Circuitul integrat A 3900-aplicaţii

Transcript

1 Îndrumar de laborator Crcute ntegrate Analogce olumul Lucrarea 12 AMPLFCATOAE DE CENT (NOTON) Crcutul ntegrat A 3900-alcaţ 1 Descrerea crcutulu În unele alcaţ este necesară utlzarea unu amlcator cu ntrarea comandată în curent ş eşre în tensune tlzarea unu AO clasc nu satsace întotdeauna, datortă atulu că ntroducerea une reacţ de curent este osblă doar dacă se oloseşte o conguraţe nversoare În lus, cu ajutorul amlcatoarelor oeraţonale clasce, este dcl de obţnut o ntrare derenţală cu nedanţe mc ş tensun de ntrare constante nderent de curentul alcat Cernţele menţonate ma sus sunt îndelnte în bune condţun de un etaj de ntrare de t oglndă de curent reolarzată, care asgură scăderea curenţlor alcaţ celor două ntrăr Datortă descrer naturale a uncţonăr acestu etaj cu ajutorul echvalărlor Norton, se utlzează recvent denumrea de Amlcatoare Norton entru acest t de crcute ntegrate Crcutul ntegrat β A3900 este un exemlu tc de amlcator Norton cuadrulu Prncalele caracterstc ale acestu crcut sunt: almentare nederenţală de maxm 36; excurse mare a tensun de eşre, între 100m ş - 1; transer de curent între cele două ntrăr care se manestă ca ş cum ar în scurtcrcut; o bună îmerechere între cele atru oeratoare ntegrate îmreună; comatbltate drectă cu schemele care olosesc AO clasce almentate la +/-15; comatbltate drectă cu schemele care olosesc amlle logce TTL sau C-MOS;

2 Florn Domnel GAF versatltate deosebtă în alcaţ Schema nternă ş uncţonarea lu A 3900 În Fg 1 este rezentată schema nternă smlcată a unua dn cele atru amlcatoare Norton ntegrate în crcutul β A3900 Etajul de ntrare în amlcator este realzat cu ajutorul une oglnz de curent de construcţe secală realzată cu tranzstoarul T 1 ş doda D 1 Câştgul în tensune este obţnut cu un sngur etaj, realzat cu tranzstorul T 2, în conguraţe emtor comun cu sarcnă actvă ormată dn T 6, T 3 ş T 4, uncţonând în mod normal în clasă A Tranzstorul T 5, reetor e emtor serveşte la seararea sarcn de etajul de ntrare ş asgură o medanţă mcă de eşre În emtorul lu T 5 este conectat generatorul de curent constant realzat cu T 7, care determnă valoarea mnmă a tensun de eşre la aroxmatv 0,1 Condensatorul C 1 realzează comensarea nternă de recvenţă asgurând o bună stabltate amlcatorulu Curenţ de olarzare 1 ş 2, necesar uncţonăr generatoarelor de curent sunt generaţ de un etaj comun celor atru amlcatoare, cu rol de comensare termcă, almentare ş olarzare

3 Îndrumar de laborator Crcute ntegrate Analogce olumul Dacă vom consdera actorul de transer al oglnz de curent ormate dn T 1 ş D 1 untar observăm că în baza lu T 2 se njectează un curent egal cu + derenţa ş cum acesta este sngurul tranzstor nversor dn crcut se deduce că tensunea de eşre este roorţonală (entru uncţonare în zona lnară) cu termenul ( + ) ceea ce rerezntă de at ş scoul rous Tensunle celor două ntrăr sunt ractc egale între ele ş egale cu tensunea de deschdere în sens drect a une joncţun B-E a unu tranzstor cu slcu la curenţ de bază de ordnul A (aroxmatv 0,5) Pentru o varaţe de 100 or a curentulu ntrăr nenversoare (de la 5µA la 500µA) rezultă o varaţe a tensun de ntrare de numa 120 m, dec se oate consdera că ş în cazul unor derenţe neobşnut de mar între curenţ de ntrare otenţalele celor două ntrăr rămân ractc egale 2 Amlcator nversor de curent alternatv O schemă smlă de amlcator nversor de ca este rezentată în Fg 2: În schemă se observă că amlcatorul Norton a ost gurat ca un amlcator oeraţonal clasc Marea majortate a lucrărlor de secaltate (ma ales cele în lmba engleză) utlzează această notaţe dar exstă ş lucrăr în care se gurează între ntrăr un generator de curent entru a secca atul că este vorba de un amlcator derenţal de curent

4 Florn Domnel GAF Semnalul de ntrare este alcat rn ntermedul condensatorulu C ş al rezstenţe 1 e ntrarea nversoare C 1 are rolul de a cula în curent alternatv ş de a îmedca modcarea curentulu statc de olarzare a ntrăr rn aarţa unu curent contnuu către sursa de semnal alternatv, duă ce s-a încărcat la tensunea ntrăr nversoare La eşre semnalul este alcat rezstenţe de sarcnă rn condensatorul C o cu rol de searare în cc C o înedcă njectarea unu curent contnuu rn sarcnă Atât C cât ş C o trebue dmensonate astel încât reactanţa caactvă la recvenţa mnmă de lucru să e cu cel uţn un ordn de mărme ma mcă decât rezstenţa de sarcnă în cazul lu C o sau decât 1 în cazul lu C, entru a realza un bun culaj asgură olarzarea ntrăr nenversoare de la sursa de almentare este rezstenţa de reacţe, ea asgurând ş olarzarea ntrăr nversoare, dn otenţalul eşr În Fg 3 este rezentată schema echvalentă de ca, smlcată, amlcatorulu nversor de ca realzat cu amlcator Norton Pentru a se obţne amltudnea maxmă a semnalulu la eşre, nedstorsonată de lmtăr în tensune este necesar ca otenţalul statc al eşr sa e: uo max uo mn 1 0,1 1 O = = În aceste condţ se oate obţne la eşre tensunea maxmă: uo max + uo mn 1 + 0,1 2 O = = Dn condţa de egaltate a curenţlor de ntrare se oate deduce:

5 Îndrumar de laborator Crcute ntegrate Analogce olumul = + + -, sau dacă negljăm ş aţă de : 4 =, de unde deducem condţa : = elaţa 5 arată modul în care trebue olarzat amlcatorul Norton entru schema dn Fg 2 De remarcat că amb curenţ de olarzare dend de tensunea de almentare ş dec valoarea rezstenţlor ş trebue recalculată entru ecare nouă tensune de almentare cu ormula: ( ) 6 ( ) MΩ = 10( µa), În relaţa de ma sus, 10 µa este curentul de olarzare a oglnz recomandat de roducător, valoare la care este de aştetat să se obţnă îmerecherea maxmă a caracterstclor tranzstorulu de ntrare ş a dode D 1 ş dec egaltatea erectă a tensunlor celor două ntrăr Ţnând cont de conguraţa nversoare olostă, relaţa dn care se dmensonează 1 entru a obţne amlcarea A u dortă este: 7 Au = sau 1 = A u 3 Amlcator nenversor de curent alternatv Cu ajutorul amlcatoarelor Norton se ot realza ş conguraţ nenversoare, olosnd scheme de tul cele dn Fg 4 Duă cum era de aştetat semnalul de ntrare este alcat e ntrarea nenversoare rn ntermedul unu condensator (C ) cu rol de searare în curent contnuu

6 Florn Domnel GAF Ca o noutate aţă de montajul recedent aare gruul ormat dn d1, d2 ş C l, cu rol de sursă de reernţă entru curentul de olarzare d1 ş d2 ormează un dvzor de tensune, ar C l e de-o arte mcşorează medanţa echvalentă a dvzorulu în curent alternatv, ar e de altă arte ltrează sulmentar sursa de almentare, sornd muntatea amlcatorulu la brumul sau eventual arazţ ce s-ar roaga rn trasele de almentare În lus se elmnă ş culajele arazte rn sursa de almentare Dn unctul de vedere al realzăr eectve sursa de reernţa nu une robleme deosebte datortă curenţlor de sarcnă deosebt de mc e care trebue să- debteze Presuunând că vom utlza aceeaş sursă de reernţă entru toate cele atru amlcatoare Norton dntr-un ch, curentul total debtat va de 4 *10µ A = 40µ A Se observă dec că acelaş dvzor de reernţă, dacă se alege un curent rn dvzor de 1,6 ma oate genera curentul de reernţă entru 16 amlcatoare Norton n alt avantaj al utlzăr une tensun de reernţă este scăderea valor rezstenţelor de olarzare de la MΩ la sute de kω Într-adevăr, entru o tensune de reernţă de 5, un curent de olarzare de 10µA, olosnd ormula: + re 8 =, se obţne entru valoarea de 450 kω, aţă de 1,45 MΩ cât ar ost, dacă s-ar olost dret sursă de olarzare tensunea de almentare de 15 Acesta este un avantaj

7 Îndrumar de laborator Crcute ntegrate Analogce olumul deoarece rezstoarele de valor oarte mar ş recze rdcată sunt scume Dmensonarea lu se ace cu ajutorul relaţe 9 * = ; 2* re Dacă = re, = 2 Amlcarea montajulu se calculează cu relaţa: 10 Au =, unde rd, rezstenţa dnamcă a dode dn 1 + rd ntrarea nenversoare se oate calcula cu ormula: 0,0025 ( m ) 11 rd( Ω ) = + ( ma) Pentru valor ale lu 1 ma mar de 25 kω, rd oate negljat Este de remarcat că dacă nu se olosesc elemente nelnare entru stablzarea tensun de reernţă, ş în schema dn Fg 4 curenţ de olarzare dend de tensunea de almentare În aară de soluţa stablzăr tensun de reernţă cu ajutorul une dode Zener, entru a se obţne un unct statc de uncţonare ndeendent de tensunea de almentare, exstă o varantă de autoolarzare entru amlcatoarele nversoare, numtă olarzarea n * BE În Fg 5 este rezentat un amlcator nversor de ca a căru tensune statcă de eşre este ndeendentă de : Portenţalul statc al eşr va stablt la valoarea : O = BE, dec tensune de eşre se calculează ca 2 multlu de BE Amlcarea în tensune a nontajulu dn Fg 5 se calculează cu ormula: 13 u = 1 A

8 Florn Domnel GAF 4 Generator trunghular ş dretunghular realzat cu amlcatoare Norton Folosnd 1/2 dntr-un crcut ntegrat 3900 A β se oate realza un osclator care să genereze la eşre atât semnal trunghular cât ş semnal dretunghular Schema de rncu a acestu generator este rezentată în Fg 6:

9 Îndrumar de laborator Crcute ntegrate Analogce olumul Modul de uncţonare Schema este comusă dn două blocur uncţonale dstncte, un ntegrator de curent ş un comarator cu hsterezs Amlcatorul A, mreună cu C 1, 1 ş 2 ormează un ntegrator nversor al curentulu total dn nodul ntrar nversoare Datortă roretăţ (c) de transer de curent între ntrăr se oate scre ecuaţa: o c 1 + = Pentru a smlca analza uncţonăr vom consdera că utem neglja tensunea ntrărlor în raort cu tensunea de almentare, resectv cu tensunea eşr o2 Presuunem deasemenea că 1 ş 2 au ost astel alese încât se resectă relaţa 1 = 22 În acest moment analza se desarte în două cazur: a: dacă tensunea o2 este zero, atunc curentul C1 va avea valoarea: 15 C 1 1 b: dacă tensunea o2 este, atunc curentul C1 va avea valoarea: C 1 ţnînd cont de relaţa între 1 ş 2: C Se obsrevă schmbarea de olartate a curentulu C1 în uncţe de otenţalul eşr o2 Trebue remarcat că tensunea la bornele unu condensator care se încarcă (descarcă) cu un curent constant creşte (scade) lnar Deoarece otenţalul ntrărlor în amlcatorul Norton oate consderat constant ş aroae nul, rezultă ca tensunea la eşrea o1 va lnar crescătoare atunc când eşrea o2 este 0 ş lnar descrescătoare atunc când eşrea o2 este + Amlcatorul B îmreună cu rezstenţele 3, 4 ş 5 ormează un comarator nversor cu hterezs 3 alcă e ntrarea nversoare a comaratorulu un curent de valoare o1 =, dec lnar varabl, uncţe de tensunea o1 3

10 Florn Domnel GAF 4 asgură curentul de olarzare de aroxmatv 10 µ A, e ntrarea nenversoare 5 este rezstenţa de reacţe oztvă, ea modcând curentul de olarzare în uncţe de tensunea o2 aloarea curentulu de olarzare va dec = + j +, sau 19 + s = 4 4 Atunc cînd este ndelntă condţa > j (*), eşrea comaratorulu va bascula "jos" comutarea nd accelerată de suracomanda alcată rn reacţa oztvă Curentul ntrăr nenversoare devne s ş tensunea eşr o1 încee să scadă (vez uncţonarea ntegratorulu) La un moment dat este îndelntă condţa < s care determnă bascularea "sus" a eşr o2, curentul de olarzare j ş creşterea lnară a tensun o1 ână când condţa (*) este îndelntă, când cclul se rea 5 Comutator analogc cu amlcatoare Norton O gamă largă de alcaţ de automatzar ndustrale sau entru aaratura Audo-deo necestă utlzarea unor comutatoare comandate în tensune, cu ajutorul cărora să se oată eectua selacţa unua sau a ma multor canale de ntrare la o sngură eşre Amlcatoarele Norton se retează acestu t de alcaţ datortă osbltăţ de blocare a uncţonăr amlcatorulu atunc când una dntre ntrăr este conectată la un otenţal ma mc decât tensunea mnmă de deschdere a joncţun BE În Fg 7 este rezentat un astel de crcut entru selectarea a tre canale analogce e care se trmte semnal alternatv Evdent, rn utlzarea a ma multe amlcatoare Norton numărul de ntrăr se oate măr 5

11 Îndrumar de laborator Crcute ntegrate Analogce olumul Dn unct de vedere uncţonal schema de ma sus este comusă dn două tur de blocur: crcutele de ntrare, în structură amlcator nversor de ca cu rol de searare între ele a surselor de semnal (realzate cu C2-A, B ş C), ş crcutul de eşre, nversor reetor de ca, cu rol de sumator ş adator de medanţe, realzat cu C2-D Selecţa ntrărlor actve se ace cu ajutorul comutatoarelor K 1 K 3 Semnalele de ntrare sunt alcate e ntrăr rn ntermedul condensatoarelor C 2, C 3 ş C 4, care au rol de culaj exclusv în ca, ş rn razstoarele 6, 8 ş 10, care stablesc amlcarea canalelor eacţa negatvă ş olarzarea ntrărlor nversoare este asgurată de rezstoarele 12, 13 ş 14

12 Florn Domnel GAF Seararea eşrlor ş însumarea semnalelor se realzează cu ajutorul rezstoarelor 15, 16 ş 17 Condensatorul C 5 are rol de searare galvancă, la el ca ş C 7 18 stableşte amlcarea globală a montajulu ş olarzarea ntrăr nversoare a amlcatorulu D 19 determnă curentul de olarzare a ntrăr nenversoare dn sursa de reernţă realzată cu dvzorul 20, 21 Condensatorul C 6 are rol de ltraj sulmentar entru sursa de reernţă 6 Modul de lucru 1 Se dentcă e laca de crcut mrmat montajul dn Fg 6, se notează e schemă valorle comonentelor oloste ş se almentează montajul cu Se vzualzează cuoscloscoul tensunle o1 ş o2 ş se desenează dagrama lor sncronă 3 Se vzualzează cu ajutorul oscloscoulu otenţalele ntrărlor celor două amlcatoare Norton ş se exlcă cele observate 4 Se calculează cu ormulele rezentate în artea de teore valorle maxmă ş mnmă entru o1, la care este de aştetat să se roducă basculărle comaratorulu ş se comară cu rezultatele exermentale În calcule se vor olos valorle comonentelor dn montajul de laborator 6 Se măsoară recvenţa semnalulu generat atunc când tensunea de almentare varază de la 5 la 20 ş se trasează gracul recvenţe în uncţe de tensunea de almentare 7 Se dentcă e laca de crcut mrmat montajul dn Fg 7 ş se notează e schemă valorle comonentelor oloste 8 Se alcă la cele tre ntrăr semnale rovente de la generatorul studat anteror ş de la un alt generator de semnal 9 Cu ajutorul oscloscoulu se vzualzează orma semnalulu de la eşre, dn unctul de însumare (C 5 ) ş dn ntrărle amlcatoarelor Norton, entru derte combnaţ de stăr ale comutatoarelor K 1 K 3