Amplificatorul Operațional

Notiuni teoretice: AMPLIFICATORUL OPERATIONAL

1. Introducere

Termenul “operational” este în general folosit în ultimul timp pentru a descrie un amplificator de tensiune cu câstig mare, în mod particular unul în forma de circuit integrat (CI) sau modular; numele este extins din utilizarea acestor amplificatoare în operatiile de calcul analogic (calculatoare analogice). Caracteristicile amplificatoarelor operationale permit sa facem urmatoarele presupuneri (aproximatii) pentru majoritatea circuitelor practice:

- câstigul de tensiune în bucla deschisa A0: infinit (tipic el este de ordinul 2*105);

- impedanta de intrare infinita(tipica de <2M©);

- impedanta de intrare nula (tipica de <75©).

Valorile parametrilor enumerate mai sus se refera la popularul circuit integrat operational CI-tip 741, care este utilizat în nenumarate aplicatii (fig.l(a)-(j)).

Majoritatea amplificatoarelor operationale CI folosesc tranzistori bipolari. Unele folosesc la intrare si chiar în schema generala tranzistoare JFET sau MOSFET. În continuare vom discuta unele proprietati si performante doar pentru cele cu tranzistoare bipolare.

Terminalele de intrare (intrarea inversoare si neinversoare) sunt cuplate la baza unui tranzistor care este capabil sa conduca (absoarba) un foarte mic curent de polarizare când amplificatorul este în functie. Curentul de polarizare la intrare pentru CI - 741 este în jur de 100nA, în mod ideal, ar trebui ca ambele intrari sa “vada” aceeasi rezistenta la masa, altfel apare o tensiune de intrare de “offset”, care este amplificata de circuitul integrat.

Diferenta în curentii de intrare între cele doua intrari se numeste “curent de offset la intrare” si are pentru CI- 741 o valoare tipica de 20nA.

Este de asemenea important de notat ca exista si o modificare cu temperatura “curentului de offset la intrare”, care de asemenea este foarte importanta; driftul curentului de offset tipic pentru CI - 741 auto de 1nA/0C si poate produce o tensiune de drift la iesire.

2. Utilizarea amplificatoarelor operationale.

În fig. 1(a)-(1) se prezinta schemele de principiu pentru câteva din multiplele aplicatii ale circuitelor operationale. Aceste aplicatii se bazeaza în primul rând pe proprietatile generale ale amplificatorului operational (descrise mai sus) si sunt realizate aplicând montajele de baza ale CI - operational de: amplificator-ne-inversor (fig 1(a)) amplificator-inversor (flg.1(c)) si repetor de tensiune (fig. 1(b)).

Amplificarea mare în bucla deschisa caracteristica amplificatoarelor operationale integrate permite exploatarea lor în regim cu factor de reactie negativa mare conducând astfel la obtinerea unor performante ridicate. Introducând în bucla de reactie negativa diverse circuite cu “caracteristica de transfer dorita” se pot imagina o serie de circuite speciale. (flg.1(d)-(1)).

Ca tensiuni de alimentare CI - operationale lucreaza în domeniul ±3V pâna la ±18V, în cazul alimentarii cu sursa dubla sau 6V-36V la alimentare cu o singura sursa

Circuit integrator

Operatia analogica de integrare se poate realiza utilizând o varianta de amplificator inversor in care rezistenta de reactie este înlocuita cu un capacitor (fig.2).In aceasta situatie tensiunea de iesire este data de relatia : .

Caracteristica amplitudine frecventa a unui circuit de integrare ideal este o dreapta cu panta cazatoare de –20dB/decada;caracteristica reala difera de cea ideala numai la extremitatile benzi de frecventa :la joasa frecventa,datorita amplificari finite in bucla deschisa a amplificatorului operational iar la frecvente înalte datorita benzi finite a amplificatorului .Pentru reducerea erorilor de curent continuu este necesara egalizarea rezistentelor asociate celor doua intrari si realizarea unui reglaj initial in scopul minimizari tensiuni de iesire de decalaj .Deoarece câstigul la joasa frecventa este foarte mare este necesara utilizarea unei metode de restabilire a condiilor initiale adica a valori initiale a tensiuni la bornele condensatorului .