Dr. Pap László jegyzete - BME Hálózati Rendszerek és ...

18.3. A MŰVELETI ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRI FELÉPÍTÉSE 405
(kisU off ), a kis bemeneti áram (kisI B ésI off ) és az ezzel együtt járó nagy bemeneti ellenállás
biztosítása. A második fokozat a rendszer nagy erősítését biztosítja, míg a végfokozat feladata
a szükséges teljesítmény előállítása a terhelés számára, és a viszonylag kis kimeneti impedancia
létrehozása.
A felsoroltakon kívül az egyes fokozatokban az alábbi feladatokat is meg kell oldani:
– Vezérlés nélkül az ideális műveleti erősítő szimmetrikus bemeneti és aszimmetrikus kimeneti
pontjainak azonosan nulla potenciálon kell lenni. Ezzel szemben tudjuk, hogy az
aktív eszközök (tranzisztorok) vezérlő elektródái (tipikusan bázis, illetve gate) és kimeneti
elektródái (tipikusan kollektor és emitter, illetve drain és source) között egyenfeszültség
különbség van. Ez azt jelenti, hogy például egy n-p-n tranzisztorral felépített földelt
emitteres fokozat esetében nulla bemeneti bázisfeszültség mellett a fokozat kimenetén (a
tranzisztor kollektorán) pozitív egyenfeszültség jelenik meg (ekkor működik a tranzisztor
a normál aktív tartományban). Ha el akarjuk érni, hogy a műveleti erősítő aszimmetrikus
kimenetén nulla egyenfeszültség jelenjen meg, valamelyik fokozatnak gondoskodni kell
az úgynevezett szintáttevésről, ami a példánkban említett pozitív szinteltolást kompenzálja,
azaz egy ellentétes előjelű szinteltolást valósít meg.
– A szimmetrikus bemeneti jelekből aszimmetrikus kimeneti jelet kell létrehozni, ami annyit
jelent, hogy a bemeneti jeleket ki kell vonni egymásból. Ezt az aszimmetrizálási feladatot
általában a bemeneti differenciálerősítők oldják meg.
– Az erősítőfokozat tervezésekor gondoskodni kell arról, hogy az áramkör különleges igénybevételek
(nagy bemeneti feszültség, kis kimeneti terhelés) esetén se menjen tönkre. Ehhez
a kapcsolásba speciális védelmeket kell beépíteni.
– A műveleti erősítők általában visszacsatolt rendszerben működnek. Ahhoz, hogy elkerüljük
a visszacsatolt áramkör instabilitását, a műveleti erősítő erősítésének a frekvenciafüggését
speciálisan kell kialakítani.
A következőkben az egyes fokozatok lehetséges változatait ismertetjük bipoláris tranzisztorok,
NMOS és CMOS elemek felhasználásával.
Bemeneti fokozat.
A bemeneti fokozatnak a következő feladatokat kell megoldani:
– A szimmetrikus bemenet létrehozása, tipikusan differenciálerősítős elrendezéssel,
– Nagy közös módusú elnyomás biztosítása,
– Nagy közös módusú jeltartomány feldolgozása,
– Kis U off, I off és I B megvalósítása,
– Nagy bemeneti ellenállás és nagy erősítés biztosítása.
Az alábbiakban a bemeneti fokozatok néhány lehetséges változatát ismertetjük: