Amplificatorul operațional

1.Obiectul aplicatiei

Se defineste notiunea de amplificator operational (AO) si se descriu modele echivalente de AO ideal si de AO real.Se enumera parametrii specifici AO real.Se demonstreaza relatiile matematice ale amplificarii in tensiune si/sau ale tensiunii de desire pentru configuratiile de baza realizate de AO ideal.Pe montajul experimental din laborator,realizat cu AO tip βA 741,se studiaza practic unele dintre configuratiile de baza si se traseaza caracteristica amplitudine-frecventa.Se simuleaza programul PSpice toate configuratiile de baza si se compara rezultatele obtinute prin simulare cu formulele de calcul demonstrate si cu rezultatele experimentale.

2.Introducere teoretica

Definitie,modele echivalente si parametrii ai AO

Amplificatorul operational este un amplificator de curent continuu cu performante deosebite:amplificare proprie in bucla a foarte mare, rezistenta de intrare Ri foarte mare si rezistenta de iesire R0 foarte mica. Astfel,el se apropie de notiunea de amplificator ideal de tensiune, reprezentat de AO ideal care are a→∞, Ri→β, R0→0.

AO real are o structura interna complexa,fiind alcatuit din mai multe etaje de amplificare cu reactie.AO este realizat industrial sub forma unui circuit integrat monolithic.

In fig.5.1. este prezentat simbolul AO (fig.5.1.a),un model de AO ce tine cont de amplificarea in bucla deschisa a finita (fig.5.1.b) si un model in care a,Ri si R0 sunt finite (fig.5.1.c). In fig.5.1.a se folosesc urmatoarele notatii specifice AO: -potentialul bornei pozotitive (neinversoare), -potentialul bornei negative (inversoare), -

tensiunea de intrare diferentiala, -tensiunea de iesire, -curentul de intrare (polarizare) al bornei neinversoare, si -cele doua tensiuni de alimentare diferentiale ale AO.

fig.5.1. Simbol si modele de AO

a)simbol AO; b) model de AO ideal a→∞,Ri→∞ si R0→0;

c)model de AO cu a, Ri si R0 finite

Parametrii de baza ai unui AO sunt:

• amplificarea in bucla deschisa proprie AO,notata a(ideal a→∞; real , ia valori de ordinul );

• rezistenta de intrarare,notata Ri (ideal Ri→∞,real Ri ia valori de ordinul );

• rezistenta de iesire notata cu R0 (ideal R0→0;real,R0 ia valori de ordinul );

• curentul de polarizare,notat IP (se calculeaza dupa formula );

• curentul de decalaj(offset)de la intrare (se calculeaza dupa formula );

• tensiunea de decalaj (offset) de la intrare, notata cu Uoff,definita ca valoarea tensiunii unui generator de tensiune continuu conectat la una dintre bornele de intrare ale AO(cealalta borna trebuie conectata la masa) pentru ca tensiunea de iesire U0=0.Ideal, Uoff=0 iar real Uoff este de ordinul mVsau mai mic;

• slew-rate,notat SR, definit ca viteza maxima de variatie a tensiunii de iesire cand la intrare se aplica un semnal de tip treapta unitate: ;