Zesilovače - Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Ústav elektrotechniky a měření
Zesilovače
Přednáška č. 6
Milan Adámek
Zesilovač
Zesilovače
[email protected]
U5 A711
+420576035251
1
Základní pojmy
• jde o dvojbran (čtyřpól)
• zpravidla jde o aktivní dvojbran (odebíraný činný výkon je větší než dodávaný)
• rozlišujeme proudové, napěťové, výkonové zesílení a fázový posun
Zesilovače
2
Základní pojmy – zesílení a útlum
Pozn.k fázovému posunu
• je –li fázový posuv mezi vstupním
a výstupním signálem 1800, jde o
invertující zesilovač
• v opačném případě jde o
neinvertující zesilovač
Zesilovače
3
Základní pojmy – pokles a zisk
PAMATUJ! • zisk
=
• pokles =
Zesilovače
logaritmus zesílení
logaritmus útlumu
4
Základní pojmy – přenosová charakteristika
• mezní frekvence – při ní je pokles signálu 3dB, což odpovídá
relativnímu útlumu 70,7%
• šířka pásma zesilovače – jde o rozdíl mezi horní a dolní
mezní frekvencí
Zesilovače
5
Základní pojmy – zkreslení zesilovaného signálu
a) Lineární zkreslení
• mezi výstupní a vstupní veličinou je lineární vztah
• výstupní a vstupní grafy se liší jen měřítkem
Zesilovače
6
Základní pojmy – zkreslení zesilovaného signálu
b) Nelineární zkreslení
• mezi výstupní a vstupní veličinou není lineární vztah
• dojde k němu na nelineární charakteristice zesilovače – nastane
tzv. tvarové zkreslení
Zesilovače
7
Zesilovače s bipolárními tranzistory
a) Zapojení se společným emitorem (SE)
• emitor je společný pro vstupní i výstupní obvod
• k realizaci napěťového zesílení potřebuje odpor
ve výstupním obvodu
• malou nárůstem IB lze vyvolat velkou změnu IC
• výstupní napětí se odebírá mezi emitorem a kolektorem
• jde o invertor – výstupní napětí je o 1800 posunuto proti vstupu
Zesilovače
8
Zesilovače s bipolárními tranzistory
a) Zapojení se společným emitorem (SE) – princip invertoru
odfiltrování ss složky signálu
vstupní signál
nastavení pracovního bodu
výstupní signál
Zesilovače
9
Zesilovače s bipolárními tranzistory
a) Zapojení se společným emitorem (SE) – princip invertoru
Fázový posuv mezi
vstupem a výstupem je 1800
- jde o invertor
Zesilovače
10
Zesilovače s bipolárními tranzistory
a) Zapojení se společným emitorem (SE) – vlastnosti
• jde o nejběžnější zapojení, protože má velké výkonové zesílení
Zesilovače
11
Zesilovače s bipolárními tranzistory
b) Zapojení se společným kolektorem (SC) – impedanční oddělovač
• jde o napěťový sledovač – napěťové zesílení téměř = 1
• jde o impedanční oddělovač – má velkou vstupní impedanci
Zesilovače
12
Zesilovače s bipolárními tranzistory
c) Zapojení se společnou bází (SB)
Zesilovače
13
Zesilovače s bipolárními tranzistory
Nastavení pracovního bodu zesilovače
Pracovní bod se nastaví předpětím báze – emitor pomocí:
• odporového děliče R1 a R2
• předřadným odporem RV
Zesilovače
14
Zesilovače s bipolárními tranzistory
Nastavení pracovního bodu zesilovače
Zesilovače
15
Operační zesilovače – základní pojmy
• původně navrženy pro realizaci mat. operací v analogových
počítačích (60. léta)
• dnes zejména pro zpracování analogových signálů, v ČT
pro realizaci KO, AD a DA převodníky
Zesilovače
16
Operační zesilovače - parametry
K základním vlastnostem OZ patří:
• velké zesílení (až 150 000x)
• velká vstupní impedance
• malá výstupní impedance
Vstupní svorky OZ:
• invertující – (značena minus) – posune fázi o 1800
• neinvertující – (značena plus) – neposune fázi
Napájení OZ:
• zpravidla symetrické – např. +12V, -12V
• často nesymetrické – např. +10V
• obvykle se napájecí svorky nekreslí do schématu
Zesilovače
17
Operační zesilovače – vnitřní zapojení
Zesilovače
18
Operační zesilovače – chování
1. Kompenzace frekvence
• s rostoucí frekvencí klesá zesílení OZ
• s rostoucí frekvencí se zvyšuje fázový posuv
Zesilovače
19
Operační zesilovače – chování
2. Nastavení nuly – (offset kompenzace)
• musí platit pro vstupní napětí U1= 0 výstupní napětí U2= 0
• zvyšuje – li se na spojených vstupech napětí, musí být
stále U2 = 0
• mírou nestability nastavení nuly je činitel zesílení
Zesilovače
20
Operační zesilovače – základní zapojení
1. Invertující zesilovač
Zesilovače
21
Operační zesilovače – základní zapojení
2. Neinvertující zesilovač
Zesilovače
22
Operační zesilovače – základní zapojení
3. Napěťový sledovač – měnič impedance
• napěťové zesílení je rovno jedničce
• velká vstupní impedance
• malá výstupní impedance
Zesilovače
23
Operační zesilovače – základní zapojení
4. Součtový invertující zesilovač - sumátor
Zesilovače
24
Operační zesilovače – základní zapojení
5. Rozdílový zesilovač – diferenční zapojení
Zesilovače
25
Operační zesilovače – základní zapojení
6. Derivátor, derivační zesilovač
Působí jako horní propusť
dU e
U a = − Rk Ce
dt
Zesilovače
26
Operační zesilovače – základní zapojení
7. Integrátor, integrující zesilovač
t
1
Ua =
U e dt + U a 0
∫
Re Ck 0
Působí jako dolní propusť
Zesilovače
27
Operační zesilovače – základní zapojení
8. Napěťový komparátor
Zesilovače
28