

+=

=⇒≈

+=

- Feszültségerősítés

0U

Ukiki

A

ARr =