Dispozitive Si Circuite Electrice II

Embed Size (px)

Text of Dispozitive Si Circuite Electrice II

Dispozitive si circuite electronice 2 cursDispozitive si circuite electronice 2CursFormat pdfAutomatica + Colegiu electronica aplicata2004Dispozitive si circuite electronice 2 cursCuprins1.Introducere2.Amplificatoare operaionale (AO)2.1 Parametri AO2.2 Circuite liniare realizate cu AO2.3 Circuite neliniare realizate cu AO2.4 Circuite de limitare cu AO2.5 Convertoare tensiune-curent realizate cu AO2.6 Circuite de comutaie realizate cu AO2.7 Filtre active realizate cu AO3.Circuitul integrat temporizatorul E 5553.1 Schema bloc. Funcionare3.2 Monostabil3.3 Astabil3.4 Circuit de ntrziere3.5 Alte circuite realizate cu circuitul integratE 5554.Generatoare de semnal4.1 Generator de impulsuri dreptunghiulare cu AO (astabil)4.2 Generator de semnal dreptunghiular cu factor de umplere reglabil4.3 Generator de semnal dreptunghiular, triunghiular sidini de ferstru4.4 Generator de tensiune liniar variabil declanat4.5 Convertor tensiune - frecven4.6 Generator de funcii cu reglaje independente cu E 5554.7 Temporizatoare cu multiplicator de capacitate5.Stabilizatoare de tensiune integrate5.1 Circuitul integrat A 723 (schema bloc, funcionare)5.2 Aplicaii cu circuitul integratA 7235.3 Stabilizatoare integrate din seria 78xx6.Multiplicatoare analogice6.1 Introducere.Clasificare6.2 Multiplicatoare analogice de un, dou, patru cadrane (celula Gilbert)6.3 Aplicaii cu multiplicatoare analogice7.Amplificatorul Norton7.1 Introducere.Descriere general7.2 Configuraii de circuite liniare7.3 Aplicaii M 39008.Circuite PLL8.1 Principiul calrii pe faz8.2 BuclaPLL n regim staionar sincron8.3 Captarea frecvenei semnalului de intrareDispozitive si circuite electronice 2 curs1.INTRODUCEREPrimele circuite integrate au fost realizate la sfritul anilor'50, producia de serie incepnd n anul 1965.Circuitul integrat este o unitate constructiv inseparabil de microelemente conectate electric, plasate cu mare densitate involumul sau pe baza unei suprafee semiconductoare comune.Clasificare: -din punctul de vedere al tehnologiei de realizare:-monolitice (circuit integrat semiconductor avnd toate elementeleformate ntr-o singur structur semiconductoare, iar dup tipurile de tranzistoarepe care se bazeazconstrucia lor , circuitele mono litice pot fi bipolare (cutranzistoare bipolare) sau unipolare MOS (cutranzistoare unipolare MOS)-fragmentate (multichip-circuit integrat constnd din maimultestructurimonolitice interconectate ntre ele i nchise n aceeaicapsul)-peliculare (circuit integrat ale crui elemente sunt pelicule formate pesuprafaa unui material dielectric)-hibride (ansamble de elemente pasive sub form pelicular si componente active pasive sudate pe circuitul ansamblului)-din punctul de vedere al prelucrrii informaiei:-analogice (circuit integrat care prelucreaz sau genereaz semnale continue n amplitudine , polaritate sau frecven pentru realizareaunor funcii analogice ca generare , amplificare, modulare/demodulare etc)-numerice (circuit integrat care prelucreaz semnale binare pentru realizarea unor funcii logice i/sau de memorare)-de interfa (analogice, logice, conversie A/D)2.AMPLIFICATORUL OPERAIONALAmplificatoarele operaionale constituie principala clas de circuite integrate liniare, n esen ele sunt circuite cu ctigfoarte mare n tensiune, destinate lucrului n bucl de reacie, n care funciile de transfer sunt univoc determinate de proprietilereelelor de reacie.Proiectate iniial pentru a ndeplini funcii de operator analogic de calcul (scdere, adunare, integrare, etc), amplificatoareleoperaionale se utilizeaz n prezent n cele mai diverse aplicaii ca: filtre active, stabilizatoare de tensiune, oscilatoare, convertoareanalog-numerice, etc. Practic pot fi folosite la orice. Dezvoltarea intensiv a acestei familii de circuite integrate a condus la dispozitive care aproximeaz foarte bine caracteristicileelementului ideal (ctig n tensiune infinit, rezisten de intrare infinit, rezisten de ieire nul), n condiii de pre redus. Acestlucru a fcut posibil utilizarea amplificatoarelor operaionale ca simple componente n aplicaii. Accesibilitatea i performaneleacestor dispozitive permit realizareade echipamente net superiore celor realizate cu componente discrete din punctul de vedere alraportului performan/pre. Regulile de proiectare sunt simple i aplicabile cu erori minime.Schematic un amplificator operaional const din trei blocuri cu funcii distincte, fiecare dintre ele poate fi constituit din unul saumai multe etaje amplificatoare realizate cu tranzistoare integrate.Dispozitive si circuite electronice 2 cursBlocul de intrare este un amplificator diferenial, numit astfel deoarece amplific diferena dintre cele dou tensiuni de intrarev+ iv-. Blocul intermediar preia tensiunea furnizat de blocul de intrare i o prelucreaz pentru a corespunde cerinelor blocului deieire. Ultimul bloc asigur curentul de ieire necesar (uzual de ordinul a 10 mA).Observaie 1. Proprietile intrrilor imversoare i neinversoare de a inversa semnultensiunii, respectiv de a-l pstra neschimbat, decurg din modul n care esteconstruit amplificatorul operaional.2. Semnele minus i plus notate n dreptul bornelor de intrare nu au nici o legtur cu semnele (polaritile) tensiunilor v+ iv- aplicate respectiv la intrarea inversoare i la cea neinversoare; oricare din aceste tensiuni poate fi negativ sau pozitivSimbolul grafic se prezint n figura urmtoare:2.1 Parametri de baz ai amplificatoarelor operaionalea.ctigul diferenial n bucl deschisa reprezint raportul dintre variaia tensiunii de iesire uO si tensiunea diferenialde intrare u v v u uID I I + + auuuu uOIDOI I + undeu v v u uID I I + + b.tensiunea de decalaj (offset) de la intrare( ) u uoffset DI reprezint tensiunea continu a unui generator aplicat la unadin intrrile circuitului (cealalt fiind la mas) pentru care potenialul de iesire uO este nul.Acest parametru se reprezint pecaracteristica de transfer, ca n figura: Dispozitive si circuite electronice 2 cursc.curentul de polarizare de la intrare IB este valoarea medie a celor doi cureni de intrare (vezi figura)II IBB B++ 2I I IDI B B + d.curentul de decalaj (offset) de la intrare (IDI ) reprezint diferena dintre cei doi cureni de intrare (vezi figura)e.factorul de rejecie al tensiunilor de alimentare SVR SVR+ ,(Supply Voltage Rejection) este raportul dintre variaiatensiunii de decalaj de la intrare si variaia surselor de alimentare, care conduc la aceeai deplasare a tensiunii de ieire.Se pot defini separat pentru fiecare surs de alimentare (SVR+ , SVR-) sau se poate lua n considerare efectul combinat alvariaiilor tensiunilor de alimentare SVRUVDI ++ SVRUVDI f. factorul de rejecie pe mod comun (CMRR - common mode rejection rate) este raportul dintre ctigul diferenial in bucldeschis asi ctigul pe mod comun in bucl deschis aCC :CMRRaaCCg. viteza de variaie a semnalului de iesire (SR = Slew Rate) reprezint viteza maxim de variaie a semnalului de ieirepentru un semnal treapt la intrare (pentru o reacie si reea de compensare date)h. banda de trecere la ctig unitar reprezint banda la 3 dB in montaj repetorDispozitive si circuite electronice 2 cursDefiniie.Pe baza acestor parametri putem defini amplificatorul operational (AO) ca un circuit electronic carereunete urmtoarele proprieti:- ctig in tensiune foarte marea- rezisten de intrare foarte mareRi- rezisten de ieire foarte micRO- spectru de frecvene transmise fr distorsiuni, foarte mare- posibiliatea de a fi utilizat intr-o bucl de reacie negativ in care sa fie necondiionat stabil- factor de rejecie pe mod comun foarte mareAmplificatorul operaional idealUn amplificator operaional ideal se caracterizeaz prin urmtoarele proprieti de baz:aUv voI I + ( )sau v vI I+ 0Ri sau I IB B+ , 0R00 tensiune de decalaj UDI 0 sau v vI I+ 0 pentru Uo 0rspuns in frecven perfect plat pe o band de frecven infinittimp de rspuns nul in condiii de nivel mare de semnal de intrareAmplificator operaional realDin condiiile enumerate pentru elementul ideal, rezult reguli practice de proiectare care sunt utilizate de obiceiin analiza si calculul circuitelor electronice cu amplificator operaional, cele mai folosite fiind:UDI 0 ; I IB B+ , 0; v vI I+ 0Utilizarea acestor reguli de proiectere implic cunoaterea condiiilor in care se pot aplica. Abaterea de la situaiareal (eroarea) poate fi:-eroare de calcul (afectndRi, R0, a , caracteristica de transfer)-eroare static (modificarea nivelelor de curent continuu)-eroare dinamic (erori de regim tranzitoriu, influena zgomotului)Pe baza definiiilor anterioare, precum i parametrilor definii o schem echivalent pentru amplificatorul operaional ar fi:2.2 Circuite liniare realizate cu amplificatoare operaionale 2.2.1 amplificator inversor Dispozitive si circuite electronice 2 curs vuRuRR Rv uRRuI OO O +++ 1 21 2211 10 ARRINV 21 2.2.2 amplificator neinversorvRuRR Rv u uRRuOI O O +++ + 01 111 21 221( ) ARRNINV + 121 2.2.3 repetor u u R RO I i o ; ; 0 2.2.4 amplificator diferenialvuRuRR RvRR Ru uRR RuRR RRR RuI OI I O I +++ + ++ ++11 21 243 42 121 211 243 421 1 ++ +

1]1uR RRRR RuRR RuO I I1 2143 4221 21alegnd convenabil valorile R RR R1 3 2 4 ;obtinem ( ) uRRu uO I I 212 1, de unde i denumirea de "amplificatordiferenial".Dispozitive si circuite electronice 2 curs2.2.5 amplificator sumatorvuRuRR Rv u RuRIiiOini in OIii in +++ 1111 10ObservaieRezistenaRRi in'111 compenseaz eroarea introdus de curentul de polarizare2.2.6 amplificator sumator-extractor( ) uRRu u u u u uO I I I I I I + + 214 5 6 1 2 3deoarecevuRuRuRuRR R R RvuRuRuRR R RI I I O I I I ++ + ++ + + + ++ + +112131 21 1 1 24151611 1 11 1 1 1 1 1 12.3 Circuite neliniare realizate cu amplificatoare operaionale2.3.1 integratoru uCi dtRCu dtO CtIt 1 10 0deoarece i iuRCI 2.3.2 derivator (difereniator) u iR RC dudtOI unde u uC IDispozitive si circuite electronice 2 curs 2.3.3 amplificator logaritmici IuUD SDT

_,

1]1exp1unde UkTqT estetensiunea termic iar 1 2pentru SiiuRI1 i iD 1IuUSDTexp

_,

1]11u u UuRCO D TI

_, ln lnse observ c avem un termen de decalajIS i un termen de proporionalitate dependeni de temperatur, ceea ce este unfoarte mare dezavantaj, dac se dorete o amplificare de precizie2.3.4 amplificator logaritmic compensattensiunea de decalaj poate fi compensat cu o alt diod montat in serie, iar efectul temperaturii poate fi compensat prinutilizarea unui termistor, dup cum se poate observa pe figura alaturat:( ) u U I ID T S 2 ln ln i IuUIuUD SDTSDT

_,

1]1

_, exp exp 1 u u uD 3 2 2 +( ) u U I I UuRI UuRIT S TIS TI3

_, ln ln ln ln ln deci u URRuRIO TTI +

_, 12lnconstanta de scardevineindependentdetemperaturdactermistorulareuncoeficientpozitivdetemperatur,cadeexemplu[ ]RTRR TK +

_, 11002%. Precizia unui amplificator logaritmic de acest tip este limitat de mai muli factori:-relaia exponenial dintrei uD D,este valabil pentru diodele obinuite pe cel mult 6 decade de curent-curentul prin diodiD nu este dect aproximativ egal cui1 deoarece conine deasemenea curentul de intrare in aplificator2.3.5 amplificator exponenialu iR I RuUO SIT

_,

1]1exp1deci o relaie exponenial ntreu uO I ,Dispozitive si circuite electronice 2 curs2.3.6 amplificator exponenial compensatpornind de la aceleai considerente ca n cazul amplificatorului logaritmic, obinem: uRR Ru u u uTTI D 122 1 2+ + ; i IuUIuUD SDTSDT

_,

1]1

_, exp exp 1 2.4 Circuite de limitare realizate cu amplificatoare operationaleDe obicei funcionarea circuitelor de limitare uzuale se bazeaz pe proprietile de comutaie a diodelor la semnal mare.Astfel de circuite, fr exigene de performan prea mari se prezint n figurile de mai jos:avand caracteristicile de transfer in figurile urmtoare:La aplicaii care necesit o caracteristic de transfer foarte apropiat de cea ideal(vezi figura c) se folosesc limitatoare de preciziecu amplificator operaional.2.4.1 Limitator de precizie realizat cu amplificator operationalpentruuI0, avem i iu uRI4 121 ,iar u R i u u uO D + 2 4 2 3 1 ;u a u3 2 i IuUISDTS 21

_, expi IIuUDT2 331+

_, exp( )[ ]u U i I ID T S S 1 2 + ln lnu R i u u u a u uO D D + 2 4 2 3 1 2 1Dispozitive si circuite electronice 2 cursu Ru uRuRRuRR u uOII + +2212212212( ) ( ) u R i u R iuaR ia u u Rua RRR uau uO O D I O D +

_, +2 4 2 2 432 4 1 2312111 1 1( ) u Rua RRR uau u uRRuuafafO I O D OID

_, + +2312112111 111, unde fRR R+11 2SeobservctensiuneadirectuD1depediodaD1caredeterminneliniaritateacaracteristiciidetransfernjuruloriginiilalimitatoarelesimpleestereduscuctigulbucleiT af 1.Inaceeaimsuresteredusidependenadetemperaturacaracteristicii. PentruuI0 , diodaD1 este blocat, curentul de intrarei1 circul aproape n intregime prinD2, iaruO va avea ovaloare foarte apropiat de zero, i anume:uRR RuaR RR RIOLLD LLS+++ 21 2210OBSERVAIE: Dac inversm sensul diodelor, obinem un limitator de precizie cu caracteristic inversat, ca n figura alturat2.4.2 Redresor de precizie dubl alternanpentruu u uI I 02, iar pentru u uI 0 02iar u uO IpentruuI0u uO IpentruuI0avnd caracteristica de transfer, ca n figura de mai susDispozitive si circuite electronice 2 curs2.4.3 Selector de maximCompletnd schema de mai sus, cu un etaj inversor i cu o a doua intrare, obinem un selector de maxim:( ) u u uO I 1 2; u u uI I 1 1 2 pentru u uI I 1 20 ,adic u uI I 1 2u10 pentru u uI I 1 20 ,adic u uI I 1 2 ,deci( ) u u uO I I max ,1 2OBSERVAIE: Inversarea sensului diodelor n schemele anterioare, duce la inversarea caracteristicilor de transfer, obinndchiar ntr-un caz particular i un selector de minim2.5 Convertoare tensiune-curent realizate cu amplificatoare operaionaleCu ajutorul amplificatoarelor operaionale se pot construi generatoare de curent controlate prin tensiune cu rezistenfoarte mare de ieire si precizie ridicat.Astfel de convertoare se folosesc la generatoare de tensiune liniar variabil controlate, laconvertoare tensiune-frecven, etc2.5.1 Generator unidirecional de curent cu TEC-JIuROIS pentru uI02.5.2 Generator unidirecional de curent pentru cureni mariIuROIS pentru uI 0Dispozitive si circuite electronice 2 curs2.5.3 Generator unidirecional de curent cu TEC-J pentru cureni mari alimentat cu V-IuROIS pentru uI 02.5.4 Generator bidirecional de curent (constant)vuRuRR RvuR RR RI O L +++ ++1 21 24 34 31 101 1L O LLO L OuR R RR I u RR R uI u u2 455 53 4++ +

,_

++ + L LuR R RR R RR R RuR R RvR R R

,_

+++++++5 224 335 255 225 25vRR R u v vRR R uRR RI RRR RuL I O L+ + ++++ ++

_,

1]133 433 411 3553 41RR RRR RRR RuR RR R IRR R uL O I33 411 253 41 51 231 31 0++++

_,

1]1 ++( ) ( )( )( )IRR R uR R R RR RR RR R R R R RR RR RuRR R uR R R R RR RR RuO I L I L ++++ ++

1]11 + ++21 53 1 2 31 5 3 41 3 1 4 1 51 5 2 421 52 3 1 4 51 5 2 4alegnd convenabil R R R R R IRR R uO I 1 2 4 5 321 5 + ; ; , deci obinem un curent prin rezistena de sarcinindependent de valoarea acesteia2.5.5 Generator de curent constant de tip "HOWLAND"vuRuRR RRR R uRR R uI OI O+++++1 21 221 211 21 1( )vR RR RRR RR RuR RRR R R R uLLLLOLL LO+++++ +3343334 3 3Dispozitive si circuite electronice 2 curs( )v v v I R uRR R R RR RI RO L OL LLO L+ + + +;4 3 33( )( ) RR R uR RRR R R RRR RRR R R RR RI RILL LL LLO L21 234 3 311 24 3 33++ ++

_,

+ +( )( )RR R uRR RRR R R RR RI R I RR R R R R R R R RR RR RIL LLO L O LL LL21 211 24 3 333 2 1 4 3 1 41 2 31+ ++ +

_,

+( )( )I uRR RRR RR R R R RR RO IL++ +21 23 1 23 2 1 4 3 4dac R R R kR R kR2 1 4 1 3 1 ; ;( )( )( ) ( )I uRRkR RkR R kR kR RkukR k kR RukRO IL LIL LI++ + + 111 112121 1 111dup cum se observ obinem o valoare constant pentru curentul rezultat, adic o valoare independent de rezistena desarcin RL2.5.6 Generator bidirecional de curent constant cu tranzistoare cu efect de cmp cu jonciunen stare de repaus UVP134+i UVP234n acest caz: I I IVRVRD D 2 1 21 14 40 + + dac V V + Dac tensiunea de intrare este pozitiv curentul,de dren ID2 crete, deci avem curent de ieire pozitiv. Tensiunea maximde intrare esteU VINMAX t+Pentru a asigura blocarea tranzistorului cu efect de cmp (TEC) tensiunea de pe poart trebuie s depeasc tensiuneade blocare, de aceea amplificatoarele operaionale sunt alimentate cu tensiunile V++, V--, mai mari dect tensiunile de alimentare V+,V-.Stabilitatea fa de zero nu este prea bun deoarece curentul de ieire se obine ca o diferen de doi cureni mariDispozitive si circuite electronice 2 curs2.6 Circuite de comutaie realizate cu amplificatoare operaionaleAceste circuite folosesc proprietile de comutaie la semnal mare a amplificatoarelor operaionale oglindite si n caracteristica detransfer2.6.1 Detector de prag inversoru V u VOH OL + ;2.6.2 Detector de prag neinversoru V u VOH OL + ;2.6.3 Comparator tip "fereastr" realizat cu AOLegnd dou detectoare de prag n felul artat n figura de mai jos obinem un comparator tip "fereastr", careare funcia de transfer prezentat n figura de mai jos:Dispozitive si circuite electronice 2 curs2.6.4 Comparator inversor cu reacie pozitiv (cu histerezis) (Trigger Schmitt)scriind expresiile potenialelor bornelorviv+, precum i condiia de bascularev v+ , obinem expresiiletensiunilor de prag, adic valorile tensiunii de intrare la care basculeaz circuitul:vURuRR RREF O+++1 21 21 1iv uINavnd n vedere c tensiunea de ieireuO poate avea numai dou valori distincteu uOH OL, , obinem:uRR R URR R u u u uRR R URR R UIN REF O IN PRAG P REF OH L H L H L H L+++ +++21 211 221 211 2, , , ,se definete tensiunea de "histerezis", adic limea zonei de histerezis:( )U u u u uRR RH P P O OH L H L +12 1valoare care n cazul unei alimentri simetriceV V V+ i cu u u VO OH L devine:U VRR RH +211 2adic independent de tensiunea de referinPentru cazul particularUREF 0 obinem tensiunile de prag de urmtoarele valori (precum i un grafic simetric):U uRR RP OH L H L , , +11 22.6.5 Comparator cu reacie pozitiv (cu histerezis) (Trigger Schmitt) neinversorscriind expresiile potenialelor bornelorviv+, precum i condiia de bascularev v+ , obinem expresiiletensiunilor de prag, adic valorile tensiunii de intrare la care basculeaz circuitul:Dispozitive si circuite electronice 2 cursvuRuRR RI O+++1 21 21 1; ...pentru basculare v v UREF+ vRR R uRR R u v UI O REF+ +++ 21 211 2avnd n vedere c tensiunea de ieireuO poate avea numai dou valori distincteu uO OH L, , obinem:uR RRURR u u u uR RRURR uI REF O I PRAG P REF OL H L H L H H L+ +1 22121 2212, , , ,se definete tensiunea de "histerez", adic limea zonei de histerez:( )U u u u uRRH P P O OH L H L 12valoare care n cazul unei alimentri simetriceV V V+ i cu u u VO OH L devine:U VRRH 212adic independent de tensiunea de referinPentru cazul particularUREF 0 obinem tensiunile de prag de urmtoarele valori (precum i un grafic simetric fa deorigine):URRuP OH L L H , , 122.7 Filtre active realizate cu amplificatoare operaionaleFiltrele active analogice sunt compuse dintr-o reea pasiv de rezistoare si elemente reactive (condensatoare i/saubobine) i un element activ care asigur amplificarea dorit2.7.1 Filtru activ cu reacii multipleUu Y u Y v Y YY Y Y YI+ + ++ + +1 0 4 3 21 2 3 40;355 33 50YYu UvY YUY Y uvOO +++ inlocuind, obtinem ( )uuYYY Y Y Y Y Y YYZOIii+ + + +1 35 1 2 3 4 3 41;pentru filtru trece-jos (FTJ) YRY sCYRYRY sC112 2 33445 51 1 1 ; ; ; ;pentru filtru trece-banda (FTB) YRYRY sC Y sCYR11223 3 4 4 551 1 1 ; ; ; ;pentru filtru trece-sus (FTS) Y sC YRY sC Y sCYR1 1 223 3 4 4 551 1 ; ; ; ;Dispozitive si circuite electronice 2 curs2.7.2 Filtru activ tip Sallen-Keya. filtru trece-josUIjCI jC U2323 2 2 ,( ) U U I R U jC R + +2 3 2 2 2 21 ; U U I R1 1 1 + I I I jC U I1 3 2 2 2 2 + + ( ) I U U jC2 2 1 din ecuaiile de mai sus rezult:I C C R U221 2 2 2 ( ) I U jC C C R1 2 221 2 2 ( ) ( ) U U jC R U jC R C C R R1 2 2 2 2 2 1 1 2 1 21 + + funcia de transfer va fi:( ) ( )( ) ( )( ) ( )UUCC R R j C R C RCC R R j C R C RC C R R C R C R2121 2 1 2 2 2 2 121 2 1 2 2 2 2 121 2 2 1222 2 2 121111 + + + + + ( ) ( )AUUC R C R C R C R + 2121 1 2 2222 2 2 1211 tgC R C RC C R R +2 2 2 121 2 1 21dacC R T1 1 1, C R T2 2 2, C R nT2 1 1atunci avem( ) ( )AUUTT T nT + +2121 2222 1211 b. filtru trece-susPrin calcule asemntoare se poate ajunge la funcia de transfer a unui filtru trece sus de ordinul doi, ca i n cazul anterior2.7.3 Convertor de impedan negativ (CIN)De foarte multe ori ar fi importantsa avem o rezisten negativ, respectiv surse de semnal cu rezisten negativ, carenu se pot realiza dect cu circuite active (circuite electronice care conin elemente active)u u I R Iu uRIOO + 2 2 122;Pentru stabilitate trebuie ca reacia negativ s fie mai puternicca cea pozitiv, pentru acesta vom calcula:Dispozitive si circuite electronice 2 cursv uRR RO++11v uRR RO+21pentru stabilitate avem nevoie dev v+ adicaRR1 22.7.4 GiratorulEste un circuit transformator de impedan, ce poate transforma orice impedan n duala sa. Ecuaiile care descriufuncionarea giratorului precum i simbolul grafic se prezint n figura urmtoareI uR uIR u u1 1 22 1 20110 + + a. realizarea giratorului. O variant de realizare cu dou convertoare de impedan negativ se prezint in figura urmtoare:scriind ecuaiile pentru nodurile dinv v +, :00002 2 422 1 2 41 2 1 311 1 3 ++ + RURU UIRU URU URU URU UIRURU Ude unde rezult cele dou ecuaii de baz ale giratorului:I uR u1 1 201 + IR u u2 1 210 + b. realizarea giratorului.O alt variant asemntoare se prezint n figura urmtoare:00005 5 315 3 5 22 5 2 422 4 ++ +RURU UIRU URU URU URU UIRU Ude unde prin calcule simple rezult: I uR u1 1 201 + IR u u2 1 210 + Dispozitive si circuite electronice 2 cursAplicaii1. transformarea impedanelorLLLL LRRIURRRURUIRRU U RRUR I URUI222222122 111 211; ; dac de exempluZRZL22 i dac ZjCZ R jC jL L R CL 122 2 , deci avem o bobinde valoareaL R C 2 care se "vede" n loc de sarcin2. simularea unui grup RL serie( )134134 322 2 1 2 1112 2 1 1 111; ;uRRuR R RusCR i u u iRui i i R u

,_

+ +

,_

+ + sL R ZRR RR sCR sCR RiuZsCR isCR RRRRuINRRR RIN+

,_

++

,_

+

,_

+ + 134 122 1 1112 11 12341234 111 1unde valoarea inductanei simulate esteL CR R 1 23.simularea unei inductiviti cu pierderisL R Z C sR RiuZsCRRsC uRuuIN INX+ + ++ +2 22021111L R C 2Dispozitive si circuite electronice 2 curs4.simularea uneiinductivitiO schem de baz de girator se prezint n figura urmtoare:Presupunnd amplificatoare operaionale ideale, adic potenialele bornelor inversoare i neinversoare identice, obinem relaiile:U U I R U I R3 1 1 1 1 2 2 ,I IRR2 121 ;U U I R2 1 2 3 +( ) UjCRjCR UjCRjCRU I R1442441 2 31 1++ +( )UjCRjCRjCRjCRRRR I14444123 1111 +

_, + Impedana de intrare a giratorului este: ZUIIN11adic: ZjCR R RRIN1 3 42expresia de mai sus reprezint impedana unei bobine (o reactan inductiv ) , a crei valoare este:LR R RRC 1 3 42Astfel devine posibil realizarea unor circuite LC de filtrare, cum se prezinta n figura alturat.2.8 Protecia amplificatoarelor operaionaleUtilizarea optim a unui amplificator operaional presupune respectarea limitelor maxim admise, garantate de productorn foaia de catalog. Depirea ntr-un anumit mod a acestor condiii duce la degradarea performanelor dispozitivului sau chiar ladistrugerea lui. Schemele de protecie indicate chiar n foile de catalog pot s nu fie absolut necesare ntr-un sistem bine proiectat,dar prezint o deosebit importan n montajele de lucru n care probabilitatea de apariie a accidentelor este mult mai mare.2.8.1 Protecie la curent mare de intrareTensiunea de intrare n amplificatoarele operaionale nu poate depi tensiunea de alimentare ( o diod intern intr nconducie i se arde, dac nu limitm curentul sub 10 mA, sau chiar sub 1 mA la operaionalele CMOS aceast limit este si maimic deoarece un tiristor parazit poate intra n conducie untnd tensiunea de alimentare). La utilizri normale nu seprea ntmpl,pentru c de obicei tensiunea cea mai mare este tensiunea de alimentare, dar putem avea necazuri la deconectarea tensiunii dealimentare mai ales dac avem i un condensator la intrarea operaionalului, ca n figura de mai jos:Cazul cel mai defavorabil caz este acela cnd condensatorul este ncrcat la o tensiune de valoare apropiat de tensiunede alimentare i se deconecteaz tensiunea de alimentare.n acest caz condensatorul se descarc printr-o diod intern aamplificatorului operaionaliar curentul de descrcare este proporional cu timpul de descrcare, respectiv capacitateacondensatorului. De aceea la capaciti mai mari de 10F se utilizeaz o rezisten serie de protecie ce va limita curentul dedescrcare la o valoare dorit.Dispozitive si circuite electronice 2 cursRVIVmAksMAX + +151015 , 2.8.2 Tensiuni de alimentareun alt lucru care trebuie avut n vedere este polarizarea corect a amplificatorului operaional.n continuare se prezint oschem foarte simpl de protecie la inversarea polaritilor surselor de alimentare:2.8.3 Tensiuni maxime de intrareDepireantr-unsenssaualtulavaloriimaximeatensiuniideintrare(pemoddiferenialsaucomun)arecaefectcreterea curentului de polarizare de intrare al amplificatorului operaional pn la distrugerea dispozitivului. n schemele urmtoaresearatdouschemedeprotecieaunuiamplificatoroperaionalpentrucondiiidestrpungere.nprimaschemamplificatoruloperaional se protejeaz la tensiuni mari de intrare pe mod diferenial, iar n a doua la tensiuni mari de intrare pe mod diferenial ipe mod comun2.8.4. Protecie la scurtcircuit la ieiren mod obinuit la calculul circuitelor cu amplificatoare operaionale se utilizeaz relaiile deduse pe bazaconceptuluideamplificatoroperaionalideal.Acestecondiiisepotaplicaunuiamplificatoroperaionalrealcarefuncioneaznregimliniarianume n condiii de excursie n tensiune la ieire inferioar valorilor maxime specificate fr distorsiuni. Cteva circuite de baz deprotecie la scurtcircuit la ieire se prezint n figurile urmtoare:2.9 Compensarea n frecven a amplificatoarelor operaionaleLimitarea n frecven a ctigului n bucl deschis, timpul finit de rspuns la semnal mare i zgomotul de band largreprezint surse de cretere a erorilor amplificatoarelor operaionale cu frecvena.Limitarea n frecven a ctigului la semnal mictrebuie privit n strns legtur cu problema stabilitii amplificatoarelor operaionale. Asigurarea stabilitii ntr-o bucl de reacienegativ necesit n general introducerea unor reele de compensare, care modific banda de frecven i forma caracteristicii lafrecvene nalte.Amplificarea n bucl deschis a unui amplificator operaional real, fr reele de corecie, este o funcie defrecven coninnd doi, trei sau mai muli poli reali:( ) a sas s sn+

_, +

_, +

_,

01 21 1 1 Dispozitive si circuite electronice 2 cursModulul su, avnd la frecvene joase valoarea constanta0, descrete dup primul pol cu o pant asimptotic de 20 dB/decad,dup al doilea cu 40 dB/decad i n final cu (20n) dB/decad, dac n este numrul de poli. Introdus ntr-o bucl de reacie negativcu un factor de reacie complex( ) fs , amplificatorul operaional produce la ieire un semnal de forma:( ) ( ) ( )[ ]( ){ }( )( )u s u s fs u sa sT sO I I +2 111unde prin( ) T ss-a notat ctigul buclei, egal cu produsul( ) ( ) a s fs . amplificatorul cu reacie devine instabil dac numitorulexpresiei de mai sus se anuleaz. n asemenea condiii amplificarea n bucl deschis devine infinit, n circuit poate aprea otensiune de ieire n lipsa tensiunii de intrare ceea ce indic prezena oscilaiilor ntreinute.Instabilitatea apare la frecvenele la care( ) ( ) ( ) T s a s fs 1 sau T 1 ; T 180!unde prin Ts-a notat faza ctigului buclei.Condiia de mai sus poate fi indeplinit uneori i pentru un factor de reacie real,( ) fs f 0 (reea de reacie pur rezistiv). Pentruf real, modulul i faza ctigului buclei( ) T s sunt funcii monotone de frecven, ca i modulul i faza amplificrii n bucl deschis( ) a s , iar stabilitatea poate fi studiat cu ajutorul diagramelor Bode. Criteriul de stabilitate bazat pe aceste diagrame afirm c unamplificator cu reacie este stabil dac modulul ctigului buclei este mai mic ca 1 atunci cnd faza acestuia devinet180!. nfigura de mai jos sunt prezentate diagramele Bode pentru un amplificator operaional cu 3 poli i dou valori ale factorului de reacie.Pentru( ) ( ) ( )1501111fdB T dB a dBfdB ,se anuleaz nainte ca faza s devin180!, deci aplificatorul cu reacie cu amplificarea n bucl deschis( ) ( ) AdBfdB dB11150 este stabil conformcriteriului enunat. Pentru( ) ( ) ( )1201222fdB T dB a dBfdB ,este pozitiv ( T21 > ) la frecvena la care[ ] T2180 ! i deci amplificatorul cu( ) A dB dB220 este instabil.Cazul cel mai defavorabil din punct de vedere al stabilitii este cel al reaciei totale ( Af 11), pentru carectigul buclei are valoarea maximT amax . Rezult c pentru a putea utiliza amplificatorul operaional ntr-o bucl de reacien care s fie necondiionat stabil este necesar corectarea dependenei de frecven a amplificrii n bucl deschis,( ) a s .Aceasta se realizeaz practic cu ajutorul reelelor de corecie sau de compensare de frecven. Majoritatea retelelor de corecieurmresc obinerea unei pante maxime de -20 dB/decad pentruai a unei rezerve de faz de cel puin45!.Tehnicile decompensare a rspunsului n frecven urmresc modificarea caracteristicilor de amplitudine-faz ale amplificatoarelor astfel nctT< 1la frecvena la care faza( ) Tdevine180!. Modificarea caracteristicilor se realizeaz n general prin introducerea deDispozitive si circuite electronice 2 curspoli i zerouri n funcia de transfer i dup cum banda de frecven se obine mai mic sau mai mare dect era iniial, metodele decompensare se mpart n dou mari categorii:- corecii cu ngustarea benzii de frecven- corecii cu lrgirea benzii de frecvenPrimele pot fi aplicate ntotdeauna i constau n adugarea unui pol dominant (un pol la o frecven mult mai mic decturmtorii) n funcia de transfer. Deoarece caracteristica de faz dup compensare pornete de la frecvene mai sczute (este nurma caracteristicii iniiale) aceste metode sunt ntlnite sub numele de compensri cu ntrziere de faz. Dintre metodele culrgirea benzii de frecven amintim compensarea cu avans de faz i cuplaj nainte. Totui aceste corecii se vor putea aplicanumai n anumite condiii.3.Circuitul integrat temporizator E 5553.1 Schema bloc. Funcionare. Circuitul integrat E 555 este un circuit integrat monolitic bipolar care realizeaz temporizri sau oscilaii libere prinncrcarea i descrcarea controlat a unui condensator extern.Datorit modului de control al tensiunilordin reeaua extern de temporizare, prin comparatoare de bun calitate, precizian timp i temperatur i alimentare este foarte bun.Etajul final este astfel proiectat i realizat, nct suport cureni mari de ieire (pn la 200 mA). La o alimentarecorespunztoare de 5V, ieirea este compatibil cu nivele TTL. Gama de valori a tensiunii de alimentare se ntinde de la 4.5V la 18VPentru a descrie mai comod funcionarea circuitului integrat E 555 n figura de mai jos s-a prezentat o schem blocBlocul central de care depinde n mod esenial funcionarea circuitului E 555 este un circuit basculant bistabil, de tip RS, acrui ieire Qatac etajul final de ieire i tranzistorul prin care se realizeaz descrcarea capacitorului de temporizare, exteriorcircuitului.Etajul final de ieire este inversor.n starea de 0 logic a ieirii Q, la ieirea circuitului se obine 1 logic, evident la un nivel de putere mult mai ridicat.Tranzistorul intern de descrcare (Q16) este blocat. Atunci cnd Q este n starea 1 logic tensiunea de la ieire coboar pn aproape de potenialul masei, iar tranzistorul dedescrcare este pregtit s conduc un curent de colector important.Starea circuitului basculant se stabilete prin intermediul comenzilor care apar pe cele trei intrri, notate S,R i r peschema de mai sus. Tabela de adevr a acestui circuitbasculant este prezentat n figura de mai jos.INIIAL FINALS R r QN QN*10 0 0 QN QN0 1 0 QN 01 0 0 QN 1x x 1 QN 0Dispozitive si circuite electronice 2 cursFcnd R = 1, se comand aducerea lui Q n 0 logic, iar cu S=1 se comand aducerea lui Q n 1 logic. Starea carecorespunde lui S=0 simultan cu R=0 este inoperant; n aceast situaie circuitul basculant memoreaz starea avut iniial.Perechea de comenzi S=1 i R=1 este utilizat rar i conduce la poziionarea circuitului basculant n starea Q=1.n plus, starea circuitului basculant depinde i de o a treia intrare, r. Atunci cnd r=0, starea circuitului basculant rmnenemodificat; dac r=1 ieirea Q se foreaz n 0 logic, indiferent de comenzile existente pe intrrile R i S.Pentru a realiza r=0 este suficient s se lase intrarea ALO (aducere la zero)n aer sau s se conecteze la o tensiune maimare de 1V. Semnalul r devine 1 atunci cnd terminalul denumit ALO se conecteaza la mas (de fapt la o tensiune mai mic dect+0.4V)Intrrile R i S sunt comandate intern de ctre comparatoarele notate SUS i JOS din figura anterioar. Acestea compartensiunea aplicat lor din exterior pe una din intrri, cu nivelele de tensiune 0.66 V+ i respectiv 0.33 V+, unde V+ este tensiunea dealimentare a circuitului.innd cont de polaritile intrrilor comparatoarelor, se poate deduce urmtoarea funcionare (se utilizeaz o logicpozitiv)V V R Q OPRAGSUS > +0 66 1 .V V RPRAGSUS < +0 66 0 .i respectivV V SPRAGJOS > +0 33 0 .V V S QPRAGJOS < +0 33 1 1 .Parametri electrici precum i valorile limit absolut se gsesc n catalogul firmei IPRS Bneasa, precum i n anexeleacestei lucrri.3.2 Scheme fundamentale realizate cu E 5553.2.1.MonostabilCircuitul E 555 a fost astfel proiectat nct s poat fi adaptat uor unor scheme de monostabil. n figura de mai jos seprezint schema monostabilului , unde n interiorul liniei groase s-a desenat schema logic simplificat a circuituluiCondensatorul C se ncarc de la tensiunea de alimentare V+ prin rezistena R pn ce tensiunea la borne devine egal cu 0.66 V+,iar descrcarea se face prin tranzistorul intern de descrcare (deci cu vitez mult mai mare).Durata de temporizare TMeste egal cu timpul necesar condensatorului C s se ncarce de la 0 la0.66 V+T RCM 11 .OBSERVAIE: Pentru a evita "mascarea" temporizrii de ctre comand este recomandat utilizarea unui circuit derivator de laintrare care are rolul de a realiza un impuls scurt negativ de comand, ca n figura urmtoare:Dispozitive si circuite electronice 2 curs3.2.2 AstabilO a doua utilizare devenit clasic o constituie oscilatorul de relaxare )astabil) a crei schem i diagrame de funcionaresunt prezentate n figurile de mai josCondensatorul C se ncarc prin rezistenele RA,RB de la 0.33 V+ la 0.66 V+, iar prin RB i tranzistorul intern de descrcarese descarc ntre0.66 V+ I 0.33 V+( ) t R R CA B 12 + ln t R CB 22 ln ( ) T t t R R CA B + + 1 22 2 lnfactorul de umplere se definete ca fiind raportulFtTRR RRRBA BAB ++++1111111OBSERVAIE: Valorile care se pot obine pentru factorul de umplere cu schema de mai sus sunt cuprinse teoretic n gama0.51.Forma de und simetric( ) F 05 . apare numai pentru cazul idealRA 0. Se recomand ca n practic valoarearezistenei RA s nu coboare sub:RVmAA min +1curentul de 1mA fiind valoarea curentului suplimentar prin tranzistorul de descrcare n afara curentului de descrcare alcondensatorului care circul prinRB. Valorile maxime ale rezistenei ce pot fi folosite pentru aceasta schem de astabil sunt limitatede aceleai afecte (curenii de declanare la comparatoare) care au fost descrise la schema de monostabil.Dispozitive si circuite electronice 2 curs3.2.3 Circuit de ntrzierePentru regimul de funcionare ca circuit de ntrziere, la apariia semnalului de basculare, tensiunea de ieire nu-ischimb starea avut anterior, dar se pornete ns o temporizare dup care tensiunea de ieire i schimb starea. Schemaelectric i diagramele de funcionare sunt prezentate mai josntrzierea ce apare ntre momentul declanrii i momentul n care tensiunea de la ieire i schimb starea este dat de relaia: 11 , RCViteza de descrcare a condensatorului C depinde de capacitatea de conducie a tranzistorului T1. Practic, condensatorulC se descarc sub un curent constant egal cu curentul de colector al tranzistorului T1.Valoarea acestui curent este :IU URhdescIN BEIFE IdescDeoarece ctigul n curent al unui tranzistor (hFE) de mic putere descrete rapid la cureni mari de colector , atunci cndse doresc viteze mari de descrcare se vor folosi tranzistoare care i conserv ctigul la cureni relativ mari (zeci sute de mA), nacest scop se recomand utilizarea tranzistoarelor de tipul 2N2222.3.3 Alte circuite realizate cu E 5553.3.1 Astabil cu factor de umplere micPrintr-o uoar modificare a circuitului extern de temporizare se pot obine factori de umplere de valoare mic(sau mare) cuprini ntre 0.1 i 0.9. Cu ajutorul a dou diode D1 i D2 se separ cile de ncrcare i descrcare ale condensatoruluiC. ncrcarea are loc acum numai prin rezistena RA deoarece dioda D2 este blocat, iar dioda D1 conduce. n perioada dedescrcare dioda D1 este blocat, iar prin dioda D2 se se nchide curentul de descrcare al condensatorului C prin rezistena RB.Timpii de ncrcare respectiv de descrcare sunt date de relaiile de mai jos:t R CA 12 ln t R CB 22 ln ( ) T t t R R CA B + + 1 22 lnDispozitive si circuite electronice 2 cursiar factorul de umplere se calculeaz cu urmtoarea relaie: FRRABOBSERVAIE: 1 Pentru o funcionare corect se recomand ca valoarea rezistenei RB s nu scad sub valoarea de 3k.2.Valoarea maxim a constantei de timp utilizabil este limitat de faptul c mrirea condensatorului duce la utilizarea unor condensatoare electrolitice cu cureni mari de fug, care trebuie utilizai la cureni de cel puin zece ori mai mari ca curenii de fug precum i de faptul c mrirea rezistenei duce la micorarea curenilor, care devin comparabili cu curenii de polarizare a comparatoarelor interni, deci se impun nite valori maxime admisibile pentru condensatoare i rezistene3.Valoarea minim a constantei de timp este determinat de valorile minime admise pentru condensatoare i rezistene care se recomand 50pF i1k3.3.2 Astabil cu factor de umplere reglabilO alt aplicaie asemntoare se prezint n figura de mai jos , unde factorul de umplere se poate regla continuu cuajutorul poteniometrului P. se obin factori de umplere intre 0.1 i 0.9, perioada oscilaiei rmnnd constanta cu o eroare mic:Dispozitive si circuite electronice 2 curs3.3.3 Trigger Schmitt inversorFuncionarea circuitului integrat E 555 poate fi asimilat cu comportarea unui comparator cu histerezis (TriggerSchmitt), legnd mpreun intrrile PS i PS ale comparatoarelor interne i aplicndu-le o tensiune UIN. Cele dou praguri suntproporionale cu tensiunea de alimentare V+ (0.33 V+, respectiv 0.66V+) i pot fi ajustate din exterior prin intermediul terminaluluiCONTROLU VPL +13i U VPH +233.3.4 Trigger Schmitt cu praguri fixateDac se dorete un Trigger Schmitt ale crui praguri s fie independente de tensiunea de alimentare, dar alesedup dorin, se va utiliza schema de mai jos:U UP DZH1respectiv UU UPDZ DZL+1 223.3.5 Temporizator secvenialO alt aplicaie ar fi conectarea n cascad a dou monostabile realizate cu E 555. Conectarea ntre ele serealizeaz capacitiv printr-un condensator de cuplaj, iar un monostabil va fi declanat de cel anterior. Alegerea constantelor de timppentru fiecare monostabil se poate face independent, rezultnd un ir de temporizri diferite, dup cum se vede n figura de mai jos:Dispozitive si circuite electronice 2 curs3.3.6 Generator tren de impulsuriConectnd dou circuite astabile realizate cu E 555 n modul de pe figur, obinem un generator de ir deimpulsuri. Primul astabil comand pe terminalul ALO cel de-al doilea astabil (de frecven mai mare):Dispozitive si circuite electronice 2 curs3.3.7 Generator de tensiune liniar variabilDe foarte multe ori avem nevoie de un semnal de tensiune liniar variabil, semnal ce se poate obine cel maisimplu, prin ncrcarea cu curent constant a unui condensator. Din schema de astabil realizat cu E 555 se poate culege o tensiuneliniar variabil ce variaz ntre 0.33 V+ i 0.66 V+, ce apare pe condensatorul C de temporizare. Curentul constant se obine dingeneratorul de curent constant realizat cu tranzistorul TDescrcarea se face dup o lege exponenial .Utiliznd un tranzistor cu factor de amplificare mare se poate obine oliniaritate foarte bun a pantei pozitive. Pentru ca tranzistorul s nu intre niciodat n saturaie se va alege cderea de tensiune peREmai mic dect o treime din tensiunea de alimentare, deci o diod stabilizatoare de tensiune mai mic dect 0.33 V+3.3.8 Buton senzorial cuE 555Dispozitive si circuite electronice 2 curs3.3.9 Monostabil senzorial cu E 5554. Generatoare de semnale cu amplificatoare operaionale4.1 Generator de impulsuri dreptunghiulare (astabil)Reacia pozitiv asigurat de divizorul rezistiv format din rezistenele R1,R2 face ca tensiunea de ieire uO s ianumai valorile limit uOM, uOmvRR R u f uO O++ 11 2;RC dvdtv uO+ ; v uCDispozitive si circuite electronice 2 cursv U f UUeOMOmOMtRC

_,

1]11 1 ;iar pentrut T v fUOM 1;fU U f UUe T RCf UUfOM OMOmOMTRCOmOM

_,

1]1 1 11111lndac v fUOM amplificatorul operaional basculeaz, iar ieirea devineu UO Omdeoarecev v +>pentru t T v fUOm 2i n mod asemntor obinem T RCf UUfOMOm211n cazul obinuitU U V V V T TTRCffOM Om ++ 1 2211lnT RCff+211ln iar pentru cazul particular RRT RC211164 2 ,OBSERVAIE: Fronturile impulsurilor generate sunt dictate de viteza de variaie a tensiunii de ieire SR (slew rate) proprieamplificatorului operaional. Tensiunea diferenial de la intrare ia valori mari( ) u f U Uid OM Om t ce poate depitensiunea maxim admisibil pentru anumite tipuri de amplificatoare operaionale. n aceste cazuri trebuie folosit o schem deprotecie de genul ce apare n figurile urmtoare:a. n prima schem este necesar conectarea R>>R1,R2, ca rezistena de valoare sczut ce apare n paralel pe intraredup acionarea proteciei s nu influeneze caracteristicile montajului.Dispozitive si circuite electronice 2 cursb.Deoarece frecvena de oscilaie este influenat de nivelele limit ale tensiunii de ieire UOM i UOm i deci de sursele dealimentare, apare necesitatea limitrii semnalului generat cu ajutorul a dou diode stabilizatoare (Zener) montate ca n figura de maijos. Rezistena RZ determin curentul maxim prin diode Pentru acest circuit stabilitatea frecvenei depinde n primul rnd destabilitatea diodelor Zener i a celorlalte componente pasive i n foarte mic msur de tipul i performanele amplificatoruluioperaional.La frecvene foarte joase trebuie totui luat n considerare curentul de polarizare i nivelul zgomotului la intrareaamplificatorului.Simetria undei generate este dat de mperecherea celor dou diode Zener. Ea poate fi ajustat separnd cile de ncrcare i dedescrcare pentru condensatorul C, de exemplu cu dou generatoare de curent constantrealizate cu tranzistoare bipolare, ca nfigura urmtoare:n acest caz tensiunea de pe condensator este triunghiular i poate fi folosit ca atare.Dispozitive si circuite electronice 2 cursO variant mult mai simpl de generator de semnal dreptunghiular cu cile de ncrcare i descrcare separate se prezintn schema de mai jos:4.2 Generator de semnal dreptunghiular i triunghiularGeneratoare de semnale dreptunghiulare i triunghiulare se realizeaz de obicei cu ajutorul unui integrator i a unuicomparator (detector de prag), ca n figura urmtoare:Dispozitive si circuite electronice 2 cursDac se presupune n intervalul (0,T1)u U uRR UtRCUO OM O Om OM 112( ) vRR RU URR RtRCUOM Om OM 211 221 2++ +deoarece v uRR RuRR RO O 2 121 2211 2++++( ) vRR RRR UtRCU uRR RRR RU URR RtRCUOm OM O OM Om OM 221 212211 211 221 2++

_, +++ +dact T 1( ) vRR RU URR R T URCT RCUURROM OmOM OmOM211 221 21 1120 1+ + +

_,

dup basculare u URR UtRCUO Om OM Om 212 deoarece u uRRO O 1 212 de unde rezult n mod similar: T RCUURROMOm2121

_, iar T T T +1 2n caz n care avem U U V V V T RC RROM Om + 212de unde fTRR RC 1 12214.3 Generator de semnale n dini de ferstru4.3 Generator de tensiune liniar variabil declanatLa un impuls pozitiv uO2 devine egal cu valoarea UO2m dup care ncepe cursa direct (adic condensatorul C se ncarc dup cumeste reprezentat n figur) la sfritul cruia comparatorul (Trigger Schmitt) basculeazuO2 devine UO2M i ncepe cursa invers(condensatorul se descarc) la sfritul cruia Triggerul Schmitt nu mai basculeaz datorit diodei D2 care devine blocat fiindpolarizat invers iar circuitul devine pregtit pentru o nou basculalare (impuls pozitiv):Dispozitive si circuite electronice 2 curs4.5 Convertor tensiune-frecvenuRRuRR u uO IN IN I 133331 +

_, pentru TEC-J blocatuRR u uO IN I 133 pentru TEC-J saturat( )( )T TRCuRR RU U fu R RRC RVOOH OLIN1 2111 21 214 + +unde s-a presupus V V V U UOH OL + + deoarece curentul de ncrcare/descrcare pentru C va fit uRO14.6. Generator de funcii cu reglaje independente cu E 555 i amplificator operaionalCondensatorul C se ncarc prin generatorul de curent constant realizat cu T1 i se descarc prin generatorul de curentconstant realizat cu T2. Pe perioada de ncrcare T2 este blocat, deoarece i tranzistorul intern de descrcare este blocat.Amplificatorul operaional are rolul de a izola condensatorul C de curenii de polarizare ai E 555 i lucreaz n configuraie repetor.4.7 Circuit multiplicator de capacitatePentru a obine durate de temporizare mari sunt posibile dou ci:-mrirea rezistenei din reeaua extern de temporizare este o soluie limitat de curenii de polarizare ai comparatoarelor din E555, imchiar dac se pot obine funcionari stabile, rezistenele de valori mari (>10M) sunt scumpe, imprecise i dificil de procurat- mrirea valorii condensatorului de temporizare, soluie ce duce la utilizarea condensatoarelor electrolitice, ce sunt puin fiabile inepreciseDispozitive si circuite electronice 2 cursSe poate ns mri valoarea aparent a condensatorului cu ajutorul unui circuit electronic de multiplicare.Un astfel decircuit este reprezentat n figura de mai jos:Determinarea expresiei impedanei care se vede ntre borna de ieire i mas se realizeaz aplicnd n ieire un generatorde curent de test ix i calculnd tensiunea ux care se obine. Impedana rezult ca raportul ux/ix.Presupunnd c amplificatoruloperaional este ideal, curentul ix va da natere la doi cureni , notai i1 i i2 pe figur.iu uRx22i iu uRx11Relaiile sunt valabile considernd c prin braul rezistiv R2 care leag intrarea inversoare de ieire nu circul nici un curent. n cazulreal aici va circula numai curentul de polarizare al intrrii inversoare.Raportul celor doi cureni este deci:iiRR2112ConsiderndR R1 2 Astfel rezult pentru circuitul din figur: ( ) uRRuuUuURRu f uOOyyTTOyy

_,

_, + expexp11dac se dezvolt n serie funcia, obinem:( ) fuuUuUuUuUuUTTT T T

_,

_, +

_,

_, +

_, expexp111412412403 5itensiunea de ieire devine:( ) uRR Uu uOOy Ty +21 Aplicaii ale multiplicatoarelor analogicecircuit de nmulirecircuit de ridicare la ptrat:circuit de mprire:Dispozitive si circuite electronice 2 curscircuit pentru extragerea rdcinii ptrate:circuit pentru ridicare la o putere variabilcircuit pentru calculul valorii medii ptratice:7 Amplificatoare Norton7.1 Introducere.Descriere generalO alt categorie de amplificatoare integrate ce permit utilizri asemntoare cu ale amplificatoarelor operaionale, oconstituie amplificatoarele Norton (AN).Ca i amplificatoarele operaionale, ele dau la ieire o tensiune proporional cu diferena a dou semnale aplicate la cele douintrri; spre deosebire de amplificatoare operaionele, semnalele lor de intrare sunt ns cureni, nu tensiuni. Amplificatoarele Nortonsunt deci amplificatoare transrezisten, deoarece factorul de proporionalitate dintre semnalul diferenial de intrare - curent - isemnalul de ieire - tensiune - are dimensiunile unei rezistenerF. Cu toate acestea ele sunt foarte mult utilizate ca amplificatoarede tensiune, scop n care tensiunile care trebuie amplificate sunt nti convertite n cureni, lucru care se realizeaz dealtfel pur isimplu prin nserierea unor rezistene. O alt deosebire importanta const n faptul c amplificatoarele Norton se alimenteaz de la osingur surs, pozitiv i au o born de mas.n figura de mai jos este prezentat simbolul grafic (geometric) al amplificatoruluiNorton mpreun cu denumirea bornelor icaracteristica static de transfer curent diferenial de intrare tensiune de ieire. Analog cu amplificatoarele operaionale cei doicureni de intrare ai amplificatoarelor Norton comand tensiunea de ieire nu fiecare n parte ci prin diferena lori i+ .Valorile tipice ale curenilor de intrarei+ii sunt cuprinse ntre 10 i 50 A, iar diferena lor (curentul de polarizare dela intrare ) este de 30 nA, n regiunea liniar de funcionare. Tensiunea uzual de funcionare este de +15 V.Circuitul integrat M 3900 produs de IPRS Bneasa conine patru amplificatoare Norton independente, avnd cte douintrri fiecare, proiectate s lucreze cu o singur surs de alimentare.Configuraia terminalelor este artat n continuareDispozitive si circuite electronice 2 curs7.2 Configuraii de circuite liniare cu ANCa i n cazul amplificatoarelor operaionale, n scopul atenurii neajunsurilor AN, toate circuitele liniare cu AN suntcircuite cu reacie negativ. De asemenea, la fel cu amplificatoarele operaionale, modul cel mai simplu i mai des ntlnit derealizare a reaciei negative const n conectarea unei rezistene ntre ieire i intrarea inversoare. Corespunztor relaiei analoagede la amplificatoarele operaionale aici este valabil relaia:i i+ Cei doi cureni de intrare sunt egali ntre ei i ambii pozitivi. Tensiunea fiecrei intrri fa de mas este egala cu aproximativ 0.6V,fiind tensiunea de polarizare direct a jonciunii baz-emitor a tranzistoarelor npn de la intrrile AN. ntr-o prim aproximaie seobinuiete s se considere totuiv 0 i v+ 0Ca i la amplificatoarele operaionale sunt posibile dou conexiuni liniare de baz ale structurii cu AN i reacie negativ:conexiunea inversoare i conexiunea neinversoare.n forma cea mai simpl imaginabil, conexiunea neinversoare se prezint pefigura de mai jos:ntruct considerm cazul obinuit, n care semnalul aplicat este o tensiune, iar AN necesit la fiecare intrare un curent,ntre sursa aplicat i intrarea respectiv se nseriaz o rezisten, care face conversia tensiune-curent. Astfel conexiuneaneinversoare prezentat mai sus funcioneaz numai pentru tensiuni de intrare pozitive mai mari de 0.6V.7.3 Aplicaii M 3900Amplificatoarele Norton se folosesc mai frecvent la realizarea urmtoarelor circuite liniare:-amplificatoare de tensiune alternativ-filtre active RC-amplificatoare de tensiune continu-convertoare tensiune continu-curent continuuEle permit ns realizarea a nenumrate alte circuite utile n aplicaii, att liniare ct i neliniare sau de comutaie.7.3.1 Amplificator de tensiune alternativn figura de mai jos este artat o aplicaie tipic de amplificator inversor de tensiune alternativ realizat cu AN de tipul M 3900.Dispozitive si circuite electronice 2 cursRezistena R3 legat ntre sursa de alimentare i intrarea neinversoare asigur polarizarea AN. Ca urmare valoarea static atensiunii de ieire (valoarea ei n absena excitaiei ui ) este:U R GVo +2 3A R Gu 2 1R Rrare int1u U A uO O u i +7.3.2 Amplificator neinversor de tensiune alternativn figura de mai jos este artat schema tipic de amplificator neinversor de tensiune alternativ realizat tot cu AN de tipulM 3900. Expresia amplificrii aici este:ARR rud+21unde rd este rezistena diferenial de intrare n etajul oglind de curent aflat la intrarea neinversoare a AN i are valoarearId0 0263.8.Circuite PLLCircuitele PLL (Phase Locked Loop) sau buclele cu calare pe faz prelucreaz semnale alternative, avnd largi aplicaii ntelemetrie, telecomunicaii.Se utilizeaz ca demodulatoare pentru semnale modulate n frecven (MF), n sinteza frecvenelor, lasincronizarea n transmiterea datelor, codarea i decodarea telemetric, stabilizarea frecvenelor, filtrarea zgomotelor, etc.8.1 Principiul calrii pe fazBucla PLL poate fi privit ca un sistem de reglaj automat al frecvenei f2 a unui semnal generat de un oscilator, cum sevede pe figura de mai jos:Aceast frecven trebuie s rmn egal cu valoarea prescris f1, indiferent de perturbaiile p care acioneazn sistem: zgomoteexterne, variaia parametrilor generatorului sub influena temperaturii sau a tensiunii de alimentare, etc. Orice modificare a frecveneif2 fa de frecvena f1 este transmis prin reacia negativ la intrare. Eroareae f f 1 2 furnizat de elementul de comparaieeste prelucrata dup o anumit lege f2(e), pn la atingerea frecvenei dorite f1. n acest moment se spune c sistemul "a captat"frecvena f1 , sau "s-a prins" pa aceast frecven. Mai mult, captarea frecven. Mai mult, captarea frecvenei f1 este nsoit desincronizarea celor dou semnale, cel generat n bucl i cel aplicat la intrare. n momentul atingerii regimului staionar caracterizatdef f2 1 , defazajul ntre cele dou semnale rmne constant, adic semnalale sunt calate pe faz.Pentru a realiza un circuit PLL este nevoie deci de un element de comparaie pentru frecvenele celor dou semnale (deintrare i de ieire) i de un oscilator comandat, capabil s-i modifice frecvena n funcie de semnalul de eroare furnizat decomparator. n circuitele integrate monolitice se utilizeaz urmtorul principiu:a.compararea frecvenelorMultiplicnd dou semnale sinusoidales U t1 1 1 sini( ) s U t2 2 2 + sin semnalul rezultat conine douarmonici, de frecvenf f1 2+if f1 2 :( )[ ]( )[ ] { }s s U U t t1 2 1 2 1 2 1 212 + + cos cos Dispozitive si circuite electronice 2 cursn cazul c f1 i f2 sunt suficient de apropiate, frecvena celor dou armonici sunt destul de ndeprtate:f f f f fT 1 2 1 2 < < +astfel c armonica util avnd frecvenae f f 1 2 poate fi uor separat de un filtru trece-jos (FTJ) cu banda de trecere fT. Caurmare compararea a dou frecvene poate fi realizat cu un circuit multtiplicator urmat de un filtru trece-jos (FTJ) ca n figur:Acelai raionament este valabil atunci cnd unul sau ambele semnale sunt dreptunghiulare. Produsul lor conine o armonic dejoas frecven egal cu diferena frecvenelor fundamentale. Filtrul trece-jos avnd rspunsul la frecven( ) F jva reinenumai armonica de joas frecven, iar semnalul de ieire va avea forma:()( ) ( )[ ]u t K U U F j tO 1 2 1 2 1 2cosunde K reprezint coeficientul de scar al multiplicatorului. Tensiunea de ieire din filtru se numete semnal de eroare, deoarececonine informaii n legtur cu eroarea dintre frecvenele celor dou semnale.Observaie. Dac cele dou frecvene sunt prea ndeprtatee f f fT >1 2 ,( ) F j 1 20 informaia asupra erorii se pierde, deoarece armonica este suprimat complet de FTJ, semnalul de ieire rezultnd de valoareneglijabil. n cazul frecvenelor suficient de apropiate, semnalul de ieire acioneaz asupra oscilatorului, modificndu-i frecvena f2,pn la sincronism, cndf f1 2 i cons t tan . Din acest moment semnalul de eroare rmne constantu K U U F K KO O D D 1 2cos cos sinn expresia de mai sus s-a notat:FOctigul static al FTJ (pentru frecven nul) eroarea de faz, adic defazajul invariant n timp ntre semnale, n careeste inclus i defazajul introdus de FTJ 2unghiul de eroare de faz considerat fa de referina 2K K U U FD O 1 2sensibilitatea comparatorului de fazObservaie. SensibilitateaKDreprezint panta caracteristicii( ) uO pentru variaii mici ale unghiului de eroare, cndu KO D b generarea frecvenei de ieire f2Generatorul semnalului s2 este un oscilator comandat n tensiune (OCT) (voltage controlled oscilator-VCO), comandat dectre semnalul de eroare uO. Pentru uO=0 oscilatorul oscileaz cu frecvena oscilaiilor liberefoscosc 2. Apariia semnalului deeroare (uO. nenul) produce variaii liniare ale pulsaiei semnalului s2 n jurul pulsaiei libere, pn la anularea erorii 1 2 , atuncicnd 2 +osc O OK u . n expresia de mai susKO reprezint sensibilitatea oscilatorului comandat n tensiune.Schema bloc a circuitului PLL astfel conceput este prezentat n figura de mai jos:Circuitul este neliniar, dificil de analizat pentru cazul general.Dispozitive si circuite electronice 2 curs8.2 Bucla PLL n regim staionar sincronn cazul n care f1 este suficient de apropiat de frecvena liber fosc reacia negativ permite captarea frecvenei f1 laieire, adic modificarea frecvenei OCT pn la valoarea f2=f1. Circuitul sincronizat pe frecvena prescris va fi caracterizat simultande relaiile anterioare, adic: 1 2 +osc O DK K cosSe poate observa astfel c la sincronism defazajul ntre semnalele s1,s2 este constant, iarcos 1 1 2 oscO D AK K KundeK K KA D Oeste ctigul static n buclDefazajul depinde deci de distana pulsaiei de referin fa de pulsaia liber a OCT i de amplitudinea U1 i U2 alesemnalelor (prin KD). De obicei circuitele PLL integrate au U2=constant, iar U1 este limitat la o anumit valoare Ulim , indiferent de demrimea real a amplitudinii semnalului exterior, mai mare ca aceast limit. Schimbarea frecvenei la intrare este sesizat de ctreuO care comand modificarea frecvenei OCT, pn la stabilirea egalitiif f fosc 1 2 . Defazajul semnalelor s1 , s2 se modificn mod corespunztor, ndeprtndu-se fa de valoarea central 2. Posibilitatea mririi distanei ntre f1 i fosc este limitat decondiia realizrii unui defazajcuprins ntre 0 i , limite n interiorul crora uO variaz monoton, n concordan cu modificrilefrecveneif fosc 1 n momentul n care defazajul depete una dintre aceste limite, uO scade n valoare absolut i nu mai poate furnizanivelul cerut de OCT pentru a urmri variaia frecvenei f1. Sistemul se desprinde din sincronism, uO devine nul, iar frecvena OCTdevine egal cu fosc indiferent de f1, care nu mai poate fi urmrit.Pentru a se putea caracteriza posibilitatea urmririi frecvenei f1 de ctre bucla PLL aflat la sincronism, se definete:-banda de urmrire BU, ca fiind domeniul frecvenelor n jurul frecvenei centrale fosc , n care sistemul PLL poate meninesincronismul cu semnalul de intrare. Valoarea benzii de urmrire este dat de valoarea maxim a expresiei anterioare, adic condiiacos 1, pentruf fU 1 :B f f K KKU U osc O DA 21 Dispozitive si circuite electronice 2 curs8.3 Captarea frecvenei semnalului de intraren cazul n care f1 difer mult de fosc armonicele de la ieirea multiplicatorului sunt suprimate n ntregime de FTJ, iartensiunea de eroare uo este nul, OCT oscilnd pe frecvena proprie fosc.Pentru a putea intra n sincronism, ar trebui ca generatorul s poata oscila pe frecvenaf f1 2 . Pentru aceasta el arenevoie de o tensiune de comand conform relaiei:uKOOOCT 1 2avnd valori cu att mai mari cu ct 1 este mai ndeprtat de osc. Aceast tensiune trebuie s fie furnizat de FTJ, care conformrelaiei anterioare poate da la ieire tensiunea:( ) ( ) ( ) u K F j tO D osc osc 1 1coscu att mai mic cu ct 1 difer mai mult de osc. Micorarea distanei 1-osc permite atingerea limitei pentru care uO=uOCT, adicpentru care bucla PLL se poate prinde pe frecvena f1.n acest sens se definete-banda de captur BC, ca fiind domeniul frecvenelor n jurul frecvenei centrale fosc pentru care bucla PLL poateintra n sincronism cu semnalul de intrare.Neliniaritatea sistemului nu permite calculul exact al benzii de captur.Valori acoperitoarepot fi date de condiiau uOM OOCT , pentruf f1 2 , adic( ) ( ) ( ) c oscOD c oscKK F j 1 de unde rezult( ) ( ) B f f K K F j B F jC c osc O D c U c 21 unde s-a notat c c oscf f 2 .se observ c spre deosebirede banda de urmrire banda de captur depinde de caracteristica de frecven a filtrului, detipul i parametrii si. Ea se reduce odat cu ngustarea benzii de trecere a filtrului. De obicei, modulul rspunsului la frecven estesubunitar pentru pulsaia c, ca urmareB BC U