Curs 9 APLICAȚII CU AO - bel.utcluj.ro · Circuite de integrare și diferențiere –filtre active...

Curs 9APLICAȚII CU AO

DE C9

2

CUPRINS

Convertoare de domeniu de tensiune

Circuitele de integrare şi diferenţiere – filtre active

Redresoare de precizie monoalternanţă şi dublă alternanţă

Detector de vârf de precizie

Amplificatoare cu cuplaj capacitiv

Amplificatoare alimentate unipolar

Amplificatoare logaritmice şi exponenţiale

Circuite de înmulţire şi împărţire

Surse de curent

DE C9

3

Aplicații cu AO

Aplicaţii fundamentale ale AO cu reacţie negativă: amplificatoare inversoare, neinversoare

şi diferenţiale, sumatoare inversoare şi neinversoare, etc.

Alte aplicaţii, liniare și neliniare:









Surse de curent

DE C9

4


min max;cd cd cdv v v

min max;O O Ov v v

Soluții posibile

• Amplificator cu AO in configuraţia inversoare

mincdvmaxOv

maxcdvminOv

• Amplificator cu AO in configuraţia neinversoare

mincdvminOv

maxcdvmaxOv

Conversia domeniului de tensiune

DE C9

5


Exemplu(2;7)Vcdv ( 1;6)VOv

Circuit inversor Circuit neinversor

+_

'

1R

1Rcdv

REFV

2R

Ov+_

'

1R

1R

cdv

REFV

2R

Ov

DE C9

6


Exemplu

• valori rezistențe

• tensiune de referință

REFcdO VR

Rv

R

Rv

1

2

1

2 1

REFcdO VR

Rv

R

Rv

1

2max

1

2min 1

REFcdO VR

Rv

R

Rv

1

2min

1

2max 1

minmax

minmax

1

2

cdcd

OO

vv

vv

R

R

1

2

max

1

2min

1R

R

vR

Rv

V

cdO

REF

21

'

1 || RRR

CSTV

+_

'

1R

1Rcdv

REFV

2R

OvCircuit inversor

DE C9

7


(2;7)Vcdv ( 1;6)VOv

Proiectați circuitul inversor de conversie a domeniului de tensiune

Exemplu numeric

DE C9

8


Circuit neinversor+_

'

1R

1R

cdv

REFV

2R

Ov

• valori rezistențe

• tensiune de referință

cdREFO vR

RV

R

Rv

1

2

1

2 1

max

1

2

1

2max 1 cdREFO v

R

RV

R

Rv

min

1

2

1

2min 1 cdREFO v

R

RV

R

Rv

?1

2 R

R

?REFV

21

'

1 || RRR

CSTV ?

DE C9

9

Circuite de integrare și diferențiere – filtre active

Integrator

Analiza în domeniul timp

R

tvti I

(0)1

(0)1

0

0

C

t

IO

C

t

CO

vdtR

tv

Ctv

vdttiC

tvtv

)0()(1

0

C

t

IO vdttvRC

tv

RC – constanta de integrare

Problema: în cc AO se poate satura datorită tensiunii de dezechilibru şi / sau curentului de

polarizare, deoarece în cc impedanţa condensatorului este infinit şi AO nu mai are reacţie negativă.

idtCdvc

Solutie: Introducerea unei căi de RN in cc

DE C9

10


Integrator cu RN în cc

La frecvențe mici (cc), C este întrerupere amplificator inversor

La frecvențe mari, C este scurtcircuit, RN totală, vd=0, v-=0, vo=0 FTJ

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

la frecvenţa de lucru

Acesta este circuitul recomandat pentru uitilizarea în practica cu rol de integrator (cu pierderi)

DE C9

11


Analiza în domeniul frecvență

Integrator cu RN în cc

R

Z

jv

jvjA ech

I

Ov

CRj

R

CjRZ ech

1

11

1

1||

Filtru activ trece josR=1KΩ

R1=100KΩ

C=100pF

Exemplu:

CRjR

RjAv

1

1

1

1

Amplificarea în banda (inclusiv în cc)

DE C9

12


Derivator

dt

tdvCti I

td

tdvRCRitv I

O

RCjZ

R

jv

jvjA

CI

Ov

RCjAv Filtru activ trece sus f0=∞

Circuitul se poate comporta ca un “amplificator de zgomot” datorită derivarii semnalului de intrare.

La utilizarea practică a derivatorului este necesară conectarea unei rezistenţe de valoare scăzută, în

serie cu condensatorul.

CRf

1

02

1

iD

DE C9

13

Redresoare de precizie – monoalternanță și dublă alternanță

Redresor monoalternanță

Redresor de precizie:

Pentru alternanța redresată 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

iD

DE C9

14


Redresor monoalternanță

redresare monoalternanţă pentru

alternanţa pozitivă

redresarea alternanţei negative?

vO - nu poate deveni negativă

0Di

,6.0, Vv AOO ,6.0, Vv AOO

DE C9

15


Dezavantaj:

Soluție: evitarea intrării în saturație ???

• vI <0, D – (b), nu exista RN, AO comparator simplu,

vO,AO=VOL AO – saturație

Reduce viteza de funcţionare a circuitului

(limitează frecvenţa de lucru)

OPȚIONALRedresor monoalternanță

DE C9

16

Redresor inversor cu evitarea saturației


CSTV

IOI vvRDbDcDv ; si prin RNavem)();(;0 2 212

0;prin RNavem

)();(;0

1

12

O

I

vD

cDbDv

activă regiunea - V7.0, AOv AOO

activă regiunea - V7.0, AOvv OAOO

OPȚIONAL

DE C9

17


Redresor bialternanță

• Redresor de precizie

vI >0, D1-(c), D2–(b), vO= vI

vI <0, D1-(b), D2–(c), vO= -vI

• Principiul

Cum arată circuitul?

superdiodă

vI > 0, D1-(c), D2–(b), exista RN doar pentru AO1,

vO = vI

vI < 0, D1-(b), D2–(c), exista RN doar pentru AO2,

vO = -(R/R)∙vI vO = - vI

DE C9

18

Detector de vârf pozitiv de precizie cu menținerea tensiunii


Rolul D2 ?

Rolul R ?

AO2 este un repetor de tensiune.

D1 este dioda responsabilă cu redresarea alternantei pozitive.

D2 previne saturația negativă pentru AO1. AO1 are RN locală prin D2 în conductie, astfel ieșirea

AO1 este limitată la (vI – 0.7)V.

R este necesară pentru a asigura un curent mic prin D2.

Dacă este necesară menținerea tensiunii pe condensator pentru mai mult timp,

condensatorul trebuie “buffer-at”.

OPȚIONAL

DE C9

19


Dorim sa amplificăm doar semnalul variabil vi(t); vI(t) =VI+vi(t)

Amplificator diferențial

Amplificator cu cuplaj capacitiv

De ce este necesar R3?

1

21R

Rtvtv io

DE C9

20

Amplificator neinversor


Al

Al

5.1K

51K

Cum amplificăm întreg vi(t) dacă AO este alimentat unipolar?

CSTV

DE C9

21


• obținerea tensiunii de polarizareVAl • echivalența în regim permanent

VPOL

POLiI Vvv Amplificator neinversor

Soluție:

translatarea CSTV

DE C9

22



Soluție: translatarea CSTV

amplificare prea mare în cc

cum se poate face unitară ?

1

2

1

2

1

2 11R

RV

R

RV

R

Rvv POLPOLiO

AlPOL VRR

RV

34

4

Să implementăm relația:

1

2

1

2

1

2 111R

RV

R

Rv

R

RVvv POLiPOLiO

POLi Vv

vi

5.1K 51K

10K

10K

VAlDE C9

23



Circuit complet

POLiO

POLPOLiO

VR

Rvv

R

RV

R

RVvv

11

1

1

2

1

2

1

2

Circuitul echivalent în regim permanent

Care este circuitul final (complet) în cazul unui

amplificator inversor alimentat unipolar ?

circuit echivalent în cc?

circuit echivalent în ca?Avca

Avcc

DE C9

24

Amplificator logaritmic

Amplificatoare logaritmice și exponențiale

BEO vv T

BE

V

v

SC eIi

S

CTBE

I

iVv ln

1R

vi IC

S

ITO

IR

vVv

1

ln

Pentru vI <0 - tranzistor pnp

Limitări 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.

Pentru vI >0 - tranzistor npn

DE C9

25

Amplificator exponențial

Amplificatoare logaritmice și exponențiale

CO iRv 1

IBE vv

T

I

T

BE

V

v

SV

v

SC eIeIi

T

I

V

v

SO eIRv

1

DE C9

26

Circuit de înmulțire

Circuite de înmulțire și împărțire

2121 lnlnln21

IIII vvvvII eevv

214 += BEBEBE vvv

S

ITBE

S

ITBE

IR

vVv

IR

vVv

12

22

11

11 lnln

T

BE

V

v

SO eIRv

4

1421

1211

14II

S

O vvIRR

Rv

DE C9

27

Circuit de înmulțire și împărțire

Circuite de înmulțire și împărțire

Tensiunea nu depinde

de temperatură

3214 BEBEBEBE vvvv

S

ITBE

IR

vVv

13

33 ln

S

ITBE

S

ITBE

IR

vVv

IR

vVv

12

22

11

11

ln

ln

T

BE

V

v

SO eIRv

4

14

Rezistențe egale

3

21

1211

1314

I

IIO

v

vv

RR

RRv

3

21=

I

II

O v

vvv

DE C9

28

Surse de curent cu AO

R

vi IO

• curentul este independent de valoarea RL

• curent reglabil dacă R se înlocuieşte 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 ?

DE C9

29


RN și RP

RN - dominantă

RR

R

RR

RK

43

3

RRR

RR

RRR

RRK

L

L

L

L

||

||

||

||

1

1

2

,

1

21R

vv

R

vviii

AOoIO

AOovRR

Rvv ,

43

3

R

vi I0Deoarece R||RL < R, > K+,

rezultă RN,

K vv

Sursă Howland

LOAOo Riv 2,

Sursă de curent cu sarcină legată la masă

DE C9

30


4

3

2

1

R

R

R

R

1R

vi IO

Dacă:

rezistoarele - foarte bine împerecheate pentru a avea o sursă de curent perfectă

(rezistenţa de ieşire sa tindă la infinit)

Soluție practică: Sursa de curent realizată cu AO și tranzistor

DE C9

31


Sursa de curent nu generează putere.

Puterea în sarcina RL provine din sursele de alimentare ale AO

Repetor de curent cu AO

DE C9

32

Activitate curs - P8

Proiectați un amplificator inversor alimentat unipolar cu următoarele caracteristici:

Pentru circuitul proiectat,

a) Care este expresia vO(vI)?

b) Desenați CSTV a circuitului.

c) Desenați vO(t) dacă vI(t)= 0.2sint [V].

VAl=12V, Avcc=1 și Avca= 10

DE C9

33

Ce am învățat azi despre aplicațiile AO?









Surse de curent

Curs 9 APLICAȚII CU AO - bel.utcluj.ro · Circuite de integrare și diferențiere –filtre active...

Documents

Transcript of Curs 9 APLICAȚII CU AO - bel.utcluj.ro · Circuite de integrare și diferențiere –filtre active...