CIRCUITE ELEMENTARE CU AMPLIFICATOARE OPERAȚIONALE

Transcript

1 LUCAEA nr. CICUITE ELEMENTAE CU AMPLIFICATOAE OPEAȚIONALE Scopul lucrării: Se sudiază câeva dinre circuiele elemenare ce se po realiza cu amplificaoare operaţionale (), în care acesea sun considerae ca elemene de circui caracerizae prin paramerii de caalog, saici și dinamici.. Amplificaorul inversor Amplificaorul inversor are schema din figura.. 3 Fig.. Amplificaorul inversor Penru un ideal amplificarea de ensiune ese daă de relația: A u (.) elația ese valabilă penru valori mici ale amplificării de ensiune. Penru valori mari ale amplificării de ensiune, eroarea inrodusă în calcul de valoarea finiă a amplificării în buclă deschisă a amplificaorului operaţional, A 0, devine imporană, relaţia (.) fiind înlocuiă de relaţia : A u (.) A0 Amplificarea de ensiune cu buclă închisă ese influențaă și de valoarea limiaă a produsului amplificare-bandă a lui precum și de rezisențele de inrare și de ieșire ale.. Amplificaorul neinversor Amplificaorul neinversor are schema de principiu din figura.. Considerând ideal, amplificarea de ensiune va fi: 3

2 A u (.3) 3 Fig... Amplificaorul neinversor 3. epeorul de ensiune epeorul de ensiune se realizează din schema din figura. cu reziseţa necuplaă ( ). Se obţine: A (.4) u epeorul de ensiune realiza cu prezină amplificare de ensiune uniară, impedanţă de inrare foare mare şi impedanţă de ieșire foare mică. 4. Amplificaorul diferenţial realiza cu Amplificaorul diferenţial realiza cu ese reprezena în figura Fig..3 Amplificaorul diferenţial 4

3 Penru un ideal, ensiunea de ieşire se poae scrie sub forma: 3 o i i 3 4 (.) Condiţia ca circuiul să se compore ca un amplificaor diferenţial ese: 3 (.) 4 Asfel, ensiunea de ieşire va fi: o i i (.) Tensiunea de mod comun ese rejecaă în măsura în care ese îndepliniă relaţia (.).. Inegraor cu În figura.4 ese reprezena un inegraor cu. C 3 Fig..4 Amplificaor inegraor Penru semnal sinusoidal de ampliudine consană ( U ) şi cu frecvenţa variabilă (f), inegraorul furnizează la ieşire un semnal cu aceeași frecvenţă, cu ampliudinea dependenă de U frecvenţă (prin inermediul pulsației) şi de elemenele circuiului ( o ) şi defaza faţă de C semnalul de inrare cu o fază dependenă de frecvenţă ( Φ = arcg C ), unde ω = πf. Penru un sal de ensiune aplica la inrarea inversoare, răspunsul ese exponenţial. În cazul unei succesiuni de impulsuri, dacă duraa impulsurilor ese mică în rapor cu consana de imp C, aunci circuiul funcţionează ca un inegraor, dând la ieşire o ensiune aproape coninuă, egală cu componena coninuă a impulsurilor aplicae la inrare. În figura. se araă

4 forma de undă obţinuă la ieşire în cazul aplicării unor impulsuri cu facorul de umplere egal cu 0,. T E -E v 0 Δ Fig... Forma de undă a semnalului furniza la ieșirea inegraorului Se obţine: T E (.7). C Capaciaea poae fi pusă în paralel cu o rezisență, obținându-se o consană de inegrare reparizaă mai mică. Eroarea de inegrare ese dependenă de impul de inegrare.. Comparaorul cu hiserezis E + - Fig.. Comparaorul cu hiserezis Comparaorul cu hiserezis din figura. foloseşe amplificaorul operaţional cu o reacţie poziivă realizaă cu rezisenţele şi. Se obţine o caracerisică de ransfer cu hiserezis, ca în figura.7, unde s-au folosi noaţiile:

5 p 0 E (.8) p 0 E (.9) p p 0 (.0). + o - o PL PH Fig..7 Caracerisica de ransfer a comparaorului cu hiserezis Prin 0 s-au noa valorile maximă și minimă ale ensiunii de ieșire a, așa cum se observă și în figura.7. Cu ajuorul raporului rezisenţelor şi se modifică lărgimea hiserezisului ( H ), iar cu ajuorul ensiunii de referinţă E se precizează poziţia acesuia faţă de origine. 7. Generaor de impulsuri drepunghiulare cu C + - E Fig..8 Generaorul de impulsuri drepunghiulare 7

6 Un generaor de impulsuri drepunghiulare cu se poae realiza ca în figura.8, în care se foloseşe circuiul de comparare cu hiserezis din figura., ensiunea de la inrarea sa fiind ensiunea de pe capaciaea C, variabilă în imp; încărcarea şi descărcarea acesei capaciăţi se fac prin rezisenţa de la ieşirea, care să în una din cele două sări sabile în funcţie de semnul diferenţei dinre ensiunile celor două inrări ale. Penru E 0 (figura.9.a) se obține o formă de undă aproape simerică (nesimeria provine numai din diferenţa valorilor absolue ale ensiunii de ieşire a în cele două sări). ph pl + o T T o Fig..9 a Formele de undă de la inrarea și de la ieșirea generaorului de impulsuri penru E =0.9.b), Perioada impulsurilor va fi daă de relaţia: T T T C ln (.) În cazul în care E 0, se obţin impulsuri cu facor de umplere diferi de 0, (figura ph pl vo + o T T o 8 Fig..9 b. Formele de undă de la inrarea și de la ieșirea generaorului de impulsuri penru E 0

7 caracerizae prin: T 0 p 0 p, T C ln (.). C ln 0 unde p si p au expresiile (.8) și (.9), deerminae penru comparaorul cu hiserezis. Penru E 0, frecvenţa impulsurilor se reglează din modificarea hiserezisului circuiului (raporul rezisenţelor şi ). Penru E 0, prin modificarea ensiunii de referinţă, se modifică aâ frecvenţa câ şi facorul de umplere al impulsurilor generae: f T T (.3) n T T T p (.4). 0 p DESFĂŞUAEA LUCĂII Se idenifică monajul din figura.0, echipa cu amplificaoare operaţionale µa74, caracerizae prin A 0 = Circuiul se alimenează cu ensiunile de alimenare + (borna faţă de masă) şi (borna 3) faţă de masă (borna ). C 3 `` ` 0 9 C 0 4 P 7 3 = 4 = 8 3 Figura.0 Monajul de laboraor Tensiunile de comandă se aplică prin inermediul unui repeor de ensiune realiza o cu (penru a avea o impedanţă a generaorului de semnal câ mai mică), acesa fiind comanda prinr-un poenţiomeru ce permie reglarea ensiunii de inrare în limie largi. Tensiunile de inrare în circuiul esa se vor măsura la ieşirea repeorului de ensiune (borna ). 9

8 . Se realizează schema de amplificaor inversor (figura.) cu rezisenţele =, kω şi = kω (se leagă cu un fir borna 7 cu borna 9 și se pune la masă borna 8). Se aplică semnal sinusoidal de frecvenţă 00 Hz. Penru o ensiune de ieşire de (înre borna 7 și masa (borna ) (valoare eficace), se măsoară amplificarea de ensiune (A u ) şi se compară cu rezulaul obţinu cu relaţia (.). Se compară faza semnalului de ieşire cu faza semnalului de la inrare, pe osciloscop, consaându-se inversarea de fază a semnalului amplifica. Se repeă măsurăoarea penru = 4.7 MΩ (se leaga borna 7 cu borna 0 (se scoae din borna 9)) şi se compară cu rezulaele obţinue cu relaţiile (.) şi (.). Se vor explica diferenţele consaae. Penru ambele valori ale rezisenţei se rasează caracerisica de frecvenţă (penru se ia i =00m iar penru se ia i =m).. Se realizează schema de amplificaor neinversor (figura.) cu =kω şi =, kω (se leagă borna la masă (borna ) și borna 9 cu borna 7); se aplică semnal sinusoidal de frecvenţă 00 Hz şi ampliudine 00 m şi se măsoară amplificarea de ensiune, comparându-se cu ajuorul osciloscopului şi fazele ensiunilor de inrare şi de ieşire. Se realizează monajul repeor de ensiune (se elimina rezisența ) şi se măsoară amplificarea de ensiune. ezulaele măsurăorilor penru acese două monaje se compară cu valorile obţinue cu relaţiile (.3) şi (.4). Penru monajul de amplificaor neinversor se ridică şi caracerisica de frecvenţă. 3. Se realizează schema de amplificaor diferenţial (se leagă borna 3 la masă și borna 7 cu borna 0) (figura.3) cu =,kω, =kω, 3 =,kω şi 4 = kω. Se aplică semnale cu frecvenţe de 00 Hz, asfel: - i =00m ; i =0; se măsoară 0 - i =0 ; i =00 m; se măsoară 0 - i = i = ; se măsoară 03. Se deermină amplificarea de ensiune de mod diferenţial definiă ca o3 amplificarea de mod comun definiă ca. Se inerpreează rezulaele. i o i sau o i şi 4. Se realizează monajul de inegraor (se leagă borna la borna 7 și borna 8 la masă) (figura.4) cu =, kω şi C =0,μF. Se aplică semnal eficace de şi se măsoară amplificarea de ensiune ca funcţie de frecvenţă şi se va reprezena grafic; se va pune în evidenţă, pe osciloscop, modificarea diferenţei de fază dinre inrare şi ieşire la modificarea frecvenţei semnalului de la inrare. Se aplică la inrare impulsuri drepunghiulare cu perioadă T=30ms şi ampliudinea cuprinsă înre şi. Se vizualizează (cu ajuorul osciloscopului) formele de undă de la inrare şi 0

9 de la ieşire (figura.) şi se măsoară Δ (cu ajuorul osciloscopului), comparând rezulaul cu valoarea obţinuă cu relaţia (.7). Se modifică, în limie largi, frecvenţa impulsurilor de comandă şi se vizulalizează forma de undă de la ieşire. Se inerpreează rezulaele.. Se realizează monajul de comparaor (se inroduce o sursă de ensiune înaine de borna 8 și se leagă borna 3 cu borna 7) (figura.) cu =, kω ; =,kω ; =kω şi E =0. Se aplică pe inrare o ensiune coninuă reglabilă (evenual de la repeorul de ensiune cu borna 4 cuplaă succesiv la cele două borne de alimenare, ensiunea fiind reglabilă prin poenţiomeru) şi se măsoară ensiunile de ieşire în cele două sări şi ensiunile de prag p şi p. Se deduce mărimea hiserezisului şi se verifică relaţia (.0). Se vizualizează, pe osciloscop, caracerisica de ransfer (figura.7), aplicând pe inrarea comparaorului, prin inermediul repeorului de ensiune, un semnal de frecvenţă 00 Hz şi ampliudine mare (poenţiomerul P la maxim). La inrarea X a osciloscopului se aplică ensiunea de inrare iar la inrarea Y semnalul de la ieşirea comparaorului (borna 7). Se modifică frecvenţa semnalului şi se consaă influenţa aceseia asupra formei caracerisicii de ransfer; se jusifică, eoreic, modificările caracerisicii de ransfer. E Se repeă măsurăorile penru =0 kω; E =0 şi apoi penru =0 kω ; E. Se verifică relaţiile (.8), (.9) şi (.0).. Se realizează generaorul de impulsuri drepunghiulare (se leagă borna la masă, borna 9 la borna 7, borna 3 la borna 7 și se inroduce o sursă de ensiune la borna 8) (figura.8) cu =kω ; =,kω ; =0 kω; E =0 şi C =0, μf. Se vizualizează formele de undă de la ieşirea circuiului şi de pe borna inversoare a. Se măsoară ampliudinile impulsurilor, frecvenţa de oscilaţie şi facorul de umplere, verificându-se relaţia (.). Se repeă măsurăorile penru = kω. Penru =kω, rezisenţa se cuplează la ieşirea repeorului de ensiune, iar la borna 4 se aplică ensiunea de alimenare poziivă, E +. Se vizualizează forma de undă la ieşirea şi la inrarea inversorului, asfel încâ pe osciloscop să se vadă şi componena coninuă a ensiunii vizualizae. Se consaă influenţa ensiunii de referinţă asupra frecvenţei impulsurilor şi a facorului de umplere. Penru E =0 ; ; 3; 4 se măsoară T, T, f şi n şi se compară cu valorile obţinue cu relaţiile (.), (.3) şi (.4).

10 eferaul va conţine: eferaul va conţine schemele elecrice ale uuror monajelor măsurae cu : - valorile numerice ale componenelor ; - relaţiile de calcul specifice ; - formele de undă vizualizae în comparaţie ; - ensiunile de inrare, aunci când ese cazul ; - valorile mărimilor elecrice măsurae şi calculae precum şi comenarii asupra acesora. Daashee-uri : hp://