Amplificatorul operational inversor si neinversor

1. Amplificatoare operationale AO

Definitie: AO sunt amplificatoare de c.c. cu reactie negativa interioara si prevazute cu o bucla de reactie negativa externa.

Pot executa in c.c. operatii de adunare, scadere, inmultire si impartire.

Cu extindere in c.a. pot executa operatii de derivare, integrare, logaritmi.

a. Simbol

Amplificatoarele operationale moderne sunt circuite integrate monolitice liniare prevazute cu doua borne de intrare si una de iesire.

V⁺ - intrare neinversoare

V^-  - intrare inversoare

V_d - tensiune de intrare diferentiala

+ V_cc, -V_cc alimentare cu tensiune continua

V_o - tensiune de iesire

Fig.3.2 AO-Simbol

Daca semnalul de intrare este aplicat pe bobina inversoare (-), la iesire rezulta un semnal amplificat, in opozitie de faza => amplificatorul se numeste inversor.

Daca semnalul de intrare este aplicat pe borna neinversoare (+), la iesire rezulta un semnal amplificat, in faza cu cel de la intrare => amplificatorul se numeste neinversor

b. Parametrii principali

Impedanta de intrare Z_int teoretic infinita, practic foarte mare Z_int = ∞; consecinta este, curentul de intrare I_i = 0

Impedanta de iesire Z_o este teoretic zero, practic foarte mica, Z_o = 0

Amplificarea A in bucla deschisa ( fara a conecta reactia externa) este teoretic ∞, practic foarte mare.

A = ∞ , consecinta este: diferenta de tensiune dintre cele doua intrari V_A - V_B = 0

Au o deriva a tensiunii nula ( nu apare semnal la iesire in lipsa semnalului de intrare).

2. Amplificatorul operational inversor

Definitie: Semnalul de intrare se aplica pe borna inversoare iar la iesire rezulta un semnal amplificat in opozitie cu cel de la intrare.

a. Schema de principiu

I₁ - curent dat de tensiunea V₁

I_r - curent de reactie

I_i - curent de intrare in AO

V₁ - tensiune de intrare

V₀ - tensiune de iesire

Fig 3.3 Amplificator operational inversor

b. Calculul amplificarii

Pentru calculul amplificarii se considera AO ideal.

I₁ + I_r = I_i = 0  ( Z_in = ∞, I_i = 0) - Teorema I a lui Kirchhoff

I₁= ( V_A - V_B = 0)

I_R

A_u=

Sensul (-) ne arata ca tensiunea de iesire este in opozitie de faza fata de cea de intrare.

c. Proprietati

Inmultirea cu o constanta

Daca R₂ = KR₁ rezulta V₀ = - KV₁

Impartirea cu o constanta

Daca R₂ = R₁/K rezulta V₀ = - V₁/K

Circuit repetor

Daca R₁ = R₂ rezulta V₀ = - V₁

Prin montarea in cascada a unui numar par de AO inversoare, se obtine o tensiune V₀ in faza cu V₁

Circuit sumator

Cand la intrarea inversoare se aplica mai multe tensiuni prin intermediul unor rezistente, la iesire se obtine un semnal in antifaza egal cu suma tensiunilor de la intrare

Fig 3.4 AO inversor sumator

Se pot scrie relatiile:

(I₁+I₂+..+I_n)+I_r=I_i=0 - Teorema I a lui Kirchhoff

I_r= I₁=

Daca punem conditia R₁=R₂=.=R_n=R rezulta V

3. Amplificatorul  operational neinversor

Definitie: Semnalul de intrare se aplica pe borna neinversoare si rezulta la iesire un semnal amplificat, in faza cu cel de la intrare.

a. Schema de principiu

Fig 3.5 Amplificator operational neinversor

b. Calculul amplificarii

Se considera AO ideal: A= , V_A - V_B= 0

V₁ = V_A= V_B

V R (divizor de tensiune)

Rezulta A_u

c. Proprietati

Inmultirea cu o constanta

Daca R₁+R₂=KR₁ rezulta V₀=KV₁

Nu poate face operatia de impartire, decat in cazul cand una din rezistente se inlocuieste cu un dispozitiv cu rezistenta negativa (dioda tunel)

Circuit sumator

Fig 3.6 AO neinversor sumator

AO este considerat ideal

(I+I+...+I)=I V V V_A V_B

I₁=

Daca R₁=R₂=...=R_n=R rezulta V₁+V₂+.+V_n= nV₀

Daca R+R_r=nR rezulta V₀=V₁+V₂+.+V_n  - tensiunea de iesire este egala cu suma tensiunilor de la intrare.

Observatie: pentru a functiona in c.a., amplificatorul operational trebuie sa fie prevazut cu condensatoare pe circuitele de semnal sau de reactie.

Activitatea de invatare 1

Competente

Identifica componente electronice

Analizeaza montaje cu componente electronice analogice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

sa identifici notatiile marimilor fizice specifice amplificatoarelor operationale

sa precizezi marimile fizice specifice amplificatoarelor operationale

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili sa corelati notatiile marimilor fizice care caracterizeaza amplificatoarele operationale si semnificatia acestora.

Enunt

Realizati asocierile corecte dintre notatiile din coloana A si semnificatiile acestora din coloana B.

Activitatea de invatare 2

Competenta

Identifica componente electronice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa definesti amplificatoarele operationale

- sa precizezi proprietatile amplificatoarelor operationale

- sa determini amplificarea in tensiune specifica amplificatoarelor operationale

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili sa analizati amplificatoarele operationale

Enunt : Cercetati si aplicati!

Fiecare grupa trebuie sa se documenteze despre definitie, proprietati si relatiile matematice pentru calculul amplificarii, folosind materialul din fisa de documentare 3.2

Fiecare grupa trebuie sa completeze cate o linie.

Pentru acest lucru aveti la dispozitie 10 minute. Dupa ce ati devenit "experti" in subtema studiata, reorganizati grupele astfel incat in grupele nou formate sa existe cel putin o persoana din fiecare grupa initiala. Timp de 10 minute veti impartasi cu ceilalti colegi din grupa nou formata cunostintele acumulate la pasul anterior.

Activitatea de invatare 3

Competente

Identifica componente electronice

Analizeaza montaje cu componente electronice analogice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

sa identifici componentele electronice dupa simbol

- sa analizezi functionarea montajelor cu componente analogice

Obiectivul: Aceasta activitate va va ajuta sa analizati montaje cu componente analogice

Enunt

In figura 1 se reprezinta amplificatorul operational inversor

Pornind de la figura 1, executati schema de mai jos folosind componentele electronice din figura 2

Figura 2 Componente electronice

Activitatea de invatare 4

Competente

Planifica o activitate si culege date numerice in legatura cu aceasta

Interpreteaza rezultatele obtinute si prezinta concluziile

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa determini amplificarea in tensiune a amplificatoarelor operationale in

conexiune neinversoare

- sa interpreteze rezultatele obtinute

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili sa determinati amplificarea in tensiune specifica amplificatoarelor operationale neinversoare

Enunt

Utilizand relatiile matematice, completati tabelul de mai jos.

V1=[V₀/(R₁+R₂)]*R₁

A_u=V₀/V₁