Cap. 3.1.2. SEEMI AP. ELECTRONICE

8/9/2019 Cap. 3.1.2. SEEMI AP. ELECTRONICE

1/11

3.1.2. Aparate de msur electronice

Pentru a efectua masurarea unei marimi fizice, aparatele electrice consuma

energie din proces, aceasta fiind necesara miscarii organului mobil. Dacamarimea de masurat are o energie mica, comparabil cu energia necesara

aparatului de masurat, atunci procesul este puteric perturbat si masurareacomplet eronata. In vederea evitarii acestui inconvenient si pentru cresterea

preciziei masurarii, a fost necesara realizarea aparatelor electronice.

Schema bloc de principiu i elementele componente principale ale unuiaparat de msurat electronic sunt urmtoarele:

- amplificatorul A;

- aparatul indicator I;

- sursa de alimentare Sa.

Amplificatorul are impedanta de intrare mare pentru a nu perturba procesul

si a permite masurarea unor marimi electrice foarte mici.

Aparatul indicatoreste in mod obisnuit de tip magnetoelectric. Aparatul demasura electronic, consuma din proces o energie foarte mica, care apoi este

amplificata pana la valoarea necesara producerii cuplului activ al aparatului

indicator I. Restul energiei necesare este preluata de la sursa de alimentare Sa.

Amplificatoarele de masurare, dupa tipul marimii ce se masoara, sunt de

curent continuu sau de curent alternativ.

3.1.2.1. Amplificatoare electronice de curent continuuSunt utilizate la masurarea de tensiuni si curenti continui i pot fi de

tipurile urmtoare:

- amplificatoare care au cuplaj direct;

- amplificatoare cu modulare-demodulare;

- amplificatoare cu izolare galvanic.Aplificatoarele care au cuplaj directpot fi:

-amplificatoare operationale (A.O.)-amplificatoare instrumentale (A.I.)

23


2/11

Amplificatoare operaionaleGeneraliti privind amplificatoarele operaionale

Amplificatoarele operationale (A.O.) sunt amplificatoare de curent

continuu cu amplificare mare, care permit realizarea diferitelor operatiimatematice si indeplinesc functii speciale in echipamentele electronice.

Principaele proprietati ale unui A.O. ideal sunt:- amplificare infinita si independenta de frecventa;- rezistenta de intrare infinita;- curenti de intrare egali cu zero;- rezistenta de iesire egala cu zero;- tensiune de iesire egala cu zero cand tensiunea de intrare este egala cu zero;- tensiunea de iesire urmareste instantaneu variatia tensiunii de intrare.

Desi A.O. se pot realiza cu dispozitive electronice discrete, aparitia

circuitelor integrate a facut posibil ca A.O. sa fie privit ca o componenta

electronica de circuit.

Termenul de operational se aplica la inceput amplificatoarelor incorporate

in circuite de calcul pentru a efectua operatii matematice cum ar fi: adunare,

derivare integrare, logaritmare, sinus etc. (in calculatoarele analogice).

Deoarece tensiunile de intrare si de iesire ale unui A.O. pot lua valori atat

pozitive cat si negative, A.O. necesita doua surse de alimentare: U+

si U-.

Simbolul unui A.O. folosit n schemele electronice este urmtorul:

U+

U-

Uo

UNUI

+

-

Borna inversoare se noteaza cu -, iar cea neinversoare cu +.

Notam AUd amplificarea diferentiala asu amplificarea in bucla deschisa a

A.O. si avem:

Uo = AUd.Ud = AUd

.(UN UI)

Relatia este valabila numai daca Uo este cuprinsa intre U+

si U-

conform

caracteristicii statice (nu se ating zonele de saturatie pozitiva sau negativa) .Excursia semnalului de iesire este in domeniul (U

-,U

+).

24


3/11

AUd105

pentru circuitul integrat A 741.

U+

Uo[V]

Ud[V]

U-

Deoarece tensiunea de iesire este in faza cu tensiunea UN

si in antifaza cu

tensiunea UI, borna notata cu + se numeste borna neinversoare, iar borna notata

cu se numeste brona inversoare.

Diferenta de tensiune care trebuie aplicata intre cele doua intrari pentru a

aduce tensiuena de iesire la valoarea zero se numeste tensiune de decalaj la

intrare sau tensiune de offset.

Uoffset = UN UI a.i. Uo = 0

La A.O. reale rezistenta de intrare este finita, avand valoarea de ordinul

sutelor de k, curentii de intrare ai A.O. au valori de ordinul nanoamperilor,rezistenta de iesire are valori cuprinse intre 100 si 2k.

Aplicaii ale amplificatoarelor operationale

A.O. sunt concepute sa funcitoneze neconditionat stabil intr-o bucla de

reactie negativa. Amplificarea de valoare mare mentionata pana aici constituie

asa-numita amplificare in bucla deschisa a A.O.

Reactiile negative asigura o functionare stabila, dar micsoreaza

amplificarea. Valoarea amplificarii poate fi stabilita la o valoare dorita cuajutorul circuitelor de reactie.

Reactia negativa se realizeaza prin conectarea intre terminalul de iesire si

terminalul inversor al unui circuit, corespunzator scopului urmarit. De

asemenea, intre sursa de semnal si intrarea amplificatorului se conecteaza un alt

circuit, care face parte din circuitul de reactie.

a) Amplificatorul inversor

A.O. este inchis in bucla de reactie negativa si astfel, amplificareacircuitului nu mai depinde de amplificator, ci numai de circuitul exterior.

25


4/11

RN = R1 // R2 RN se conecteaza pentru anularea erorii statice datorate

curentilor de polarizare ai A.O.

Deoarece curentul de intrare in A.O. este zero, rezulta:

i1 + i2 = 0

i1 = (Ui UI) / R1 i i2 = (Uo UI) / R2

Rezult c (Ui UI) / R1 + (Uo UI) / R2 = 0

Pentru A.O. stim ca Uo = AUd.(UN UI)

Deoarece A.O. ideal are amplificarea infinita, atunci

AUd = Uo/(UN - UI) daca UN = UI

si cum borna neinversoare este legata la masa, rezulta c UN = UI = 0

-

A.O.

R2i2

R1i1

Ui

+ Uo

-

A.O.

i1

i2 R2

R1

Ui RN

+ Uo

26


5/11

Ui / R1 + Uo / R2 = 0 Uo = -(R2/R1).Ui

Notam cu AUr amplificarea circuitului cu reactie i putem scrie

. Atunci avemiuro

uAu =

AUr= R2/R1

b) Amplficatorul neinversor

-

A.O.

+

R1

R2

Uo

Ui

Uo = AUd.(UN UI)

AUd = Uo/(UN UI) daca UN = UI = Ui

Caderea de tensiune pe R1 este

UI = Ui = [R1 / (R1+R2)].Uo

Rezulta

21

1

RR

R

uu io

+= iio uR

R

R

RRuu

+=

+=

1

2

1

21 1

AUr= 1 + R2/R1

c) Repetorul de tensiune

Pornim de la amplificatorul neinversor pentru care avem AUr= 1 + R2/R1.Dac R1 atunci AUr 1.

27


6/11

R2

Uo

-

A.O.

+

Ui

-

A.O.

+Uo

Ui

Pentru cea de-a doua schem R1, R

2= 0 A

Ur 1 deci

Uo = Ui.

d) Amplificatorul sumator

-

A.O.

+ Uo

i4R4

RN

i1 R1

i2 R2

R3

Ui1

Ui2

Ui3

i3

Amplificatorul mai este cunoscut i sub denumirea de circuit de sumare

ponderata.

Deoarece curentul de intrare in A.O. este zero:i1 + i2 + i3 + i4 = 0

Deoarece AUd UN = UI si cum borna neinversoare este legata lamasa, avem UN = UI = 0.

Ui1 / R1 + Ui2 / R2 + Ui3 / R3 + Uo / R4 = 0

Uo = -(R4/R1).Ui1 - (R4/R2)

.Ui2 - (R4/R3)

.Ui3

RN are rolul de a micsora eroarea introdusa de curenti de intrare si secalculeaza cu relatia:

28


7/11

1/RN = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 RN = R1//R2//R3//R4

e) Amplificatorul diferential

Chiar A.O. este un amplificator diferential care prezinta o amplificarefoarte mare in circuit deschis. Fara reactie A.O. nu se poate utiliza.

R2

-

A.O.

+

Ui1

Uo

R1

R3

Ui2R4

Deducerea expresiei tensiunii de iesire se efectueaza aplicand principiul

superpozitiei, deoarece circuitul functioneaza in regim liniar.

Uo = Uo|Ui2 = 0 + Uo|Ui1=0

-

A.O.

+

Ui1

R1

R2

R3

R4

Uo

-

A.O.

+

R1

R2

R

R4

U

Ui2

UN

Uo|Ui2=0 = -(R2/R1).Ui1 Uo|Ui1=0 = (1+R2/R1)

.UN =

=(1+R2/R1).[R4/(R3+R4)]

.Ui2

Uo = -(R2/R1).Ui1 + (1+R2/R1)

.[R4/(R3+R4)]

.Ui2

Se aleg: R1 = R3, R2 = R4

29


8/11

Uo = -(R2/R1)

.Ui1 + (1+R2/R1).[R2/(R1+R2)]

.Ui2

Uo = (R2/R1).(Ui2 - Ui1)

3.1.2.2.Aparate electronice pentru mrimi continue

a) Voltmetre electroniceUn voltmetru electronic cu amplificator de curent continuu cu cuplaj direct

are urmtoarea schem de principiu:

K

Ue

Tensiunea de masurat Ui este aplicata amplificatorului operational (AO) in

montaj neinversor. Se obtine o rezistenta de intrare Ri. Diferite domenii de

masurare se obtin prin realizarea diferitilor factori de amplificare, cu ajutorul

divizorului de tensiune R6, R7, R8, R9, R10 si a comutatorului K.

Rezistoarele R1, R2, R3, R4, R5 au drept scop echilibrarea curentilor de

polarizare ai amplificatorului operational.

b) Ampermetre electroniceUn ampermetru electronic pentru masurarea curentilor mici se poate realiza

cu ajutorul unui amplificator operational n montaj de amplifivator neinversor,

utilizand principiul masurarii caderii de tensiune la bornele unei rezistente

cunoscute, produse de curentul de masurat. Schema de principiu se prezint n

figura de mai jos, n care notaia corect cu + i - a bornelor de intrare ale AO

este invers celei din figur.

30


9/11

Curentul de intrare Ii produce cderea de tensiune Ui pe rezistena Rsk

Ui = Rsk Ii .

Tensiunea de ieire din amplificatorul neinversor este

Ue = (1 + R2/R1)Ui ,

iar curentul de ieire prin dispozitivul de msurare DM

Ie = Ue / (R3 || (R1 + R2) =Ue [(R1 + R2 + R3) / R3(R1 + R2)] Ue / R3

deoarece R3


10/11

dintre factorul de amplificare al amplificatorului si frecventa semnalului electricmasurat.

Diagramele Bode sunt reprezentari grafice ale

-variatiei factorului de amplificare in functie de frecvent in circuitul deschis(fara reactie)-variatiei fazei semnalului in functie de frecventa.Diagrama Bode amplificare-frecventa pentru AO si AI arat astfel:

Se determina banda de frecventa in care poate fi utilizat amplificatorul

respectiv. Frecventa maxim permisa fB este acea frecventa la care amplificareascade cu 3 dB fata de amplificarea in curent continuu (la o frecven de 0 Hz).

Liniaritatea amplificatorului reprezinta mentinerea constanta a factorului de

amplificare in interiorul benzii de frecventa.Utilizarea mai multor etaje de amplificare in componeta ABL presupune

introducerea condensatoarelor de cuplaj intre etaje, pentru eliminarea

componentelor continue din semnalul util. Acest lucru poate conduce lamicorarea benzii de frecventa.

Voltmetre electroniceVoltmetrele electronice de curent alternativ utilizeaz, ca si cele de curent

continuu, un aparat indicator de tip magnetoelectric (polarizat). Acest lucru

impune conversia curentului alternativ (c.a.) n curent continuu (c.c.).

Convertorul c.a. c.c. furnizeaza la iesire o tensiune continua egala sau

proportionala cu valoarea efectiva, valoarea medie, sau valoarea de varf a

tensiunii alternative de intrare.Tipurile de convertoare c.a. c.c. sunt urmtoarele:

- de valoare efectiva;

- de valoare medie;

- de valoare de varf.

Schema bloc generala a unui voltmetru de curent alternativ este urmatoarea:

32


11/11

33

Cap. 3.1.2. SEEMI AP. ELECTRONICE

Documents

Transcript of Cap. 3.1.2. SEEMI AP. ELECTRONICE