Deel 1 De Operationele versterker

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Deel 1 De Operationele versterker"

Silke Lambrechts
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Deel 1 1)Symbool Henry Torfs 6TIICT 1/11

2 2)Inwendige + werking 2.1)Inwendige structuur van de Op-Amp Verschilversterker Versterker Eindtrap Henry Torfs 6TIICT 2/11

3 3)Werking De operationele versterker (OpAmp) heeft 2 ingangen - De niet inverterende ingang (+) - De inverterende ingang (-) Zij sturen de basissen aan van T1&T2 die als verschilversterker geschakeld zijn. De spanning op de collectoren zal verschillen als de ingangsspanningen niet gelijk zijn. De versterker die daarop volgt heeft een grote inwendige versterking, hij geeft alleen spanning uit als er een verschilspanning doorkomt. De eindtrap bestaat uit T3(NPN) & T4(PNP), is de uitgangsspanning positief van de versterker dan gaat T3 in geleiding en komt er positieve spanning op de uitgang. Bij een negatieve uitgang van de versterker zal T5 in geleiding en komt er een negatieve spanning op de uitgang. Bij 0 volt gaat zowel T3 als T4 niet in geleiding => uitgang 0V Betekenis ingangen 1) Niet inverterende ingang (+): als deze ingang positiever is dan de andere dan is de uitgang ook positief of als deze ingang stijgt, stijgt ook de uitgang. 2) Inverterende ingang(-): als deze ingang positiever is dan de andere dan is de uitgang negatief, ingang stijgt, uitgang daalt. De polariteit van de uitgangsspanning hangt dus af van de polariteit van de versschilspanning aan de ingang van de OpAmp. De ingangsspanningen mogen nooit groter worden dan de voedingsspanning. U1 U2 Uu +200mV +150mV Positief (+12V) +200mV +250mV Negatief(-12V) -200mV -250mV Positief (+12V) -200mV -150mV Negatief(-12V) +200mV -100mV Positief (+12V) -200mV +200mV Negatief(-12V) Besluit: Als U(+) - U(-) positief is dan is Uu Positief. Als U(+) - U(-) negatief is dan is Uu Negatief. We weten dat de stroom geleverd wordt door T3 of T4, een te grote uitgangsstroom kan deze transistoren vernietigen. In veel gevallen is er een interne stroombegrenzing aanwezig, voor de 741 is dit +/-25mA (Het is best de belasting aan de uitgang te beperken tot max 1kΩ) Henry Torfs 6TIICT 3/11

De versterker die daarop volgt heeft een grote inwendige versterking, hij geeft alleen spanning uit als er een verschilspanning doorkomt.

4 4)De voedingsspanningen 4.1)Symmetrische voeding De uitgangsspanning kan hier tot maximum +11V & -11V dit is de saturatiespanning (verlies inwendig ~ 1V) Hoe +12 & -12V maken? 1) Labovoeding +12V -12V 2) Uit 24V Henry Torfs 6TIICT 4/11

5 5)Asymetrische voeding Als U1 het grootst is gaat Uu tot +11V Als U2 het grootst is gaat Uu to +1V Uu kan alleen varieren tussen ==> +11 & +1V <== Henry Torfs 6TIICT 5/11

6 6)Ingangsstromen We weten uit het inwendige schema dat de ingangen toekomen op de basis van een transistor en da de gemeenschappelijke emittor doorverbonden is naar de negatieve voeding (-12V) Beide ingangsstromen I1 en I2 vloeien naar de negatieve spanning. Dit betekend dat de ingangsspanningen ook negatief kunnen zijn maar in absolute waarde kleiner moeten blijven dan de voedingsspanning om nog stroom in de OpAmp te sturen. De ingangsstromen liggen rond de 100nA dit komt doordat de ingang een zeer grote weerstand toont. In veel schakelingen tracht men deze 2 stromen gelijk te houden. Het is de bedoeling de instelling van beide transistoren gelijk te maken zodat de versschilversterker zo symmetrisch mogelijk ingesteld is. Zonder ingangssignalen moet dan de versschilspanning tussen beide ingangen zo dicht mogelijk bij 0V liggen? Vandaar dat uitwendig weerstanden in de inganslijnen worden geplaatst. Geen I1 en I2! Stroom vloeit niet van massa naar massa (hier moet de ingangsspanning boven de 0,6V liggen) Henry Torfs 6TIICT 6/11

Dit betekend dat de ingangsspanningen ook negatief kunnen zijn maar in absolute waarde kleiner moeten blijven dan de voedingsspanning om nog stroom in de OpAmp te sturen.

7 7)Openlusversterking 7.1)Voorbeelden Ingangen hangen los De verschilversterker is niet heel symmetrisch waardoor een kleine verschilspanning ontstaat doordat de ingangen loshangen.de uitgang kan op ± 12V saturatie zitten (11V) hieruit blijk een zeer grote interne versterking. Ingangen aan GND (R=100k) Ondanks een gelijke spanning aan de ingangen gaat de uitgang naar + of -12V. Oorzaak: de asymetrie van de verschilversterker geeft een klein verschil + de grote inwendige versterking = Saturatie(+11/-11V) Ingangen aan GND maar R=10k aan N.inv I1 is grootst = een grotere spanning aan N.inv ingang =>Uu gaat naar +11V (door grote inw. versterking) Ingangen aan GND maar R=10k aan Inv. I2 is het grootst = een grotere spanning op inv. =>Uu gaat naar -11V Henry Torfs 6TIICT 7/11

Ingangen aan GND (R=100k) Ondanks een gelijke spanning aan de ingangen gaat de uitgang naar + of -12V.

8 7.2)Besluit Het vermoeden van een zeer hoge interne versterking is juist, de fabrikant spreekt van Open Loop of Open Lus versterking (A ol ). Bij Open loop is er geen verbinding van de uitgang naar de ingang om de versterking te beïnvloeden. e staat voor spanningsverschil. A ol = Uu e Berekeningsvoorbeeld: A ol = e= Uu = 5000mV A ol e=0,05 mv 50µV 100mV 0,5mV =99,95mv De A ol is de uitgangsspanning gedeeld door de verschilspanning aan de ingang (e); deze is Als de uitgang niet in verzadiging is en enkele volts bedraagt, dan moet de verschilspanning aan de ingang zeer klein zijn. Eigenlijk kunnen we zeggen dat bij deze uitgangsspanning de spanning over de inverterende ingang t.o.v. GND, gelijk is aan de spanning aan de niet inverterende ingang. Om schema's te begrijpen kan men uitgaan van: er gaat geen stroom in de ingangsklemmen en dat het spanningsverschil (e) gelijk is aan 0. Henry Torfs 6TIICT 8/11

A ol = Uu e Berekeningsvoorbeeld: A ol =100000 e= Uu = 5000mV A ol 100000 e=0,05 mv 50µV 100mV 0,5mV =99,95mv De A ol is de uitgangsspanning gedeeld door de verschilspanning aan de ingang (e); deze

9 Deel 2 De Comparator 1) Werking Aan de inverterende klem wordt +6V aangeboden. (Spanningsdeler 2x10k) Is de niet inverterende klem, lager dan +6V bv. 5,99 ==> Uu = -12V Is de niet inverterende klem, hoger dan +6V bv. 6,001V ==> Uu = +12V De comparator of vergelijker herkennen we doordat de volle Open Loop versterking gebruikt wordt. Er zijn geen terugkoppelweerstanden van de uitgang naar de inverterende ingang (-) Henry Torfs 6TIICT 9/11

5,99 ==> Uu = -12V Is de niet inverterende klem, hoger dan +6V bv.

10 1.1)Toepassing + Werking 1.1.1)Toepassing U1 U )Werking Temp => R NTC =>U NTC =U2 Als U2<U1 => Uu => +12V Temp => R NTC =>U 2 Als U2>U1 => Uu=> -12V Diode D1 dient om de b-e diode te beschermen tegen de -12V van de uitgang van de OpAmp. R=100k dient om de basis op massa te houden Clampen als Uu= -12V (Kathode zweeft ) D beschermt transistor tegen inductie spanningen van het relay Henry Torfs 6TIICT 10/11

11 2)De comparator als nuldoorgangsdetector (zonder hysteresis) Henry Torfs 6TIICT 11/11

Vergelijkbare documenten

Operationele versterkers

Operationele versterkers. Inleiding. Een operationele versterker of ook dikwijls kortweg een "opamp" genoemd, is een veel voorkomende component in de elektronica. De opamp komt voor in allerlei verschillende