Amplificatorul operational (AO) este un circuit (integrat sau discret) prevazut cu doua borne de intrare si o borna de iesire, furnizand la iesire o tensiune (fata de masa) egala cu replica amplificata a tensiunii dintre cele doua borne de intrare. Simbolul utilizat pentru AO este prezentat mai jos:

Amplificatorul operational realizeaza amplificare mare, banda de frecventa suficient de larga in aplicatii uzuale, impedanta de intrare mare si cea de iesire mica.

In functie de aplicatia concreta, modelul adoptat pentru AO poate fi diferit. Aceste modele se impart in doua categorii: liniare si neliniare.

Cel mai simplu (si mai utilizat) model liniar este cel numit nulator-norator, aceste doua cuvinte desemnand denumirile uniportilor degenerati ce modeleaza intrarea, respectiv iesirea amplificatorului operational. In acest model, denumit amplificator operational ideal, acceptabil in majoritatea aplicatiilor, se considera amplificarea, banda de frecventa si impedanta de intrare infinite, iar impedanta de iesire nula. Simbolul si relatiile matematice sunt prezentate mai jos:

Se pot face o serie de observatii in legatura cu acest model:

- nulatorul si noratorul apar intotdeauna in pereche;

- noratorul are intotdeauna un terminal legat la masa;

- nulatorul impune doua restrictii semnalelor aplicate la bornele sale, iar noratorul nici una;

- pe model nu sunt precizate bornele de intrare inversoare si neinversoare, insa intr-o aplicatie concreta ele se precizeaza in asa fel incat stabilitatea circuitului sa fie asigurata.

Analiza circuitelor cu AO se face in cazurile simple cu legile lui Kirchoff, iar in cazuri mai complicate cu metoda Nathan, care este in esenta o generalizare a teoremei tensiunilor nodale pentru circuite cu elemente degenerate. In ambele metode ideea este de a folosi cele 2 restrictii pe care le impune nulatorul.

Renuntand pe rand la idealizarile facute in modelul de mai sus se obtin o serie de modele liniare care se apropie din ce in ce mai mult de amplificatorul operational real, care are amplificare finita si dependenta de frecventa, impedanta de intrare mare, dar finita, impedanta de iesire mica, dar nenula.

In cazul in care nivelul semnalului de intrare este suficient de mare pentru a obliga tensiunea de iesire sa atinga valoarea tensiunii de alimentare este necesara adoptarea unui model neliniar. Doua sunt neliniaritatile principale care se manifesta in functionarea AO: intrarea in saturatie si viteza maxima de variatie a semnalului la iesire (slew-rate).

Prima este pusa in evidenta mai jos cu ajutorul unor caracteristici de tip comparator, respectiv de amplificator cu limitare:

A doua manifestare neliniara consta in aceea ca, in functionarea cu nivel mare al semnalului de intrare si la frecventa ridicata, semnalul de la iesirea AO nu mai reuseste sa urmareasca variatiile rapide ale semnalului aplicat la intrare, astfel incat forma tensiunii de iesire apare distorsionata (la frecvente foarte mari, practic triunghiulara). Se pune astfel in evidenta o viteza maxima de variatie a semnalului la iesirea AO, denumita slew-rate (SR), masurata in V/ s si care constituie un parametru de catalog. Explicatii mai amanuntite asupra originii acestei manifestari vor fi prezentate la cursul de Circuite integrate liniare. Pentru scopul acestei lucrari de laborator ne vom multumi cu un calcul simplu care ilustreaza relatia dintre acest parametru si marimile din circuit.

Sa presupunem ca la iesirea AO avem un semnal sinusoidal cu amplitudinea V_o si pulsatia _o

Se stie ca viteza de variatie a unei marimi este data de derivata acesteia in raport cu timpul, in consecinta viteza de variatie a tensiunii la iesirea AO se calculeaza cu relatia:

de unde rezulta ca valoarea maxima a acesteia este:

Se pot face acum o serie de observatii:

- aceasta manifestare neliniara apare mai intai la trecerile prin zero ale semnalului de iesire;

- SR se determina masurind panta semnalului triunghiular de la iesire (la cursul de Circuite integrate liniare se va arata ca, in realitate, pantele crescatoare si descrescatoare nu sunt riguros egale);

- intr-o aplicatie concreta, cunoscand valoarea tensiunii de alimentare ( egala cu valoarea maxima la care ar putea ajunge V_o ) si citind din catalog valoarea SR pentru amplificatorul operational folosit se poate determina valoarea maxima a frecventei de lucru pana la care aceasta manifestare neliniara nu va apare, marime denumita banda de castig integral:

Modul de lucru:

1. Realizati schema de amplificator neinversor din figura de mai jos:

Conectati borna Y a osciloscopului la iesirea circuitului si borna X la generatorul de semnal care furnizeaza semnal sinusoidal. Vizualizati in mod X-Y caracteristica de transfer a circuitului. Pentru cele doua seturi de rezistente calculati si masurati amplificarea circuitului, trecand rezultatele in Tabelul 1:

- Care este impedanta de intrare in circuit?

- Cum se modifica caracteristica de transfer la frecvente joase cand lucram pe pozitia c.a., respectiv la frecvente mari?

Masurati nivelele maxime la intrare si la iesire pentru care amplificatorul nu intra in neliniaritate. Comparati valoarea acestuia din urma cu valoarea tensiunilor de alimentare.

3. Pentru 3 valori ale amplificarii, masurati valoarea benzii de trecere a amplificatorului (valoarea frecventei la care amplificarea scade la aproximativ 0,7 din valoarea la joasa frecventa).Calculati produsul amplificare-banda in fiecare caz si treceti rezultatele in Tabelul 2

- Ce se poate spune despre produsul amplificare-banda?

- Care este valoarea frecventei la care amplificarea circuitului devine egala cu unitatea?

4. Cu semnal de amplitudine si frecventa mare puneti in evidenta limitarea vitezei de variatie a tensiunii la iesirea amplificatorului, prin obtinerea unui raspuns triunghiular la semnal de intrare sinusoidal. Masurati SR ca panta a semnalului triunghiular si notati valoarea in V/ s.

- De ce aceasta manifestare este neliniara?

Intrebari suplimentare:

1. In schemele de mai jos sunt prezentate cele 4 configuratii tipice in care poate fi utilizat AO. Pentru fiecare dintre ele determinati expresia amplificarii si precizati valoarea impedantei de intrare in montaj.

2. Determinati functia de transfer intrare-iesire pentru circuitele de mai jos care contin uniporti degenerati:

3. Determinati functia de transfer intrare-iesire pentru configuratiile de amplificator inversor, respectiv neinversor, luand in considerare dependenta de frecventa a amplificarii AO.

Documente similare: Surse comandate. Modele pentru amplificatorul operational [constructii] Divizorul cu 19 [constructii] Descrierea lucrarilor topografice si geodezice [constructii] Instructiuni proprii pentru santiere in constructii [constructii] Rapport étude technique - Actions sur les structures - Part 1-5 : Actions Thermiques [constructii]

Comentarii La tiganci - comentariu Morometii - volumul 2 - comentariu Luceafarul - comentariu var-3 Scrisoarea I, de Mihai Eminescu - comentariu Scrisoarea III - comentariu literar Liviu Rebreanu - Ion (comentariu) O. Goga - Rugaciune - comentariu Caracterizari Liviu Rebreanu - Caracterizare Apostol Bologa Toma Alimos - caracterizare George Cosbuc - Pasa Hassan (caracterizarea lui Mihai Viteazul in antiteza cu Pasa Hassan) Caracterizarea personajului principal Harap-Alb din basmul cult Povestea lui Harap-Alb de Ion Creanga Caracterizarea Tanda Caracterizarea Lefter Popescu Caracterizarea Emiliei Rachitaru

Cauta document