Referat Fizica. Amplificatoare operationale Rver 2

Tone Sorin gr 432 AAmplificatoare operationale Configuratii de bazaObiectul lucrarii: Lucrarea isi propune studierea catorva circuite de baza realizate cu amplificatoare operationale. Se pun in evidenta relatiile de principiu deduse in conditiile presupunerii unui amplificator ideal, ca si doua aspecte fundamentale legate de aceste configuratii cu amplificatoare operationale: raspunsul in timp si comportarea in frecventa.1. Amplificator inversorSe realizeaza circuitul din figura de mai jos: cu rezistentele de valorile: R1=1K , R2=10 K , Rcomp=1 K .Semnalul vs este sinusoidal cu amplitudinea de 50 mV si frecventa de 1KHz, iar la iesirea vout se obtine un semnal defazat cu 1800 de amplitudine 500 mV, asa cum reiese din figura urmatoare: Se observa ca circuitul amplifica in tensiune de 10 ori.Din calcul se obtine pentru tensiunea de iesire aceeasi valoare: vout = - vs * R2/R1= 500 mVDaca R2 =100 K pe ecranul osciloscopului se observa: Astfel marind rezistenta R2 de 10 ori s-a obtinut o amplificare in tensiune de 100 de ori.3. Amplificator sumatorDaca la intrarea unui circuit inversor se aplica mai multe semnale se obtine la iesire suma ponderata (cu semn schimbat) a marimilor de intrareSchema circuitului este urmatoarea: cu valorile pentru rezistente: R1 = 1 K , R2 = 10 K , R3 = 10 K , Rcomp = 1K .Pe intrari se aplica:- semnalul vs1 sinusoidal cu amplitudinea de 100 mV si frecventa de 1 KHz- tensiune continua vS2 de 1 V.In urma masuratorii pe ecranul oscilocopului se obtine :5. Circuit de integrare (filtru trece - jos de ordinul unu)Circuitele integratoare cu amplificatoare operationale se pot utiliza fie ca filtre selective in frecventa, fie ca circuite de defazare sau ca integrator propri-zis. Schema circuitului este urmatoarea: cu urmatoarele valori pentru rezistente si condensator: R1 = 10 K , R2 = 100 K , C2 =22 nF, Rcomp = 10 K . 5.1. Se aplica la intrare un semnal dreptunghiular cu amplitudinea de 50 de mV si frecventa de 100 Hz, iar forma semnalului de iesire este urmatoarea:Daca se lucreaza la frecventa de 1 KHz avem: In formele de unda de la cele doua frecvente apar diferente datorita faptului ca la frecventa f=100Hz perioada semnalului este T = 10 ms, iar la f = 1KHz, T = 1ms. Cum constanta de timp a integratorului este = R1C2 = 0,22ms se observa ca la frecventa joasa de 100 de Hz << T=10ms fata de frecventa de 1 Khz unde=T/5, deci cam acelasi ordin de marime.Deci in cazul f=100 Hz pe osciloscop forma de unda va aproxima ciclurile de incarcare si descarcare ale condensatorului (printr-o exponentiala), fata de cazul f=1 Khz unde exponentiala va fi aproximata cu un segment de dreapta datorita faptului ca, constanta de timp de indicare a condensatorului este de acelas ordin de marime cu perioada semnalului.5.2. Caracteristica modulului functiei de transfer in functie de frecventa este asemanatoare cu cea a unui filtru trece-jos deoarece impedanta condensatorului scade cu cresterea frecventei, deci la frecvente inalte amplificarea va scadea.Raspunsuri la intrebari:1.Rcomp foloseste la limitarea tensiunii reziduale de iesire (cu intrarea la masa). Rcomp nu modifica amplificarea operationalului. 2.Pentru amplificatorul operational in configuratie inversoare cu amplificare marita avem : A=-11003.Pentru sumatorul de la punctul 3 cu teorema superpozitiei:Un circuit somator cu AO atenueaza tensiunea de iesire asa cum face unul realizat cu elemente pasive.4.Pentru circuitul derivator avem:Pentru Pentru circuitul integrator avem:5. Rezistenta R2 din schema integratorului are rolul de a asigura o amplificare mai mica pentru a nu se satura amplificatorul (fara R2 avem o amplificare foarte mare deoarece impedanta condensatorului la frecvente joase este foarte mare).6. Pentru alternanta pozitiva a lui VS dioada D1 limiteaza tensiunea la iesirea amplificatorului operational.Functionarea redresorului bialternanta este:a. daca VS>0 => D1 deschisa si D2 blocata=> Om=0V. Astfel in sumator realizat cu A2 va intra doar VS=> Vout=VS 2R/2R = VS pentru Vs > 0b. daca VS <0 => D1 blocata si D2 deschisa=> Om = - Vs R/R = - VSAstfel, in sumator vor intra VS prin rezistenta de valoare 2R si Om = - VS prin cea de valoare R.Rezulta Vout = VS pentru VS < 0Deci pentru un semnal VS sinusoidal rezulta ca la iesire avem un semnal redresat dublualternanta.7. Circuitul de logaritmare are expresia:Vout = - VTln (VS / R1 I S)Dezavantajele constau in dependenta I S exponentiala de temperatura si VT liniar cu temperatura.Pentru eliminarea primului dezavantaj se inseriaza doua tranzistoare , astfel:Pentru inlaturarea celui de al doilea dezavantaj se foloseste un divizor cu termistor.Parametrii si caracteristiciObiectul lucrarii:Lucrarea isi propune studierea principalilor parametri ai unui amplificator operational cu ajutorul unor circuite simple de masura. Se analizeaza comparativ doua amplificatoare operationale de uz general, punandu-se in evidenta abateri de la idealitate ale acestor circuite si deci anumite limitari in functionare, aceste aspecte fiind fundamentale atat pentru fabricantul de circuite integrate, cat si pentru utilizator in faza de proiectare a unei aplicatii concrete.7. Raspunsul in frecventa pentru amplificator inversorSchema circuitului este: cu urmatoarele valori pentru rezistente R1= 10k , R2= 10k , Rcomp= 1k .Se aplica la intrare un semnal sinusoidal cu amplitudinea de 50 mV si frecventa variabila.7.1. Dupa ce se vizualizeaza pe osciloscop tensiunea de iesire, se determina frecventa limita superioara fS =380kHz ca fiind valoarea frecventei pentru care modulul amplificarii scade cu 3 dB fata de valoarea din banda. 7.2. Se repeta masuratorile utilizind urmatoarele valori ale rezistentelor: R1= 1k , R2= 10k , Rcomp= 1k .Se obtine fS =110kHz ,tensiunea de decalaj VIO=50mV f[kHz]1103065103200300V0[V]0.50.50.50.50.450.20.18V0/Vi10101010943.720lg(V0/Vi)[dB]2020202019.0812.0411.36Se ridica caracteristica completa amplitudine - frecventa la scara logaritmica:7.3. Se folosesc rezistentele R1= 1k , R2= 100 k , Rcomp= 1k . In urma masuratorilor se obtine pentru fs valoarea fs = 6,2 KHz la o amplificare A = 100 = R2/R11. Tensiunea de intrare de decalaj, VIOTensiunea de intrare de decalaj se poate masura folosind circuitul:Pentru CI A 741 se obtine Vo = 1.7 V si deci VIO = 1.7 mV, iar pentru CI M 108 se obtine Vo = 0.6 V si deci VIO = 0.6 mV.2. Curentii de intrare IB+ , IB- si curentul de intrare de decalaj, IIOAcesti curenti au fost masurati utilizand urmatorul circuit: 2.1. Pentru CI M 108 obtinem: Vout = 1.5 V si deci IB+ = 100 nA2.2. Pentru IB- obtinem: Vout = 1.5 V si rezulta IB- = 100 nA2.3. Obtinandu-se Vout = 1 V rezulta pentru IIO = 66.6 nA2.4. Pentru CI A 741 obtinem: Vout = 0.5 V si deci IB+ = 33 nA2.5. Pentru IB- obtinem: Vout = 0.5 V si rezulta IB- = 33 nA2.6. Obtinandu-se Vout = 0.3 V rezulta pentru IIO = 20 nA3. Castigul in bucla deschisaSe utilizeaza urmatorul circuit cu CI M 108: 3.1 Se aplica la intrare un semnal sinusoidal cu amplitudinea de 5 V si frecventa de 1 Hz.Am obtinut: Vout = 4.5V si VR = 4 mV . Cu formula: a - 100* Vout / VR se obtine o amplificare in bucla deschisa de a 2*105 .Se obtine frecventa f =2Hz.Raspunsuri la intrebari:1. Daca VIO = 0 rezulta Vout = IBR2 Daca VIO este diferit de 0 rezulta VR1 = Vout R1 / (R1 + R2)2. Circuitul M108 este bun la tensiunea de decalaj fata de A741, dar mai slab in ceea ce privesc curentii de decalaj.5.Banda de frecventa se modifica odata cu modificarea amplificarii deoarece BA = ct.