Következõ : Frekvenciakarakterisztika kompenzálás
| Tartalomjegyzék
| Elõzõ : A mûveleti erõsítõk belsõ
Elsõként azt nézzük meg, hogyan lehet általunk kívánt, tetszõleges
feszültségerõsítésû rendszert készíteni mûveleti erõsítõvel. A 3.2.1.
ábra a legkézenfekvõbb esetet mutatja: pozitív (fázist nem fordító)
erõsítõt a negatív visszacsatolás iskolapéldájaként hozhatunk létre.
Ha a kimenetet teljesen visszavezetjük a bemenetre, akkor az
emitterkövetõhöz hasonló tulajdonságú rendszerhez jutunk.
3.2.1. ábra
Negatív erõsítésû rendszert a 3.2.2. ábra szerinti elrendezésben
kapunk. Az erõsítés - lényegében - csak a két ellenállás viszonyától
függ, ahogy azt a magyarázó ábrákon nyomon követhetjük. A középsõ ábra
a kapcsolás lényegét mutatja: az uv vezérlõfeszültséget a bemeneti és
kimeneti feszültség együttesen szabják meg:
A két ellenállás
találkozási pontját virtuális földpontnak nevezik, mivel ha az
erõsítõ erõsítése nagy, akkor ezen a ponton szinte nincsen vezérlõjel.
3.2.2. ábra
A kapcsolás mûködését úgy is megérthetjük, hogy az ábra jobb
oldalán mutatott megoldással az R0 ellenállást a Miller-effektusról
tanultak értelmében a bemenettel párhuzamos ellenállássá
transzformáljuk. Ezután számítjuk ki az immár triviális hálózat
erõsítését:
Az
(ukiR1+ ube R0)=0 összefüggés az áramkör egykori
kitalálóit a mechanikai nyomaték-egyenletekre emlékeztették, ezért az
áramkört "hinta kapcsolásnak" is nevezik.
Vegyük észre, hogy a pozitív erõsítésû rendszer bemeneti
ellenállása a mûveleti erõsítõ bemeneti ellenállásával egyezik meg,
tehát igen nagy is lehet. A negatív erõsítésû rendszer bemeneti
ellenállása pedig lényegében R1 nagyságú.
A 3.2.3. ábra-sorozaton számos, nagy gyakorlati értékû kapcsolást látunk.
Az áramkörök mellett egyes esetekben feltüntettük az áramkörhöz tartozó
legfontosabb összefüggéseket is.
3.2.3. ábra
A súlyozott összeadó feszültségforrások jelének tetszõleges,
ellenállásokkal beállítható arányú összegezését végzi. Mûködése a
virtuális földpont fogalmán alapul.
A következõ ábra két feszültség különbségének elõállításához ad
útmutatást. (A képleteket érdemes ellenõrizni.)
3.2.3b. ábra
Az áramgenerátor az R1 ellenálláson figyelt feszültség
visszacsatolásán alapul.
3.2.3.c ábra
Az integráló és differenciáló kapcsolások lényegében a
Miller-effektusként megismert jelenség alkalmazásai.
INTEGRÁLÓ DIFFERENCIÁLÓ
3.2.3.d. ábra 3.2.3.e. ábra
Megértésükhöz a 3.2.3.f.
ábrára utalunk. Itt a bemeneti feszültséget egy ellenállásból és egy
kondenzátorból álló rendszerre vezetjük.
3.2.3.f ábra
Ha a kondenzátoron létrejövõ feszültség a bemeneti feszültséghez képest
kicsi, akkor az ellenálláson a bemeneti feszültséggel arányos áram
folyik át - ezt integrálja a kondenzátor.
Ha viszont az ellenálláson a bemeneti feszültséghez képest kicsiny
feszültség jön létre, akkor a körben folyó áram a bemeneti feszültség
differenciálhányadosa lesz.
A Miller-effektus jóvoltából elõálló nagyon nagy kondenzátor nyilván
jól integrál, a nagyon kicsiny ellenállás pedig nem zavarja meg a
differenciáló kapcsolás kondenzátorának áramát. Ne felejtsük el: egzakt
matematikai értelemben egyik kapcsolás sem ad korrekt eredményt, a
felírt összefüggések csak közelítõleg igazak, lényegében egy alul-
illetve felüláteresztõ kapcsolás tulajdonságait vizsgáltuk. (Az
integráló kapcsolásba a 3.2.3.d. ábrán berajzolt telep a kondenzátornak
hivatott kezdõ-értéket adni. Amikor a kapcsolót nyitjuk, akkor kezdõdik
az integrálás.)
3.2.3.g ábra
A logaritmáló kapcsolás lényege: a tranzisztor kollektorárama a
bázis-emitter feszültségtõl exponenciálisan függ.
3.2.3.h ábra
Hasonlóképpen a dióda exponenciális karakterisztikáját használja
ki az inverz logaritmust elõállító kapcsolás.
EGYENIRÁNYÍTÓ ABSZOLUT ÉRTÉK KÉPZÕ
3.2.3.i ábra
3.2.3.j. ábra ???
Az egyenirányító (demoduláló) kapcsolás a különbözõ polaritású
jelekhez különbözõ erõsítést rendel. Az egyik polaritásra az erõsítés
közelítõleg egy, a másikra, mivel a dióda az erõsítõ bemenetét és
kimenetét összeköti, zérus.
Az abszolutérték-képzõ (kétoldalas egyenirányító) az eredeti
jelnek, valamint az egyoldalasan egyenirányított jel kétszeresének
különbségébõl áll elõ.
NÉGYZETGYÖKVONÓ SÁVSZÛRÕ
3.2.3.k. ábra 3.2.3.l. ábra
A négyzetgyökvonó áramkör alapja az az általános érvényû
felismerés, hogy a visszacsatoló ágban található elem
karakterisztikájának inverzét kaphatjuk meg a kapcsolás bemenete és
kimenete között. Az ábrán a szorzó áramkör a kimeneti feszültség
négyzetével arányos jelet állít elõ, kis eltéréssel ez megegyezik a
bemeneti jellel.
A mûveleti erõsítõn alapuló szûrõ (ún. aktív szûrõ) csak
példaképpen szerepel itt, részleteit nem vizsgáljuk, de megjegyezzük,
hogy ez is igen fontos alkalmazási területet jelent.
A fentiek alapján nyilvánvaló, hogy áramkör-készletünkkel
feszültségekkel, illetve feszültség-idõ függvényekkel igen változatos
müveleteket tudunk végezni. Valamikor ennek alapján ún. analóg
számítógépeket is építettek. A 3.2.4. ábra olyan elrendezést mutat,
amely egy differenciálegyenlet megoldását szolgáltatja kimeneti
feszültségként.
3.2.4. ábra
Ha feltesszük, hogy a C ponton v(t) feszültség jön létre, akkor a B
és A pontokon kapható jeleket könnyen felírhatjuk:
v1 figyelembe
vételével egyszerûen kiadódik a D ponton megjelenõ jel is:
Ha a D és A
pontokat összekötjük - mint ahogy a valóságos kapcsolásban össze is
vannak kötve, akkor a két feszültség azonosságát biztosítottuk. Az
áramkör a felírt differenciálegyenletet realizálja, vagyis a C ponton
megkapjuk a v1 kényszerfüggvény hatására kialakuló v(t) idõfüggvényt.
(Ugyanúgy, mintha egy súly-rugó-súrlódás rendszert mozgatnánk valami
kényszererõvel és az út-idõ üsszefüggést keresnénk ennek függvényében.)
A rendszer mûködéséhez az kell, hogy a t= 0 idõpontban az S1 és S2
kapcsolókat nyissuk, amivel a megoldás kezdeti feltételeit állítjuk
be, S3-at pedig zárjuk. Az analóg számítógépek egykori jelentõs&égét
digitális társaik elképesztõ fejlõdése alaposan megtépázta.
Záró példának tekintsük a 3.2.5. ábrát. Ez az ábrasor egy nagyon
fontos alkalmazás "történetét" mondja el több felvonásban. Tegyük
fel, hogy van valamely egyenfeszültségünk, amelynek értéke nem állandó,
hanem kisebb nagyobb mértékben változik. Ilyet kapunk például a
hálózati feszültség egyenirányítása, és szûrése után. Ha ebbõl az
feszültségbõl akarunk pl. tranzisztoros áramköreink részére stabil
tápfeszültséget nyerni, akkor a triviális megoldás az ábra szerinti
emitterkövetõ alkalmazása: a kimenõ feszültség értéke kb. U0 lesz. A telepet természetesen helyettesíthetjük Zener-diódával - ez már
kényelmesebb áramkör.
Ha az áramkört lényegi módosítás nélkül átrajzoljuk, akkor jobban
látszik, miért nevezik ebben a kapcsolásban a tranzisztort áteresztõ
tranzisztornak: ez ereszti a szabályozatlan feszültséget szabályozott
formában a terhelésre. Tudjuk, hogy az emitterkövetõ lényegében egy
negatívan visszacsatolt rendszer.
3.2.5. ábra
A negatív visszacsatolás hangsúlyozottabb formáját látjuk a
következõ ábrán: a kimenõ feszültséget a referenciafeszültség (UZ) és
a kimeneti feszültség leosztott különbsége szabályozza. Ez a kapcsolás
nagyon hasznos, gyakran használják. A kimeneti feszültséggel arányos
negatív visszacsatolás miatt értelemszerûen igen kicsi a kimeneti
ellenállása. (Eddigi terminológiánk szerint ennek az áramkörnek a
bemenõ jele a Zener-dióda feszültsége,
pedig a visszacsatolt
rendszer zavarjele.)
Ilyen stabilizáló kapcsolásokat ma már szinte mindig integrált
áramkörös kivitelben használnak. A legtöbb kapcsolás el van látva ún.
rövidzár-védelemmel is. Ha ugyanis a kimenetet rövidrezárjuk, az
áteresztõ tranzisztorra igen nagy teljesítmény jut, aminek hatására
tönkremegy. Ha a kimeneti áram egy meghatározott értékénél újabb
visszacsatolást hozunk létre, mely a kimenõfeszültséget drasztikusan
csökkenti, akkor az áramkör a nem éppen ritka tápfeszültség zárlatokat
is túléli.
Következõ : Frekvenciakarakterisztika kompenzálás
| Tartalomjegyzék
| Elõzõ : A mûveleti erõsítõk belsõ
1999-09-23