despre amplificatoare operationale

8/13/2019 Despre Amplificatoare Operationale

1/24

CAPITOLUL I.

NOTIUNI GENERALE

Clasificarea amplificatoarelor

Un amplificator consta in unul sau mai multe etaje de amplificare. Ele se pot clasifica dupa

urmatoarele criterii.

Dupa natura semnalului amplificat

o amplificatoare de tensiune;o amplificatoare de curent;o amplificatoare de putere.

Primele doua categorii au la intrare semnale electrice de amplitudini relativ mici, fiind denumiteamplificatoare de semnal mic. Cea de a treia categorie de amplificatoare trebuie sa furnizeze la iesireputeri mari (cel putin de ordinul atilor! cu un randament acceptabil; ele lucreaza aproape de posibilitatile

lor ma"ime in ceea ce priveste puterea disipata si de aceea se numesc amplifacatoare desemnal mare.

Dupa tipul elementelor active folosite

o amplificatoare cu tuburi electronice;o amplificatoare cu semiconductoare;o amplificatoare cu circuite integrate (operationale!;o amplificatoare magnetice.

Dupa valoarea benzii de frecveta a semnalelor amplificate

o amplificatoare de curent continuu # amplifica semnale incepand cu frecvente f $ % (curentcontinuu!;

o amplificatoare de audiofrecventa (joasa frecventa! # amplifica semnale in banda audibila,intre &% 'z si &% )z;

o amplificatoare de radiofrecventa (inalta frecventa! # pentru semnale cuprinse intre &% )zsi *% +)z;

o amplificatoare de foarte inalta frecventa # pentru frecvente cuprinse intre *% si *%% +)z.

anda amplificatoare este cel putin egala cu cea a semnalelor redate.

Dupa latimea benzii de frecventa amplificata

o amplificatoare de banda ingusta (-*% )z!;o amplificatoare de banda larga (de videofrecventa! ,avand o gama de frecvente amplificate

cuprinse intre cativa )erti (teoretic %'z! si /+)z (teoretic 0+)z!.

Dupa tipul cuplajului folosit intre etaje

o amplificatoare cu cuplaj 1C;o amplificatoare cu circuite racordate;

2


2/24

o amplificatoare cu cuplaj prin transformator;o amplificatoare cu cuplaj rezistiv (cu cuplaj galvanic curent continuu!.

3e obicei un amplificator apartine simultan mai multor categorii de clasificare. 3e e"emplu unamplificator de tensiune dintr4un receptor radio poate fi un amplificator de tranzistoare, de audiofrecventa,de semnal mic, de banda ingusta, cu cuplaj 15.

Parametrii amplificatoarelor

Performantele amplificatoarelor se e"prima prin anumite caracteristici sau parametri. +arimilefundamentale caracteristice pentru functionarea unui amplificator sunt 6

o coeficientul de amplificare (amplificarea propriu4zisa!;o caracteristicile amplitudine 4 frecventa si faza 4 frecventa;o distorsiunile;o raportul semnal zgomot;o gama dinamica;o sensibilitatea.

Coeficientul de amplificare (amplificarea propriu-zisa)

7mplificarea este cea mai importanta marime caracteristica a unui amplificator. Ea reprezinta raportuldintre o marime electrica de la iesirea amplifacatorului si marimea corespnzatoare de la intrare. 8n functiede natura acestei marimi electrice se pot defini6

o amplificarea in tensiune6

7U $ies

in

U

U (2.2!

o amplificarea in curent6 78 $

ies

in

I

I (2.&!

o amplifacarea in putere6

7P$ies

in

P

P (2.*!

3eoarece semnalul de iesire poate fi defazat fata de cel de intrare, inseamna ca amplificarea intensiune si cea in curent sunt numere comple"e, avand un modul l7l si o faza ; amplificarea in putereeste in numar real deoarece puterea este o marime scalara.

5a un amplificator cu mai multe etaje, amplificarea totala este egala cu produsul amplificarilorfiecaruietaj. 8ntr4adevar se observa ca, de e"emplu la amplificatoarele cu * etaje 6

7U $ies

in

U

U $

&

in

U

U9

*

&

U

U9

*

iesU

U$ 2uA 9 &uA 9 *uA . (2.:!

&


3/24

Uintr U& U* Uies

1s (ig. 2.2!

d? $ &% logies

in

U

U ; uA >=p? $ ln

ies

in

U

U (2./!

o iA >d? $ &% logies

in

I

I ; iA >=p? $ ln

ies

in

I

I (2.0!

o pA >d? $ 2% logies

in

P

P ; pA >=p? $ ln

ies

in

P

P (2.@!

unde6 2=p $ A.0A0 d

Caracteristica amplitudine - frecventa

8n cazul unui amplificator ideal, un semnal de amplitudine constanta si de diferite fercvente, aplicatla intrare este redat la iesire tot cu amplitudine constanta (marita ca valoare! aceeasi pentru toatefrecventele. 8n cazul ampificatoarelor reale, amplitudinea semnalelor de diferite frecvente de la iesire nu

mai este constanta, fiind mai mica spre capetele benzii (la frecventele inferioare si la cele superioare!datorita urmatoarelor cauze6o elementele reactive din circuit (condensatoare, bobine!, care prezinta reactante ce variaza

in functie de frecventao factorii de amplificare (B, ! ai tranzistoarelor depind de frecventa (peste o anumita valoare

a frecventei!3ependenta amplificarii de frecventa este caracterizata prin curbele de variatie cu frecventa

modulului si, respectiv a fazei amplificarii, deoarece amplificarea este un numar comple".

Curba ( !A A f= se numeste caracteristica amplitudine frecventa. > >~


4/24

%

log A

A

%d 2 (4*d! %.@%@

%

if sf f3ependenta de frecventa a amplificarii (caracteristica amplitudine4frecventa! (ig. 2.&!

Distorsiunile

1eproducerea ine"acta a semnalului de iesire fata de cel de intrare, fie datorita variatiei cu frecventafie a unor frecvente noi introduse, poarta numele de distorsiuni. 3upa tipul lor distorsinumile sunt6

o distorsiuni ale amplitudinii in functie de frecventa;o distorsiuni ale fazei in functie de frecventa;o distorsiuni armonice;o distorsiuni de intremodulatie.

Primele doua categorii se numesc distorsiuni de frecventa sau liniare, iar ultimele doua categorii se

numesc distorsiuni neliniare. 3istorsiunile de frecventa sunt foarte importante in etajele de semnal mic.

3istorsiunile amplitudunii in functie de frecventa # redau abaterile caracteristicii reale de la

caracteristica ideala si se evalueaza cantitativ prin relatia6%

( !A fM

A= (2.A!

Unde 6 + # factorul de distorsiuni de amplitudine;

%A 4 amplificarea la frecvente medii;

( !A f 4 amplificarea la o anumita frecventa Df D.

anda de frecventa a unui amplificator este domeniul de frecvente cuprinse intre o frecventa limita

supperioara sf si o frecuenta limita inferioara if , a caror amplitudine reprezinta2

%,@%@&

= din

amplitudinea frecventelor medii. 5a aceste frecvente amplificarea scade cu * d fata de %A (amplitudineafrecventelor medii!.

:


5/24

3istorsiunile de faza 4 reprezinta abaterile faza 4 frecventa fata de caracteristica unui

amplificator ideal (o dreapta de ecuatie kf = !. 3atorit neliniaritatii caracteristicii de perceptie auditivaumana, ele sunt mai putin importante in audio frecventa, dar sunt foarte importante in amlificatoarele devideofrecventa.

% f

3ependenta de frecventa a amplificarii (caracteristica faza4fracventa! (ig. 2.*!

3istorsiunile neliniare armonice # constau in acele deformari ale semnalului de la iesireaunui amplificator, care sunt produse de caracteristicile elementelor neliniare6 tuburi electronice,tranzistoare, miezuri magnetice.


6/24

3istorsiunile nelinire sunt foarte importante in amplificatoarele de putere(de semnal mare!.

cI cI

BEU % f

t

7paritia distorsiunilor neliniare intr4un etaj amplificator cu tranzistor . (ig. 2.:!

Raportul semnal/zgomot

1eprezinta raportul intre tensiunea de iesire produsa de semnalul amplificat si tensiunea dezgomot propriu. ensiunea de zgomot a unui amplificator este semnalul aleator (cu variatia )aotica intimp! produs de elementele componente ale amplificatorului, rezistoare, tranzistoare, datorita structuriidiscontinue a curentului electric. Ea se masoara la iesirea amplificatorului, scurtcircuitand bornele sale deintrare si poate fi redata si prin tensiunea ec)ivalenta de zgomot de la intrarea amplificatorului. 7ceastareprezinta valoarea tensiunii de intrare care ar crea la iesire tensiunea proprie de zgomot. Pentru casemnalul de intrare sa nu fie perturbat in mod suparator de zgomot este necesar ca el sa depaseasca de un

numar de ori nivelul zgomotului, deci sa se realizeze un anumit raport semnalzgomot. 5a un amplificator cu mai multe etaje zgomotul provine, mai ales, din circuitul de intrare si dinprimul etaj. Ggomotele provin din rezistoare, din elemente active si se pot datora si unor cauzeconstructive6 filtrarea insufucienta a tensiunii de alimentare, creanare necorespunzatoare a circuitelor etc. Haloarea raportului semnalzgomot se reda sub forma 6

raportul semnalzgomot $&%log sies

zin

U

U . (2.22!

0


7/24

ama dinamica

1eprezinta raportul intre semnalele de prutere ma"ima si cel de putere minima pe care le poatereda amplificatorul. =ivelul semnalului amplificat este limitat superior de catre etajul final si inferior deraportul semnalzgomotal amplificatorului. 3e retinut ca amplificatoarele la care nu se iau precautiispeciale pot reduce gama dinamica a unui program.

!ensibilitatea


8/24

o au o impedanta la intrare teoretic infinita, practic foarte mare; in consecintacurentul de intrare in 7K este teoretic %, practic foarte mic;

o au o deriva a tensiunii nula (un apare semnal la iesire in absenta semnalelor deintrare!;consecinta este ca tensiunea de decalaj de intrare (care ar trebui aplicatapentru a anula deriva! este nula;

o au impedanta de iesire teoretic egala cu %, practic foarte mica; in consecintavaloarea tensiunii de iesire nu depinde de rezistenta de sarcina;

o amplificarea in bucla desc)isa este teoretic infinita, practic e"trem de mare, ceeace ducce la consecinta ca diferenta de tensiune intre cele doua intrari sa fie nula.

"mplificatorul operational inversor

1&

8r82 12

8iI

7

H2 J

H%


9/24


10/24

H& I

Hn H%

7mplificator operational inversor sumator (fig.2.@!

8n cazul in care la intrarea inversoare se alpica mai multe tensiuni, prin intermediul unorrezistente, la iesire se obtine un semnal in antifaza, proportional in modul cu suma lor. 7plicandprima teorema a lui irc))off in jurul nodului 7 (fig. 2.0! se obtin relatiile urmatoare6

irn IIIII =++++ !...( &2 (2.&/!

%=iI ;R

VIr

%= ;k

k

kR

VI =

(2.&0!

R

V

R

Vn

k k

k %

2==

(2.&@! Presupunand, pentru amplificare, RRRR n ==== ...&2 rezulta6

=

=n

k

kVV

2

%

(2.&A!

"mplificatorul operational neinversor

1&

7 J

8iI

H2 12 H%


11/24

2&2

% 9RRR

VV

A +=

(2.&-! 3ar, deoarece 7$ , atunci %% ==VVA , deci 2VVV BA == ( 2V reprezinta tensiunea

de intrare!. 8n acest caz6&2

%2

RR

VV

+= .

(2.*%! =otand 6

2

&

2

&2

2

%2

R

R

R

RR

V

VA +=

+==

+ (2.*2!


12/24

DDDD

%R

RR

VVA

+

= (2.*:!

8n jurul nodului 2B aplicand prima teorema a lui irc))off, obtinem6

%...*&2 ==++++ in IIIII (2.*/!

in care62

22

R

VVI

B

=

. .

n

Bn

n

R

VVI

=

8nlocuind obtinem62

2

R

VV B IFIn

Bn

R

VV $ %. (2.*0!

Presupunand pentru simplificare6 RRR n=== ...2 , obtinem6

B

n

k

k nVV =

=2 (2.*@!

dar6 DDDD

%R

RR

VVVAB +

== (2.*A!

deci6 DDDD

H %n

2L

L RRR

Vn

+=

= (2.*-!

daca6 1DI1DD$n1D

=

=n

2L

L% HV (2.:%!


13/24

: J

2*

& I

/


14/24

%2>u (2.:&!3eci rezulta si 6 %2 >iu (2.:*!


15/24

7stfel curentul 2I are e"presia6

2

222

R

uuI

i

=

(2./&!Curentul &I are e"presia6

&

*2&

R

uuI

i=

(2./*!


16/24

12 82 8iU2 J

U2i

U*U&i I


17/24

dt

duC

R

u *&

2

2 =

(2.0-! 3eci6

2&2

* 2u

CRdt

du

(2.@%! 1especrtiv6

dtuCR

u 2&2

*

2

(2.@2! 3in relatia 2.@2 se constata ca regulatorul automat cu sc)ema din figura 2.2& realizeaza o legede tip 8, intrucat e"presia 2.@2 corespunde relatiei de definitie a unei legi 8 de forma6

dtaT

c

i

=2

(2.@&!

3in e"presiile 2.@2 si 2.@& rezulta ca pentru sc)ema considerata 6

&2CRTi = (2.@*!

o &btinerea legii de tip proportional-integral P#

Pentru obtinerea acestei legi, in circuitul reactiei negative din figura 2.22 trebuie introdusa, pelanga rezistenta &R , capacitatea &C rezultand urmatoarea sc)ema6

U1& UC&

1& C&

8& 12

U2 82 U2i 8i J

U*I

U&i


18/24

8ar daca tensiunea &Ru in rezistenta &R are e"presia6

2&& IRuR = (2.@/! 8nsumand tensiunile &Cu si &Ru se obtine diferenta tensiunilor de la bornele circuitului dereactie, respectiv6

==+= dtIC

IRuuuuCRi

&&&&&&*2

2

(2.@0!


19/24

o &btinerea legii de tip proportional ' derivativ PD

Pentru obtinerea acestei legi, in circuitul de intrare trebuie introduse in paralel o rezistenta 2R sio capacitate 2C , rezultand sc)ema urmatoare6

12 821 8& 1&

82 + 8i J

U2C2 8C2

U* I

UC2 U&i


20/24

7ceasta e"presie atesta faptul ca sc)ema 2.2: realizeaza o lege de reglare P3, intrucat aceastae"presie corespunde relatiei ce defineste legea P36

+=+=+=

dt

daTaK

dt

daTKaKccc

D

RDRRDP

(2.-%!1ezulta 6 22CRTd = (2.-2!

o &btinerea legii de tip proportional-integral-derivativ P#D

Pentru obtinerea acestei legi circuitul de intrare trebuie sa aiba aspectul urmator6

12 1& C& 821 8&

82 U2i 8i J C2 U* 82c I

U&i


21/24

++

+=

dt

duCRdtu

CRu

CR

CR

R

Ru

2222

&&

2

&&

22

2

&*

22

(2.-:! E"presia 2.-& atesta faptul ca sc)ema din figura 2.2/, realizeaza o lege de reglare de tip P83,intrucat aceasta e"presie corespunde relatiei care defineste legea P836

++=

dtda

Tdta

T

aKcd

i

R

2

(2.-/!

CAPITOLUL V.

NORME DE PROTECTIA MUNCII

2. iecare om al muncii este obligat ca, Nnainte de folosirea mijloacelor individuale de protecOie, s

verifice lipsa defectelor e"terioare, curOenia lor, marcarea tensiunii la care este permis utilizarea precum

Qi dac nu s4a depQit termenul de menOinere a caracteristicilor electrice.

&. 7rt.*A&/6 7mestecul acizilor se face turnRnd pe cel mai concentrat Nn cel mai diluat4

*. 7rt.*/*-6 5a e"ploatarea bilor cu conOinut acid se va evita contactul soluOiilor cu pielea

:. 7rt.*0@06 Comenzile de pornire Qi oprire a lucrrilor se vor face de ctre Qeful de lucrare, Qi tot el

va conduce probele.

/. 7rt.*0A-6 Cablurile mobile de legtur se vor controla Nnainte de punerea sub tensiune

0. 7rt.*0--6 Este interzis modificarea montajelor electrice aflate sub tensiune.

@. 7rt.*@&%6


22/24

*. 3urata de acOiune a curentului electric. 3ac durata de acOiune a curentului electric

este mai mic de %,%2 efectul nu este periculos;

:. Calea de trecere a curentului prin corp. Cele mai periculoase situaOii sunt cele Nn

care curentul electric trece printr4un circuit Nn care intr Qi inima sau locuri de mare

sensibilitate nervoas (ceafa, tRmpla etc.!

/. Halorile curenOilor care produc electrocutarea. 7cestea se pot calcula simplu cu

legea lui K)m6R

UI = unde 1 este suma rezistenOelor din circuit. 4valoarea limit

a curenOilor nepericuloQi sunt 2%m7 curent alternativ Qi /%m7 curent continuu.

Efectele trecerii curentului electric prin corpul omenesc se pot grupa Nn6

ElectroQocuri Qi electrotraumatisme. CRnd valoarea intensitOii curentului electric este mai

mic de 2m7, nu se simte efectul Qocului electric. 5a valori mai mari de 2%m7 curent alternativ se produc

comoOii nervoase Nn membre; contracOiile muQc)ilor fac ca desprinderea omului de obiectul aflat sub

tensiune s se fac greu. Peste valoarea de 2%m7 se produce fibrilaOia inimii Qi oprirea respiraOiei.

Electrotraumatismele se datoreaz efectului termic al curentului electric Qi pot provoca orbirea,

metalizarea pielii, arsuri.

Cositorirea Qi lipirea se fac Nn locuri special amenajate Qi prevzute cu sisteme de ventilaOie

corespunztoare.

7rt.*@0%6 ile de cositor pot fi izolate termic astfel NncRt temperatura elementelor e"terioare s nu

depQeasc */ grade Celsius

7rt.*@026


23/24

&*


24/24

despre amplificatoare operationale

Documents