Föreläsning 3 20071105 Lambda CEL205 Analoga System Genomgång av operationsförstärkarens egenskaper. Utdelat material: Några sidor ur datablad för LT1014 LT1013. Sidorna 1,2,3 och 8. Hela dokumentet ( 24 sidor) kan hämtas på: http://www.linear.com/pc/downloaddocument.do?navid=h0,c1,c1154,c1009,c1099,p1 222,D3743 Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans. Spänningssving Output Voltage Swing V OUT Vid ± 15 V matningsspänning så kommer utgången att ge ±14 V. En del op rstärkare är konstruerade för att ge maximal utspänning lika med matningsspänning. I datablad anges detta med railtorail. Offset Input Offset Voltage Storleksordning μv. Noll inspänning brukar inte ge noll volt ut. Offsetspänning är den spänning som man måste lägga på ingången för att ge noll volt ut. En del opförstärkare har anslutningar för att man skall kunna justera offsetspänningen. D Då flera förstärkare ingår i en och samma kapsel är det ovanligt att det finns möjlighet att kompensera för offset. Måste man kompensera för offsetspänning görs detta med ett resistansnät till en av ingångarna. Resistansnätet matas då med en spänningskälla. På databladet sid. 10 finns en testuppkoppling för mätning av offsetspänning. 50 k 100 Ω 50k U ut 20071105 F3 CEL205 1/5
Utspänningen ger upphov till en ström genom resistanserna (50kΩ 100 Ω 50kΩ ) Uut I = Denna ström gen en spänning över 100 Ω resistansen. 100 kω Spänningen över 100 Ω är offsetspänningen. Databladet anger offsetspänningen till 40 μv. Strömmen genom 100 Ω resistans blir då 400 na. Detta är mycket större än Input Bias Current. Strömmarna in i opförstärkaren kan alltså försummas. 9 3 Utspänningnen blir 400 10 100 10 = 40 mv Input Bias Current Även om inresistansen är mycket stor så går det strömmar in i Opförstärkaren. Databladet anger dessa strömmar som I B och I B. Typvärdet är 12nA. Dessa strömmar är nästan lika stora. I B I B kallas Input Offset Current och typvärdet är 0.15 na. För att en OPförstärkare skall kunna fungera så måste dessa strömmar finnas. Man får inte koppla en OPförstärkare så att strömmen I B blockeras. ( Ingen kondensator direkt till ingången på en OPförstärkare. ) Exempel U ut R1 R2 Antag att I B och I B är 12 na Spänningen mellan OPförstärkarens ingångar är 0 V Genom R1 flyter ingen ström. I B måste finnas, och den strömmen passerar R2. Spänningen över R2 är densamma som utspänningen. Antag att R2 = 1MΩ. Utspänningen beroende på I B blir då 12 mv. Inverkan av strömmarna in i OPförstärkaren minimeras genom att båda ingångarna får samma resistans. 20071105 F3 CEL205 2/5
R1 R2 R1 // R2 R1 R 2 R1 // R2 Temperaturdrift Offsetspänning och biasströmmar påverkas också av temperaturen Anges som Average Input Offset Voltage Drift anges som 0.3 μv/ C Jämför med offset voltage som anges till 40 μv. CMRR har vi behandlat tidigare. För den här förstärkaren så undertrycks likfasiga signaler med 117 db. PSRR finns också med på databladet. Det anger i vilken utsträckning som störningar kan komma in i kretsen via matningsspänningen. I allmänhet är detta försumbart. För den här OPförstärkaren anges 119 db. Förstärkning Diagram sid. 8 Voltage Gain vs Frequency 20071105 F3 CEL205 3/5
Här ser man att förstärkningen på 120 db endast gäller för likspänningar och signalfrekvenser upp till 0.1 Hz. Vid högre signalfrekvenser sjunker förstärkningen för att vara 0 db vid frekvensen 1 MHz. Noll decibel motsvarar förstärkningen 1. Diagrammet ovan är linjärt längs den vertikala axeln och logaritmiskt längs horisontella axeln. Eftersom man har db på vertikala axeln så är det egentligen ett loglog diagram. När frekvensen ändras en dekad så kommer förstärkningen att ändras 20 db. Förstärkningen avtar 20dB/ dekad. Produkten förstärkning bandbredd är konstant FB = Av ( fö fu) Vid 0 db är förstärkningen 1 Bandbredden ( 1 MHz 5 Hz) = 1MHz FB = 1 MHz Vill man ha en förstärkning på 100 ggr så motsvarar detta 40 db. 6 1 10 = 100 B B = 10 khz Signalen måste ha en frekvens under 10 khz för att kunna förstärkas 100 ggr. Slew rate De två sinuskurvorna nedan har olika amplitud, men samma frekvens. Kurvorna har maximal lutning vid nollgenomgången på den horisontella axeln. 20071105 F3 CEL205 4/5
En OPförstärkare kan bara ändra utspänningen upp till en viss lutning. Slew rate är ΔU enhet V/s För den här Opförstärkaren anges slew rate till 0.4 V/μs Δt Om ˆ du u( t) = U sin( ω t) så är = Uˆ ω cos( ω t) dt Derivatan är maximal då t =0. Man ser att derivatan är beroende både på signalens amplitud och dess frekvens. Exempel Antag att en sinussignal skall förstärkas så att utsignalens amplitud blir 5 V. Vad är den maximala signalfrekvensen om begränsningen enbart beror på slewrate. Slewrate = 0.4 V/μs 0.4 = 5 2 π f f =12,73 khz 6 10 20071105 F3 CEL205 5/5