elektronika iii - mehatronika

Javna ustanova Mjeovita srednja elektrotehnika kola Tuzla

Jasmina Omerdi, Sejfudin Agi

ELEKTRONIKA III

za struno zvanje TEHNIAR MEHATRONIKE-skriptaTuzla, septembar/rujan 2011.

SADRAJUVOD I POGLAVLJE: OPERACIONI POJAAVAI 1. OPERACIONI POJAAVAI 1.1. IDEALNI OPERACIONI POJAAVA 1.2. KONSTRUKCIJA OPERACIONOG POJAAVAA 1.2.1. Strujno ogledalo 1.2.2. Diferencijalni pojaava 1.3. OPERACIONO POJAALO A 741 1.4. OSNOVNI SKLOPOVI SA OPAMP 1.4.1. Invertujui pojaava 1.4.2. Neinvertujui pojaava 1.4.3. (Diferencijalni) pojaava sa simetrinim ulazom 1.5. ANALOGNE OPERACIJE SA OPERACIONIM POJAAVAEM 1.5.1. Invertor 1.5.2. Mnoa sa realnom konstanom 1.5.3. Sabira 1.5.4. Pomjera faze 1.5.5. Integrator 1.5.6. Diferencijator 1.5.7. Naponski ponavlja (slijedilo) 1.5.8. Logaritamsko pojaalo 1.5.9. Antilogaritamsko pojaalo 1.5.10. Sklop za mnoenje 1.5.11. Sklop za dijeljenje 1.5.12. Sklop za stepenovanje i korjenovanje 1.6. PRIMJERI KOLA SA OPERACIONIM POJAAVAIMA 1.6.1. Senzor svjetla 1.6.2. Automatsko ukljuivanje ventilatora u automobile 1.6.3.Monitor stanja baterije od 12V 1.7. LABORATORIJSKE VJEBE IZ OPERACIONIH POJAAVAA Vjeba I: Diferencijalno pojaalo Vjeba II: Invertirajui pojaava Vjeba III: Ispitati uticaj frekvencije na rad integratora? Vjeba IV: Ispitati uticaj kapaciteta kondenzatora na rad diferencijatora? II POGLAVLJE: TIRISTORI 2. TIRISTORI 2.1. OSOBINE I PODJELA 2.2 JEDNOSMJERNI DIODNI TIRISTOR 2.3 JEDNOSMJERNI TRIODNI TIRISTOR 2.3.1. Isklopivi tiristor - GTO tiristor 2.3.2. Regulacija struje jednosmjernim triodnim tiristorom 2.4 DIJAK - DVOSMJERNI DIODNI TIRISTOR 2.5. TRIAC - DVOSMJERNI TRIODNI TIRISTOR 2.5.1. Regulacija struje trijakom 2.6. UKLJUENJE I ISKLJUENJE TIRISTORA 2.6.1. Sklopovi za ukljuenje tiristora 2.6.2. Iskljuenje tiristora 2.6.3. Sklopovi za iskljuenje 2.7. PRIMJENA TIRISTORA 2.7.1. Sklop za ukljuenje tiristora s UJT 2.8. LABORATORIJSKE VJEBE IZ TIRISTORA III POGLAVLJE: JEDNOSPOJNI TRANZISTOR 3. JEDNOSPOJNI TRANZISTOR 4. LITERATURA 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 11. 11. 11. 12. 12. 13. 13. 13. 14. 14. 15. 15. 15. 16. 16. 16. 17. 17. 17. 18. 18. 18. 18. 18. 19. 19. 20. 21. 21. 21. 22. 23. 23. 24. 25. 25. 26. 26. 26. 26. 27. 27. 27. 28. 29. 31.

UVOD

2

UVODPrvobitno znaenje rijei elektronika odnosilo se na oblast fizike u kojoj su se prouavale fizike pojave u vezi sa kretanjem elektrona, i to prvenstveno u vezi sa kretanjem elektrona u vakuumu i gasovima, a kasnije sa kretanjem elektrona i u metalima. Za vrijeme drugog svjetskog rata, elektronikom je poela da se naziva i oblast primjene elektronskih cijevi, elektronskih kola. Danas elektronika prouava pojave i u elementima elektronskih kola i u samim elektronskim kolima. Poetak datira od polovine XIX vijeka sa prvim prouavanjima poluprovodnika.Slika 1.5 FET BS 208 (200V 0,2 A) TO-92

Proizvodnja planarnih tranzistora, pri kojoj se na jednoj ploici silicijuma istovremeno pravi veliki broj tranzistora, ukazala je na mogunost izrade itavog kola na jednoj silicijumskoj ploici jer su se pored tranzistrora mogli realizirati i diode, kondenzatori i otpornici.

Slika 1.1 Vanjski izgled poluprovodnike diode

Slika 1.6. MOSFET BSS 89 (200V 0,3A) TO-92

Slika 1.2 Dioda Fiber Opto SPR SFH 350

Poetkom XX vijeka pronaena je elektronska cijev trioda, kao prvi aktivni element, tj. element koji je mogao pojaati signal. Polovinom XIX vijeka se pojavio takasti tranzistor i otpoela masovna proizvodnja i upotreba tranzistora u elektronskim kolima.

Danas se elektronika primjenjuje ne samo u svim tehnikim disciplinama, ve je u ivotu susreemo na svakom koraku. Razvijajui se sama i nalazei primjenu u nauci i tehnici, elektronika je doprinijela razvoju nauke i tehnike uopte.

Slika 1.3. Bipolarnih tranzistor BC 160/16 (PNP 40V 1A)

Slika 1.7 IC Eprom 27 C 256 DIP 28

Na alost, a zahvaljujui zahtjevima armije i vasionskih istraivanja, elektronika se naglo razvijala prema kritetijumima: to manje dimanzije, to manja teina i to je mogue pouzdaniji rad elektronskih sistema.

Poto nije napisan prihvatljiv udbenik za predmet Elektronika za III razred ova skripta predstavlja skromni doprinos autora da prevaziu taj problem i omogui uenicima i svim zainteresiranim lake praenje i savlaivanje nastave iz ovog predmeta. Skripta je napisana prema Nastavnom planu predmeta Elektronika za 3. razred po GTZ modelu, struno zvanje tehniar mehatronike i odlukom Nastavnikog vijea Elektrotehnike kole u Tuzli dozvoljena za internu upotrebu.

Slika 1.4 Bipolarni tranzistor za vee snage

ELEKTRONIKA za 3. razred elektrotehnike kole

OPERACIONI POJAAVAI

3

OPERACIONI POJAAVAI

1poglavlje

Invertirajui pojaava sa operacionim pojaalom


OPERACIONI POJAAVAI

4

1. OPERACIONI POJAAVAIOperacioni pojaavai su jedna vrsta direktno spregnutih pojaavaa. Prema tome oni pojaavaju istosmjerne signalne i naizmjenine do svoje granine frekvencije. Ovakav pojaava ima simetrian ulaz, a nesimetrian izlaz. Operacioni pojaava je prvobitno koriten u analognim raunskim mainama za vrenje analognih operacija, kao to su: sabiranje, mnoenje, diferenciranje, integrisanje itd. Po tome je dobio naziv: OPERACIONI POJAAVA. Danas se operacioni pojaava izrauje u integrisanoj tehnici. Dimenzije same silicijumske ploice nisu vee od dimenzija ploice prvih tranzistora. Ploica je montirana u isto kuite kao i tranzistor (npr. TO5). Cijena operacionog pojaavaa je jedva neto vea od cijene tranzistora. Budui da je montiran u jedno kuite, moemo ga tretirati kao poseban elemenat sa odreenim karakteristikama. Ovdje emo definisati i objasniti karakteristike operacionog pojaavaa i dati izvjesna osnovna kola u kojima se primjenjuje. Osim primjene za matematiku operaciju u analognim raunskim mainama, poslije usavravanja, naao je primjenu i u mnogim drugim oblastima, tako da je danas jedan veoma esto upotrebljavani nezamjenljiv elemenat u elektronici. Izveden u integrisanoj tehnici, malih je dimenzija, jeftin, pouzdan i temperaturno stabilan pojaava. Operacioni pojaava (Operational Amplifier, OP AMP) je integralno elektronsko kolo iroke primjene, iju funkciju definie spoljanja povratna sprega. Naziv potie iz vrijemena analognih raunara, gdje je oznaavao kolo koje je vrilo neku raunsku operaciju. U dananje vrijeme operacioni pojaavai sa veoma visokim pojaanjem koriste spoljanje komponente koje u kolu povratne sprege definiu odziv, a time i funkciju celog kola. Za operacioni pojaava bez kola povratne sprege kae se da radi u otvorenoj petlji (open-loop). Ovaj termin obino se vezuje za idealni operacioni pojaava sa beskonanim pojaanjem, ulaznom impedansom i propusnim frekventnim opsegom, i nultom izlaznom impedansom. U praksi ni jedan operacioni pojaava nema ovakve idealne karakteristike, tako da se u proraunu kola sa operacionim pojaavaima mora uzeti u obzir i njihovo manje ili vee odstupanje od idealnih karakteristika. Termin "operacioni pojaava" prvi put se pojavio 1943 u radu Johna R. Ragazzinnija "Analysis of Problems in Dynamics", gdje je opisan praktian rad Georgea A. Philbricka. Na slici 1.1 vidi se prvi operacioni pojaava sa elektronskim cjevima nazvan K2-W, koji je konstruisala firma George A. Philbrick Research. Ovaj model je nastao 1952, vie od decenije pre prve tranzistorske verzije. Prvi monolitni operacioni pojaava, koji je razvio Bob Widlar, pod imenom A702 (proizvoa Fairchild Semiconductor), ponuen je tritu 1963. Sastojao se od devet tranzistora i kotao je oko 300 amerikih dolara, to je ograniilo njegovu primjenu na vojne primjene i na avijaciju.

Slika 1.1 Operacioni pojaava sa elektronskim cijevima

Bob Widlar je 1965, razvio pojaava A709, takoe za Fairchild Semiconductor. Ovaj pojaava je imao vee pojaanje, vei propusni opseg i manje ulazne struje. Veliki obim proizvodnje smanjio je trokove, tako da je cijena ovog pojaavaa brzo pala sa poetnih 70 na 10, pa zatim i na 2 amerika dolara, to je doprinelo irokoj primeni i daljem razvoju novih tipova operacionih pojaavaa, sa razliitim karakteristikama, sa bipolarnim, FET, MOSFET tranzistorima, razliitim konfiguracijama, itd.

Slika 1.2. Opti oblik i simbol operacionog pojaavaa sa detaljnom elektrina ema sa prikljucima


OPERACIONI POJAAVAI

5

Operacioni pojaavai pokrivaju opseg napona napajanja od 0.9V do preko 1000V. Koriste se u raznim elektronskim kolima, kao linijski drajveri, komparatori (jednobitni A/D konvertori), za pomjeranje naponskog nivoa, kao pojaavai, oscilatori, filteri, kondicioneri signala, drajveri motora i drugih aktuatora, strujni i naponski izvori i u mnogim drugim aplikacijama. Na slici 1.2 dat je grafiki simbol operacionog pojaavaa. Lijeva slika je simbol koji se upotrebljava kad nam je bitno da se samo istakne pojaavako osobina operacionog pojaavaa. Slovo A treba da nas podsjeti da je to pojaava, meutim i ovo slovo se esto izostavlja. Znak + (plus) na ulazu 1 oznaava da se izlazni napon U0 ne invertuje (ne obre) u odnosu na fazu ulaznog signala U1. Taj ulaz se naziva neinvertirajui ulaz. Znak (minus) na ulazu 2, oznaava da je izlazni napon U0 fazno pomjeren u odnosu na ulazni napon U2, oznaava da je izlazni napon U0 fazno pomjeren u odnosu na ulazni napon U2 za 180, odnosno da je faza izlaznog napona invertovana (obrnuta) u odnosu na ulazni napon U2. Taj ulaz se naziva invertujui ulaz. Kad treba da se prikau kolo polarizacije (napajanje UCC), kolo frekventne kompenzacije (FK) i drugo, crtaju se prikljuci kao to je prikazano na slici 1.1b. Poto se ovo vri kod crtanja kompletne eme ureaja u kome su primjenjeni operacioni pojaavai, eventualno i neka druga integrisana kola, to, da bi se razlikovali pojaavai jedni od drugih, esto se umjesto oznake A stavlja oznaka konkretnog operacionog pojaavaa, kao to je ovdje stavljena oznaka pojaavaa A741.

1.1.IDEALNI OPERACIONI POJAAVADananji operacioni pojaavai imaju veoma dobre radne karakteristike. Prilikom analize elektronskih kola sa operacionim pojaavaima esto emo njegove karakteristike idealizovati, kako je prilazano na slici 1.4, kako bismo uprostili analizu.

Slika 1.4. Idealni operacioni pojaava

Idealan operacioni pojaava ima: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Beskonano veliko diferencijalno (AUd=) pojaanje, koje ne zavisi od amplitude izlaznog napona, Pojaanje srednje vrijednosti jednako nuli (AUc=0), odnosno, Faktor potiskivanja srednje vrijednosti signala beskonano velik (Fp=), Ulazni otpor beskonano velik (R=), Izlazni otpor jednak nuli (R0=0) i Beskonano irok propusni opseg (B=).

Operacioni pojaava obino radi sa povratnom spregom, pa e pojaanje pojaavaa zavisiti od koeficijenta povratne sprege, ako je samo pojaanje dovoljno veliko uvijek je A>>1, to je jedan od uslova za negativnu povratnu spregu (drugi je protufaznost signala). Ako predpostavimo da izlazni signal nee biti suvie velik, nelinearnost prenosne karakteristike ne treba uzimati u obzir. Prema tome prva pretpostavka je opravdana. Na slici 1.5 prikazana je idealizovana i realna prenosna karakteristika operacionog pojaavaa. IdealIzovana treba da se poklapa sa ordinatom, jer smo predpostavili da je pojaanje beskonano veliko, dok je karakteristika realnog pojaavaa nagnuta, a napon ogranien. Pojaanje srednje vrijednosti moemo zanemariti, jer je ono mnogo manje od diferencijalnog pojaanja.

Slika 1.3. Najprostiji operacioni pojaava

Na slici 1.3 dat je najprostiji operacioni pojaava. Nainjen je samo sa jednim diferencijalnim pojaavaem. Ima simetrian ulaz, a nesimetrian izlaz. Oigledno je da, pored prikljuka za ulaz i izlaz, mora postojati i prikljuak za napajanje kolektora UCC i emitora UEE.

Ulazni otpor se moe smatrati beskonano velikim, zato to je mnogo vei od spoljanjeg, sa njim vezanim serijskim otporom, a izlazni otpor jednak nuli, ako je mnogo manji od otpora optereenja. Beskonano veliki opseg moe se pretpostaviti, ako je radna frekvencija mnogo manja od granine frekvencije. Termin "operacija" odnosi se na matematiku operaciju, kao to je sabiranje, integracija itd. Idealni operacioni


OPERACIONI POJAAVAI

6

pojaava predstavlja kolo koje se u teoriji naziva "nulor" i koje se sastoji od dva elementa nulatora i noratora. Ulazni stepen operacionog pojaavaa je nulator (nema ni napona ni struje), a izlazni dio je

norator (bilo koji napon i struja). Ove dvije komponente daju zamiljenom operacionom pojaavau idealne karakteristike.

Slika 1.5. Idealna i realna prenosna karakteristika operacionog pojaavaa

1.2. KONSTRUKCIJA OPERACIONOG POJAAVAADa bi operacioni pojaava imao karakteristike blizu idealnih, treba obezbjediti: da ulazna struja bude minimalna da um i smijetnje usljed zajednikog (common-mode) napona budu minimalni (to se postie primjenom diferencijalnog ulaznog stepena)

pojaanje treba da bude dovoljno veliko (to se postie primjenom pojaavaa sa zajednikim emiterom uz aktivno optereenje (strujno ogledalo) obezbediti dovoljno struje na izlazu kako ne bi bio "oboren" kad se prikljui potroa (to se postie primjenom izlaznog pojaavaa koji obezbjeuje dovoljnu izlaznu struju i malu izlaznu otpornost Imajui navedeno u vidu, moemo da smatramo da je jako uproena ema operacionog pojaavaa data na slici 1.6.

Slika 1.6. Uprotena ema operacionog pojaava


OPERACIONI POJAAVAI

7

1.2.1. Strujno ogledaloU operacionim pojaavaima strujna ogledala koriste se kao strujni izvori i kao aktivna optereenja. Osnovna primjena je u strujnim izvorima. U idealnom sluaju, struja je nezavisna od optereenja. U prostom strujnom izvoru oigledno je:

To emo uraditi tako da koristimo podatak da je kolektorska struja bipolarnog tranzistora zavisna samo od napona VBE.

Za fiksno R ova struja se ne mijenja. Kada bismo mogli da "kopiramo" ovu struju u neku drugu granu kola u kojoj elimo da definiemo struju, tada bismo mogli da kaemo da smo napravili strujni izvor u toj, drugoj, grani kola sa vrijednou IREF.

Slika 1.7. Princip napajanja iz strujnog izvora

Slika 1.8. Princip napajanja iz strujnog ogledala

Ako je uzemljen strujno ozvor koriste se NPN tranzistori,a za uzemljeni potroa koriste se PNP tranzistori.

Slika 1.9. Primjena NPN i PNP tranzistora u strujnom ogledalu

U idealnom sluaju, nezavisno od razliitih vrijednosti otpornosti u kolektorskom kolu, struja bi trebalo da bude nepromjenjena. Poto se napon kolektor-emiter drugog tranzistora, a napon kolektor-emiter prvog tranzistora je fiksiran na 0.7V, kolektorska struja drugog tranzistora se mijenja sa otpornou potroaa.

Namee se prosto rjeenje: ukoliko obezbedimo da se naponi kolektor-emiter ne mijenjaju sa vrijednou potroaa, nee se mijenjati ni kolektorske struje. Pri tom naponi kolektor-emiter ne moraju da budu jednaki, dovoljno je da se ne mijenjaju sa promjenom potroaa. Jedno rjeenje koje obezbeuje da se kolektorski napon ne mijenja sa promjenom potroaa dato je na slici desno. Ovaj strujni izvor zove se


OPERACIONI POJAAVAI

8

Wilsonovo strujno ogledalo. Za uzemljene potroae koriste se PNP tranzistori.

U idealnom sluaju diferencijalni pojaava pojaava samo razliku dva napona, bez obzira na njihovu apsolutnu vrijednost. Diferencijalni pojaava pojaava razliku dva napona. Primjenom Kirhofovih zakona za naponsnku konturu (slika 1.13) koja ukljuuje baze tranzistora dobijamo:

Slika 1.10. Varijante Wilsonovog strujnog ogledala

Ako elimo da napravimo strujni izvor ija e struja biti mnogo manja od referentne IREF, napon VBE2 treba da bude manji od VBE1. Poto je zavisnost kolektorske struje od napona baza-emiter eksponencijalna, male razlike u naponu baza-emiter prouzrokovae velike razlike kolektorskih struja. Sljedee kolo zove se Widlarovo strujno ogledalo i koristi se kao izvor malih struja.

Slika 1.13. Elektronska ema diferencijalnog pojaavaa

Kirhofov zakon za vor spoja emitera dva tranzistora

Slika 1.11. Widlarovo strujno ogledalo

1.2.2. Diferencijalni pojaavaDiferencijalni pojaava pojaava razliku dva napona, slika 1.12. izlaz = A(ulaz1 - ulaz2)

Slika 1.12. Diferencijalni pojaava

Grafiki prikaz gornjih jednaina daje uvid u prenosnu karakteristiku ovakvog diferencijalnog pojaavaa. Posmatrajmo vi,dm kao ulaz i vo,dm kao izlaz. Diferencijalni pojaava koji je prikazan na slici moe sa dobrom aproksimacijom da se smatra dobrim pojaavaem razlike dva signala ukoliko je:


OPERACIONI POJAAVAI

9

Slika 1.14. Grafiki prikaz rada diferencijalnog pojaavaa

Ulazni signal ne smije da bude veliki, da bi ovo kolo radilo kao diferencijalni pojaava. Poto je za nulti ulazni napon izlazni napon takoe jednak nuli, prikazana konfiguracija pojaavaa omoguava povezivanje vie ovakvih kola u kaskadu bez unoenja istosmjernog ofset napona u kolo. Da bi se poboljala linearnost i poveao opseg ulaznog napona, dodaje se otpornik u kolo emitera oba tranzistora. Cijena koja se plaa je znatno smanjeno pojaanje ovakvog kola.

-

22 tranzistora, 11 otpornika, kondenzatora i jedne diode.

jednog

Slika 1.16. Simbol i JG kuite (pogled odozgo) A 741

Slika 1.15. Poveanje opsega ulaznog napona sa RE

1.3. OPERACIONO POJAALO A 741Proizvoai elektronskih komponenata proizvode vrlo veliki broj razliitih izvedbi operacionih pojaavaa. Ovdje emo prikazati osnovne osobine onog koji nosi oznaku A 741. Elektronska ema na slici 1.19 pokazuje da se pojaava A 741 sastoji od:

Slika 1.17. Fizike dimenzije A 741 (JG ceramic dual-in-line), dimenzije su u inima (milimetrima)


OPERACIONI POJAAVAI

10

Slika 1.18. U, J i FK kuita A 741

Slika 1.19. Elektrina ema A 741

Tabela 1.1. Elektrine karakteristike A 741 (UCC=15V, T=25C)


OPERACIONI POJAAVAI

11

1.4. OSNOVNI SKLOPOVI SA OPAMP1.4.1. Invertujui pojaavaInvertujui operacioni pojaava je pojaava sa povratnom spregom kod koga se ulazni signal dovodi na invertujui ulaz. Ovo je osnovno pojaavako kolo operacionog pojaavaa. Kod njega je izvedena naponsko paralelna povratna sprega, kako je prikazano na slici 1.20. Kako se u analognom raunaru operacioni pojaavai vezuju kaskadno, izlazni otpor pojaavaa je jednak nuli, te da bi se moglo ostvariti paralelno dovoenje vraenog signala, mora se staviti otpor R1, jer inae povratne sprege ne bi bilo.

Ova struja, budui da je Id = 0, sva protie i kroz otpor R2, preko kog se vri povratna sprega, te je izlazna struja: Io I, a izlazni napon:Uo R 2 Io R2 Ui Ri

Prema tome pojaanje operacionog pojaavaa u ovakvoj konfiguraciji je: R2 A R1 Ulazni otpor, usljed prisustva virtualne nule jednak je otporu R1.

1.4.2. Neinvertujui pojaavaTAnal Tranzistorskom pojaavau sa uzemljenim kolektorom, moe se nainiti odgovarajua konfiguracija sa operacionim pojaavaem. Na izlazu imamo pojaan napon, ali je ostao u fazi sa ulaznim naponom. Ulazni napon se dovodi na neinvertujui ulaz, a povratna sprega na invertujui. Ako bi se povratna sprega izvela na invertujui ulaz, ona bi bila pozitivna. emai konfiguracija neinvertujueg pojaavaa je data na slici 1.21. operacionog

Budui da je diferencijalni napon na ulazu samog pojaavaa jednak nuli, cio pad ulaznog napona bie na otporu R1, te je i kod ovog pojaavaaSlika 1.20. ema i ekvivalentna ema operacionog pojaavaa u spoju sa invertovanim ulazom

I

Ui Ri

.

Usljed beskonano velikog pojaanja A0o, pri konanom izlaznom naponu U0o ulazni diferencijalni napon Ud je jednak nuli, jer je:Ud Uo Ao Uo 0

Poto je struja kroz otpor R2 jednaka struji kroz otpor R1, to je izlazni napon:Uo I R1 R2 ,

Usljed beskonano velikog ulaznog otpora Ri operacionog pojaavaa, a i zbog toga to je ulazni diferencijalni napon jednak nuli, i ulazna struja Id jednaka je nuli. Prema tome posmatrano sa ulazne strane, pojaava se ponaa kao da mu je ulaz kratko spojen. Zato kaemo da je taka 2 "virtualna nula". Virtualna nula zbog toga, to je struja kroz nju jednaka nuli, a ne jednaka struji kratkog spoja. Posmatrajmo sad ekvivalentna ema pojaavaa. Kako je Ud=0, lako moemo da izraunamo ulaznu struju:

te je pojaanje pojaavaa: 1.1A Uo Ui I R1 R 2 I R1 1 R2 R1

Ii

Ui Ri

ISlika 1.21. Operacioni pojaava sa neinvertujuim ulazom i povratnom spregom preko invertujueg ulaza


OPERACIONI POJAAVAI

12

Dakle sa istim elementima, ako se signal dovodi na neinvertujui ulaz pojaanje e biti vee za jedinicu, a faza izlaznog signala bie jednaka fazi ulaznog signala. Kada treba upotrebljavati dva napona ili kada treba pojaati naponsku razliku izmeu dvije take u nekom kolu, od kojih jedna nije uzemljena, koristi se operacioni pojaava sa simetrinim ulazom.

Neka je Uu2=0, tada je izlazni napon:

Ui1

1

R2 Uu1 R2 R1 R1 R 2

.

1.4.3. (Diferencijalni) pojaava sa simetrinim ulazomU ovu svrhu se moe koristiti neposredno operacioni pojaava u spoju sa slike 1.2. Ulazni otpor pojaavaa mora biti simetrian i za neinvertirajui i za invertujui ulaz. Na slici 1.22 prikazana je ema ovakvog pojaavaa koji se naziva i diferencijalni pojaava. Ovaj spoj se koristi kada treba pojaavati razliku dva napona. Tada je pojaanje operacionog pojaala vrlo veliko i relativno nestabilno, pa se mora uvesti negativna povratna sprega radi stabilizacije pojaanja. Ulazni otpor pojaavaa je isti za invertirajui i neinvertirajui ulaz. Uz uslov da je Id1 Id2 0 , Ud 0 i da je R1 R1 ' iR2 R 2 ' nai emo pojaanje uzevi da se ulazni

Prvi lan na desnoj strani je pojaanje neinvertirajueg pojaala, a drugi slabljenje dovedenog signala. Sreivanjem prethodnog izraza za izlazni napon se dobije: R2 Ui1 Uu1 . R1 Dovedimo sada napon na invertirajui ulaz, a da je pri tome napon na neinvertirajuem ulazu jednak nuli. Tada je izlazni napon:Ui2 R2 Uu2 . R1

Ako istovremeno dovedemo napone na oba ulaza, na izlazu e se pojaviti zbir napona:Ui Ui1 Ui2 R2 Uu1 R1 Uu2 .

Pojaanje ovakvog diferencijalnog pojaala je:A Ui Uu1 Uu2 R2 . R1

signal dovodi prvo na prvi , a zatim na drugi ulaz.

Slika 1.22. Operacioni pojaava sa simetrinim ulazom diferencijalni pojaava

1.5. ANALOGNE OPERACIJE SA OPERACIONIM POJAAVAEMU analognim raunarima se analogne matematike operacije ostvaruju pomou operacionog pojaavaa. Osnovna konfiguracija kola sa operacionim pojaavaem dat je na slici 1.23. Ova ema je ista kao ona na slici 1.20, samo su otpori R1 i R2 zamjenjeni impedansama Z1 i Z2. Prema tome, osnovna konfiguracija operacionog pojaavaa je pojaava sa invertujuim ulazom. Njegovo pojaanje iznosi: AZ2 . Z1Slika 1.23. Opta ema operacionog pojaavaa

Veina matematikih operacija se ostvaruje pogodnim izborom ovih impedansi.

Zbog univerzalnosti upotrebe operaciono pojaalo je najvaniji linearni integrisani sklop. Osim osnovnih spojeva postoji jo itav niz primjena. Pri narednom razmatranju je uvedena pretpostavka da je operaciono pojaalo po osobinama slino idealnom.


OPERACIONI POJAAVAI

13

1.5.1. InvertorZa promjenu znaka neke matematike veliine potrebno je da ta veliina po apsolutnoj vrijednosti ostane ista, ali da joj se promjeni samo znak. Ako je bila pozitivna da postane negativna, ako je bila negativna da postane pozitivna. Prema tome, pojaanje operacionog pojaavaa treba da je jednako jedinici, ali da je izlazni napon suprotnog znaka od ulaznog. Ovo moemo ostvariti sa invertujuim pojaavaem sa slike 1.20, odnosno, ako u osnovnom kolu datom na slici 1.23 umjesto impedansi Z1 i Z2 stavimo otpore R1=R2=R, kao na slici 1.24.

1.5.3. Sabira

Slika 1.25. Sklop za sabiranje

Kolo predstavljeno na slici 1.10 slui za zbrajanje elektrinih signala. Ulazni signali imaju trenutne vrijednosti u1, u2,...,un. Zbog beskonano velike ulazne otpornosti operacionog pojaala struja u operaciono pojaalo je jednaka nuli. Radi toga je struja i koja tee kroz otpornik R jednaka sumi ulaznih struja i1, i2, ..., in.Slika 1.24. Mjenja znaka ili invertor

Napon ui iznosi:ui iR R u1 R1 u2 R2 ... un . Rn

Pojaanje pojaavaa sa slici 1.24 je:A Z2 Z1 R2 R1 1,

Ako je R1=R2=...=Rn prethodnu relaciju je mogue napisati u sljedeem obliku:

pa je izlazni napon:Uo AUi Ui

ui

Dakle, isti po amplitudi, ali suprotnog znaka dva ovakva kaskadno vezana operaciona pojaavaa propustie nepromjenjen signal.

R R1

n k 1

uk .

Izlazni napon je proporcionalan sumi ulaznih napona. Ako odaberemo da su otpori R1 i R2 jednaki dobija se:

1.5.2. Mnoa sa realnom konstanomUkoliko je Z1=R1, a Z2=R2 prema slici 1.23, pojaanje e biti: R2 A k, R1 pa je izlazni napon: Uo Ukoliko je: k>1, izlazni napon je vei od ulaznog, a za k

elektronika iii - mehatronika

Documents