Operationsfo rsta rkarens parametrar

Relevanta dokument
Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet. Agneta Bränberg TRANSISTORTEKNIK. Laboration.

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

INTRODUKTION TILL OrCAD

Vanliga förstärkarkopplingar med operationsförstärkaren

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Operationsförstärkare (OP-förstärkare) Kapitel , 8.5 (översiktligt), 15.5 (t.o.m. "The Schmitt Trigger )

DIFFERENTALFÖRSTÄRKARE

Laboration - Operationsfo rsta rkare

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

Målsättning: Utrustning och material: Denna laboration syftar till att ge studenten:

5 OP-förstärkare och filter

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Apparater på labbet. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Elektronik/JH. Personalia: Namn: Kurs: Datum:

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

OP-förstärkare. Idealiska OP-förstärkare

TENTAMEN Elektronik för elkraft HT

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

Laboration 2 Instrumentförstärkare och töjningsgivare

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

080327/TM IDE-sektionen. Laboration 3 Simulering av elektriska kretsar

TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad fysik och elektronik

Elektronik grundkurs Laboration 6: Logikkretsar

Figur 1 Konstant ström genom givaren R t.

Elektronik 2018 EITA35

TSTE20 Elektronik Lab5 : Enkla förstärkarsteg

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad. fysik och elektronik. Patrik Eriksson

KURSPROGRAM 09/10 för IE1202 Analog elektronik 7,5hp Kursplan Kurs PM

2. Strömförstärkare: Både insignal och utsignal är strömmar. Förstärkarens inresistans

Laboration - Va xelstro mskretsar

090423/TM IDE-sektionen. Laboration 3 Simulering och mätning på elektriska kretsar

Förstärkarens högfrekvensegenskaper. Återkoppling och stabilitet. Återkoppling och förstärkning/bandbredd. Operationsförstärkare.

ELEKTROTEKNIK. Laboration E701. Apparater för laborationer i elektronik

KURSPROGRAM 08/09 för IE1202 Analog elektronik 7,5hp Kursplan Kurs PM

TENTAMEN Elektronik för elkraft

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Automationsteknik Laboration Givarteknik 1(6)

Spä nningsmä tning äv periodiskä signäler

TSTE93 Analog konstruktion

Strömförsörjning. Laboration i Elektronik 285. Laboration Produktionsanpassad Elektronik konstruktion

Operationsförstärkarens grundkopplingar.

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

Op-förstärkare K O M P E N D I U M

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. den 14 jan :00-13:00

Tentamen Systemdesign Lösningar och kommentarer

Krets- och mätteknik, fk

Tentamen i Elektronik fk 5hp

Laboration N o 1 TRANSISTORER

Hambley: OBS! En del av materialet kommer att gås igenom på föreläsningen

Laboration 1: Styrning av lysdioder med en spänning

(c) Summatorn. och utspänningen blir då v ut = i in R f. Med strömmen insatt blir utspänningen v ut = R f ( v 1. + v 2. ) eller omskrivet v ut = ( R f

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 5 Operationsförstärkaren. Elektronik för D ETIA01

- Digitala ingångar och framförallt utgångar o elektrisk modell

PROJEKTLABORATION i Analog Elektronik.

FÖRELÄSNING 3. Förstärkaren. Arbetspunkten. Olika lastresistanser. Småsignalsschemat. Föreläsning 3

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

ECS Elektronik, dator och programvarusystem Kista, Forum, hiss C, plan 8

TSTE05 Elektronik och mätteknik ISY-lab 3: Enkla förstärkarsteg

Videoförstärkare med bipolära transistorer

nmosfet och analoga kretsar

Laboration ( ELEKTRO

OP-förstärkaren, INV, ICKE INV Komparator och Schmitt-trigger

AKTIVA FILTER. Laboration E42 ELEKTRO. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Rev 1.0.

Laboration, analoga applikationer

Föreläsning 9 Transistorn och OP-förstärkaren

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Elektronik 2018 EITA35

OLOP II Obligatorisk LAB operationsförstärkare Analog elektronik 2

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 18 oktober, 2010, kl

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 3 RC- och RL-nät i tidsplanet. Elektronik för D ETIA01

Föreläsning 5. Motkoppling och stabilitet bl. Stabilitetskriterier Stabilitetsmarginaler Kompensering Exempel. IE1202 Analog elektronik /BM

Isolationsförstärkare

Lab Tema 2 Ingenjörens verktyg

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

TSTE24 Elektronik. Dagens föreläsning. Förstärkare Mark Vesterbacka. Förstärkarsteg. Småsignalberäkningar. Examinationsexempel s.

INTRODUKTION TILL PSPICE

Op-förstärkare K O M P E N D I U M

Laboration 1: Aktiva Filter ( tid: ca 4 tim)

Olika sätt att bygga förstärkare. Differentialförstärkaren (översikt) Strömspegeln. Till sist: Operationsförstärkaren

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Digitala kretsars dynamiska egenskaper

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 5 april 2013

DEL-LINJÄRA DIAGRAM I

Filtrering av matningsspänningar för. känsliga analoga tillämpningar

Elektronik 2017 EITA35

Passiva filter. Laboration i Elektronik E151. Tillämpad fysik och elektronik UMEÅ UNIVERSITET Ulf Holmgren. Ej godkänd. Godkänd

Elektronik grundkurs Laboration 5 Växelström

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik

LABORATION I TELEKOMMUNIKATION FREKVENSMODULERING. Med PLL

TSKS06 Linjära system för kommunikation Lab2 : Aktivt filter

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

APPARATER PÅ ELEKTRONIKLABBET

Laboration II Elektronik

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Förstärkare. Mätteknik. Ulrik Söderström, TFE, UmU. 1

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Förstärkare. Mätteknik. Ville Jalkanen, TFE, UmU. 1

Transkript:

Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet 2016-01-15 Agneta Bränberg, Ville Jalkanen Laboration Operationsfo rsta rkarens parametrar Analog elektronik II HT16 1

Introduktion Operationsförstärkare (OP) är en vanligt byggsten inom mer eller mindre avancerade förstärkarkopplingar samt inom signalkondionerande system och andra analoga applikationer. Denna laboration syftar till att bygga vidare på förvärvade kunskaper om grundkopplingar med OP och att ge kunskaper om OP:ns parametrar och egenskaper. Laborationen syftar till ge kunskaper enligt lärmålen: - förklara grundläggande begrepp gällande operationsförstärkarens parametrar, - dimensionera avancerade förstärkarsteg med operationsförstärkare, - simulera och analysera OP-förstärkares DC-, AC- och tids-egenskaper med hjälp av PSpice, - använda sina förvärvade kunskaper i laborativa moment. I denna laborationsspecifikation görs sidhänvisningar till böckerna: [AE] Analog Elektronik (2:a upplagan), 2010, Studenlitteratur, Bengt Molin [SP] Simulering med PSpice, 2011, Bengt Molin För att genomföra laborationen ska man kunna grunderna i simulering med OrCAD/PSpice. Känner du att du kan simulera, så kan du börja med uppgifterna nedan. Är du nybörjare, så rekommenderas du att titta igenom instruktionsfilmer för att komma igång. Dessa filmer hittas på kurssidan. Uppgifter 1. Råförstärkning, in- och utimpedans I denna uppgift ska råförstärkning, in- och utimpedans undersökas hos en enkel OP-modell samt en modell som modellerar en verklig OP i PSpice. Hos en ideal OP så är råförstärkningen oändligt stor, inimpedansen är oändligt hög, och utimpedansen är noll. För en verklig OP kan man anta dessa ideala parametrar under de flesta förhållanden. Figur 1.1. En enkel modell på en OP med parametrarna råförstärkning, samt in- och utimpedans. a) Gör en egen OP-modell enligt boken SP, fig 8.2, s. 157. Gör den gärna som ett hierarkiskt block så att du får ett så enkelt schema som möjligt att arbeta vidare med (Film om Hierarkiska block finns). b) För att kontrollera råförstärkning, in- och utimpedans ska du ge din krets en insignal via en likspänningskälla (VDC), ge utgången ett namn, och därefter göra en simulering av Bias Point. (Välj Analysis type: Bias Point) Klicka i Calculate small-signal DC gain (.TF). Simulera och titta i utfilen genom att klicka på View Simuation Output File. Stämmer det? 2

c) Gör ett nytt schema med en verklig OP (Välj en av OP:na som finns i AE, s. 77-78 ) med en insignal från en likspänningskälla. Kom håg att din verkliga OP även kräver matningsspänning. d) Kontrollera råförstärkning, in- och utimpedans på samma sätt som tidigare. Jämför med vad databladet för OP:n säger. e) Jämför din modell med den verkliga. Kommentera resultaten. 2. Förstärkning och Bandbredd I denna uppgift ska OP:ns frekvensberoende förstärkning modelleras och undersökas, se AE, s. 71-72. a) Lägg till ett RC-filter till din egen OP-modell enligt SP, fig 8.5, s. 160 (enbart filtret). b) Insignalen i detta fall ska vara en sinussignal med konstant amplitud och varierande frekvens. Det gör du genom att använda en VAC. Ge in-och utnoderna namnen in och ut. c) Simuleringen ska nu vara ett AC-svep från låga frekvenser till höga. d) För att se hur råförstärkningen varierar med frekvensen är det lämpligt att titta på Bodediagrammet. Klicka på Trace Add trace och skriv in DB(V(ut)/V(in)). e) Stämmer gränsfrekvensen och råförstärkningen vid låga frekvenser? Vad blir bandbredden för unity-gain? f) Gör samma simulering som ovan för din verkliga OP som du valde i uppgift 1. Stämmer det med databladet för din verkliga OP? (gränsfrekvensen och råförstärkningen vid låga frekvenser, bandbredd (unity-gain)) 3. Utsignalsbegränsning En operationsförstärkare kan inte ge ut högre eller lägre utspänning än matningsspänningen, dvs matningsspänningen sätter en begränsning på utsignalen. a) För att din egen OP ska kunna begränsa utsignalen måste du lägga till dioderna och VDCkällorna enligt SP, fig 8.5, s. 160. Det är viktigt att du använder dioderna Dbreak och att du ändrar i modellerna för dessa på följande sätt: markera en av dioderna, välj sedan Edit PSpice Model i menyn, och ändra standardinställningen RS=0.1Ω till RS=0 Ω. b) Nu ska du testa att utsignalen begränsas. Detta kan göras på lite olika sätt. En variant är att använda en sinussignal med fast amplitud och frekvens som insignal (VSIN) och att svepa tiden så att man får med några perioder. Simulera och kontrollera att din OP-modell begränsar utsignalen. Stämmer det? c) Testa din verkliga OP på samma sätt. Stämmer det enligt datablad? d) Belasta utgången på din OP-modell och på din verkliga OP och mät utsignalbegränsningen. Vad händer? Vad säger databladet för din verkliga OP? e) Belasta utgången med lågimpediv last och undersök hur stor strömmen på utgången kan maximalt vara. Vad säger databladet? 3

4. Offsetspänning, förströmmar, Offsetström I denna uppgift ska offsetspänning (input offset voltage), förströmmar (input bias current) och offsetström (input offset current) studeras för en verklig OP, se AE s. 64-69. a) Koppla upp en krets med en verklig OP och undersök hur stor offsetspänningen på utgången blir. Jämför resultatet med datablad. Trimma därefter offsetspänningen till 0 V. b) Undersök nu hur förströmmar påverkar utspänningen. Hur stora är förströmmarna? Jämför med datablad. Gör därefter en förströmskompensering. c) Hur stor är offsetströmmen? 5. CMRR Undersök Common Mode Rejection Ration (CMRR ) för en verklig OP. CMRR är ett mått på hur mycket skillnadsspänningen (differential mode (DM)) förstärks i förhållande till hur mycket gemensamma spänningar (common mode (CM)) på ingångarna undertrycks (dämpas). Se boken AE, s. 70. Bestäm CMRR genom att koppla upp en krets och simulera. a) Börja med att kompensera bort offsetspänningen. b) Koppla enbart en (liten) CM-spänning på ingångarna. Hur mycket förstärks CM-spänningen? c) Koppla enbart en (liten) DM-spänning mellan ingångarna. Hur mycket förstärks DMspänningen? d) Beräkna CMRR och jämför med datablad för OP:n. 6. Slew rate Slew rate är en parameter som beskriver hur snabbt en OP kan ändra utspänningen, se AE s. 73. a) Mät Slew rate genom att ansluta en fyrkantvåg som inspänning till en verklig OP och mäta utspänningens stighastighet. Fyrkantvågen kan skapas med VPULSE. Se till att ha ett tillräckligt litet tidssteg. Jämför med datablad för OP:n. b) Visa hur Slew rate påverkar utseendet på en sinusvåg genom att testa med olika amplituder och frekvenser. Kommentera resultatet. 4

7. Temperaturdrift Temperaturvariationer kan påverka offsetspänning och förstömmar, AE, s. 70. Temperaturdrift undersöker du genom att göra ett temperatursvep och studera temperaturens påverkan på offsetspänning och förströmmar. Jämför temperaturdriften med datablad. 8. Instrumentförstärkare Konstruera en instrumentförstärkare (AE, s.56) med OP och dimensionera den med förstärkningen 1000 ggr. Signalen som ska förstärkas är en liten och lågfrekvent spänning (1 mv, 5 Hz) överlagrad på en 50 Hzstörning (amplitud 1V). VOFF = 0 VAMPL = 1mV FREQ = 5Hz V3 VOFF = 0 VAMPL = 1V FREQ = 50Hz V2 0 Använd instrumentförstärkaren för att förstärka enbart 1mV-spänningen genom att ansluta förstärkarens ingångar på rätt ställe i ovanstående signalmodell. Visa utspänningen och inspänningen i samma figur. Hur mycket dämpas störningen? 5