CIA Referat Final

8/3/2019 CIA Referat Final

1/12


2/12

Notiuni despre amplificatorul operational

Amplificatorul operaional (AO fig.1) este un amplificator electronic de curentcontinuu, cu cstig mare, realizat sub form de circuit integrat (CI), care amplific

diferena tensiunilor aplicate pe cele dou intrri si este capabil s realizeze o gam largde funcii liniare, neliniare si de proceasare de semnal.

Amplificatoarele operaionale sunt amplificatoarede curent continuu cu reacie negativ interioar iprevzute cu o bucl de reacie negativ extern, careiniial puteau exercita o diferite operaii, ca adunarea,scderea, nmulirea i mprirea cu o constant(incurent continuu) i cu extindere (n curent alternativ)precum i operaii mai complexe: derivare, integrare,

obinere de funcii logaritmice. n prezent domeniul lorde utilizare este mult mai extins. Prevzute n bucla dereacie cu reele mai complexe, amplificatoareleoperaionale actuale pot realiza cele mai diverse funciicu performane ridicate i perfect controlabile.Amplificatoarele operaionale pot prezenta, n general,dou intrri i dou ieiri putnd lucra astfel:-1 intrare i 1 ieire-2 intrri i 2 ieiri-2 intrri i 1 ieire

Tensiunea de ieire a unui amplificator operaional este dat sub forma cea maigeneral astfel:

DICMCDVVAVAV ++= 00 .

0A - este amplificarea diferenial n bucla deschis;

MCA - amplificarea pe mod comun n bucla deschis;

DIV - tensiunea de decalaj(care apare la ieire cnd

intrrile sunt nule);

DV - tensiunea diferenial de intrare

Fig.1. Simbolul si terminaleleamplificatorului operaional


3/12

+

=11

VVVD

CV - media aritmetic a tensiunilor de intrare

2

11

+

+=

VVV

C

2. Parametrii amplificatorului operational

A. Factorul de amplificare(ctigul) diferenial n bucla deschis 0A

reprezint raportul dintre variaia tensiunii de ieire( 0V ) i tensiunea diferenial deintrare :

DV

V

VV

VA

0

11

0

0=

=

+

B.Factorul de amplificare pe mod comun n bucla deschis MCA reprezintraportul ntre variaia tensiunii de ieire i media aritmetic a tensiunilor de intrare :

2

11

0

+

+

=VV

VA

MC

Acest parametru rezult din faptul c, chiar n cazul n care cele dou tensiuni de intrare,+

11siVV ,sunt egale ns diferite de zero se produce tensiunea 0V la ieirea

amplificatorului operaional. n cazul ideal, al amplificatorului operaional perfect0=

MCA .

C.Tensiunea de decalaj(offset) de la intrare

EIU este valoarea tensiunii continue aplicat la una din intrrile circuituluipentru care ieirea este nul, 00 =V .

D.Curentul de polarizare de intrare - Bi

Bi este valoarea medie a curenilor de intrare

2

+ += BB

B

iii

E.Factorul de rejecie pe mod comun CMR

Este raportul dintre factorul de amplificare diferenial 0A i factorul de amplificare

pe mod comun MCA .

MCA

ACMR

0=

Conform celor artate mai sus, ntruct la un amplificator perfect 0=MCA , rezultn acest caz =CMR .

F.Banda de trecere n bucla deschis


4/12

Este domeniul (gama) de frecvene n care amplificarea scade la valoarea de2

0A

fa de valoarea maxim: UA .3.Proprietati ale amplificatoarelor operationale

Un amplificator operaional ideal are urmtorii parametri:- amplificarea n tensiune, n bucl deschis, infinit;- impedana de intrare infinit;- impedana de ieire zero;- banda de frecven infinit;- caracteristica de transfer liniar i simetric.

Amplificatoarele operaionale reale difer de cele ideale. Principalele diferene sunt:- limitarea benzii de frecven a semnalelor ce pot fi amplificate;- rezistena de intrare finit;- rezistena de ieire diferit de zero;

- exist o limit inferioar a semnalului de intrare ce poate fi sesizat la ieire;- cureni de polarizare diferii de zero;- existena unei tensiuni reziduale la ieirea amplificatorului fr ca la intrare s fietensiune.4.Circuite liniare realizate cu AO

A.Circuitul neinversorCircuitul neinversor reprezint una dintre configuraiile de baz ale AO i are structuradin fig.3, unde: RC reprezint rezistena de compensare a efectului curenilor (c.c.) depolarizare a intrrilor AO RL reprezint rezistena de sarcin (n majoritatea cazutilor RLreprezint rezistena de intrare a etajului urmtor

a) amplificarea n bucl nchis a configuraiei neinversoare

pentru AO ideal:bR

RA

n

ideal

11

1

2 =+=

pentru AO real :nlocuind AO din fig.5 cu modelul din fig.4, se pote scrie relai

Fig. 3


5/12

( )

ob

edC

L

oo

edCo

i

real

brar

RrRR

r

R

br

b

R

RrR

b

br

R

RA

+

++

++

+

++

+

=

11

1

11

1

1

1

2

b) rezistena de intrare a configuraiei inversoare, dac se ine seama numai deamplificarea n bucl deschis este:

a

RRR

i

realin

+

+=

1

2

1,

c) rezistena de ieire a configuraiei inversoare, n cazul n care roare valoare finit este:

ab

rR

oi

realout

+

=

1,

C.Circuit sumator inversor

a) funcia de transfer a circuitului, pentru AO ideal:innidiidiididouAuAuAu +++=

,22,11,,... , unde amplificrile nididid AAA ,2,1, ,...,, sunt

de forma: ,,x

r

xid

R

RA = =x 1, 2, 3, ... , n

b) rezistena RC=

CrnCRRRRRR ...

21

.Modelul amplificatorului diferenial

Fig.6.


6/12

Pentru a nelege mai bine modul de funcionare, putem reprezenta unamplificator diferenial ca i o surs variabil de tensiune controlat de un voltmetrusensibil.Desigur, figura alturata este doar un model, i nu reprezint schema real de

construire a amplificatorului. Simbolul G reprezint un galvanometru, o deplasaresensibil a unui voltmetru.

Poteniometrul conectat ntre +V i -V furnizeaz o tensiune variabil la contactulde ieire (ce are ca i referin una dintre bornele sursei de tensiune n c.c.), tensiunestabilit de indicaia galvanometrului. Trebuie neles faptul c orice surs conectat laieirea unui amplificator diferenial este alimentat de sursa de tensiune de c.c. (baterie),i nu de semnalul de intrare. Semnalul de intrare (galvanometru) doar controleaz ieirea.

B. Circuitul diferenial realizat cu un singur AO

Funcia de transfer a circuitului, pentru AO ideal:

n cazul unui amplificator diferenial oarecare:

2

3

4

1

3

4

21

2

,1

iiidou

R

Ru

R

R

RR

Ru

+

+= .

n cazul unui amplificator diferenial echilibrat:

( )21, iiido

uuKu = ,3

4

1

2

R

R

R

RK == .


7/12

Construirea unui amplificator diferentialMateriale necesare :-2 baterii6 V-2 tranzistori NPN, model 2N2222 sau 2N3403-2 poteniometre liniare de 10 k, cu o singur nfuraredoi rezistori de 22 k

-2 rezistori de 10 k; un rezistor de 100 k; un rezistor de 1,5 k.Valorile rezistorilor nu sunt critice pentru acest experiment, ci au fost alese pentru a oferio amplificare mare n tensiune pentru amplificatorul diferenial funcionnd pe post decomparator. Circuitul final arat astfel:

Utilizarea practic a amplificatoarelor difereniale

Dac tensiunile de intrare ale amplificatorului diferenial reprezint cantiti

matematice (cum este cazul circuitelor analogice ale calculatoarelor), sau mrimi fizicede proces (cum este cazul circuitelor electronice de instrumentaie), putem vedeautilitatea unui astfel de dispozitiv. Am putea folosi amplificatoare operaionale pentru acompara dou cantiti i a vedea care este mai mare (prin intermediul polaritii tensiuniide ieire), sau am putea face o comparaie a diferenei dintre dou cantiti (precumnivelul apei din dou bazine) i acionarea unei alarme luminoase i/sau sonore dacdiferena este prea mare (n funcie de valoarea absolut a semnalului de ieire).Schema


8/12

R 4

1 0 0 k

R 5

1 0 k

V 1

0 . 5 V d c

U 1 B

L M 1 2 4

5

6

4

1

1

7

+

-

V

+

V

-

O U T

R 1

1 0 k

V 1

0

V 2

0 . 7 V d c

V 2

0

V 0

R 2

4 0 0 k

0

-

V

c

c

0

R 3

1 0 0 k

+

V

c

c

+

V

c

c

-

V

c

c

U 1 A

L M 1 2 4

3

2

4

1

1

1

+

-

V

+

V

-

O U T

n = no + 5, no fiind numarul meu de ordine din catalogAstfel avem urmatoarea relatie :

21o1 1012 vvv =

Pentru rezolvarea relatiei de mai in sus vom avea nevoie de 2 amplificatoare operationale( LM124).Asadar folosim un circuit inversor, circuitul inversor fiind realizat cu ajutorul unuiamplificator operational de tipul LM 124 ( ca de exemplu : U1A ), si folosind 2 rezistente( ca de exemplu : R1 si R2), vom realiza amplificarea semnalului de intrare, in cazulnostru V1 de 12 ori.Daca amplificam dupa cum spuneam semnalul V1 de 12 ori obtinem astfel amplificarea

A, aceasta rezultand din raportul : A= -Rx/Ry, in cazul meu A= -R1/R2, R1 fiind de 10 k, iar R2 fiind de 120 k .In cele din urma rezulta amplificarea A, ca fiind A=-120k/10k=-12.

In figura de mai in jos sunt prezentate semnalele de la intrarea si iesireacircuitului inversor, adica intrarea semnalului reprezentata prin V1, si iesirea semnaluluireprezentata prin (V[R3]) :


9/12

La iesirea din amplificatorul operational reprezentat prin U1A adaugam intrarea unuicircuit sumator inversor(spre exemplu : U1B), acesta ajutandu-ne la calcularea relatiei

21o1 1012 vvv = .In continuare alegem 3 rezistente : R3, R4, R5,primele 2 rezistente fiindegale cu 100 k , iar a 3 a rezistenta are valoarea de 10 k .In cele ce rezultaamplificam cu 1 semnalul de tensiune de la iesirea U1A, si mai amplificam cu 10

semnalul ce provine de la o sursa de tensiune continua2V

A =-R4/R5 =-100/10= -10. Din toate acestea rezulta ca semnalul de la iesirea circuitului

cumator inversor( U1B) va avea relatia care urmeaza : ( ) 211 10121 vvvo = .In figura de mai in jos sunt prezentate semnalele de la intrarea si iesirea circuitului

inversor :

n = 20, rezulta atunci ca :

( )43432

4040n2 vvvvvo

== .Pentru rezolvarea relatiei de mai in sus vom avea nevoie de 2 amplificatoare operationale

( LM124).

V 4

F R E Q = 2 k

V A M P L = 0 . 0 5

V O F F = 0

0

+

V

c

c

0

C 3

2 u

-V

c

c

0

R 9

4 0 0 k

V 3

R 1 2

1 0 k

0

V 0

V 3

F R E Q = 2 k

V A M P L = 0 . 0 2

V O F F = 0

0

R 7

4 0 0 k

C 1

2 u

R 6

1 0 k

U 2 B

L M 1 2 4

5

6

4

1

1

7

+

-

V

+

V

-

O U T

U 1 C

L M 1 2 4

1 0

9

4

1

1

8

+

-

V

+

V

-

O U T

R 1 1

1 0 k

C 2

2 u

R 1 0

4 0 0 k

-V

c

c

R 8

1 0 k

0

+

V

c

c

Astfel daca folosim un circuit care este conectat in tensiune inversoare se obtine oamplificare de 40 de ori a semnalului de intrare V3.Ca sa obtinem aceasta amplificare


10/12

avem nevoie de 2 rezistente R6 =10 k si R7 =400 k , astfel rezultand amplificarea A= -R7 /R6 =-400/10 = -40.

In figura de mai in jos sunt prezentate semnalele de la intrarea si iesirea circuituluiinversor :

Semnalul de tensiune rezultat n urma acestei amplificari impreuna cu tensiunea V4 suntlegate la terminalele unu sumator inversor (U1C), cu ajutorul caruia se va calcula relaia

( )43432

4040n vvvvvo

== .Alegem 3 rezistente dupa cum urmeaza : R9,R10, R11 ; R9=400k,R10=400k si , R11 =10k.

Se considera ( ) 4343o3 606060 vvvvv =+= , pentru rezolvarea ecuaiei se vorutiliza doua amplificatoare operaionale.

V 3C 4

2 u

- V c c

V 4

F R E Q = 2 K

V A M P L = 0 . 0 5

V O F F = 0

+ V c c

V 4

R 1 5

1 0 k V 0

R 1 3

1 0 k

00

R 1 6

1 0 k

0

R 1 4

6 0 0 k

C 5

2 u

0

V 3

F R E Q = 2 K

V A M P L = 0 . 0 2

V O F F = 0

U 2 A

L M 1 2 4

3

2

4

1

1

1

+

-

V

+

V

-

O U T

Deoarece amplificarea semnalelor este de 60 de ori alegem 3 rezistente : R13=10 k , R14=600 k ,R15=10 k , de aici rezultand faptul ca amplificare A= -R14 / R13 = -600/10 = -60.


11/12

Pentru a realiza calculul( ) ( )

32143432103n2n1012

ooovvvvvvvvvv +=++= , se va utiliza un sumator in

conexiune inversoare cu amplificarea 1, astfel s-au ales patru rezistene care au valoareaR17, R18, R19, R20 = 10 k .Semnalele de la intrare n sumator (Vo1, Vo2, Vo3) i respectiv ieire (V[R22]) arat astfel:

Astfel ca sa obtinem tensiunea dorita trebuie sa inversam semnalul de la iesirea dinsumator prin conectarea acesteia la intrarea unui inversor.Ceea ce va duce la relatia :

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]

( ) ( )4343210

4343214343210

60401012

6040102160401021

vvvvvvv

vvvvvvvvvvvvv

++=

++=++=

In figura de mai jos este prezentat semnalul final 0v :

Schema propiu-zisa :


12/12

0

U 8 A

L M 1 2 4

3

2

4

1

1

1

+

-

V

+

V

-

O U T

0

V 0 3

V 2

0 . 7 V d c

R 2 1

1 0 k

0 + V c c

0

U 1 0 B

L M 1 2 4

5

6

4

1

1

7

+

-

V

+

V

-

O U T

R 2 3

1 0 k

R 1 8

1 0 k

+ V c c

0

R 1 2

1 0 k

U 1 B

L M 1 2 45

6

4

1

1

7

+

-

V

+

V

-

O U T

- V c c

U 9 A

L M 1 2 4

3

2

4

1

1

1

+

-

V

+

V

-

O U T

0

R 1 7

1 0 k

V 1

0 . 5 V d c

- V c c

0

R 5

1 0 k

R 3

1 0 0 k

V 3

V 4

F R E Q = 2 K

V A M P L = 0 . 0 5

V O F F = 0

0

R 2 4

1 0 k

C 3

2 u

V 3

R 1 6

1 0 k

+ V c c

U 2 B

L M 1 2 4

5

6

4

1

1

7

+

-

V

+

V

-

O U T

0

C 4

2 u

- V c c

V 0 2V 3

F R E Q = 2 k

V A M P L = 0 . 0 2

V O F F = 0

C 6

2 u

R 4

1 0 0 k

0

R 2 2

1 0 k

V 0 1

V

R 1 3

1 0 k

0

R 1 5

1 0 k

+ V c c

U 8 A

L M 1 2 4

3

2

4

1

1

1

+

-

V

+

V

-

O U T

V 2R 1 9

1 0 k

- V c c

C 2

2 u

0

V 3

1 5 V

- V c c

- V c c

R 2 0

1 0 k

V 1

V 4

1 5 V

U 1 A

L M 1 2 4

3

2

4

1

1

1

+

-

V

+

V

-

O U T

0

- V c c

R 9

4 0 0 k

- V c c

+ V c c

R 1 1

1 0 kR 8

1 0 k

0

V 4

C 1

2 u

C 7

2 u

+ V c c

R 1

1 0 k

0

V 4

R 2

1 2 0 k+ V c c

R 6

1 0 k

C 5

2 u

0

R 1 0

4 0 0 k

0

+ V c c

R 1 4

6 0 0 k

R 7

4 0 0 k

Documents

CIA Referat Final