Amplificator inversor cu AO alimentat cu sursa dubla

Amplificatoare inversoare

Amplificatorul inversor furnizeaza la iesire semnal inversat fata de semnalul aplicat pe intrare si se identifica prin semnul negativ al functiei de transfer care defineste amplificarea in tensiune. Amplificatorul inversor se poate realiza cu diferite tipuri de structuri elementare.

Amplificator inversor cu AO alimentat cu sursa dubla

Fig. 1

Schema amplificatorului inversor cu AO este prezentata in figura 1. Se va urmari intii daca circuitul poate functiona liniar. In acest scop se verifica indeplinirea celor doua conditii precizate anterior. Daca generatorul de semnal are condesator in iesire, curentul continuu din intrarea inversoare poate circula pe urmatorul ochi de cc: Vcc, ramura dinspre +Vcc a etajului final , rezistorului R2, intrarea inversoare , circuitul inchizandu-se prin borna negativa a sursei Vcc. Curentul continuu de polarizare a intrarii neinversoare I_B⁺ se inchide prin ochiul de curent continuu: masa, intrarea neinversoare, etajul de intrare, borna negativa a sursei Vcc, sursa Vcc si masa. Deoarece exista si bucla de reactie negativa in curent continuu (prin rezistorul R2), se deduce ca circuitul poate functiona liniar. Deoarece exista si bucla de reactie negativa in semnal (prin rezistorul R2) se poate afirma ca circuitul functioneaza liniar in semnal daca este corespunzator proiectat. Se va considera amplificarea finita si se va determina efectiv tensiunea din intrarea amplificatorului in aceasta configuratie. Pe circuitul din fig1 se poate scrie: . Deoarece in intrarea inversoare nu circula curent, expresia tensiunii se poate scrie direct prin suprapunerea efectelor pentru generatoarele si respectiv :

(2.10)

Comform relatiei de definitie, expresia tensiunii de iesire este :

Deci expresia amplificarii de tensiune in bucla inchisa (cu reactie), notata cu A, de la generator la sarcina, este:

cu.

In conditia ideala se obtine (2.14)

Expresia (2.14) este expresia amplificarii circuitului de amplificare inversor cu amplificator operational ideal. Semnul ( - ) din relatia (2.14) semnifica faptul ca circuitul din figura 1 este un amplificator inversor. Datorita faptului ca este aplicat in intrarea inversoare, polaritatea tensiunii din iesire este contrara polaritatii tensiunii din intrare. Pentru o tensiune de intrare sinusoidala se va obtine la iesire o tensiune in opozitie de faza (defazata cu 180^o). Valoarea amplificarii in bucla inchisa este dependenta doar de raportul valorilor rezistentelor R₁ si R₂ si nu de valorile lor absolute. Prin alegerea potrivita a acestui raport, se poate obtine orice valoare pentru amplificarea "A", inclusiv zero, spre deosebire de cazul configuratiei neinversoare, unde amplificarea in bucla inchisa nu poate fi mai mica de 1.

Ce implica aceasta concluzie pentru tensiunea din intrare V_i In acest scop trebuie sa se calculeze tensiunea din intrarea inversoare si anume:

Se constata, dupa efectuarea calculelor necesare, ca daca . Doua aspecte sunt de semnalat din aceasta constatare si anume:

1. Deoarece se deduce ca amplificatorul operational pastreaza nodul din intrarea inversoare la potentialul masei fara a afecta tensiunile de intrare si de iesire, ceea ce face ca acest nod sa fie numit "masa virtuala".
2. Concluzia arata ca in cazul reactiei paralel la intrare, bucla de reactie determina intre intrari o tensiune nula daca AO are amplificarea infinita. Aceasta concluzie este foarte importanta in aplicatii cu AO ideale deoarece se deduce ca si in cazul reactiei negative de tip paralel la intrare ceea ce face posibila si in acest caz utilizarea conditiei . Pentru analiza se vor determina valorile celor doua tensiuni si apoi se vor egala.

Se va face in continuare analiza etajului inversor in cazul in care amplificarea este infinita printr-o metoda diferita de cea prezentata anterior care porneste de la curentii din nodul din intrarea inversoare si care se intalneste foarte des. Se observa in fig. 1 ca deoarece intrarea neinversoare este legata la masa. Pentru calculul lui se va aplica teorema lui Kirchhoff pentru curenti in nodul intrarii inversoare:

Deoarece amplificatorul operational este ideal, . Adeseori se va calcula curentul dintr-un element de circuit in functie de potentialele de la bornele elementului (vezi fig. 1b) si se va nota intotdeuna tensiunea fata de masa cu :

Scriind curentii din nodul intrarii inversoare cu relatia precizata anterior se obtine , care determina .

Deoarece circuitul functioneaza liniar si are bucla de reactie negativa in semnal, conditia determina din care cctd.

Rezistenta de intrare in amplificatorul inversor cu AO se determina din circuitul prezentat in fig. 2 aplicand un generator de test si calculand curentul consumat din acesta.

Fig. 2

Se obtine succesiv:

Rezistenta vazuta de generator va fi:

Rezistenta de iesire din amplificatorul inversor cu AO se determina din circuitul prezentat in fig. 3 aplicand un generator de test ca in figura. Se obtine:

Fig. 3

,

care determina:

Se obtine