docZastosowania nieliniowe WO
download 
Reklamacja Transkrypt
Zastosowania nieliniowe WO
Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Zastosowania nieliniowe wzmacniaczy operacyjnych Wrocław 2009 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy logarytmujące Układ logarytmujący powinien dawać uwy proporcjonalne do logarytmu uwe. u wy = − k D log u we u = − k E ln we UR UR k D = k E ln 10 gdzie: kD, kE – stałe skalowania, UR – napięcie normujące, dodatnie dla uwe>0, ujemne dla uwe<0. Najprostsza realizacja – wykorzystanie ch-yki diody półprzewodnikowej Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy logarytmujące u I D = I S exp AK mϕ T − 1 gdzie: IS - prąd wsteczny, ϕT = kT/q - potencjał elektrokinetyczny złącza, m – współczynnik korekcyjny m = (1 ÷ 2). W obszarze przewodzenia równanie można uprościć: u I D = I S exp AK mϕT Po przekształceniach otrzymujemy: u AK = mϕT ln ID IS 1 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy logarytmujące u wy = − mϕT ln 10 log u we I S R1 W temp. pokojowej: u wy = −(1...2 ) ⋅ 60mV ⋅ log u we I S R1 Wykorzystany zakres logarytmowania (do ok. 2 dekad) ograniczają : - pasożytnicza rezystancja szeregowa diody (przy większych I wzrasta spadek nap. na niej i wprowadza błąd log) - współ. korekcyjny m zależy od prądu). Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy logarytmujące u wy = −ube = −ϕT ln u we I CS R1 u I C = I CS exp BE ϕT Zaleta – wyeliminowanie wpływu współczynnika m na napięcie wyjściowe. Zakres pracy – dziewięć dekad przy zastosowaniu WO o małych prądach wejściowych. Wada – silna zależność uwy od temperatury; tranzystora T zwiększa wzmocnienie układu co może powodować wzbudzanie się układu. Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy logarytmujące uwy = −ube = −ϕT ln u we I CS R1 Rezystor RE ogranicza wzmocnienie. Kondensator C ogranicza pasmo wzmacniacza – kompensacja biegunem dominującym. Dioda D zapobiega przesterowaniu wzmacniacza przy ujemnych napięciach wejściowych co uniemożliwia uszkodzenie tranzystora zbyt dużym napięciem wstecznym. 2 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy logarytmujące W układzie ograniczony jest wpływ ICS poprzez stosowania wzm.różn. (wzmacniana różnica logarytmów) R R u u wy = −ϕT 1 + 3 ln 5 we R2 R1 U REF Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy logarytmujące R R u u wy = −ϕT 1 + 3 ln 5 we R2 R1 U REF gdy: ϕT = 26mV, R3/R4 = 15.7, R5/(UREFR1)=1V to: u wy = − log(u we ) Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy wykładnicze Gdy uwe < 0 to: u u wy = iC R1 = I CS R1 exp − we ϕT Parametry układu silnie zależne od temp. 3 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy wykładnicze u wy = U REF gdy: ϕT = 26mV, URR2/R1 = 1V, R3/R4 = 15.7 to: u R2 R4 exp we R1 ϕT R3 + R4 u wy = 10 uwe Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Ograniczniki napięcia Ograniczniki amplitudy napięcia spełniają zależność: u wy = f (u we ) gdzie: U wy min ; u wy = mu we ; U wy max ; dla u we < U we min dla U we min ≤ u we ≤ U we max dla u we > U we max Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Ograniczniki napięcia Charakterystyki przejściowe ograniczników napięcia: a) niesymetrycznego, b) symetrycznego 4 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Ograniczniki napięcia Ograniczenie uwy do wartości UZ+UD (UD - napięcie progowe diody w kierunku przewodzenia) Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Precyzyjny prostownik dwupołówkowy Precyzyjne prostowniki dwupołówkowe są układami realizującymi wartość bezwzględną (moduł) funkcji wejściowej: u wy = a u we a = 1, a = -1 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Precyzyjny prostownik dwupołówkowy uWY = RL uWE R Wyeliminowany wpływ spadku napięcia na diodach na wartość napięcia wyjściowego – diody wpięte w pętlę sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. Wada – uwy nie ma pkt wspólnego z masą układu 5 prostownik jednopołówkowy Uout Uout U out = − R2 U in R1 Uin U out = − Uin R2 U in R1 prostownik jednopołówkowy Uout Uout R U out = 1 + 2 U in R1 R U out = 1 + 2 U in R1 Uin Uin Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Precyzyjne prostowniki szczytowy uWY = max (uWE ) Dokładność przetwarzania zależy od pasma częstotliwości pracy układu i związanego z nim doborem stałej czasowej filtru wygładzającego R1C1. Przy projektowaniu układu należy zwrócić także uwagę na maksymalny prąd wyjściowy WO oraz na jego wsp. szybkości zmian nap. wyjściowego (slew rate). 6 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Ch-yki aproksymowane odcinkami prostoliniowymi Aproksymacja odcinkowa funkcji wypukłej Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Ch-yki aproksymowane odcinkami prostoliniowymi Aproksymacja odcinkowa funkcji wklęsłej Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Ch-yki aproksymowane odcinkami prostoliniowymi Diody D1 – Dn pełnią rolę kluczy włączanych z chwilą, gdy u=ui-iR przekroczy wartość progową U’pk w k-tej gałęzi dla Up(k-1) ≤ u0 ≤ Upk dla Up1 ≤ u0 ≤ Up2 dla u0 ≤ Up1 7 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Realizacja funkcji aproksymowanych Dwućwiartkowy przekształtnik paraboliczny Ch-yka jest realizowana aproksymacją czteroodcinkową w III i IV ćwiartce. uwy z W1 jest odwrócone o 1800 względem ui – dzięki temu mamy symetryczne sterowanie drabinek D-R (± ui) Gdy ui < UD to u0 = 0, gdy ui rośnie włączają się kolejne drabinki D-R. W miarę wzrostu uwe do W2 dołączone są kolejne R11 R12 co zwiększa wzmocnienie W2 Układ realizuje funkcje kwadratową. Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Realizacja funkcji aproksymowanych Przekształtnik trójkąt – sinus Ch-yka jest realizowana aproksymacją trójodcinkową w I i III ćwiartce. W miarę wzrostu u1 do R2 dołączają się R3 i R4 (przy zmniejszaniu u1 R7 i R8) powodując zmniejszanie rezystancji w SZ i wzmocnienie układu. Układ przekształca falę trójkątna na sinusoidalną. Amplituda u0 może być ustalana w szerokim zakresie zmienności (min zależy od wielokrotnością UD a max od liniowości WO) Podsumowanie •Układ logarytmujący ze złączem p-n •Układ wykładniczy ze złączem p-n •Ograniczniki napięcia •Precyzyjny prostownik napięcia •Układy o charakterystyce kształtowanej odcinkami 8
