AMPLIFICATOARE FUNDAMENTALE CU AO

AMPLIFICATOARE FUNDAMENTALE CU AO

I. OBIECTIVE

a)     Determinarea amplificarilor si a rezistentelor de intrare pentru amplificatoarele inversor,neinversor si diferential.

b)     Determinarea cauzelor ce duc la limitarea tensiunii de iesire a amplificatoarelor (saturatia amplificatoarelor).

II. COMPONENTE SI APARATURA

Folosim montajul experimental echipat cu un AO de tip 741, un potentiometru ajustabil de 10K si rezistente de diferite valori. Pentru determinarea rezistentei de intrare avem nevoie de o cutie decadica de rezistente. Alimentarea diferentiala a montajului o realizam folosind o sursa de tensiune dubla stabilizata. Tensiunea variabila de intrare se obtine de la versatester (sursa neflotanta), respectiv din secundarul unui transformator de retea (sursa flotanta).

Pentru vizualizarea tensiunilor se foloseste un osciloscop cu doua canale, iar masurarea tensiunilor continue se face cu voltmetrul de cc.

Configuratia terminalelor circuitului integrat de tip 741 este data in Lucrarea nr. 10.

III. SUPORT TEORETIC

Experimentele se bazeaza in principal pe tematica "Circuite analogice cu AO" din cursul de "Dispozitive si circuite electronice". De asemenea, se pot consulta lucrarile:

Miron, C., Introducere in circuite electronice, Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1983, pag. 181-197;

Miron ,C. Circuite electronice, curs, Lito I.P .Cluj - Napoca., 1980 , pag.128-144

IV. EXERCITII PREGATITOARE

P1. Amplificatorul inversor

P1.1. Compensarea tensiunii de offset

Cum se defineste tensiunea de offset la AO?

Ce presupune compensarea tensiunii de offset la un AO?

P1.2. Cronograme. Saturatia amplificatorului

In acest paragraf se are in vedere schema din Fig. 12.1 .

a)    

Ce valoare are amplificarea in tensiune, A_V ?

Cum arata v_O(t) pentru v_I(t) sinusoidala cu frecventa de 1KHz si amplitudinea de 1V?. Dar pentru amplitudinea de 2V?

b)

Ce valoare are A_V, daca R^- devine 44K?

Cum arata v_O(t) pentru R^- =44K si v_I=2sin2p1000t [V],[Hz] ?

c)

Tensiunea de alimentare a circuitului se schimba la .

La ce valoare a tensiunii de iesire apare saturatia AO?

Cum arata v_O(t) in acest caz pentru R^- =22K?; v_I=sin2p1000t [V],[Hz] ?

P1.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

Cum arata CSTV pentru circuitul din Fig. 12.1?

Cum se modifica CSTV daca R^- devine 44KW

In ce domeniu poate lua valori v_O?

P1.4. Rezistenta de intrare

Care este valoarea rezistentei de intrare R_i, pentru circuitul din Fig. 12.1., daca R^- =22K? Dar daca R^- =44K?

Pentru circuitul din Fig. 12.2., ce valoare are R_i daca v_A=v_I/2 si R_dec=22K?

P2. Amplificatorul neinversor

P2.1. Compensarea tensiunii de offset

Pauza de cafea.

P2.2. Cronograme

Ce valoare are amplificarea in tensiune pentru circuitul din Fig. 12.3.?

Care este cronograma tensiunii v_O, daca v_I este sinusoidala cu frecventa de 1KHz si amplitudinea de 1V? Dar pentru amplitudinea v_I de 2V?

Daca R=0, R^- =, care este valoarea amplificarii in tensiune?

P2.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

Cum arata CSTV pentru circuitul din Fig. 12.3.?

Cum se modifica CSTV daca R^- =44KW

P2.4. Rezistenta de intrare

Cum se poate determina R_i pentru amplificatorul neinversor, cu schema desenata in Fig. 12.4?

Ce valoare are rezistenta de intrare R_i pentru repetorul de tensiune cu AO?

P3. Amplificatorul diferential

P3.1. Compensarea tensiunii de offset

Formulati o intrebare isteata si rugati pe cineva la fel de istet sa gaseasca raspunsul.

P3.2. Cronograme

Pentru amplificatorul diferential din Fig. 12.5., tensiunea de intrare diferentiala este:

v_ID = v_I1 - v_I2.

Care este A_V = v_O/v_ID pentru circuitul din Fig. 12.5.?

Indicatie : se poate folosi metoda suprapunerii efectelor.

Care este cronograma tensiunii v_O daca v_I1=0.5sin2p1000t [V],[Hz] si V_I2=0.5V c.c.? Dar daca cele 2 tensiuni isi schimba valorile intre ele?

P3.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

Cum arata CSTV, v_O(v_ID) ?

V. EXPERIMENTARE

E1. Amplificatorul inversor

E1.1. Compensarea tensiunii de offset

Se construieste circuitul din Fig. 12.1.

Se alimenteaza montajul cu tensiune diferentiala ±15V de la sursa dubla de tensiune.

Se fixeaza v_I=0V (prin legare la masa).

Cu voltmetrul de curent continuu se masoara tensiunea de iesire V_O.

Se actioneaza din P pana cand V_O=0V.

E1.2. Cronograme. Saturatia amplificatorului

a)    

Se foloseste schema din Fig. 12.1.

v_I(t) semnal sinusoidal cu frecventa de 1KHz de la generatorul de semnale.

Cu osciloscopul calibrat, in modul de lucru Y-t, se vizualizeaza v_I(t) si v_O(t) pentru valorile de 1V, respectiv 2V ale amplitudinii v_I.

b)   

Se modifica valoarea lui R^- la 44KW ( prin inserierea a doua rezistente de 22KW

Se vizualizeaza v_I(t) si v_O(t) pentru v_I(t)= 2 sin2p1000t [V], [Hz].

c)    

Se modifica tensiunea de alimentare la 10V.

Se vizualizeaza v_I(t) si v_O(t) pentru v_I(t) - tensiune sinusoidala cu frecventa de 1KHz si amplitudinea de 1V; R^-=22KW

E1.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

Se foloseste circuitul din Fig. 12.1.

v_I=5sin 2p500t [V], [Hz] de la versatester.

Cu osciloscopul calibrat, in modul de lucru Y-X se vizualizeaza v_O (v_I).

Se modifica valoarea lui R^- la 44KW prin legarea in serie cu rezistenta de 22KW a unei rezistente de aceeasi valoare (22KW

Se vizualizeaza v_O(v_I).

E1.4. Rezistenta de intrare

Se construieste circuitul din Fig. 12.2., in care rezistenta R_dec este o cutie decadica de rezistente, de valoare cunoscuta.

v_I este tensiunea sinusoidala cu frecventa de 1KHz si amplitudinea de 1V, obtinuta de la generatorul de semnale.

Cu osciloscopul calibrat se vizualizeaza simultan v_I(t) si v_A(t) fata de masa. Tensiunea v_A(t) este tocmai caderea de tensiune pe rezistenta de intrare a circuitului, R_i.

Se regleaza valoarea R_dec pana cand v_A(t) = 1/2 v_I(t), situatie in care R_i=R_dec.

Se repeta determinarea R_i si pentru R^- = 44KW (22KW + 22KW

E2. Amplificatorul neinversor

E2.1. Compensarea tensiunii de offset

Se construieste circuitul din Fig. 12.3.

Cu v_I = 0 se realizeaza compensarea tensiunii de offset (vezi E1.1.).

E2.2. Cronograme

Se foloseste circuitul din Fig. 12.3.

v_I(t) = sin 2p1000t V Hz , de la generatorul de semnale.

Cu osciloscopul calibrat in modul de lucru Y-X, se vizualizeaza v_I(t) si v_O(t).

Se repeta vizualizarile si pentru amplitudinea v_I de 2V.

Se deseneaza circuitul ce rezulta din scurtcircuitarea rezistentei R (R=0) si inlaturarea rezistentei R^- (R^- =

Cu aceeasi v_I ca mai sus se vizualizeaza v_I(t) si v_O(t).

E2.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

Se foloseste circuitul din Fig. 12.3.

Se oscilografiaza pe rand doua CSTV v_O(v_I) pentru doua valori ale R^- : 22KW, respectiv 44KW. Procedura de lucru este similara cu cea de la E1.3.

E2.4. Rezistenta de intrare

Se construieste circuitul din Fig. 12.4.

Determinarea R_i se va face in acest paragraf prin masurarea curentului absorbit de circuit de la o sursa de tensiune de valoare cunoscuta, valoarea rezistentei de intrare rezultand conform legii lui Ohm. Deoarece aceeasi schema de amplificator cu AO amplifica la fel atat tensiune variabila cat si tensiune continua, vom aplica la intrare o sursa de tensiune continua.

v_I = 10Vc.c. (de unde?)

Se citeste valoarea curentului I_mas prin miliampermetrul de curent continuu.

E3. Amplificatorul diferential

E3.1. Compensarea tensiunii de offset

Se construieste circuitul din Fig. 12.5.

Cu v_I1 = v_I2 = 0 (prin legare la masa) se face compensarea tensiunii de offset (vezi E.1.1.)

E3.2. Cronograme

Se foloseste circuitul din Fig. 12.5.

v_I1 (t) = 0,5sin1000pt V Hz ; v_I2 = 0,5 V c.c.

Cu osciloscopul calibrat, in modul de lucru Y-t se vizualizeaza v_I1 (t) si v_O (t).

Se schimba intre ele tensiunile aplicate celor doua intrari.

Cu osciloscopul calibrat in modul de lucru Y-t se vizualizeaza v_I1 (t) si v_O (t).

E3.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

Oare n-am determinat deja experimental CSTV pentru amplificatorul diferential

(eventual pentru un caz particular al celor doua tensiuni de intrare)? Daca asa este, sa nu ne mai batem capul si sa trecem repejor mai departe.

VI. REZULTATE

R1. Amplificatorul inversor

R1.1. Compensarea tensiunii de offset

In ce situatii este indicata efectuarea reglajului de offset la un amplificator cu AO?

R1.2. Cronograme. Saturatia amplificatorului

a)

Cronogramele tensiunilor v_I(t) si v_O(t) pentru amplitudini ale v_I de 1V si de 2V.

Pentru v_I cu amplitudine de 1V se determina amplificarea in tensiune ca fiind raportul dintre amplitudinea v_O si amplitudinea v_I. Ce semn are amplificarea? De ce?

Comparati intre ele formele de variatie in timp ale tensiuni v_O pentru valorile de 1V si 2V ale amplitudinii v_I.

Cum explicati faptul ca pentru amplitudinea de 2V a v_I, v_O este distorsionata?

De pe cronograma corespunzatoare amplitudinii de 2V a v_I, deduceti domeniul in care poate lua valori v_I astfel incat AO sa nu intre in saturatie (semnal de iesire maxim nedistorsionat).

b)

Cronogramele v_I si v_O.

Cum explicati faptul ca pentru aceeasi amplitudine de 2V a v_I, v_O nu mai este distorsionat ca la punctul a)?

Ce valoare are amplificarea in tensiune?

c)

Cronogramele v_I(t) si v_O(t).

Comparati forma v_O(t) cu cea obtinuta la punctul a) pentru amplitudinea v_I de 1V.

Cum influenteaza valoarea tensiunii de alimentare, domeniul in care poate lua valori v_O?

R1.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

Graficele CSTV pentru R^- = 22KW si pentru R^- = 44KW

Calculati amplificarea in tensiune ca fiind panta CSTV, pentru R^- = 22KW si R^- = 44KW

Care sunt valorile maxima, respectiv minima pe care le poate lua v_O?

R1.4. Rezistenta de intrare

Valorile amplitudinii tensiunilor v_I si v_A pentru R^- =22KW si pentru R^- =44KW

Valorile R_i pentru R^- =22KW si pentru R^- =44KW

Ce relatie exista intre R_i si R^- ?

R2. Amplificatorul neinversor

R2.1. Compensarea tensiunii de offset

Ridicati-va in picioare si mergeti pana la cea mai apropiata fereastra; pe care daca o gasiti deschisa lasati-o asa, daca nu deschideti-o.

Faceti cateva exercitii de respiratie, pana va simtiti mai relaxat(a).

Si acum cu forte proaspete sa vedem ce-ar mai fi de facut.

R2.2. Cronograme

Graficele v_I(t) si v_O(t) pentru amplitudinile de 1V, respectiv de 2V ale v_I cu R=220KW si R- =22KW

Care este amplificarea circuitului?

Cum explicati distorsionarea v_O cand amplitudinea v_I este de 2V?

Graficele v_I(t) si v_O(t) pentru R=0, R^- =

Amplificarea in tensiune are valoarea ...

Acest amplificator se mai numeste si ...

R2.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

Graficele CSTV pentru R^- =22KW si pentru R^- =44KW

Care sunt amplificarile in tensiune corespunzatoare celor doua situatii de mai sus?.

Care sunt valorile tensiunii de iesire la care apare saturatia AO? Comparati aceste valori cu cele obtinute la amplificatorul inversor.

R2.4. Rezistenta de intrare

v_I, I_mas, pentru v_I = 10V c.c.

Se calculeaza

Care amplificator, inversor sau neinversor are rezistenta de intrare mai mare?

R3. Amplificatorul diferential

R3.2. Cronograme

Graficele variatiilor in timp pentru tensiunile v_I1, v_I2 si v_O, in ambele situatii considerate la E3.2.

De ce difera componenta continua a tensiunii de iesire in cele 2 situatii?

Care este valoarea amplificarii in tensiune dedusa de pe cronograme?

R3.3. Caracteristica statica de transfer in tensiune (CSTV)

In cazul particular v_I1=0 T v_ID = - v_I2.

Cum arata CSTV v_O(v_ID) dedusa din CSTV v_O(v_I) a amplificatorului inversor (vezi R1.3.)

Care este amplificarea in tensiune , determinata ca fiind panta caracteristicii statice de transfer?

Victorie! Am reusit sa cucerim unul dintre cele mai importante 'varfuri' ale electronicii si putem fi foarte mandri de asta. Dar sa nu uitam ca alte varfuri abia asteapta sa fie cucerite.. Mult succes !