Overzicht vijfde college SVR “operationele versterkers (OpAmps)” Samenvatting transistoreigenschappen Bipolair, JFET & MOSFET Van transistor naar OpAmp (operationele versterker) Wat kun je met OpAmps? Karakteristieken van OpAmps Simpele schakelingen met OpAmps (als buffer & versterker) Niet-lineaire bewerkingen met OpAmps Opwekken van periodieke signalen

Bipolaire transistor Het geheim van de bipolaire transistor: dunne basislaag (1 - 10 m) doorschietende ladingsdragers Karakteristiek: - UBE stuurt IC - UBE  0.6V ; IB = IC /  Regtien-10.1

Vervangingsschema transistor Gebruik als spannings-stroom omzetter Vraag: Wat is de relatie tussen IC en Ui ? Regtien-10.5 & 10.6

Transistor als spanningsversterker Instelling werkpunt is heel belangrijk !! Differentiële versterking rond werkpunt UB(t) = UB,0 + ui sin(t) UC(t) = UC,0 + uo sin(t+) A = uo/ui Regtien 10.10

Veldeffecttransistor (JFET & MOSFET) Het geheim van de FET: geleidend kanaal dichtknijpen (pinch-off) Karakteristiek: - UGS <0 stuurt ID  IS - IG  0 (Rin > 10 G)

FET als spanningsversterker Vraag: Wat is de (voltage-) overdracht van ui naar uo Regtien-11.7

Verschilversterker symmetrische schakeling om driftproblemen te vermijden (dUBE/dT  2 mV/K) stroombron Regtien-10.14

Operationele versterker bevat vele transistoren = OpAmp bevat typisch 12 transistoren !!

Details of practical OpAmp Balancing potmeter LOTS OF SYMMETRY ! +V FETs at input - input + input Darlington for higher gain -V

Darlington schakeling Twee transistoren achter elkaar geschakkeld: grotere versterking kleinere ingangsweerstand

Uitvoeringen van OpAmps Regtien-12.1

Eigenschappen van ideale OpAmp De ideale OpAmp heeft als eigenschappen: zeer grote (open lus) versterking (A = Uo/ U => ) U  0 zeer hoge ingangsimpedantie (Rin => ) => alle stroom wordt “omgeleid” Regtien-12.2

Inverterende spanningsversterker Vraag: Wat is de relatie tussen U0 en Ui in deze schakelingen ? Regtien-12.3

Vragen over OpAmps Vraag 1: Hoeveel stroom kan een OpAmp leveren? Geld de wet van Kirchhoff nog? Vraag 2: Is het essentieel dat we soms de - en soms de + ingang van de OpAmp gebruiken? Vraag 3: ...

Schmitt trigger Forward-coupled amplifier Wat zou dit circuit doen ? Regtien 14.12

Niet-inverterende spanningsversterker Buffer (versterking 1) Niet-inverterende versterking Wat is de versterkingsfactor ? Regtien-12.4

De niet-ideale OpAmp Eindige versterking A Imperfecte balans (eindige CMRR) Offsetspanning Uoff & Bias stroom Ibias Regtien-12.7

Specificaties van OpAmps Regtien-tabel 12.1

Waarom is dit een goede verschilversterker ? Regtien-12.5

Snelheidsbegrenzing aan versterking Regtien 12.9

Integreren met OpAmp Wat is het (wiskundige) verband tussen u0 en ui ? Regtien 13.2

Waarom simpele integrator niet werkt Welke problemen verwacht je met Uoff en Ibias ? Regtien 13.3

Een integrator die wel werkt Regtien 13.4

Differentiëren met OpAmp - Hoe werkt de schakeling ? - Welke problemen verwacht je met Uoff en Ibias ? Regtien 13.6a

Effect van Uoff en Ibias op differentiatie Weinig problemen: Uo = Uoff - R Ibias Regtien 13.6b

Differentiëren in de praktijk Beperkt het Frequentiegebied Van de differentiatie Minder (hoogfrequente) ruis Regtien 13.7

Niet-lineaire bewerkingen met OpAmp Wat doet deze schakeling ? Regtien 14.1

Schema van exponentiële omzetter Regtien 14.3

Vermenigvuldigen & Delen met exponentiële omzetters Wat is het verband tussen U0,4 en Ui,1, Ui,2, en Ui,3 ? Regtien 14.5

Truc om van vermenigvuldiger een deler te maken Regtien 14.6

Opwekken van periodieke signalen (1) Regtien 16.3 & 16.4a

Opwekken van periodieke signalen (2) Waarom kunnen er in dit netwerk oscillaties ontstaan ? Regtien 16.5

Opwekken van periodieke signalen (3) Schmitt-trigger & Inverting amplifier & Integrator Wat zou dit circuit doen ? Regtien 16.11

Samenvatting SVR5 Samenvatting transistoren: bipolair, JFET, MOSFET Van transistor naar operationele versterker (OpAmp) Niet ideaal gedrag: Uoff en Ibias Schakelingen met OpAmps Optellen & aftrekken ; Integreren & Differentiëren Logaritmische & Exponentiële omzetters (met diodes) Vermenigvuldigen & Delen Opwekking periodieke signalen ZELFSTUDIE: Regtien Hoofdstuk 12, 13, 14, 16