Analiza Amplificatorului Operațional Cu Reacție Rezistivă

Tema: Analiza amplificatorului operaţional cu reacţie rezistivă

1.1. Scopul lucrării

Analiza caracteristicelor şi parametrelor dispozitivelor analogice constituite în baza amplificatoarelor operaţionale cu reţea inversă rezistivă.

1.2. Cuprinsul lucrării

1. Studierea teoriei referitor la amplificatoarele operaţionale cuprinse cu reţea de reacţie rezistivă şi a dispozitivelor, construite în baza lor.

2. Studierea metodelor de analiză, compunerea schemelor electrice pentru partea experimentală de laborator.

3. Executarea sarcinii experimentale şi de calcul, analiza rezultatelor obţinute.

4. Redactarea şi susţinerea referatului.

2. PARTEA TEORETICĂ

2.1. Noţiuni generale despre amplificatoarele operaţionale (AO)

Amplificator operaţional este numit amplificatorul de curent continuu de calitate înaltă, avînd două intrări (inversoare şi neinversoare) şi o ieşire asimetrică, destinat efectuării a diferitor operaţii cu semnale analogice: amplificarea sau micşorarea acestora, sumarea şi scăderea, integrarea şi diferenţierea, logaritmarea, modificarea formei etc. Toate aceste operaţii AO le efectuiază prin intermediul reţelei de reacţie pozitivă şi negativă, în componenţa cărora pot fi rezistoare, condensatoare, bobine inductive, diode, tranzistoare şi alte elemente. Practic AO e acelaşi amplificator diferenţial avînd parametri mult mai înalţi.

Conform STAS2.759-82 în schemele radio amplificatoarele operaţionale se reprezintă în formă de dreptunghiunghi (fig.2.1,a), în partea de sus a căruia se arată un triunghi echilateral, care arată direcţia de transfer a semnalului. Ambele terminale de intrare a AO se află în aceeaşi parte a dreptunghiului, deobicei în stînga, iar ieşirea – în partea opusă. Intrarea, la care semnalul aplicat se transmite la ieşirea AO fără schimbarea fazei, se numeşte intrare neinversoare sau directă. A doua intrare este numită intrare inversoare şi în schemă se arată printr - un cerculeţ sau semnul “-”.

Dreptunghiul poate fi împărţit în câmp de bază şi suplimentar unu sau două, plasate în partea stîngă şi partea dreaptă în raport cu cel de bază. Pe câmpurile suplimentare se indică destinaţia terminalelor suplimentare a AO (alimentarea, corecţia, echilibrul zeroului, masa microcircuitului). Majoritatea AO se alimenteză de la două surse de alimentare de polaritate diferită, de regulă, de aceeaşi forţă electromotoare ( +EC1 şi –EC1).

Fig.2.1. Reprezentarea funcţională a AO:

а) conform STAS 2.759-82;

b) utilizată pe larg în literatura de specialitate.

În fig.2.1, b este prezentat AO ca un triunghi echilateral, foarte des întîlnit în literatura de specialitate şi care se va utiliza şi în îndrumarul dat.

Circuitul de intrare a AO, de regulă, prezintă un etaj diferenţial. Semnalul de intrare poate fi aplicat cît la una din intrări, atît şi la ambele concomitent, numită conectare diferenţială.

La conectarea diferenţială tensiunea de ieşire se calculează conform relaţiei:

Uieş=A(Uint2-Uint1), (2.1)

unde A-coeficient de amplificare a AO în buclă deschisă (fără reacţie).

Una din tensiunile de intrare poate fi nulă (intrarea de potenţial nul) unită la masă. Prin unirea împreună a ambelor intrări obţinem o singură intrare, iar tensiunea aplicată la ele se numeşte semnal de mod comun şi este

Uint.m.c.=Uint.1m.c.=Uint.2m.c.. (2.2)

Amplificatorul operaţional ideal trebuie să aibă următoarele proprietăţi:

- coeficientul de amplificare diferenţial de valoare infinit mare;

- rezistenţa de intrare de valoare infinit de mare;

- rezistenţa de ieşire nulă;

- atenuarea totală a semnalului de mod comun (coeficient de rejecţie de mod comun infinit de mare);

- banda de frecvenţă lucrătoare (banda de trecere) infinit de mare.

AO reale după parametri sunt destul de apropiate de cele ideale. Deaceea la rezolvarea multor probleme AO reale pot fi considerate ideale şi pot fi precăutate drept „cărămizi” amplificatoare, în baza cărora pot fi relizate diferite dispozitive amplificatoare-convertoare.

2.2. Structura AO

AO integrate contemporane sînt de două structuri: cu trei etaje şi cu două etaje. Structura cu trei etaje (Fig.2.2,a) conţine: un amplificator diferenţial (AD), un amplificator de tensiune (AT), un amplificator de amplitudine (AA) şi un repetor pe emitor numit etaj de ieşire sau etaj final (RE) [9-11].

Fig.2.2. Structura tipică a AO: modelul AO cu trei etaje (а) şi cu două etaje (b)

Primul etaj a AO – etajul diferenţial în care tranzistorii sunt de configuraţie diferenţială, au conectare emitor comun şi sarcina este rezistivă, are rolul de a: micşora tensiunia offset, atenuarea componentei de mod comun, mărirea rezistenţei de intrare şi amplificarea semnalului de mod diferenţial. Etajul doi numit amplificator de tensiune asigură amplificarea principală a semnalului diferenţial de intrare în tensiune, se construieşte de asemenea după schema diferenţială şi este echipat suplimentar cu o schemă specială destinată deplasării potenţialului. În etajul trei – amplificatorul de amplitude, de regulă, este compus din scheme de amplificare a semnalului de curent continuu, scheme de deplasare a nivelului în curent continuu şi formarea unui semnal bipolar nedistorsionat. De regulă, toate schemele AO ca etaj final folosesc un repetor pe emitor (RE), care determină capabilitatea de sarcină a AO, amplificarea lui în tensiune este subunitară.