Documente online.
Zona de administrare documente. Fisierele tale
Am uitat parola x Creaza cont nou
 HomeExploreaza
upload
Upload




AMPLIFICATOARE OPERATIONALE

tehnica mecanica


AMPLIFICATOARE OPERA IONALE

. GENERALIT I



3.1.1. DESCRIEREA AMPLIFICATOARELOR OPERA IONALE

Amplificatoarele operationale sunt circuite de amplificare de curent continuu

realizate în baza unor scheme electrice complexe , realizate din mai multe etaje de

amplificare elementare, primul astfel de etaj fiind de obicei de tip diferential. Ele sunt

realizate în tehnologie integrata, tehnologie care permite realizarea mai multor dispozitive

electronice semiconductoare într-un volum restrâns.

Aceasta tehnologie de realizare a amplificatoarelor operationale permite prezenta

masiva a dispozitivelor electronice semiconductoare - de tip tranzistor , dioda sau

tranzistor cu efect de câmp în structura circuitelor, utilizarea componentelor pasive de tip

rezistor sau condensator fiind mai dificila

Deoarece tensiunile de la iesirea amplificatoarelor operationale pot fi atât pozitive

cât si negative, aceste amplificatoare sunt de obicei alimentate de la doua surse de tensiune.

De asemenea, amplificatorul operational este prevazut cu doua intrari si o iesire.

Aplicând pe una dintre intrari un semnal, cealalta intrare fiind mentinuta la un potential fix

(de obicei la masa, care are conventional potentialul nul) se obtine la iesire un semnal care

este în faza cu cel de la intrare. Aceasta intrare poarta denumirea de intrare neinversoare si

se noteaza formal cu semnul "+". Daca se aplica un semnal pe cealalta intrare la iesirea

amplificatorului operational se va obtine un semnal în antifaza. Aceasta intrare poarta

denumirea de intrare inversoare si se noteaza formal cu semnul "-". Aceste tipuri de


amplificatoare reprezinta tipul cel mai frecvent utilizat în circuitele electronice cu

amplificatoare integrate.

În ultimul timp datorita dezvoltarii puternice a tehnologiilor de realizare a

circuitelor integrate, în afara de amplificatoare operationale se realizeaza o multitudine de

alte tipuri de amplificatoare. Astfel, exista pe piata amplificatoare obisnuite cu o singura

intrare si o singura iesire, semnalul de iesire putând fi defazat sau nu în raport cu semnalul

de iesire.

De asemenea, semnalul de la iesirea amplificatoarelor operationale poate fi, ca

marime fizica, o tensiune sau un curent dependente de semnalele de intrare.

În cadrul acestui capitol vom discuta numai despre amplificatoarele operationale.

Simbolul amplificatorului operational este prezentat în figura 3.1.



intrare inversoare

intrare neinversoare

alimentare "+"

alimentare "-"

iesire amplificator operational

Fig.3. .-Simbolul amplificatorului operational

În general, în cadrul schemelor cu amplificatoare operationale ce vor fi prezentate ulterior,

se va renunta la figurarea în cadrul simbolului a terminalelor de alimentare. Prezenta

acestor terminale va fi subînteleasa si ele vor fi prezentate explicit doar în cazul în care

schema electrica va impune acest lucru. Ca urmare, simbolul amplificatorului operational

ce va fi utilizat este cel prezentat în figura 3.2



Fig.3.2.-Simbolul simplificat al amplificatorului operational

Ecuatia ce caracterizeaza functionarea amplificatoarelor operationale este

urmatoarea:

O U A(U U) i

unde Uo reprezinta tensiunea de iesire, U tensiunea aplicata pe borna neinversoare si Utensiunea

aplicata pe borna inversoare, tensiuni al caror sens de referinta este prezentat în

figura 3.3.


De remarcat faptul ca desi amplificatorul operational nu are nici o legatura la masa

totusi tensiunile de intrare respectiv de iesire sunt considerate fata de masa

Amplificatorul operational "recunoaste" totusi borna de masa ca borna de referinta

datorita faptului ca alimentarea acestui circuit integrat se face de la doua surse de tensiune

Modul în care amplificatorul operational îsi alege borna de referinta este prezentat de

asemenea în figura 3.3.



U U

U

O



Fig.3.3.-Sensul tensiunilor de referinta la un amplificator operational

3.1.2. MODELAREA AMPLIFICATOARELOR OPERA IONALE

Analiza si proiectarea schemelor cu amplificatoare operationale devine cu mult mai

simpla daca se idealizeaza amplificatorul operational. Aceasta modelare consta în

introducerea unor ipoteza, ipoteze ce modeleaza destul de bine comportarea

amplificatorului operational din punct de vedere ingineresc.

Ipotezele la care ne vom referi în continuare sunt urmatoarele:

Amplificarea amplificatorului operational este infinita

A

Aceasta ipoteza este foarte apropiata de realitate, la ora actuala cele mai

ieftine si mai comune amplificatoare operationale ( A 741, LM108, A

709 etc.) având amplificari în tensiune de ordinul a 16000 cele mai modeste.

Impedanta de intrare pe borna inversoare este infinita

i Z

Impedanta de intrare pe borna neinversoare este infinita


i Z

si ipotezele 3.3, 3.4 sunt conforme cu realitatea, aceste impedante de intrare

având valori de ordinul sutelor de kiloohmi ( ) în cazul

amplificatoarelor operationale fara pretentii, ajungând la valori de ordinul

megohmilor în cazul amplificatoarelor operationale superbeta sau cu

tranzistoare cu efect de câmp la intrare.

Impedanta de iesire a amplificatoarelor operationale este aproape nula

o Z 0

Ipotezele prezentate anterior simplifica foarte mult analiza schemelor cu amplificatoare

operationale.

inând cont de ipoteza 3.2. se observa din relatia 3.1. ca tensiunea de iesire UO a

amplificatorului operational ar capata valori foarte mari (teoretic U ). De obicei

schema de utilizare a amplificatoarelor operationale contine o reactie negativa care are

rolul de a nu permite tensiunii de iesire sa capete valori foarte mari, deci în schemele

practice utilizate valoarea U a tensiunii de iesire este finita. În cazul în care consideram

ipoteza 3.2 ca fiind adevarata singura posibilitate ca tensiunea de iesire sa aiba valori

acceptabile este ca U U 0 , adica potentialele celor doua intrari (inversoare si

neinversoare) sa fie egale.

De asemenea din conditia 3.3. se poate considera ca intensitatea curentului ce intra

în borna neinversoare a amplificatorului operational este nula. Notând cu I aceasta

intensitate a curentului electric ea va avea valoarea: I 0

Acelasi rationament aplicat relatiei 3.4. conduce la I 0 , adica intensitatea

curentului electric ce este absorbit de intrarea neinversoare este zero.

În concluzie, pe baza ipotezelor 3.2-3.4 amplificatorul operational poate fi

considerat un dispozitiv electronic caracterizat prin:

U U

I 0

I 0

Relatiile 3.6, 3.7, si 3.8. sunt de fapt relatiile pe baza carora vor fi analizate

circuitele realizate cu amplificatoare operationale. Aceste relatii se remarca prin simplitatea

lor, abordarea circuitelor electronice ce contin amplificatoare operationale fiind foarte

usoara


În capitolul urmator vor fi prezentate principalele circuite realizate cu

amplificatoare operationale si modul de abordare al acestor circuite.

3.2. SCHEME TIPICE CU AMPLIFICATOARE OPERA IONALE

3.2.1. AMPLIFICATOARE INVERSOARE

Schema clasica a unui amplificator inversor realizat cu amplificator operational este

prezentata în figura 3.4.



Rr

Ri

U

U

i

o

Fig.3.4.-Schema amplificatorului inversor realizat cu amplificator operational

Pentru acest tip de amplificator ne propunem sa determinam amplificarea în

tensiune, definita ca:

o

U

i

U A

U


În primul rând, pentru abordarea acestei scheme vom tine cont de relatia 3.6., care afirma

ca potentialele celor doua intrari sunt egale. Dar, se observa din schema ca intrarea

neinversoare (+) este legata la masa (potentialul masei se considera 0). Ca urmare a relatiei

3.6. înseamna ca si potentialul bornei inversoare (-) este tot zero. Prin urmare putem

considera ca si borna inversoare este legata la masa (o masa virtuala), asa cum se observa

din figura 3.5.




Rr

Ri

U

U

i

o

I

I

i

r

I - N


Fig.3.5.-Sensul de referinta al curentilor si tensiunilor la un amplificator inversor

Legea întâi a lui Kirchhoff în nodul notat cu N este:

i r I I I

inând cont de relatia 3.7, ecuatia anterioara devine:

i r I I 0

În continuare vom exprima intensitatile curentilor electrici în raport de tensiunile

figurate (legea lui Ohm) si anume:

i

i

i

U 0 I

R


adica intensitatea curentului prin rezistorul Ri depinde de diferenta de potential de la

capetele rezistentei Ri (raportata la valoarea rezistentei). Se observa ca potentialul din

stânga al rezistentei Ri este chiar tensiunea de intrare Ui, iare potentialul capatului din

dreapta al rezistentei Ri este nul (capatul este legat la masa virtuala

În mod similar, intensitatea curentului electric prin rezistenta de reactie Ir poate fi

scris sub forma:


r

r

U 0 I

R


Introducând expresiile curentilor Ii si Ir din expresiile 3.10 respectiv 3.11 în relatia 3.9 se

determina expresia amplificarii în tensiune:

0 r

u

i i

U R A

U R


Privind expresia amplificarii în tensiune a etajului analizat se observa existenta

semnului "-" în aceasta relatie. Semnificatia acestui semn este urmatoarea: daca tensiunea

aplicata la intrare este continua, la iesire tensiunea U va avea semn schimbat (daca Ui este

pozitiva U va fi negativa, iar daca Ui este negativa atunci U va fi pozitiva


În cazul în care tensiunea de intrare este o tensiune sinusoidala, semnificatia

semnului "-" în expresia amplificarii în tensiune indica faptul ca tensiunea de iesire va fi de

asemenea sinusoidala, dar defazata cu 180 de grade ata de tensiunea de intrare.

Aceste aspecte justifica din plin denumirea etajului studiat de " amplificator

inversor". Sensul cuvântului amplificator trebuie privit într-un sens mai larg, acest etaj

stabilind o relatie de proportionalitate între tensiunea de iesire si tensiunea de intrare.

Astfel, daca

r i R R <

tensiunea de iesire este mai mica decât tensiunea de intrare, schema prezentata numindu-se

si în acest caz etaj amplificator.

3.2.2. AMPLIFICATOARE NEINVERSOARE

Urmatoarea schema reprezentativa în ceea ce priveste analiza circuitelor cu

amplificatoare operationale este schema ce utilizeaza amplificatoarele operationale în

structura de amplificatoare neinversoare.

Schema unui amplificator neinversor bazat pe amplificator operational este

prezentata în figura 3.6.:



R

R

i

r

Fig.3.6.-Schema amplificatorului neinversor realizat cu amplificator operational

La fel ca si în cazul amplificatorului inversor si în acest caz dorim sa determinam

expresia amplificarii în tensiune, amplificare definita de:

o

U

i

U A

U



Pentru a determina amplificarea în tensiune a etajului prezentat ne vom referi în

continuare la figura 3.7., figura pe care sunt prezentate sensurile curentilor electrici ce intra

în amplificatorul operational:



R

I

U

i

R

r

o

U

i

I

U

i


I

i

r

N

Fig.3.7.-Sensul de referinta al curentilor si tensiunilor la un amplificator neinversor

Pentru analiza schemei prezentate în figura 3.7. se porneste tot de la relatia 3.6

(egalitatea potentialelor pe cele doua intrari ale amplificatorului operational). Din figura

3.7. se observa ca potentialul intrarii neinversoare (în raport cu borna de referinta) este Ui

Pe baza relatiei 3.6 rezulta ca si potentialul intrarii inversoare (tot în raport cu borna de

referinta) este de asemenea Ui. Prin urmare potentialul nodului N va fi acelasi cu al bornei

inversoare (respectiv Ui

Caderea de tensiune pe rezistenta Ri poate fi exprimata ca diferenta de potential de

la capetele acesteia, adica i 0 U . Prin urmare, intensitatea curentului electric prin aceasta

rezistenta va avea valoarea:

i

i

i

0 U I

R


Se observa de asemenea din figura 3.7. ca diferenta de potential la capetele

rezistentei Rr poate fi exprimata ca o i U U . Prin urmare, aplicând legea lui Ohm referitor

la rezistenta Rr, intensitatea curentului electric ce trece prin aceasta rezistenta poate fi

exprimata sub forma:

0 i

r

r

U U I

R


Pe de alta parte, scriind legea întâi a lui Kirchhoff pentru nodul N se obtine:

i r I I I

relatie care în aproximarea 3.8. devine:

i r I I 0

Introducând expresiile curentilor Ii (relatia 3.13) si Ir (relatia 3.14) în relatia 3.16 se

obtine:


0 i i

i r

U U 0 U 0

R R


O prelucrare elementara a relatiei 3.17 conduce la expresia amplificarii în tensiune a

amplificatorului neinversor, respectiv:

o r

u

i i

U R A 1

U R


Relatia 3.18 justifica denumirea schemei prezentate în figura 3.6., aceea de amplificator

neinversor,

Astfel, daca la intrarea circuitului se aplica o tensiune Ui continua, la iesirea

amplificatorului operational tensiunea Uo va avea acelasi semn. Daca la intrarea circuitului

se aplica o tensiune alternativa, tensiunea de iesire va fi în faza cu tensiunea de intrare.

O alta observatie importanta ce trebuie subliniata este aceea ca tensiune de iesire va

fi totdeauna mai mare ca tensiunea de intrare, deoarece raportul r

i

R

R

este pozitiv ( nu exista

rezistente negative).

3.2.3. REPETORUL

Reprezinta cel mai simplu circuit realizat cu amplificator operational. Schema

electrica de principiu al repetorului realizat cu amplificator operational este prezentata în

figura 3.8.



Fig.3.8.-Schema repetorului realizat cu amplificator operational

Analiza schemei prezentate în figura 3.8. se face foarte simplu. Pentru a stabili

relatia între tensiunea de intrare si tensiunea de iesire ne vom referi în continuare la figura





U

U

i

o

I

I



Fig.3.9.-Sensul de referinta al curentilor si tensiunilor la un repetor

Din analiza schemei prezentate în figura 3.9. se observa ca potentialul bornei inversoare

este identic cu potentialul bornei de iesire între cele doua terminale existând un

scurtcircuit).

o U U

Pe de alta parte din aceeasi schema se observa ca potentialul bornei neinversoare este egal

cu tensiunea de intrare, adica

i U U

Pe baza relatiei 3.6., în urma celor prezentate mai sus se determina relatia dintre tensiunea

de intrare si tensiunea de iesire, adica

o i U U

Relatia anterioara justifica pe deplin denumirea etajului (repetor), tensiunea de iesire fiind

o "repetare" a tensiunii de intrare.



Document Info


Accesari: 2340
Apreciat: hand-up

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site


in pagina web a site-ului tau.




eCoduri.com - coduri postale, contabile, CAEN sau bancare

Politica de confidentialitate | Termenii si conditii de utilizare




Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2024 )