Kotitentti 3 Vahvistimet ja lineaaripiirit Operaatiovahvistin (Operational Amplifier, OpAmp) Perusvahvistin, toiminta oletetaan suunnittelussa ideaaliseksi Käytetään vahvistimena aina negatiivisesti takaisinkytkettynä, jotta vahvistus pysyy lineaarisella alueella (pl. komparaattori ja oskillaattorit) Kaikki muut tehtävän vahvistimet voidaan toteuttaa OpAmpeilla Hinnat tavallisesti 0,5-1 / piiri, vähäkohinaiset pari euroa
Operaatiovahvistimien valintakriteerejä Vahvistimien lkmr. piirillä (1, 2, 4) ja kotelon tyyppi Käyttöjännitteet (1/2 puoleinen, alue) Kohinaominaisuudet (en, in, 1/f) Sisäänmenon epäideaalisuudet (Vos, Ibias) + niiden ryömintä Epäideaalisuuksien kompensointiin saattaa olla nastat CMRR (60 140 db) Rail-to-rail Taajuuskaista (Gainbandwidth-product) Slew rate (nopeus) Samat kriteerit pätevät myös muille vahvistinpiireille, joten jatkossa keskitytään eroihin näistä Komparaattori (Comparator) Operaatiovahvistinta käytetään digitaalipiirina, jolla on kaksi tilaa, +Vs ja Vs Komparaattoriksi tarkoitetuissa piireissä on optimoitu nopeus. Tavallisia opareita ei suositella käytettäväksi komparaattoreina Positiivisella takaisinkytkennällä voidaan lisätä hystereesiä Hintaluokka 0,1-6
Sovellus ja hystereesi Mistä tämä on? Joissain komparaattoreissa tarvitaan ylösvetovastus ulostulosta positiiviseen käyttöjännitteeseen. Kuva on hieman hämärästi piirretty eikä kyllä oikein kuvaa tyypillistä komparaattorikytkentää.
Differentiaalivahvistin (Differential Amplifier) Valmis jännitevahvistin, joka ei tarvitse takaisinkytkentää Vahvistusvaihtoehdot: kiinteä, valitaan vastuksella, valitaan pinneillä, valitaan ohjelmallisesti Vahvistus luokkaa 1 1000 (jopa 10 000) CMRR luokkaa 70 db? Differentiaalinen ulostulo? Hintaluokka 1 5 Instrumentointivahvistin (Instrumentation Amplifier) Hyvälaatuinen differentiaalivahvistin mittauskäyttöön Korkea sisäänmenoimpedanssi Hyvät kohina ja ryömintäominaisuudet Hyvä CMRR (100 130 db) Siltamittaukset, ECG, EEG Hintaluokka 2-10
CMRR riippuu taajuudesta ja vahvistuksesta InstAmp sovellutuksia
Virran mittausvahvistin (Current Sense Amplifier) Differentialivahvistin mittaa jännite-eron pienen shunt-vastuksen yli Moottorikäytöt, akkulaturit, akkukäyttö, 4-20 ma vastaanotin, ylivirtasuojaus Vaaditaan hyvä CMRR, lisäksi toimittava vaikka yhteismuotoinen jännite > Vs High-side, low-side Hintaluokka 1 5 Virranmittausvahvistin
Erotusvahvistin (Isolation Amplifier) Kuin operaatiovahvistin (tai differentiaali) mutta ulostulo on galvaanisesti erotettu sisäänmenosta Erotus optisesti, induktiivisesti, kapasitiivisesti, tai digitaalisesti Käytetään esim. katkaisemaan maaluuppi, erottamaan suurjännitteiset osat mittapiiristä, erottamaan potilas jännitteisistä osista, moottorikäytöt, ECG, EEG Lisäparametrit: Erotusjännite [V] jatkuvana ja hetkellisenä (luokkaa 1000 6000 V) IMR, Isolaatiomuotoisen signaalin vaimennus (luokkaa 120 160 db) Kalliita (kympeistä satoihin euroihin) Erotusvahvistimia
Erotusvahvistinten sovelluksia Logaritminen vahvistin (Logarithmic Amplifier, Log Amp) Operaatiovahvistin jossa takaisinkytkentä diodilla, saa valmiina piirinä Kätevä, jos ulotulo halutaan db:ksi Uusi speksi: dynaaminen alue (esim. 100 db) Lähetys/vastaanottotehon mittaus/säätö Hintaluokka 4 15
LogAmp sovelluksia Käytetään esim. RF- ja Audiosovelluksissa Chopper-vahvistin (Chopper Amplifier, Chopper Stabilized Amplifier) Operaatiovahvistin, jossa bias-jännitteet on kompensoitu, mikä johtaa 1/f kohinan minimoitumiseen Jalkajärjestys usein sama kuin perinteisillä operaatiovahvistimilla 3 12
Choppervahvistimen sovellus Muut vahvistintyypit Siirtoimpedanssioperaatiovahvistin (valmiiksi kytketty virtajännitemuunnin, nopea) Siirtokonduktanssioperaatiovahvistin (jänniteohjattu virtalähde) Norton-operaatiovahvistin (differentiaalivahvistin virtasisäänmenoilla, nopea) Virtatakaisinkytketty operaatiovahvistin (nopea GHz:ihin asti) Variable gain amplifier Audiovahvistimet (teho, mikrofoni, kuuloke) Useampikanavaisetvahvistimet Puskurivahvistin Exponentiaalivahvistin