176493. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés precíziós műveleti erősítő realizálására
3 176493 4 műveleti erősítők bemeneti munkaponti stabilizálására vonatkoztak. Ezek a megoldások a műveleti erősítők közös fázisú feszültségelnyomását nem érintették. A következőkben ismertetésre kerülő megoldási módozatok részben a bemeneti munkapont stabilizálására, részben a közös fázisú feszültségelnyomás növelésére irányulnak. Nincs azonban ismert megoldás a fent vázolt célnak megfelelő általános műveleti erősítő stabilizálására. Csupán véges, adott erősítésű erősítő kapcsolások ismertek. Ezek közös jellemzője, hogy általában 3 db műveleti erősítőt tartalmaznak. Az első két műveleti erősítő szimmetrikus kapcsolási elrendezésben viszszacsatolt és a visszacsatolásnak megfelelő véges erősítésű üzemmódban működik, és szimmetrikus kimeneti jelet szolgáltat, a harmadik műveleti erősítő pedig aszimmetrikus kimenetű differenciálerősítő elrendezésben üzemel. A két első erősítő kimenő feszültségének különbsége egyértelműen meghatározott a bemenetekre kapcsolt feszültségkülönbségek, valamint ezen erősítők visszacsatoló körének ellenállásarányai szerint. A földelt differenciálerősítő ezt a feszültségkülönbséget földhöz képesti kimenő feszültséggé transzformálja. Az előerősítők kapcsolástechnikája szerint két alapváltozata terjedt el. Az egyikben mindkét előerősítő fáziskövető, földponthoz képesti erősítő kapcsolásban működik, lényegében egymástól teljesen függetlenül. A közös fázisú feszültségelnyomás pontosan egyenlő erősítés és pontos differenciálerősítő esetén igen jó lehet, a drift hatása pedig azonosra válogatott előerősítők alkalmazásával tetszőlegesen lecsökkenthető. Ez az elrendezés kis közös modusú feszültségtartqmánnyal rendelkezik, és ez az alkalmazhatóságot nagyon lerontja. A másik alapelrendezés ezen a hátrányon javít úgy, hogy az első két erősítő — lényegében közös — földpontját felszabadítja. Ennek — a már csak elméleti jelentőséggel bíró — pontnak a feszültsége bizonyos stabilitási feltételek mellett a két bemeneti pont feszültségének számtani középértékére áll be. Ez a lebegő pont biztosítja a nagy közös módusú feszültségtartományt. Az elrendezés egyéb paraméterei idealizált esetben elérhetik az első változat kedvező tulajdonságait. Az áramkör kapcsolási elrendezését az 1. ábrán mutatjuk be. Az elrendezés rendkívül elterjedt és a széleskörű felhasználás igényeinek kielégítésére monolitikus integrált áramköri változatát is forgalomba hozták. Az ismert megoldások áttekintését annak összefoglalásával zárjuk, hogy ismertettünk javított munkaponti stabilitású műveleti erősítőket, stabil munkapontú és javított közös fázisú feszültségelnyomású véges erősítésű erősítőket, de nem ismertethettünk az utóbbi előnyöket felmutató műveleti erősítőket. Az általunk kidolgozott kapcsolási elrendezéssel az előzőekben ismertetett hátrányok kiküszöbölhetők, és ezáltal lehetővé válik kisebb hőmérsékleti drifttel és nagyobb közös fázisú feszültségelnyomással rendelkező általános célú műveleti erősítő előállítása. A kapcsolási elrendezésnek két, azonos alapelvre épülő változatát dolgoztuk ki. Mindkettő egyformán előnyös. A két változat létét a későbbiekben részletezésre kerülő gyártástechnológiai szempontok indokolják. Az alábbiakban rajz alapján ismertetjük a találmány szerinti műveleti erősítő további részleteit. Az 1. ábra — mint említettük — az ismert szokásos műveleti erősítő kapcsolást szemlélteti, és ez nem igényel további magyarázatot. A 2. ábra a találmány szerinti műveleti erősítő megoldás egyik változatát, míg a 3. ábra a találmány szerinti műveleti erősítő másik — az előbbivel egyenértékű — változatát mutatja; a két változat egymásnak komplemens megoldását képviseli. Az első megoldási változat kapcsolási elrendezését a 2. ábra mutatja be. Az első megoldási változat három műveleti erősítőt tartalmaz, ebből az 1 és 2 műveleti erősítő, mint első fokozat, két nyílt láncú erősítőként hajtja meg a 3 műveleti erősítőből kialakított véges erősítésű földelt differenciálerősítőt, és az áramkör úgy van kialakítva, hogy az 1 műveleti erősítő nem invertáló bemenetéből képzett 4 invertáló és a 2 műveleti erősítő nem invertáló bemenetéből képzett 5 invertáló bemenete, valamint stabil működést biztosító 6 kimenete képződjön, a bemenetek és a kimenet között a műveleti erősítőkre jellemző működési sajátosságokkal azáltal, hogy az 1 műveleti erősítő 7 kimenete a 8 ellenállásosztó egyik végpontjára, valamint a 9 ellenállásra, ennek másik csatlakozása a 3 műveleti erősítő 10 invertáló bemenetére, valamint a 11 ellenállás egyik végpontjára, ennek másik csatlakozása pedig a 3 műveleti erősítő 6 kimenetére kapcsolódik, a 2 műveleti erősítő 12 kimenete a 8 ellenállásosztó másik végpontjára, valamint a 13 ellenállásra, ennek másik csatlakozása a 3 műveleti erősítő 14 nem invertáló bemenetére, valamint a 15 ellenállás egyik végpontjára, ennek másik csatlakozása pedig a 16 földpontra kapcsolódik, míg a 8 ellenállásosztó 17 osztópontja egyaránt az 1 műveleti erősítő 18 és a 2 műveleti erősítő 19 invertáló bemeneteire kapcsolódik. Az áramkör működését a 2. ábra alapján vizsgálhatjuk. Feltételezve a 3 műveleti erősítőből és a hozzá tartozó 9, 11, 13, 15 ellenállásokból felépített földelt differenciálerősítő kétszeres erősítését, azaz Uk=2(U2-Ui) összefüggést, valamint azt, hogy a 8 ellenállásosztó 1:1 osztóarányt valósít meg, a kimenő feszültségre a következő összefüggést nyerhetjük : uk =rir(uP-uI) = Ae(up—un> ahol Aj és A2 az 1 és 2 műveleti erősítők nyílt hurkú feszültségerősítése. Az összefüggésből látható, hogy az Ae eredő erősítés a műveleti erősítőket jellemző nagyságrendben marad. A közös fázisú feszültségelnyomás csak a felhasznált ellenállások pontosságától függ és pl. a 15 ellenállás trimmerelésével úgyszólván tetszőlegesen fokozható. Ilyen szempontból az áramkör azonosnak tekinthető az 1. ábrán bemutatott erősítő kapcsolással. A 2. ábrán ismertetett műveleti erősítő szokásosan értelmezett driftje az 1 és 2 műveleti erősítők előjeles driftjeinek különbségével egyenlő. Gondos válogatással tehát ez a hiba is tetszőlegesen lecsökkenthető. A második megoldási változat kapcsolási elrendezését a 3. ábra mutatja be. Az elrendezés ugyancsak három műveleti erősítőt tartalmaz, ebből a 20 és 21 műveleti erősítők kimeneteinek mértani középértéke szolgáltatja a 20 műveleti erősítő invertáló bemenetéből képzett 22 invertáló bemenet és a 21 műveleti erősítő nem invertáló bemenetéből képzett 23 nem invertáló bemenetekhez tartozó 24 kimenetét, míg a 25 műveleti erősítőből kialakított Rädelt differenciálerősítő csupán stabilizáló visszacsatolást végez* * 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
