Aplicații cu amplificatoare operaționale

• Aplicaţii fundamentale ale AO cu reacţie negativă: amplificatoare inversoare, neinversoare şi diferenţiale, sumatoare inversoare şi neinversoare, etc.

• Alte aplicaţii, liniare si neliniare:Amplificatoare cu cuplaj capacitivAmplificatoare alimentate unipolar Circuitele de integrare şi diferenţiere – filtre active Surse de curent Convertoare de domeniu de tensiuneRedresoare de precizie monoalternanţă şi dublă alternanţăDetector de vârf de precizieAmplificatoare logaritmice şi exponenţialeCircuite de înmulţire şi împărţire

Amplificatoare cu cuplaj capacitiv

vI(t) =VI+vi(t)

dorim sa amplificam doar semnalul variabil vi(t)

De ce este necesar R3? ( ) ( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

1

21RRtvtv io

Amplificatoare alimentate unipolar

Al

Al

5.1K

51K

Cum amplificam vi(t) daca AO este alimentat unipolar ?

Conexiunea neinversoare

Solutie: translatarea caracteristicii

• obtinerea tensiunii de polarizare

VAl

• echivalenta in regim permanent

VPOL

amplificare prea mare în cccum se poate face unitara ?

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

1

2

1

2

1

2 111RRV

RRv

RRVvv POLiPOLiO

1

2

1

2

1

2 11RRV

RRV

RRvv POLPOLiO −⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

AlBIAS VRR

RV34

4

+=BIASi Vv +

sa implementam relatia:

( )

POLiO

POLPOLiO

VRRvv

RRV

RRVvv

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

1

2

1

2

1

2

1

1

circuitul echivalent în regim permanent

Circuitul complet

vi5.1K 51K

10K

10K

VAl

Care este solutia in cazul unui amplificator inversor alimentat unipolar ?

circuit echivalent in cc?circuit echivalent in ca?

Integrator Analiza în domeniul timp

( ) ( )R

tvti I=

( ) ( ) ( )

( ) (0)1

(0)1

0

0

C

tI

C

t

CO

vdtR

tvC

vdttiC

tvtv

+−=

=+−==

∫

∫

( ) )0()(1

0C

t

IO vdttvRC

tv +−= ∫ RC – constanta de integrare

Problema: în cc AO se poate satura datorită tensiunii de dezechilibru şi curentului de polarizare, deoarece în cc impedanţa condensatorului este infinit şi AO nu mai are reacţie negativă.

8/28

Integrator cu RN in cc

R1 suficient de mare,să poată fi neglijat faţă de impedanţa echivalentă a condensatorului la frecvenţa de lucru

Analiza in domeniul frecventa

( ) ( )( ) R

Zjvjv

jA ech

I

Ov −==

ωω

ω

CRjR

CjRZech

1

11 1

1||ωω +

==

( )CRjR

RjAv1

1

11ω

ω+

−=

Filtru activtrece jos

R=1KΩ R1=100KΩ C=100pF

Exemplu:

Derivator

( ) ( )dt

tdvCti I=

( ) ( )( )td

tdvRCRitv IO −=−=

( ) ( )( ) RCj

ZR

jvjvjA

CI

Ov ω

ωωω ===

( ) RCjAv ωω =

Filtru activ trece sus, f0=∞

Circuitul se comportă ca un “amplificator de zgomot” datorita derivarii semnalului de intrare.

La utilizarea practică a derivatorului este necesară conectarea unei rezistenţe de valoare scăzută, în serie cu condensatorul.

CRf

10 2

1π

=

Surse de curent cu AO

Rv

i IO =

curentul este independent de valoarea RL

curent reglabil dacă R se inlocuieşte cu o rezistenţă fixă în serie cu un potenţiometru

curentul sursei poate fi modificat prin modificarea vI -sursă de curent controlată prin tensiune

nici unul din terminalele RL nu poate fi conectat la masă, aşadar avem o sarcină flotantă

? Dacă se impune legarea la masă a sarcinii ?

RN si RP

RN - dominanta

AOoAOo vRR

RvRR

RK ,,43

3

+=

+=−

RRRRR

RRRRR

KL

L

L

L

+=

+=+

||||

||||

1

1

2

,

121 R

vvR

vviii AOoI

O

++ −+

−=+=

AOovRR

Rvv ,43

3

+== −+

Rv

i I=0Deoarece R||RL < R, > K+,rezulta RN,

−K−+ = vv

Sursa Howland

LOAOo Riv 2, =

Sursă de curent cu sarcina legată la masă OPTIONAL

4

3

2

1

RR

RR

=

1Rv

i IO −=

Daca:

rezistoarele - foarte bine împerecheate pentru a avea o sursă de curent perfectă (rezistenţa de ieşire sa tindă la infinit)

Solutie practica: Sursa de curent realizata cu AO si tranzistor

OPTIONAL

Sursa de curent nu generează putere. Puterea în sarcina RL provine din sursele de alimentare ale AO

Repetor de curent cu AOOPTIONAL

Surse de curent cu AO și T

Rvi I

E =Rv

Rvi II

O ≈+

=1β

β

satCEICCOL VvViR −−<

Sarcina flotanta

Liniaritate mai buna

Rvi I

O =

Surse de curent cu AO și T

RN serie-serie (tensiune-curent): rezistenţa de ieşire a circuitului (văzută de RL) este de aproximativ a ori mai mare decât în absenţa RN, adică fără AO.

Sarcina flotanta

Sursă reglabilă de curent:• modificarea vI - sursă de curent comandată în tensiune• utilizarea unui potenţiometru în serie cu R.

Surse de curent cu AO si T Sarcina neflotanta

Rv

Rvi II

O ≈++

=

1

21

11

βββ

Conversia domeniului de tensiune

min max;cd cd cdv v v⎡ ⎤∈ ⎣ ⎦ min max

;O O Ov v v⎡ ⎤∈ ⎣ ⎦

Solutii

• Amplificator cu AO in configuraţia inversoare

mincdvmaxOv

maxcdvminOv

• Amplificator cu AO in configuraţia neinversoare

mincdvminOv

maxcdvmaxOv

Circuite

(2;7)Vcdv ∈ ( 1;6)VOv ∈ −

Exemplificare

inversor

neinversor

Dimensionare valori rezistentetensiune de referinta

REFcdO VRRv

RRv ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

1

2

1

2 1

REFcdO VRRv

RRv ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

1

2max

1

2min 1

REFcdO VRRv

RRv ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

1

2min

1

2max 1

minmax

minmax

1

2

cdcd

OO

vvvv

RR

−−

=

1

2

max1

2min

1RR

vRRv

VcdO

REF

+

+=

21'1 || RRR =

CSTV

valori rezistentetensiune de referinta

Redresor de precizie:

Pentru alternanța redresată să avem vO = vI

Superdioda – cădere de tensiune (aproape) zero în conducție

AO cu RN + D

Nu poate redresa semnale mici

Se pierde căderea de tensiune pe dioda în conducție

Redresoare de precizieRedresare monoalternanță

redresare monoalternanţă pentru alternanţa pozitivăredresarea alternanţei negative?

vO - nu poate deveni negativă

0≥DiiD

Dezavantaj:

Soluție: evitarea intrării în saturație

• vI <0, D – (b), nu exista RN, AO comparator simplu vO,AO=VOL AO - saturatie

Reduce viteza de funcţionare a circuitului (limitează frecvenţade lucru)

Redresor inversor cu evitarea saturației

CSTV

IOI vvbDcDv −=−−< RN;avem)();(;0 12

0;prin RNavem)();(;0

1

12

=−−>

O

I

vDcDbDv

activă regiunea - V7,0, AOv AOO −=

activă regiunea - V7,0, AOvv OAOO +=

• redresor de precizie

vI >0, D1-(c), D2–(b), vO=vI

vI <0, D1-(b), D2–(c), vO=vI

•principiul

Cum arată circuitul ?

Redresarea bialternanţă superdiodă

Detector de vârf pozitiv, de precizie

Detector de vârf pozitiv de precizie cu menţinerea tensiunii

Rolul D2 ?

Rolul R ?

Amplificator logaritmic

BEO vv −=

T

BEVv

SC eIi =S

CTBE I

iVv ln=

1Rvi I

C =S

ITO IR

vVv1

ln−=

Pentru vI <0 - tranzistor pnp

Limitari ale circuitului:- domeniul de variaţie redus al tensiunii de ieşire, de câteva zeci de mV (vO este tensiune bază - emitor);- dependenţa de temperatură a tensiunii de ieşire prin VT şi IS.

Amplificator exponential

CO iRv 1=

IBE vv −=

T

I

T

BEVv

SVv

SC eIeIi−

==

T

IVv

SO eIRv−

= 1

Circuit de înmulţire( ) ( )2121 lnlnln

21IIII vvvv

II eevv +==

214 += BEBEBE vvv

S

ITBE

S

ITBE IR

vVvIR

vVv12

22

11

11 lnln ==

T

BEV

v

SO eIRv4

14= 211211

14II

SO vv

IRRRv =

Circuit de impartire ?

Nu depinde de temperatura

Circuit de înmulţire şi împărţire

3214 BEBEBEBE vvvv −+=

S

ITBE IR

vVv13

33 ln=

S

ITBE

S

ITBE

IRvVv

IRvVv

12

22

11

11

ln

ln

=

=

T

BEV

v

SO eIRv4

14=

rezistente egale

3

21

1211

1314

I

IIO v

vvRRRRv =

3

21=I

IIO v

vvv