4. kierros. 1. Lähipäivä

Transkriptio

1 4. kierros 1. Lähipäivä

2 Viikon aihe Taajuuskompensointi, operaatiovahvistin ja sen kytkennät Taajuuskompensaattorit

3 Mitoitus Kontaktiopetusta: 8 h Kotitehtäviä: 4 h + 0 h

4 Tavoitteet: tietää Operaatiovahvistimen sisäinen rakenne astetasolla Mitä taajuuskompensoinnilla tarkoitetaan Miller-kompensointi

5 Tavoitteet: ymmärtää Eri asteiden tehtävä operaatiovahvistimessa Mistä nousunopeus rajoitus johtuu Miller-kompensoinnin edut verrattuna pelkkään kapasitanssin lisäämiseen Alikompensointi vs. yksikkötakaisinkytketyn vahvistimen kompensointi Miten vaiheen johto- ja jättöpiirit toimivat

6 Tavoitteet: soveltaa Kompensoinnin mitoittaminen vaihemarginaalitavoitteeseen tunnetusta vahvistinrakenteesta Vaiheen johto- ja jättöpiirin mitoittaminen

7 Tietoisku I: Vaiheen johto- ja jättöpiirit Idea: muutetaan systeemin vahvistus- ja vaihevaroja siten, että säädetylle järjestelmälle saadaan haluttu käyttäytyminen Johtopiiri: nostetaan vaihekäyrää halutuilla taajuuksilla Jättöpiiri: lasketaan vaihekäyrää halutuilla taajuuksilla

8 Vaiheen johtopiiri Nostaa vahvistuskäyrää korkeilla taajuuksilla Vaihekäyrää halutulla taajuusalueella G ( s) = K lead 1 ω 0 1 kω 0 s + 1 s + 1 ω m = kω 0 sin( φ ) m = k 1 k + 1

9 Vaiheen jättöpiiri Nostaa vahvistuskäyrää matalilla taajuuksilla Laskee vaihekäyrää pienillä ja halutulla taajuusalueella G ( s) = K lag 1 kω 1 ω 0 0 s + 1 s + 1

10 Vaiheen johtojättöpiiri Toimii kuin PIDsäädin Jättöpiiri suunnitellaan matalille taajuuksille pitää huolen pysyvästä poikkeamasta G lead lag (s)=k 1 ω 1 (s+1) 1 k 1 ω 1 s+1 1 k 2 ω 2 s+1 1 ω 2 s+1 Johtopiiri suunnitellaan korkeille taajuuksille stabiloi ja nopeuttaa

11 Harjoituksia: Lasketaan analogisen tehtävät 1-3

12 Tietoisku II: Takaisinkytketyn vahvistimen stabilointi Epästabiilius takaisinkytketyissä vahvistimissa on seurausta liian suuresta negatiivisesta vaihesiirrosta yksikkövahvistustaajuudella UGF Vahvistin voidaan teoriassa suunnitella niin, että ylimääräiset navat ja nollat ovat riittävän korkealla taajuudella UGF:ään verrattuna Usein vaikeaa toteuttaa ilman kohtuutonta tehonkulutusta

13 Takaisinkytketyn vahvistimen stabilointi Pudotetaan DC-vahvistusta UGF siirtyy matalammalle taajuudelle Haittana paluuerotuksen heikkeneminen Takaisinkytkentä toimii vähemmän ideaalisesti β A K K p 0 p 1 ω

14 Taajuuskompensointi Valitaan yksi navoista määrääväksi Navan taajuutta siirretään alas lisäämällä kapasitanssia piiriin Jos mahdollista siirretään muita napoja ylös Vahvistin voidaan kompensoida stabiiliksi Yksikkötakaisinkytkettynä Vahvistin on stabiili suljetun silmukan vahvistuksesta riippumatta Minimivahvistuksella A f (alikompensointi) Silmukkavahvistus on matalampi kuin yksikkötakaisinkytkennässä Saavutetaan laajempi kaistanleveys Kompensoinin toteutus Lisäkapasitanssi Miller Stabiiliuden vaihemarginaalin raja todellisuudessa välillä ϕm =45-60.

15 Lisäkapasitanssi Lisätään piiriin kondensaattori, joka siirtää yhtä napaa ja samalla UGF:ää alas Yleensä siirretään napaa, joka on valmiiksi alimpana Paluuerotus matalilla taajuuksilla ei heikkene Kaistanleveys kapenee β A K p 0 p 0 p 1 ω

16 Miller-kompensointi Miller-efekti kertoo kapasitanssin asteen jännitevahvistuksella Tehokas tapa synnyttää dominoiva napa Lisäksi Miller-kompensointi siirtää asteen lähtöön syntyvää napaa ylöspäin Merkittävä etu verrattuna pelkkään yhden navan siirtämiseen alas ( K 2 + 1) C c + C p1 C c β A V f + K 1 V - s K2 C p1 C p 2 V o p 1 p 1 p 0 p 0 ω

17 Kaksiasteinen operaatiovahvistin Mitä eri toiminnallisia osia piiristä löytyy?

18 UGF vaihemarginaalista Vaihesiirto maksimissaan Yksi nolla kääntää Yksi napa kääntää Vaihemarginaali z1 180 o p1 =tan 1 UGF p1 m =180 o z1 pi p2

19 Harjoituksia: Lasketaan tehtävät 1 ja 2

20 Tietoisku III: kotiprojekti Tutustu operaatiovahvistimen sisäiseen rakenteeseen ja tutki sen eri osia ks. esimerkiksi Sedra&Smith ja S kurssin luentokalvot luennolta 6 Ryhmien tulosten purkaminen ensi viikolla

21 Seuraavalla kerralla Jatketaan samasta aiheesta