Circuite neliniare cu amplificatoare operaționale

CIRCUITE NELINIARE CU AMPLIFICATOARE OPERATIONALE

1. Introducere

Prin circuite neliniare se înteleg circuitele care au, în functia de transfer, o neliniaritate utila în procesul de prelucrare a semnalului. Practic toate circuitele electronice prezinta fenomene de neli¬niaritate, prin circuite liniare întelegând acele circuite care sunt utilizate pe o portiune liniara a caracteristicii lor.

Operatiile neliniare efectuate asupra semnalelor analogice sunt necesare în instrumentatie, sisteme de control etc. Aceste opera¬tii cuprind redresarea, modularea, demodularea, înmultirea, împarti¬rea etc.

Dintre aplicatiile amplificatoarelor operationale în realizarea de circuite neliniare se mentioneaza:

comparatorul de tensiune;

comparatorul de tensiune cu histerezis;

- amplificatoare logaritmice;

redresoare de precizie;

transformatorul functional .

Comparatorul cu histerezis are o caracteristica de transfer neliniara cu memorie. Astfel de caracteristici se obtin cu ajuto¬rul amplificatoarelor cu reactie pozitiva.

Figura 1. Comparator cu histerezis cu inversare

Functie de borna de intrare la care se aplica semnalul, se pot obtine doua tipuri de comparatoare: comparatorul cu histerezis fara inversare; comparatorul cu histerezis cu inversare.

Comparatorul cu histerezis cu inversare se obtine daca tensiunea de intrare se aplica la intrarea inversoare a amplificatorului de baza, iar o fractiune din tensiunea de iesire se aplica la intra¬rea neinversoare.

Tensiunea de intrare diferentiala Ud=U+ U este o functie liniara de tensiunea de intrare Ui si de tensiunea de iesire Uo, aspect ce poate fi dedus si din teorema de tensiuni a lui Kirchhoff scrisa pentru ochiul de intrare. În planul caracteristicii de transfer a comparatorului de baza (Uo,Ud), se obtine ecuatia unei drepte (D).

Figura 2. Determinarea punctului de functionare pe caracteristica de transfer a amplificatorului

Presupunem ca dreapta (d) intersecteaza caracteristica de transfer în trei puncte A, B, C. Daca punctul de functionare se afla în A, la o mica scadere a tensiunii de intrare tensiunea diferentiala creste (rel. 1), determinând cresterea tensiunii de iesire. Prin intermediul reactiei pozitive introdusa de divizorul rezistiv R1, R2, tensiunea diferentiala creste si prin intermediul cresterii tensiunii de iesire. Are loc un proces cumulativ având ca rezultat deplasarea punctu¬lui de functionare din punctul A în punctul B. Tensiunea de iesire atinge valoarea Uomax de saturatie si prin divizorul rezistiv mentine tensiunea diferentiala la o valoare pozitiva.

Deci punctele de pe portiunea MN a caracteristicii de transfer nu sunt stabile. Procesele sunt simi¬lare la stabilirea punctului de functionare în C. Rezulta deci ca tensiunea de iesire nu poate lua decât doua valori Uomax si Uomin.

Prin schimbarea valorii tensiunii de intrare Ui,dreapta (D) se deplaseaza paralel cu ea însasi si în afara plajei de valori (Ui ' ,Ui ''), unde intersecteaza caracteristica de transfer într un singur punct, valorile la iesire sunt Uomax, respectiv Uomin. Valorile de prag Up+, Up- se pot obtine prin intersectarea axei Ud cu tangentele duse în punctele M si N si paralele cu dreapta (D).

Întrucât amplificarea diferentiala pe portiunea NAM a caracteristicii de transfer este mare, zona NAM se confunda practic cu axa verticala Uo, tensiunile de prag, care marcheaza schimbarile de stare la iesire, depind exclusiv de valorile de saturatie ale tensiunii de iesire.

Up+ = Uomax*R1 / (R1+R2) ; Up- = Uomin*R1 / (R1+R2)

Durata tranzitiilor la iesire este determinata numai de parametrii comparatorului si nu depinde de viteza de variatie a tensiunii de intrare Ui. Comparatorul cu histerezis realizat cu un amplificator diferential este denumit si circuit basculant (trigger) Schmitt. Un astfel de circuit se utilizeaza la obtinerea de impulsuri dreptunghiulare din semnale sinusoidale, în general ca formator de semnale dreptunghiulare.