asamplificator operaţionalcu drea

7/24/2019 AsAmplificator Operaionalcu Drea

1/12

Amplificator operaional. Parametri

Amplificatoarele operaionale sunt amplificatoare de curent continuu cu reacie negativ interioar i

prevzute cu o bucl de reacie negativ extern, care iniial puteau exercita o diferite operaii, ca adunarea,

scderea, nmulirea i mprirea cu o constant(in curent continuu) i cu extindere (n curent alternativ) precum

i operaii mai complexe: derivare, integrare, obinere de funcii logaritmice. n prezent domeniul lor de utilizare

este mult mai extins. !revzute n bucla de reacie cu reele mai complexe, amplificatoarele operaionale actuale

pot realiza cele mai diverse funcii cu performane ridicate i perfect controlabile. Amplificatoarele operaionale pot

prezenta, n general, dou intrri i dou ieiri put"nd lucra astfel:

o intrare i o ieire

dou intrri i dou ieiri

dou intrri i o ieire

Figura I.1#c$em amplificator operaional elementar b)

a)

Amplificatoarele operaionale au un punct de

mas(nul) fa de care se stabilesc at"t tensiunea de

alimentare(V

) c"t i tensiunile de intrare(

+

11 ;VV

) i de ieire(0

V

).

%ensiunea de ieire a unui amplificator operaional este dat sub forma cea mai general astfel:

DICMCD VVAVAV ++=

00

0A

& este amplificarea diferenial n bucla desc$is'

MCA

& amplificarea pe mod comun n bucla desc$is'

DIV

& tensiunea de decala(care apare la ieire c"nd intrrile sunt nule)'


2/12

DV

& tensiunea diferenial de intrare

+

=11

VVVD

CV

& media aritmetic a tensiunilor de intrare

2

11+ +

=VV

VC

Amplificatoarele operaionale, prescurtat A, sunt circuite integrate, a cror simbol electronic este prezentat n

*igura +.

*igura +. #imbolul amplificatorului operaional i mrimile electrice de terminal.

Parametri

1.Factorul de amplificare(ctigul) diferenial n bucla deschis

0A

reprezint raportul dintre variaia tensiunii de ieire(

0V

) i tensiunea diferenial de intrare(figura

+.b)

DV

V

VV

VA

0

11

0

0 =

=+

2.Factorul de amplificare pe mod comun n bucla deschis

MCA

reprezint raportul ntre variaia tensiunii de ieire i media aritmetic a tensiunilor de intrare


3/12

2

11

0

+

+

=

VV

VAMC

Acest parametru rezult din faptul c, c$iar n cazul n care cele dou tensiuni de intrare,

+

11 siVV

,sunt egale

ns diferite de zero se produce tensiunea0V

la ieirea amplificatorului operaional. n cazul ideal, al

amplificatorului operaional perfect

0=MC

A

3.ensiunea de decala!(offset) de la intrare

EIU

este valoarea tensiunii continue aplicat la una din intrrile circuitului pentru care ieirea este nul,

00 =V

".#urentul de polari$are de intrare %

Bi

B

i

este valoarea medie a curenilor de intrare

2

+

+=

BB

B

iii

&.Factorul de re!ecie pe mod comun ' #

ste raportul dintre factorul de amplificare diferenial

0A

i factorul de amplificare pe mod comun

MCA

.

MCA

ACMR

0=


4/12

-onform celor artate mai sus, ntruc"t la un amplificator perfect

0=MC

A

, rezult n acest caz

=CMR

Amplificatorul operaional este un dispozitiv electronic foarte utilizat n electronica analogic de astzi. up cum este

conectat n circuit, un amplificator operaional poate executa o multitudine de funcii analogice asupra unui semnal, printre

care: amplificare, comparare, generare de semnal, filtrare, dar i funcii matematice precum adunare, scdere, inversare,

multiplicare, integrare, derivare.

n sc$emele electronice, amplificatorul operaional apare ca n figura de mai os.

/n amplificator operaional are cel puin 0 terminale. Acestea snt:

12 se numete intrarea neinversoare

1& se numete intrarea inversoare

1out este ieirea

1cc2 este pinul pozitiv de alimentare

1cc& este pinul negativ de alimentare.

!entru a nelege modul de funcionare, s privim o structur foarte simplificat a unui amplificator operaional. ste

format doar din dou tranzistoare, ntr&un monta de amplificator diferenial.


5/12

# presupunem c l alimentm la 1cc2 +31 i 1cc& &+31, acestea fiind tensiuni de alimentare destul de comune pentru

amplificatoarele operaionale. # zicem c tranzistoarele au n acest monta un factor de amplificare +44. Adic pentru

+m1 semnal de intrare aplicat n baz, obinem n colector o variaie a tensiunii cu +44m1.

# presupunem n continuare c aplicm tensiuni de 41 pe ambele intrri. 5a ieire vom obine o tensiune constant. #

presupunem c scdem uor tensiunea pe intrarea inversoare. Astfel va scdea tensiunea de polarizare a bazei

tranzistorului 63. *iind 7!7, aceast scdere va duce la o scdere a curentului de baz, ceea ce duce la o scdere de

+44 de ori mai mare a curentului de colector. Astfel, o cdere de tensiune mai mic se va obine pe 83, ceea ce duce la o

cretere a tensiunii la ieire. Aadar, scznd tensiunea la intrarea inversoare, obinem o cretere de +44 de ori mai mare

a tensiunii de ieire, sau cu alte cuvinte, semnalul aplicat pe intrarea inversoare se regsete inversat i amplificat

la ieire.

Acum, s inem tensiunea pe intrarea inversoare, i scdem tensiunea la intrarea neinversoare. %ranzistorul 6+ se va

comporta ca un repetor pe emitor, aa c scderea tensiunii din baz se va regsi i n emitor. e asemenea va scdea

i tensiunea n emitorul lui 63, cele dou emitoare fiind legate ntre ele. ar 63 are tensiunea bazei fix, aa c va avea

loc o cretere a tensiunii ntre baza i emitorul lui 63. Astfel va crete curentul de baz, ceea ce duce la o cretere a

curentului de colector din 63, . eci o cdere de tensiune de +44 de ori mai mare dect variaia tensiunii de la intrare, va

aprea pe 83. rept consecin, tensiunea la ieire va scdea. eci scznd tensiunea pe intrarea neinversoare, obinem

scdere de +44 de ori mai mare a tensiunii de ieire. Adic semnalul aplicat pe intrarea neinversoare se regsete

neinversat i amplificat la ieire.


6/12

ac scdem simultan tensiunea pe ambele intrri, tensiunea de la ieire va crete, dar foarte puin. -$iar i din acest

monta simplu, putem trage nite concluzii asupra funcionrii montaului, dar care se pot aplica la orice amplificator

operaional.

%ensiunea la ieire se modific proporional cu variaia tensiunii pe intrarea neinversoare.

%ensiunea la ieire se modific invers proporional cu variaia tensiunii pe intrarea inversoare.

-urentul de intrare este mult mai mic dect curentul de la ieire, de cele mai multe ori negliabil

%ensiunile maxim i minim de la ieire depind de tensiunea de alimentare, nu se pot atinge dect la operaionalele rail&

to&rail.

%ensiunle maxim i minim care pot fi aplicate la intrare i amplificate depind i ele de tensiunea de alimentare.

#c$ema unui amplificator operaional clasic, i anume 59;+, este prezentat n figura de mai os.


7/12

Amplificarea am explicat&o mai sus ca fiind enorm. ar aceast amplificare este doar la frecvene oase, de pn la civa

$eri. !e msur ce frecvena crete, tranzistoarele nu mai pot rspunde aa repede, iar semnalul este ntrziat i atenuat

tot mai mult. xist o valoare, numit produs gain=band>it$ (amplificare=band), specific oricrui operaional. e oricei

are o valoare mai mare de +9?z. valoare de +9?z nseamn c un semnal de +4?z va fi amplificat de +44.444 de ori,

un semnal de +@?z va fi amplificat de +444 de ori, iar un semnal de +9?z va fi amplificat de+ ori.

Bun, adic avem un amplificator cruia nu&i putem ine o tensiune constant la ieire i care are o amplificare care

depinde de frecven. -omplet inutil pn acum.

e aceea se folosete reacia negativ.

8eacia negativ const n preluarea unei mrimi de la ieire, i aplicarea ei la intrare. # lum spre exemplu sc$ema de

mai os.

bservm c tensiunea de la ieire este aplicat la intrarea inversoare. n acest fel, operaionalul se CautoregleazD,

genernd la ieire o tensiune aa nct diferena de tensiune ntre intrrile sale s fie foarte mic, aproximativ zero. Astfel,

obinem o configuraie n care amplificarea depinde doar de reeaua de reacie negativ. Adic, tensiunea la ieire este

egal cu tensiunea de la intrare nmulit cu produsul (8+283)E8+. Adic doar cele dou rezistene externe circuitului.

!ractic operaionalul va modifica tensiunea de la ieire, astfel nct la intrarea inversoare s fie aceeai tensiune ca la

intrarea neinversoare.

ac avem un operaional cu amplificarea = band de + 9?z, i din rezistenele 8+ i 83 asigurm o amplificare de +44,

atunci vom avea o amplificare constant de +44 pn la +4@?z. !este +4@?z, amplificarea scade.


8/12

espre parametrii i alte sc$eme, ntr&un alt post, c dea sta devine prea mare.

2.2.Configuratiile elementare realizate cu AO ideal

emonstrarea relatiilor matematice ale configuratiilor elementare porneste de la doua relatii de baza ale conceptuluide A ideal, anume: /2F/&si G2pFG&pF4.

2.2.1. Configuratia de AO neinversor

Gn fig. 0.3. se propune o configuratie de A ideal neinversor.

Fig. 5.2. Configuratia deAO ideal neinversor

#e aplica relatiile specifice Aideal si teoremele @irc$$off:

12F1&

12F1(3)F1i

1&F1(G)F8G=G

14F(8828G)G

liminand curentul G din sistemul de ecuatii rezulta :

& tensiunea de iesire :

& amplificarea in tensiune:

!e baza figurii 0.3. se poate ustifica denumirea de HneinversoareH a acestei configuratii, anumetensiunea de intrare 1ise aplica pe borna neinversoare a A, iar polaritatea (semnul) tensiunii de iesire 1 oeste aceeasi(neinversata) fata de polaritatea tensiunii de intrare 1 i.

ANALIZA PPIC!

-onfiguratia de A neinversor

1G 3 4 4.+1

I 4 3 + 30 'A are ntre nodurile I si 4, ntre nodurile 3 si + si aF34444

8G 4 + +4@

88 + I +44@

8G7 + 3 +J 'A are rezistenta interna 8G7F+J plasata intre nodurile + si 3

.! 'instructiune de calcul a punctului de functionare n c.c.

.%* 1(I) 1G 'instructiune de calcul a functiei de transfer (%*F%ransfer *unction)

.7


9/12

"ezultatele simularii#

*+,- +/0- *+,- +/0- *+,- +/0-

( 1) .1 ( 2) .1 ( 3) 1.

+/0- 4+5#- #5-*4

*0- #5-*

6 %&.&-%1&

+0/ 7+8- ,6446706+* &.&-%19 804

+/0-%#+*+//-, +/0- 4+5#-4

*0- -

%4+5#- 1.1-:

6 %4+5#- %.-%9

2.2.2. Configuratia de AO re$etor de tensiune

Gn fig. 0.I. se propune o configuratie de A ideal repetor de tensiune.

Aceasta configuratie se obtine din configuratia de A ideal neinversor (0.3) daca se renunta la rezistenta8G (teoretic, 8G tinde la infinit)si la rezistenta 88 (teoretic88 tinde la 4).

#e aplica relatii specifice A ideal si teoremele@irc$$off:

12

F1&

12F1(3)F1i

1& F1(+)F1(I)F14

in sistemul de ecuatii rezulta: & tensiunea deiesire 14F1i

& amplific

area in tensiune

!e baza fig 0.I. putem ustifica denumirea de repetoare de tensiune a acestei configuratii, anume tensiunea deiesire 14este egala (repeta)tensiunea de intrare 1 i.


10/12

ANALIZA PPIC!

-onfiguratia de A repetor de tensiune

1G 3 4 +1

+ 4 3 + 30

8G7 + 3 +J

.!

.%* 1(+) 1G

.7


*+,- +/0- *+,- +/0-

( 1) 1. ( 2) 1.

+/0- 4+5#- #5-*4

*0- #5-*

6 %&.-%1&

+0/ 7+8- ,6446706+* &.-%1& 804

+/0-%#+*+//-, +/0-4+5#-4

*0- -

%4+5#- 1.-:

6%4+5#- &.-%1&

2.2.%.Configuratia de AO inversor

Gn figura 0.;. se propune o configuratie de A inversor.

#e aplica relatiile specifice A ideal si teoremele lui @irc$$off:

12F1&

12F4

1& F1(3)F1i&8i=G

14F1i&(8828G)G

liminand curentul G din sistemul ed ecuatii rezulta:

tensiunea de iesire :

amplificarea in tensiune:


11/12

!e baza fig 0.;. si a relatiilor de mai sus putem ustifica denumirea de inversoare a acestei configuratii, anumetensiunea de intrare 1i se aplia pe borna inversoare a A iar polaritatea (semnul) tensiunii de iesire 1 4este opusa(inversata) fata de polaritatea tensiunii de intrare 1 i.

ANALIZA PPIC!

-onfiguratia de A inversor

1G + 4 4.+1

I 4 4 3 30

8G + 3 +4@

88 3 I +44@

8G7 3 I +J

.!

.%* 1(I) 1G

.7


*+,- +/0- *+,- +/0- *+,- +/0-

( 1) .1 ( 2) ".-%9 ( 3) %.;

+/0- 4+5#- #5-*4

*0- #5-*

6 %1.-%&

+0/ 7+8- ,6446706+* 1.-%9 804

+/0-%#+*+//-, +/0- 4+5#-4

*0- -

%4+5#- %.;-%1

6%4+5#- 1.-%&

2.2.&.Configuratia de AO inversor de $olaritate

Aceasta configuratie este un caz particular al configuratiei de A inversor, anume cazul din fig. 0.;. in care sealeg cele doua rezistente egale, anume 8GF88. Atunci sistemul de ecuatii rezulta:

tensiunea de iesire :

amplificarea in tensiune :

!e baza figurii particularizate (8GF88) si a relatilor de mai sus putem ustificca denumirea de inversoare de polaritatea acestei configuratii, anume tensiunea de intrare 1 ise aplica pe borna inversoare a A, iar tensiunea de iesire14are aceeasi valoare in modul cu tensiunea de intrare 1 i , dar este de semn contrar acesteia(are polaritatea

inversata).


12/12

ANALIZAPPIC!

-onfiguratia de Ainversor de polaritate

1G + 4 4.+1

I 4 4 3 30

8G + 3 +4@

88 3 I +4@

8G7 3 I +J

.!

.%* 1(I) 1G

.7


*+,- +/0- *+,- +/0- *+,- +/0-

( 1) .1 ( 2) &.-% ( 3) %.1

+/0- 4+5#- #5-*4

*0- #5-*

6 %1.-%&

+0/ 7+8- ,6446706+* 1.-%9 804

+/0-%#+*+//-, +/0- 4+5#-4

*0- -

%4+5#- %1.-%1

6%4+5#- 1.-%&

asamplificator operaţionalcu drea

Documents