Circuite Liniare cu Amplificatoare Operaționale

CIRCUITE LINIARE CU AMPLIFICATOARE OPERATIONALE

1. AMPLIFICATOARE OPERATIONALE (AO)

Cele mai raspândite circuite integrate liniare sunt amplificatoarele. Amplificatoarele electronice se caracterizeaza printr-o relatie liniara între marimea de iesire si marimea de intrare.

Daca ambele marimi, cea de iesire si cea de intrare, sunt tensiuni, factorul de transfer este amplificarea în tensiune, si se numesc amplificatoare de tensiune.

Cele mai raspândite amplificatoare de tensiune integrate sunt amplificatoarele operationale. Denumirea de “operational” provine de la faptul ca initial s au folosit pentru realizarea analogica a unor operatii matematice ca adunarea, scaderea, integrarea, derivarea etc.

Circuitele cu amplificatoare operationale realizeaza, în general, prelucrari liniare simple cu semnale analogice cum sunt: înmultirea cu o constanta (amplificarea), adunarea, scaderea, integrarea, derivarea etc.

Amplificatoarele operationale sunt amplificatoare cu câstig mare în tensiune, folosite de obicei în configuratii cu reactie.

Un amplificator operational are intrarea diferentiala, adica doua borne de intrare, si o singura iesire. Intrarea notata cu ( ) se numeste intrare inversoare, pentru ca tensiunea de iesire este în antifaza cu tensiunea aplicata la aceasta borna, daca nu exista semnal pe cealalta intrare; intrarea notata cu (+) se numeste intrare neinversoare, tensiunea de iesire fiind în faza cu tensiunea aplicata pe aceasta intrare.

În general, un amplificator operational se alimenteaza de la doua surse de alimentare simetrice, una pozitiva si una negativa în raport cu masa sursei de semnal; aceste tensiuni de alimentare nu se reprezinta în schemele bloc.

Fig. 1. Simbolul unui amplificator operational.

2. PROPRIETATILE AMPLIFICATOARELOR OPERATIONALE

Un amplificator operational ideal are urmatorii parametri:

amplificarea în tensiune, în bucla deschisa, infinita;

impedanta de intrare infinita;

impedanta de iesire zero;

banda de frecventa infinita;

caracteristica de transfer liniara si simetrica.

Amplificatoarele operationale reale difera de cele ideale. Principalele diferente sunt:

limitarea benzii de frecventa a semnalelor ce pot fi amplificate;

rezistenta de intrare finita;

rezistenta de iesire diferita de zero;

exista o limita inferioara a semnalului de intrare ce poate fi sesizat la iesire;

- curenti de polarizare diferiti de zero;

- existenta unei tensiuni reziduale la iesirea amplificatorului fara ca la intrare sa fie tensiune.

Pentru definirea acestor abateri de la modelul ideal si a consecintelor ce rezulta, se definesc urmatorii parametri:

1. Curentul de polarizare de intrare Ib, ca fiind valoarea medie a celor doi curenti de intrare Ib1 si Ib2, când tensiunea de intrare este zero, Ib=(Ib1+Ib2)/2.

Curentii de polarizare au valori de 10 100 nA pentru etajele diferentiale de intrare care folosesc tranzistoare bipolare si 1 10 pA în cazul utilizarii unor tranzistoare cu efect de câmp.

Curentii de polarizare produc, în anumite configuratii, caderi de tensiune nedorite pe rezistentele retelei de reactie ceea ce determina aparitia unei tensiuni de iesire diferita de zero, în conditiile în care tensiunea de intrare este zero.

2. Curentul de intrare de decalaj Iio este egal cu diferenta dintre curentii de polarizare, când tensiunea de iesire este zero: Iio = Ib1 Ib2.

3. Tensiunea de intrare de decalaj Uio este tensiunea ce trebuie aplicata pe una din intrari, când cealalta este la masa, pentru a aduce tensiunea de iesire la zero.

Valori tipice pentru tensiunea de intrare de decalaj sunt cuprinse între 0.3 7.5 mV pentru tranzistoare bipolare si între 1 10 mV pentru etaje de intrare cu TEC uri. Tensiunea de intrare de decalaj este cunoscuta si sub denumirea de tensiune de offset.

4. Impedanta de intrare, definita ca raportul dintre variatia tensiunii de intrare si variatia corespunzatoare a curentului prin una din intrari, când cealalta este la masa.

Rezulta existenta a doua impedante de intrare, una pentru intrarea inversoare Z si una pentru intrarea neinversoare Z+.

Valorile tipice pentru impedanta de intrare sunt cuprinse între 100 Kohmi si 30 Mohmi.

Parametrii definiti pâna acum depind, în primul rând, de etajul diferential de intrare, iar cerintele de a atinge valoarea ideala nu sunt aceleasi pentru toti parametrii.

5. Impedanta de iesire Zo este raportul dintre valoarea tensiunii de iesire si variatia corespunzatoare a curentului de iesire. Are valori cuprinse între 0.75 si 1000 Ohmi.

6. Câstigul diferential în bucla deschisa (a) reprezinta raportul dintre variatia tensiunii de iesire si variatia tensiunii de intrare diferentiale. Are valori cuprinse între 10000 si 1000000.