Laborator Circuite integrate analogice

2.1

AMPLIFICATORUL INVERSOR

2.1 OBIECTIVE

a) Determinarea efectului de rezisten de reacie asupra ctigului unui amplificator operaional; b) Determinarea raportului fazei ntre semnalul de intrare i semnalul de ieire; c) Determinarea rspusului n frecven a amplificatorului operaional inversor i demostrarea efectului reaciei inverse;

2.2. NOIUNI TEORETICE

Considernd ctigul unui amplificator operaional ideal cu bucl de reacie deschis

foarte mare (valorile tipice sunt de ordinul a 100dB) este uor s nelegem cum aceast

caracteristic l face instabil din cauza unei variaii mici a tensiunii de intrare ce cauzeaz o

variaie foarte mare a ieirii.

Tehnicile de reacie sunt larg utilizate pentru a rezolva aceast problem. n aceast

lucrare se analizeaz reacia negativ prin care o parte a semnalului de ieire este aplicat napoi

pe intrarea inversooarer a amplificatorului operaional. Circuitul experimental este cel din figura

2.1.

Se calculeaz ctigul unui amplificator operaional ideal n modul inversor i apoi se

observ diferenele n cazul dispozitivului real.

Se amintete c un amplificator operaional ideal are prin definiie, amplificare i

rezisten de intare mare. Caracteristicile unei amplificri mari reprezint ntotdeauna tensiune

diferenial nul, deci intrarea inversoare indicat n figura 2.1 are acelai potenial ca i intrarea

neinversoare, de exemplu n acest caz, 0V. Se spune de obicei c intrarea inversoare este legat

virtual la mas. Pornind de la aceste premise curentul ce trece prin Ri este dat de:

RiVinI / (1)

Din proprietatea de rezisten de intrare infinit putem spune c determinarea tensiunii

Vo este dat de curentul I ce trece prin Rf:

IRfVo (2)

Semnul minus este pus din cauza c se consider c Vin este mult mai mare dect zero,

curentul trece de la Vin la V0 determinnd o scdere dat de valoarea rezistenei pentru curentul

ce trece prin ea i apoi, din cauza intrrii inversoare care este virtual legat la mas, obinndu-se

astfel formula descris mai sus.

Lucrarea Nr. 2

Laborator Circuite integrate analogice

2.2

Inlocuind valoarea lui I tocmai calculat se constat c:

RiVinRfVo / (3)

i inndu-se cont c amplificarea a fost definit ca raportul ntre tensiunea de ieire i cea de

intrare, obinem:

RiRfVinVoGv // (4)

Fig.2.1 AO Configuraia inversoare

Se consider un amplificator real. Aceste formule pot fi aplicate aproape far nici o

modificare deoarece se amplific tensiuni de intrare difereniale de civa microvolti, valori ce nu

afecteaz deloc formulele. De asemenea, rezistena de intrare nu afecteaz n caz particular, avnd

o valoare mai mare dect valoarea normal a rezistenei utilizat pentru Rf i pentru Ri.

2.3 DESFURAREA LUCRRII

Pentru determinrile experimentale sunt necesare urmatoarele aparate:

sursa de alimentare diferenial 12 Vcc;

un multimetru digital;

un osciloscop ce permite vizualizarea a 2 caracteristici n acelai timp

un generator de funcii;

platforma de laborator C17/EV.

Laborator Circuite integrate analogice

2.3

2.3.1 Determinarea efectului rezistenei de reacie asupra ctigului unui

amplificator operaional

Se realizeaz montajul din figura 2.2

Fig.2.2 Schema electric a amplificatorului operaional inversor

Se alimenteaz modul cu 12VDC.

Utiliznd generatorul de funcii, se aplic un semnal sinusoidal cu amplitudinea de

100mV i frecvena de 1KHz ntre intrarea Vin (borna 7) i mas.

Se conecteaz multimetrul la ieirea circuitului, borna (27) i se msoar tensiunea de

ieire V0 .

Folosind relaia: VinVoGv / , se calculeaz ctigul n tensiune al amplificatorului.

Se calculeaz ctigul teoretic al amplificatorului dat de raportul ntre R13 si R7.

Tabelul 2.1

GV (experimental)

VinVoGv /

GV (teoretic)

713 / RRGv

Se compar rezultatele teoretice cu cele experimentale.

Acum se desface conexiunea dintre borna (27) i borna (24) i se realizeaz conexiunea

ntre borna (27) i borna (23) nlocuind rezistena de reacie R13 de 100K cu rezistena

R12 de 10 K .

Se aplic la intrare un semnal sinusoidal cu amplitudinea de 1V i frecvena de 1KHz i

se masoar tensiunea de ieire V0.

Se calculeaz amplificarea n tensiune dat de raportul ntre tensiunea de intrare i

tensiunea de ieire.

Se calculeaz amplificarea teoretic dat de raportul ntre R12 i R7.

Laborator Circuite integrate analogice

2.4

Tabelul 2.2

GV (experimental)

VinVoGv /

GV (teoretic)

712 / RRGv

Se compar rezultatele teroretice cu cele experimentale.

Not:

Considerndu-se toleranele componentelor i a erorilor de msur, specificai dac pot fi

comparate rezultatele experimentale cu cele practice n cele dou situaii.

2.3.2 Determinarea defazrii ntre semnalele de ieire i intrare

Se realizeaz montajul din figura 2.2

Se alimenteaz circuitul cu 12VDC.

Utiliznd generatorul de funcii, se aplic un semnal sinusoidal cu amplitudinea de

100mV i frecvena de 1KHz ntre intrarea Vin (borna 7) i mas, apoi se msoar cu

multimetru, tensiunea de ieire V0 (borna 27).

Se conecteaz sonda osciloscopului (canalul 1) la intrarea circuitului, (borna 7) i sonda

osciloscopului (canalul 2) la ieirea AO, (borna 27) pentru a vizualiza semnalul de intrare

Vin respectiv semnalul de ieire V0 .

Se msoar defazajul ntre semnalul de intrare i cel de ieire.

Not:

Analizai rezultatul obinut n urma msurtorilor i argumentai!

2.3.3 Determinarea rspunsului n frecven al unui amplificator operaional i a efectului

reaciei cu rezistena asupra limii de band

Se realizeaz montajul din figura 2.2

Se alimenteaz circuitul cu 12VDC

Se aplic un semnal sinusoidal cu frecvena de 1KHz i amplitudine de 0.5Vpp, ntre

intrarea Vin , borna (7) i mas.

Se msoar tensiunea de ieire i se noteaz n coloana Vo(R13) a tabelului 2.4

rezultatele obinute.

Se repet msurtorile modificnd valoarea frecvenei de intrare a semnalului (conform

valorilor din tabelul ) i se noteaz rezultatele obinute pentru fiecare valoare a frecvenei

Laborator Circuite integrate analogice

2.5

de intrare n rubrica corespunztoare din tabelul 2.4. Se verific ca valoarea tensiunii de

intrare s fie ntotdeauna 0.5Vpp pentru fiecare msuratoare.

Se schimb rezistena R13 de 100 K cu R12 de 10 K (se deconecteaz conexiunea

dintre borna (27) i borna (24) i se conecteaz borna (27) la borna (23).

La intrarea circuitului, borna(7) se aplic un semnal cu frecevna de 1KHz i

amplitudinea de 1Vpp.

Se msoar tensiunea de ieire i se noteaz n coloana (Vo(R12)) din tabelul 2.4,

rezultatul obinut.

Pstrnd amplitudinea semnalului la valoarea de 1Vpp, se modific frecvena semnalului

conform valorilor din tabel i se noteaz rezultatele obinute pentru tensiunea de ieire n

rubrica corespunztoare din tabel, n coloana (Vo(R12)).

Se calculeaz ctigul amplificatorului pentru fiecare caz i se completeaz tabelul 2.4 cu valorile obinute.

Pentru ambele valori ale rezistenei de reacie (R13 i R12) se calculeaz frecevena la

care amplificarea A.O. scade la -3dB (se amintete c la aceast frecven amplificarea

trebuie sa scad la o valoare egal cu 0.707 din cea maxim).

Tabelul 2.3

Rfi (K)

ft (KHz)

100K

10K

Tabelul 2.4

f(Vin) V0(R13) V0/Vin(R13) V0(R12) V0/Vin(R12)

1KHz

2KHz

5KHz

10KHz

20KHz

50KHz

100KHz

200KHz

500KHz

Not: 1. S se reprezinte grafic ( pe hrtie milimetric ) variaia tensiunii de ieire n funcie

de frecven.

Laborator Circuite integrate analogice

2.6

2.4 RSPUNDEI LA URMTOARELE NTREBRI

1. Defazarea ntre semnalele de ieire i semnalele de intrare pentru un amplificator operaional

inversor este egal cu:

a) zero

b) 90 grade

c) 180 grade

d) depinde de raportul Rf/Ri (Fig. 2.1)

2. Dac valoarea rezistenei Rf (fig. 2.1) este modificat n sensul creterii acesteia, care din

urmatoarele afirmaii sunt adevarate?

a) rezistena de ieire crete

b) ctigul (amplificarea) se mrete

c) frecvena de tiere crete

d) defazarea dintre semnalul de ieire i cel de intrare crete

3. Care este amplitudinea semnalului de intrare dac amplificarea circuitului este 100 i

amplitudinea semnalului de ieire este de 5V?

a) 50mV

b) 500mV

c) 5V

d) 0V

4. Cum poate fi mrit frecvena de tiere a unui amplificator inversor?

a) mrind frecvena semnalului de intrare

b) scaznd valoarea rezistenei de reacie

c) resetnd tensiunea de offset

d) mrind raportul Rf/Ri (fig. 2.1)