Föreläsning 3, 2/ Hambley: 4.2 4.4 OBS! En del a materialet kommer att gås igenom på föreläsningen den 9/. Operationsförstärkare [4.] Operationsförstärkaren (operational amplifier eller opamp.) uppfanns 938 a G.A. Phibrick och C.A. Loell och anändes till att börja med för att realisera matematiska operationer i så kallade analogimaskiner. Analogimaskiner anändes fram till mitten a 60talet för att simulera system som kan beskrias a ordinära differentialekationer. Analogimaskinerna konkurrerades så småningom ut a digitala processorer. Operationsförstärkaren leer dock kar och anänds flitigt i allehanda elektronik. Det stora genombrottet för operationsförstärkaren kom när tekniken för integrerade kretsar utecklades på 60talet. Den nya tekniken möjliggjorde massproduktion a små, billiga och strömsnåla kretsar. Egenskaper [4.] Symbolen för operationsförstärkaren och dess iktigaste anslutningar ges aiguren till höger. Operationsförstärkaren behöer tå drispänningar, en positi (V CC ) och en negati (V CC ). Drispänningarna brukar inte ritas ut i kretsschemat. Ingångsporten består a en inerterande () och en ickeinerterande () ingång. esistansen mellan de tå ingångsanslutningarna är mycket hög ( in MΩ). Utresistansen (eller utimpedansen) är liten ( ut 00 Ω). Operationsförstärkarens iktigaste egenskap är dess råförstärkning. Den är mycket hög (A oc > 50 000). i n Vcc Vcc Vcc A Vcc
2 Kretsmodell [4.] En approximati modell för operationsförstärkaren är Aoc > 50 000: råförstärkning in MΩ: ingångsresistans ut 00 Ω: utgångsresistans ut in A oc f i n Ideal Op [4.] I kursen approximarerar i oftast operationsförstärkaren med den ideala OPn. För den gäller in =, ut = 0 Ω och A oc = ilket får till följd att = i n = 0 i n Negatit återkoppling leder till illkoret = p n = 0
3 Komparator [(Behandlas inte i Hambley)] En operationsförstärkarkoppling utan återkoppling är en komparator. Komparatorn kan bara ha tå diskreta utspänningar och är därför inte någon förstärkare. Den jämför insignalen spänning s med referensspänningen ref. Utsignalen anger om insignalens spänning är större eller mindre än referensspänningen. s Vcc a ut ref Vcc b ut = { Vcc om s > ref V cc om s < ref Den ger ingen information om hur stor skillnaden är mellan s från ref. Om operationsförstärkaren arit ideal hade utsignalen arit oändlig stor, eftersom råförstärkningen för en ideal förstärkare är oändlig. Operationsförstärkaren kan dock inte ge en utsignal ars belopp är större än matningsspänningen V cc. Olika förstärkarkopplingar [4.24.4] Inerterande förstärkare [4.2] I elektroniken betyder uttrycket "inerterande" teckenskiftande. En inerterande förstärkare byter tecken på utspänningen. För att bestämma förstärkningen ab / s anänder i egenskaperna hos den negatit återkopplade ideala operationsförstärkaren. Kraet = 0 ger att () ingången har samma potential som () ingången, d..s. 0 V. KCL på () ingången ger s i n 2 a ab b 0 s 0 ab 2 0 = 0 där i anänt att ingångströmmen i n = 0. Utsignalen ges a ab = 2 s
4 Eftersom förstärkningen är koten mellan resistanserna kan i med enkla medel få den förstärkning i ill ha. Den inerterande förstärkarens ingångsresistans är in = s /i s =. Summerande krets [öning4.] Den inerterande förstärkarkopplingen generaliseras lätt till multipla ingångar. Nodanalys ger utsignalen ( a ut = f b ) c a b c Förstärkarkopplingen är en inerterande iktad adderare. Den kan t.ex. anändas för bilda ett iktat medelärde a ett antal signaler. a b Specialfall: a = f, b = f /2 och c = f /4 a c b ut = ( a 2 b 4 c ) c n p f ut Ickeinerterande förstärkare [4.3] En ickeinerterande förstärkare ges a kopplingen till höger. Kraet = 0 medför att nod har potentialen s och att KCL på nod ger s ab 2 s 0 = 0 s 2 a ab med lösning ab = 2 s. b Eftersom = 0 har den ickeinerterande förstärkaren oändligt stor ingångsresistans in = s /. Den ickeinerterande förstärkaren är därmed lämplig som spänningsförstärkare (se nedan).
5 Differenskrets [4.8] KCL på nod : ( = n = p ) f a a ut f = 0 a Spänningsdelning totalt = p = d c d b a c d b p ut ut = d( a f ) a ( c d ) b f a a ealisering aörstärkare De fyra typerna aörstärkare: spännings, ström, transresistans och transkonduktansförstärkare som introducerades i första föreläsningen i Ht2 kan alla realiseras med OPkopplingar. Härledningen aörstärkningarna och in och utresistanser är rättframma. Spänningsförstärkare 2 in ut Notera att detta är samma koppling som den ickeinerterande förstärkaren oan. Förstärkning A cl = ut = 2. Inresistansen är oändlig och utresistansen noll. in
6 Transresistansförstärkare (strömspänning) i in ut Förstärkning cl = ut i in = Både in och utresistansen är noll. Transkonduktansförstärkare (spänningström) in L iut Förstärkning G cl = i ut in =. Både in och utresistansen är oändliga. Strömförstärkare L iut 2 iin Förstärkning A icl = i ut = 2. Inresistansen är noll och utresistansen oändlig. i in