Electronic A Vol II Marshalko

download Electronic A Vol II Marshalko

of 78

Transcript of Electronic A Vol II Marshalko

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    1/78

    ffiffi

    II

    ItIIItItItI

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    2/78

    -

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    3/78

    II

    It;

    ttttII;

    I

    EDiTURA MEDI^MIRstr. Ilorea n .47-49lI400275 CIuj-Napoca

    c.P I t7. O.P. r

    COLECTIAINGII{ERULUIRichard MarschalkoElectron capentru inginerieIectrotehnicieni:

    Vol.II - C rcuiteelectronicepentru semnale continue

    Referen[igtiintifici: Prof.dr. ing. RaduMUNTE.{NU

    UnnersitateaTehnicddin Cluj-NapocaProf. dr. ing. EmilVOICULESCUUnivers itate a Te hnicddin Cluj -Napo c aProfdr. ing. Iuliu'SZEKELY(Jni.y,er sitate a,,, Transilvania,,d nBrasov

    DescriereaCIPa BiblioteciiNa$onalea RomnieiN{ARscrHLKo'RICHRD

    Electronicapentru inginerietectrotehnicienildispozitivegi circuiteelectronicefundamentale / Rictrard Marschalko.-Cluj-Napoca:Mediarnira,2003 - 4 vol.ISBN(10) 973-713-105-3;ISBN(13) 978-973-713-105-8

    Vol.2: Circuitcclectronicepentru semnate continue. -2006

    156 p.;17x24cm.Bibliogr.rsBN(10) 9'73-713-106-1rsBN( I 3) 97 8-973-'7 L3 -10G5

    2l '38(075.8X076.5)

    Cuprinsul

    ^-Yla.ralAYYYLUft(rl\SUr-

    1.ln oducere.

    2.Metodede str,rdiu specfice cilcuitelorelectronicepenfiusennalecontinue.

    3.Amplificatoare elec ronice.3. 1.Proprietligerrerale qiclasificri3.2.Exemplede arnplificatoare electr onicesimple

    4.Reactia ncircuitulamplificatoarelor.4.l .Problemegenerale5i clasificri.4.2.Factorul de amplificareal amplificatoarelorcu reaclie'

    4.3.Perfomran1e generaleale ampli-ficatoarelor cu leacli e'4.4.Amplificatoarecu reac|ie cu maimulte etaje. Clasificr.i.4.5.Exemplede ampli.ficatoarecu reacfe negativ.

    5.Amplificatome opera{ onale.< I D;6^inirllG.-ntian2t si consi:r,rcdv a! anrCrlifiCa.tOarelorrliferenfiale.J. I rr lurvrr.t45.2.Ampli icatorulopera ional.Caracteristici,perfolTnanle'S.3.Amplficatoruloperalionalideal.Ipotezesimplificatoare'5.4.Circuitefundamentale cu amplificatoareoperalionale'

    .Circuitede prelucrare a semnaleiorcontinue cu amplificatoareoperafionale.6.1.Circuiteliniare.6.2.Circuitegeneratoa ede func1ii.6.3.Circuitede multiplicarea semnalelorcontinue.6.4.Regulatoareelectonicecontinue.6.5.A1te circuitesPeciale.

    T.Circuiteoscilatoarearmonice..t.1.Baze\efice ale f,rnctionriicircuiteloroscilatoae'7.2.CircuiteoscilatoareLC.7.3.CircuiteoscilatoareRC.

    8.Surse cornandate gi stabilizate.8.1.Convertoarede cclcc'Srrrse de terrsirrne continu stabilizat.8'2.Convertoaretensiune/curent. surse de curent constart.

    o9

    16

    212t24

    2627to

    34'34r+o

    5253

    6060/o'178788

    91919398

    106r06l l)O Toate dreplurileasupra acesteiediliiapa(inautorului

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    4/78

    ELECTRONICAPENTRUINGINERIELECTROTETbilCIEMVol. II. Circuiteelectronicepentru semnalecontinue

    1.I}ITRODUCERE

    l.INTRODUCERE

    Aceast lucrarereprezintvolumulal doileaal seriei intifulate..Electronicpentruinginerielectrotehnicieni'',serie nceput nanul 2003 cu un manual universitardestinatcunoagteriidispozitivelorelectronicegi al circuitelorelectronicefundamentale, Acestnouvolumabordeaz problemacircuitelorelectronicepentru semnalecontnue.

    ln contextuiaplicriirefonnei in inv}nrntul superiortehaic, pebaza acordurilclrdela Btllogna,timpulafectat activitliinemijlocite,..in clas,.pentru disciplinelede electronic,lafacultlilede profrlelectrotehnic,va scdea drastic. ln schimbimportanla electroniciipenuu nginerulelectrotehniciangi ponderea preocuprilor sale in domeniul electronicii vorcre;te din

    cauz c nrajoritatea aplicaflilorspecificeacestei meserii folosesc astzirezultatelecelordou$tiinleaflate in expansiuneexploziv, electronicagi tehnicade calcu|. Inacest context vo]umulrnaterieila disciplinelede electronicva cregte 9i el, domniistudenfi urmndsa compensezereducerea orelor izicede predare prin ore de sfudiuindividual.Cursulva inevoit ssetransforme reducndu-sevolumulde informa1ietransmisnemijlocit,pentru a putea cre9tepondereaprocesuluide coordonarea studiuluiindividual. Tocmaidinaceste motive,aceastserie de manualeuniversitare devinefoarte necesar 9i va fi completatde ncdou volurne,destinate cunoagterii circuitelorelectronicede impulsuri, nvolumulIII, respectiv al circuitelorelectroncede putere, nvolumulIV. Asociatcu nc olucraredin seriade ghiduri practicedeseminar gi laborator,se considerc va fi acordat unsprijin suficientstuden}ilorin a5a fel inctace9tia s poat face fa} cu succes plovocriilansate princregterea ponderiisfudiuluiindividual.Prntr-oactivitatede studiuindividualde aproxirnativ1,5 ore asociatfiecr.ei orenemijlocite,..la sal.., studenfulin inginerieelectric vaputea prelua elementele inforrrrative5iformativenecesare pentru a rspunde pozitivimpacfuIuicu pia1a muncii n|ar dar 9i oriunde inComunitatea European.

    Manualul defa1 este structurat pe 14 capitole,sebazeaz pe o bibliografiecu l08titluri5i este construitpebaza aceloragipr.incipiica gi pl.inrulvolun-r. Prinunnat'e o bun partedin indica1iitegenerale pfezentateacolonu se mai reiau. Este insimportanta se subliniadouchestiuni.Pe de o parte trebuiegte atras atenlia cititonrluic lucrarea nu dorepte 9i nicinupoate s abordezetoate categoriilede circuiteelectronicepenmlsemnalecontinuecunoscute.Autoruleste ins convinsc cititorul.prin parcurgereacu rbdar.e a acesruimaterial'i9ivafolmao sum dedeprindericu ajutorulcrora r'a putea studiaorice alt circuit.Pcde alt parte'singuracest curs nu poate garanta formaleaviitomluiinginerca practicianin analiza, sinteza ;ip,oi..tu,..u cir.cuitelorsrudiate' De aceea cititorulr trebui s acorde alenliacuvenit.unou5t.,.iiunui mediuCADspecificasociatcu indeplinil.eainteg:.ala acti\,illilorceseminarzare9i laborato.

    9.Circuitedc rlodulalegi denodulare.

    l0.Filueactive.10. 1 .Principiide firnclionarea filtreloractive1O.2.Cter.aexemplede filtreactive.

    11.Circuitccu calarepe far,PLL.

    l2.Bibliogralia.

    I 3.Intemet. ACIcse utiie.

    14.Sulsebibliograticepe CD.

    129

    136136136

    1A)

    t45

    t52

    153

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    5/78

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    6/78

    ELECTRONICAPENTRUINGlNEzuELECTR.OTEHT\-ICIENIVoI.lICil.cuiteelectroncepentru semnalecontinue

    .IRCUJIE-ECTRONIC

    i

    l

    i__

    Fig.2.02.ImprJireaunui circuit electronic netaje.

    Prinurmare nelectronicabordar.ea unui circuitirnplic n primaetap identi icareactajelorsau alegerea con igura1ieide subcircuitecare ndeplinescfunc1iaelectronicdorit' Incontinuare se na|izeaz sau sintetizeazetajele 9i se verificprinmodelare 9i simularebuna lorfunclionare.Aceast ultimetap se poate ex1inde asupramai multoretaje cuplatepentru avcrificagi cfecteleinterconectrii lor. Multecircuite electronicesunt sisteme automate dereg|are a mrimiide iegire.In aces cazdevine necesar investigareacomponriisistemuluiprivitin ansamblul su.Dacmodelarea9i simulareacircuitului electronic complet'intr-unmediuCADspecific electroniciieste prea complicat. atuncise poate ploceda la o modelare9isimularesuplimentar, intr.un mediuadecvat studiuluisistemelor complexe.Este evidentc inaceast etap o serie de fenomenespecifice func1ionriicircuituluielectronic n ntimitateasavor fi neglijate. AcesteetaPe de analiz5i sinte de circuitelectronicvor putea fi abordate gipomind dela materialulcuprins naceast serie de cursurirrniversitarede electronic. Sereaminte$te faprulc nprimulvolumsunt plezentate chestiunilegenerale privindmetodelespeci icede calcul alcircuitelorelecnonice, metode cale nu se mai reiauin acest capitol.Trebuiesublinjat ins faptulc un bun inginerva verificagi pe cale experimentalcircuiteleelectroniceproiectate inaintede a-qi da verdictulasupraperformanleloracestora.

    lnainte de a ncheiaacest capitolsubliniemc in acest manualcititorul nu vagasidescriereadetaliat a circuitelor electronicede ultimor, aflate pe pia1. Scopul rrrmrit esteacela de a da irr brmafiicu privirela clasesemniticativede cicuite e]ectronicegi de a brmautilizatorulpentru analizagi sinteza acestora. Este adevIat c exist unele circuiteintegrateattde reugiteinct se produc de zecide ani, dar tot att de adevrat este c majoritatea circuite|ordisponibileastzi penffuproiectare sunt nlocuite,in scurt timp, de ctreproductoricu variantenoi. superioare'Acesteaau|aba:z aceleagiprincipiide func1ionaredar se caracterizeazpnnparametri permanent mbunt1i1i'Tocmaidin acest motiv,utilizatoruleste invitatca in faza deproectares consultepaginile de intemetale productorilor.Acegtia ofercataloage deta]iateasociate cu multenote de aplicalecare subliniaelementelespecificede care hebuiegte linutcorit]a folosireaproduselorlor penirua avea succes niaxitnin proceduradc sinteza urruianumit circuitelectronic.

    3.Amplificatoare electlonice

    3.AMPLIFICATOAREELECTRONICE

    Arnpliticatoat.eleelectronicerepr.ezint o clas decircu teelectronicefirndamentale,cularg utiliziu.ein electronic,automatic 9i alte categoriide ;tiinleinginel.eqti,caracterizate prinfapfulc la iegiregenet.eazun sermal, (de tensiune. curentsau putele), maimare dectsemnalul aplicatla intrarea cilcuitului,[18]. Confomracestei definiliigenerale, semnalulrezultat la ie;irea ampli icatoruluieste de foIrna:

    ,,(t) = Axu(t) (3.1)In relafla(3.1) prin As-a notat coeficientulsau factorulde amplificareal ampiificatoruluielectronic.In cazulunui amplificatorideal, acest coeficient tr.ebuie s fieo constant scalar.Altfelspus, amplificareaamplificatoruluitrebuie s ie ndependent de parametrisernnaluluide intrare. Serrrrralul de la iegir.e ar trebui s fie copiafide'la celuide intrare, r nicirur fel dedeformrisau defazri' Este evidentc un amplificatorelectron c idealnu ex st,f'inc1ionareaamplificatoruluireal fiindafectat de o serie de limitride care proiectanfulva trebui s lincont.

    3.1.Propriet!igenerale gi cIasificri.

    Asemntor futuror categoriilorde circuite electronice,9i amplificatoar.elepentrusenmaleelectricecontinue pot fi clasi icatedup multiplecriterii.

    Unprimcriteriu atrordabileste legat de tipuldispozitivelorelectronicefolositepentru fealzal.eacircuifului.Dinacest punct de vedere distingemamplificatoar-elecu tuburi cuvid' (1)' cu tlanzistoarebipolare,(2), cu tanzistoa ecu efect de cmp. (3)' hibride, cutranzistoarc bipolaregi cu tranzistoare cu efect de cmp,(4) sau amplificatoa especiale, cu altedispozitiveelectronice,(5). Aceastclasificareare pa4ial $i un caracter istoric, oferindoposibilitatede structurare a or.dineide ana| z a acestorcircuite.

    Multrnai imponanteste c|asificarea amp|ifica oarelor e|ectronicein func{iedepunctu| static de funclionare al dspozitivelorsemiconductoare din circuit-Dinacest punctde vedereamplificatoarele electronicesunt categorsite nclase. Dupcum se 5tie din [62]'puncful staticde firrrc1ionar.eeste deinitprin curerrtul 5i tensiuneade iegi'r.e din circuitaruncicnd la intralea acesfuia nu se aplic niciun fel de senu"ral'Eles1e un punct senrni icaiivpedreapta de sarcince can.acterizeaz.ie;irea amplificatoruluiin cazul ncare in circuitnu aperelernentereactive,bobinesau condensatoale. Pentru cazul celuimai simplucl"cuitamplificator.

    TJ

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    7/78

    i0 ELECTROMCAPENTRUINGINEzuELECTROTEHMCIENiVol.II.C rcuiteelectronicepen u sernnale continue

    cu tl.anzistorbipolar in conexiuneemitor comun. Figura5.l l, [62]. lund n considcrarefami]iade cal.acteristicide iegiredinFigura5.6,[62]' dac admitemun curcnt nulprin dispozitirr'rlinstar.e blocat 9i dac presupunemc la iegireeste cuplat un consumatorcu rezisten1de inaIei.oarte mare, ecuatia d].eptei de sarcin va putea ti stabilit prin:

    3.Amplificatoar-e electronjce

    F gura3.2 se refer 1a amp|i icatoare|eelectronicecare funclioneazin clasa B. Inacest caz punctulstatic de furrctionare coincide cul nitainferioarde func1ionare.A.ltfelspus,in iipsasennaluluide intrare dispozitirul elcc onicfolositeste nstare blocat. Aceastcategorie de amplificatoarese foloseqte afunci cndnutnai o par1e dillsemnalul aplicatla intr arese dore;te a fi anrpli icat.

    Purctulsta lcde furrctlona.a stItmlta lnferloa"ads furctlonre

    Fig'3.2.Expiicativprivindamp1i icatoareledin clasaB.ln cazulamplificatoarelordin clasa AB,Figura3.3, se pot cvirlorr1iadtlu clr.cptc tlc

    sarcin. Pentrusemnale mariamplificatorulse componasemntor unui circuitclin o|asa l].Semna]ele micisurt ins prelucrateca gi de ctre arnplificatoalelede clas A,bclreljciiIrtltjctoate avantajele acestora.Punctulstatic de funcfionaleAl fiindla limirairrfct'irrarjirtrr4,--r:--^-- rr -.^^-.^ ^__rlc^-.-._- .= ^^---.--j_--_urULrulrac ll' aLEsL9drryllllldlvdc !9 ldiolltr'49dza Plrlrpigiueli ue piarrzilrtrlcuusu.

    tl

    u,(t) - u, _'rr'r, - U,

    Deaici'prin lransfolrnrisimpleajungerrr la fotrna:

    i(4-0u(-Ero,- u s-- -p-

    ',c-0

    (3.3)(') =- j-1,"f,1- u,)"ccare pctrrrite definireaclaselolde amplificatoareelectronice.S adrniternc A1este intersectiadrepteide sarcin definiteprin (3.3) cu caracteristicade ie;ire a dispozitivuluie|ectronc nlipsa sernnaluluidc intrare, S intersec1iaacelea;idlepte cu caractristica corespunztoarecurentului debaz rnaxim9i I cea corespunztoale interseclieicu caracteristicacorespunztoa1.es(iliblocatea dispozitiwlui,Cele treicaracteristicistatice luate nconsider.are la defnireapunctelorA l , S' respectiv'I nu vor mai irepr.ezentate pentru a nu incr.cafigurileurmtoa ecuelemente care pot

    face dificilintroducereaelementelorspecificenoi. PunctulI se numegtelirnit inferioarde functionare iar punctu!s limitsuperioarde func1ionare.In timpulprelucr.r isemnaluluide ampli icat,puncfulde func;ionareal dispozitiwluielectronictebuies se gseasc permanent infre punctele I 9i S, in caz contlararrrplificatonrlelectronicvadefolma sau distorsionasemnalul,altfelspus, amplificatoruli| va,1ia;,.

    Dacprincalcululcircuitelorde polarizare,puncfulstatic de func1ionare Alse vapozitionasimetricfa1 de crledou puncte I gi S, atunci vomspune c circuitulva fi unamp|ificatorde clas A,Figura3.1. cfucuiteleamplificatoarecuprinsein aceast clas sunt celmai des folosite.Eleau avantajulc domeniulde varia1ieal semnaluluide iegir.e este simetricaimax m..

    -In acelagi timp,punctulstatic de funcgionarefiindin mijloculzoneiactiveadispozitiwluisemiconductorfolosit,parametri acesfuia sunt optirn9i liniaritateaca acted51icilors!atceeste satis ctoare.

    Uo

    q LlmttaHrpsto8rai de ftnctfrnr-e

    I PunctulstEtlcd9 Funct 'on.g

    Llnltatnferloara.de furrctlonare

    tlal

    AI.II

    Fig.3.1.Definireaamplificatoruluielectronic nciasa AF g.3'3.Definireaclasei AIlpentru ampli icatoal.eelectro:rice

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    8/78

    I2 ELECTRONICAPEN]RUING]NEzuELECTROTEHT\--iCIEN]Vol.II. Circuite electron cepentnj semnalecontinue

    Punctul stotlcda frmtlonareLlm ta nfer oara

    functlonareUal

    3.Anrplificatoale clectronice

    Arnplificatoareleelecuonice se pot clasificagi in funcliede parametrul amplificat.Dinaccst purrct de vedere intlnimanlplificatoarclede tensiune sau de curcnt. ln acest cazputelea anplificateste neglijabil,ceea ce contea fiindcalitateasetrrrralrrlui generat la iegire.Acesteamp1ificatoat.epoart 9i numelede preamplificatoare.Pe de a]t paJte sl1ntanrplifica oarelede putere, nurnite9i arnplificatoarcfinale'la care intereseaz putcr.eadesemrral transferat ctle circuitulde ieqir.e'

    In laport cu rlomeniu| frecvenfc|or tle lucru,ampli icatoar.eleelectrotticese potclasificain: arnpli ica(oarede curent continuu' cale frrnc1ioneaz- ntre0 9i l000 Hz.amplificatoarede joas frecven{sau de fonie, intre 20I{z 9i 20 kHz9i amplificatoaredeinalt qi foarte inaltfrecvent, care opet.eaz cu semnale cale pot avea fi.ecvenie deordinulgigahertziior.

    Dinpurlctulde r'edele al benziide frecvenle ampiificatecir.cuitclepot ianrplificatoarede band larg sau amp|i icatoarede band ingust, nunite 9iamplificatoale acordate.

    Performan{elede intercsgenerat ale amplificatoarelorelectronicesunt: coeficientulde arrrplificare.sensibilitateaarnplificl.ii,r.apor.tul semnalzgomot'gama dinamic,cal.acter.istica de frecven19i coeficientulde distorsituri.

    Coeficientulsau factorulde amplificareal unuiamplificatorse definegtein rapoIl cuoarar.nclr'ul arnolificat.Penhu amplificatomlde tensiune:

    A='^u (3.1)t

    [n cazulamplificatoarelorde curent coeficientulde amplificareeste:

    .4_^l-

    (3.s)

    Pentru amplificatoar.elede puter.e relaliade de irri1ieeste asemntoare:

    / (3.6)

    Coeficierr1iide arnplificar.ese pot definigi rrdecibeli:

    20logAu

    ii

    mplificatoare|eelectron cedin c|asa C au punctulstatic de func1ionaresituat indreapta iilniteiinferioarede firnc|ionareI, Figura3'4. Prin urmare trebuie epgit un pragminima] semnaluluide intrarepent].u ca r'a]oat.ea arnplificata acestuias poar fi'rezas;iatiiegile.

    Fig.3'4.Explicativprvindanrplificatoar.ele eIectt.onice din clasa C.

    . In s rgit'amplificatoarcledin clasa D, Figura3.5, surrt gi ele asemntoare celordinclasaA,specificitatealor rezultnd prin selectareanesimetrica punctuluistatic de funclionare.Acestaeste maaproape de limitainferioar.de func1ionare. Ca urmarescade domeniulmaximde varia1ieal semnaluluide ie$ire.Pierderilede putere la puncfulde fi.rnc1ionare srrnt ins maircduse dect cele care caract'e|izeazamplificatoareledin clasaA.

    Ue

    U

    Ie

    II

    P= __9_P

    ,

    ,dBnU=Ua

    (3.7)

    (3.8)

    (3.e)

    n|, = 201og,

    .4't^B = l0loel^r - t'Fig.3.5.Defurireadomeniuruide fruictionaieal amplificatortr..:ielectronicin crasa Dr.espectiv nneperi:

    T

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    9/78

    - Yz

    Ax

    Ai

    TIt

    IIItIttttItt

    1 ELEC]'RONICAPENTRUINGiNEzuELECTROTEHMCIENIVol.II. Circuiteelectr"onice pentru semna.le continue

    = |n., '. U

    = In.4,

    ,, IA,;= -In ,'zRela1iiledintre exprimrilefactoruluide a:lplificare ndecibeli9i neper.i se pot stabili

    ;tiindc: 1N: 8'686 dB, respectiv,1 dB: 0,l 1 5 N.La legarea nseiie,(cascad), a mai multoretaje de amplificaresunt l'alabilerelatiile:

    3.Amplificatoareelectronice 15amp)ificatoarelorde band larg implic efomrrimult maimzrridect cel al ampli icaloarclordeband npust.

    Fig.3.6.Caracteristicade fi.ecl'err}a amplificatoluluide band la:.g.

    Fig.3.7.Caracteristicade ftecven1a amplificatonr]uide band ingust

    Distorsiunileamplificatoare|orreprezint efecte de neliniaritatepe careamplificatoareleIe introducin mrimea de la ie;ire rr unc1ie de difcd1iparametri.Distorsiunile defrecl'enfapar datoritmodificriineliniarecu frecr,enfaa factoru]uideamplificareal amplificatorulu ,Distorsiuni|ede faz se manifestprintr-undefazaj nedoritalserrrrralului dela ie;ire in rapon cu cel aplicatla intrare'In sfrgit, distorsiunileneliniareapardin cauza caracteristicilorneliniareale dispozitivelorelectronice folositeprecum9i alcomponentelorpasil'edin circuit. Lafrecvenlemaricapacit1ile9i inductivitlileparazite

    n= T7,

    ,t dBn

    AN= 7.A.;-l

    (3. 1 0)

    (3.r l)

    (3. 1 2)

    (3. I 3)

    (3. 1 4)

    (3. 1 -5)

    Este evident faptul cultimeletrei rela|ii se aplic la toate categoriilede amp1ificatoare.Sensibilitateaamplificriireprezintvaloareanecesar a mrimiide intrare pentru a

    ob1ine la ieiireaamplificatoruluielectronicsemnalul nominalde iepire.Se msoar in pV, rnV.V'p'mA,etc.Raportulsemnal-zgomoteste dat de relalia:

    Uz = 20 Ln ",v 11]Unr,

    ncare lanumrtorul sac}ieifigrrreazva|oareanorninala semnaluluide ie;ire iar lanumitorgsim tensiunea de zgomotde la iegire.Aceastdin urm tensirrnese datoregte agita1ieitetmicedin resten1e, inductivit1ilorparazite, fi]trrilorinsu iciente'etc.Gama dinamica amplificatoruluireprezintraportuldintresemnalulde iegir.e deputere rnaxim' limitasuperiorde safura{iamontuiotui9i semnalul de putere minim. lirrli1atinferiorde zgomotele propriiale amplificatoruJui.caracteristicade frecventa a'nuiarnplificatordepinde de circuitulelectronicfolosit,

    de mcrdul decuplaredintreetaje precurn gi de sarcina conectat la ie6ire.Se d de obiceigraIic.Fig.rra3.6, respectiv' Figura 3'7indic,orientativ, caracteristicilede becven1pentru, respectiv,un amplificatorde band larg 9i unul de band ingust. Este evident c proiectarea

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    10/78

    16 ELECTROMCAPENTRUINGINERIELECTROTEHNICIENIVol.II'Circuiteelectronicepentru semnalecontinue

    conducai ele la distorsiurrineliniare. Prezen1adistorsiunilor nsemnalulde ieg realampli icaioarelorreprezinto problemrelativdi ic 1de solu}ionatla sintezaacestor circuite.Cantitativdistorsunilearnpli icatoarelorse pot caracterizaprin acton-rltotal dedistorsiuniarmonice.THD,[ 8], [29]. [50]:

    l-I l I|L

    V .J t"J x 100

    In rcla1ia(3.17) indicele..ef'-'simbolizeazr,aloarea efectir'a semrraluluiiar'indice]e..1cf'r,aloaLeae -ectiva fundamentaleiserrrrraluluiconsiderat.Acester'aloriefectivese calculeaz.clcexcrr-rpin.pebaza analizeiFourier,aga cums-a sr'.rdiat la Bazelefiziceale electrotehnicii.lngcnerl,laccst |actol se recomand s fie sub 5oZ'Se poate folosi9i factorulde putere FP:

    3.Amplificatoareelectronice 17

    In rela1ia(3.19)s-a luat in cosiderare9i fapn.rlc rczistenlade intrarea celuide al doileaetaj.I3p2 CSte rcz-isten1ade sarcin conectat la ie:;irca primuiuietaj 9i este vzut in paralelcu Ra' 9ircEl.

    uo(t)

    Fig.3.8.Amplificatorde joas frecvenfcu tranzistoal.ebipolae

    Pentru factorulde ampli icareal celuide al doileaetaj se poate scriede aselneneain mod direct:

    THD= (3. 1 7)

    FP /1 1a\

    3.2.Exemplede amplificatoareelectronice simple.

    In conformitatecu cele prezentate n t62)' circuitelefirndamentalecu tra rzistoalebipolaregi cu tranzistoalecu efect de crnp indeplinescfuncliunide amplificare.Elereprezirrtamplificatoareelectronicecu un singur ctaj. Intruct pentru toatecircuitelemenlionates-audeus prin demonstraliesau argumentare cei hei parametride interes, factorulde amplificare'rezisten1ade intraregi restenla de ie$ire,nu se mairevineasupra lor inacest capitol, Sevorlua ns nconsideraredou exemplede ampliicatoarede joas frecven}cu maimulte etaje.

    Figura 3.8,[79], [80], [81],prezint rrnampli.ficatorcu dou etaje realizatcurranzistoalebipclare.Vomanaliza flrnciionaleaacestuicbcuitabordnd pe rnd chestiuni]elegate de fi'rnc;iaelectronicprincipalde amplificare9i apoi pe cele aferentemoduluidestabilireal puncruluistatic de func! onareai dispotivelorelec onicefolosite.

    ConfoImfiguriise constat c anrbeleetaje, conshuitein jurul tranz stoarelorT1 qi T2gi privitedinpuncnrl de vedereal semnalului altemativ,mic, de amplificat,func1ioneazinconcxiiracc;iitorcomunshepl. Eriitorulpriinuliiiuar.lzistoesie coieuiaiexpiiciapotcnlialulmasei circuitului electonic.In curent altemativgi cel de al doileatranzistorarecmitorulconectat la mas deoarece condensatorul de decuplareCe scurtcircuiteaz ezis'.efir4Rl.Conform[62], factorulde amplificarein tens uneal primuluietaj este:

    Afunci,pebazar.ela1iei(3.13) coe icientul

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    11/78

    t8

    Rezistenlade ie$irea ampli icatoruluieste rezisten;ade ie5irea celuide al doileaetaj, care, a9acum s.aprec zat,d npunctul de vedere al selnnaluluide joas frecvent, n*.1ion.u'li'conexjurie euritot.conrun sirtrpi. Pr.inunilaleesie vaiabilrelatia:

    ies = Rat * 'cE, - RQ

    ELECTRONICA PENTRUTNGINEzuELECTROTEHNICIENIVol.II.C rcuiteeiectronicepentru semnalecontinue 3.Amplificatoare electronice

    uo(t)

    u1(t)

    Fig.3.9Ampli catorde joas iecven!cu tranzistoare cu efect de cmp.

    Daccondensatoarele dincircuitsurrt dimensionateconformprincipiuluireactarr|ei rninimelafi'ecvenlade lucruatunci factorulde amplificaretotal va fi:

    = S,S, (no, " ,,,,)( Ro,* ,,,,.) (3.27)

    Dinpunctulde vedereal problemeide sernnal mare, ad ccelal polarizriicorecteatranzistoar.elold ncele douetaje ale amplificatotuJui,precizmc accast este rezolvatprint.eglare automat, deoarece ncruent continuucircuitulfunciioneazcu reaclienegativ globi.l'de culent,de tip paralel, (clasificar.ease va lmuriin capitolulumrol).Lapunere in fi^rnc1iune,potenlialulde curent conti;iuual bazeiprimuluitranz storeste zero, el fiinblocat.ca u#u..,prin rezisten1ade colcctora tranzistoruluiTl se asigur cur.entul de baz pentru tranzistoiuiT)al crui punct de func1ionare intr in zona actlv- Curn nculent conti;uu condensatorulCeprezint practic mpedanlinfinit,componentade curent continuua curenruluide emjtor altranzistonrluiT2 se inchideprin rezisten|aRlla bomelecreia apare tensiunea de reactienegat Vde curent, [2]. Aceasttensiune genereaz, prin rezisten1aR2'curentu| de polarizareaI prLrruluitranzistor. La tenninal.ea reginruluirrarizitoriuanrbele tansloale alea.nrplificatoru|uivor avea punctulstatic de funclionarestabilit irr zona activde func1ionare.Reglarease poate face prin modificareavaloriirezistenleiR2. Valoarea rezistenleiRlnu poate isclrimbatin ljmite largi deoarece ea trebuie aleas de valoarect mai--. p.,'.* .uamplificareaderiveicu temperati.raa punctelorstaticede funcfionare:

    -!-l

    (3.23)

    (3.24)

    s rmn ct maimic.DacaecvenJasemnalului prelucrat de ctre amplificatorulwtalizatcste constantatrrnci capacitateacondensatoarelorde inaare, ie9ire9i ecuplarese poate alege conformprincpiului eactanleiminirnela &ecven1ade lucru.Dcins &ecvenpse modi icatunci

    trebuie s se ia in considerareatenurile 9i defazrilesuplimentareintrodusede releleleRC,alcror rolnu ma poate fi neglijat'Circuitulprezen|.at poate fi proectatastfelinct s prezintefactor de ampli icarecuvalor.ipn Ia 5000 dar este.irrrprecisgi instabil deoareci performan|ele sa1e depind ciecaracteristicile componentelorelectronicefolosite.

    . Aldoiieacircuit propusspre analizeste tot un amplificatordejoas frecvenfcu douet4e rea|iz^t ins cu tranzistoarecu efect de cmp cu jonc1iune, J-FET,cu canal ..n,,, Agacumrezult dinFigura3.9, ce|e dou trarrz stoarefirni1io',i"'a' ncon"xiunesurs comundeoarece condensatoareleCslgi Cs2scrrrtcircuiteazia curent altemativrezistenteleRsl9iRs2. Coeficiennrlde amplificareal celordou etaie va fi:

    Rezistenlade intrareeste relativmicdeoarece restenla de polarizareRgleste nparalelcu rezisten{agril-sursa trarrzistorulu T1:

    rtes

    ran = Ro,* 'Gsto R", (3.28)

    Rezistenlade ie; rea amplificatoruluieste tocmai rezisten1ade iegirea celuide aldoileaetaj:

    = (Ro,* 'rrr) = Ror.,= _S,(Ro,' (3.2s)

    (3.2e)

    Punctele staticede func}ionareale celordou tranzistoarese stabilesc independcnt,prinreac1ie negativ de curent. Rezisten1eleRgl9i Rg2mentin potenlialnul in circuiruigrilelortlanzistoarelor.Surselesrrnt nsaduse la un potenfia| pozitiv-datorilcurenrului continuuceparcuge rezistenleleRsl,respectiv, fu2.

    Ccledou circuiteampiificatoar'eau o sede de rsturi comune.Elepot realizacoeicien1ide ampliicarere.lativmari. Dinpcate performan1ele|or sunt dependente decaracteristicilecomponentelorfolosite'De aceea circuiteledesct.ise nu 5e polproduce nserie 9i

    ,rrr)

    (n"xIti, respectrv:

    ,= _S, r | ?]\DSZI \J'-u '

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    12/78

    ?O ELECTROMCAPENTRUT]\JGI\EruELECTROTEI'INICIENIVol.II.Circuiteelectrorucepentm semnalecontinue

    cer reglri ngrijiteIa punere in funcliune.Ca:'actcristicilelor, din purrc|.rlde vcderc alprelucrriisemrraluluide joas frecven1sunt inflrrenlatede modul de stabilireal puncruluiitaticde fi.rnc1ionareal tranzistoarelor'Stabilitateatennic a circuilelorplezentate este 9i eamodest. in plus, aceste amplificatoaresrrnt sistemede comand a tensiuniide iegiI-e9i deaceea, neavnd nici oinfonna1ieasupra semnalului generat, stabilitateaqi precizialor suntmodcste.

    4.Reactia in circuirulamplificatoarelor

    4.REACTIAINCIRCUITULAMPLIFICATOARELOR

    Avndin vedere c majoritateac rcuitelorelectronicepenttu semnale continue sebazeaz pe olosireaamplificatoarelorelectronice,o problemde cea maimare imporran1oreprezitrt optilnizar.eacaracteristiciloracestora. Urradinrr.e rrretodelecelemaieficierrtedc a mbunt1iperfonnan1eleanplificatoareloreleclroniceeste de a le transfonna din sisterrre decomand a tensiuniide ie$ire nsisteme de reglare automat. ln acest scop se foiose$teleaclia ncircuitulamplificatoarelor.Aceasta const in aplicareaunei pr|i din mrimeade iegire,numitrrrrfune de reac1ie,la intrareacircuinrlui,prin insumaresau scdere din sernnalulde intrare'Numimreaclia ..pozitiv.. dac mrimea de reacliese nsumeazcu mrimea de intr.ale9i..negativ..dac mrimea de reac1ie sescade din mrirneade intrare'

    In circuitularnpli icatoarelorelecftoniceleaclia poate apar.e dincauza unor cuplajeparazitesau a unor elemente paraz tede circuit.In acest caz ea ese un fenomenncdoritcareLebuiegteeliminatprin sinteza ingrijita circuitului.Posibilitateaapari1ieiunor reacliinedoritecregte cu fi.ecvenlade lucru a circuitelorelectronice,mai ales dincauz c scad reactan1elecapacitil,easociatecapacitfilorpat.azitepropriidispozitivelorelectronice.Pe de alt panerec1ia ncircuifu|arrrplificatoarelorpoate apare in urma ac1iuniide sinteza circuifului,ca unfenomen doritde ctrJ proiectantpentru a ob{ineanumite performan|e specificc.Acestcaz va fisfudiatcu precdere ncontinuare.

    4.1.ProblemegeneraIe gi clasi icri

    Pentruca expunerea noastr s fie in continuaecat mai fluent'vomadoptapentru unarnplificatorelectronicfr reac1ie, care funcfioneazconform celorexpuse ncapitolulanteriorutrul dint " simbolurileindicate in

    Figura4.1. Vomnota cu "A"coeficientulde anrplificarealacestui ampii{icator r reac ie.

    o primproblemo constifuiemodul in care se insoar mrimeadereac1ie. In

    electronicca mrimide reac1iese fo]osesc cel maides tensiunipropor|ionalecu tensiunea dela bornelede iegirea amplificatoruluisau cu curentulde iegirefumizatsarcinii'Mrimeadereacfiede tensiune se msoar de obiceicu ajutorul unuidivizorde tensiune cuplat nparalelcucircuitulde :al.cin.Conformcu cele prezentate in Figura4.2, tensiunea de reacle de tensiune,,^ c,

    )l

    u,u|) = -, h u"(t) = k,r.u,(t)(4.1 )

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    13/78

    22 ELECTROMCAPENTRUINGiNEzuELECTRO]EHN]CIEMVol.II. Circuiteelectron.icepentru semlale contrnue

    u1(t)

    b)

    Fig'4.1.Sinrboluri olositepentru anrplificatoareleeJectronice r reac1ie

    Prin unnare coeic entulde reactie de tensiune va fi:

    Acestcoeficicntde reactieare dimensiunileunei rezistenle,spre deosebirede coeficjentuldereacliede tensiunecare este adimensional.Circuitulde msurare a semnaluiui de reac1iedecurent mic;oreazugor sarc naconectat la iegireaamplificatoruluie]ectronic.

    4.Reac1iain circuitulamplificatoarelor

    kr=R,

    U r (t)

    (4 4\

    se constat c circuirulde msurare a mrimiide reac1ie de tensiune mregte ugor sarcinaconectat !a ie;irea arnplificatorului.De aceea estebine ca rezisten}elefolositesi aibe r,alorictmai mari.

    Fig.4.3, Msurarea senrnaluluide reac$e de curen .

    Inaintede a incheiaacest paragraf tI.ebuies subliniemfapfulc ]a sistemeleelectronicecomplexese pot olosi9i alte me-tode de msurare a mrimilorbe reac1i.. In acet cazevnenecesar identificareacorecta bloculuide msurare care poate ccmplicafuncliuneaelectronicce descrieexact modulde lucrual circuitului.b;;.J"'.4 iJi.t"u,l.t"*"t" ,,,uicomplexe, ncale pe lng amplificatoareelectroniceapar gi alte circuiteelectr.iccsauelecfoonice'mrimea a.'"1:|: poit"-..p'.".,,ta gi altcevadct o tensiune sau un curent, Il 8],uel, [20], [31], [32], 1331, t4ol,i68l,t7it.

    Fig.4.4. Schemabloca unuiamplificatorcu reacfieserie de tensiune.

    Mrimeade reac1iese poate conectain serie sau nparalelcu mrirnea de intraIeincircuitulamplificator.Ca urmare, |und nconsiderare9i faptut .*p.,. -ui s-u.s c tensiunea dereacliepoate fi o msur a tensiuniisau curenfuluiain circuituia. i.li,.,-uo*a\,ea patnrcategoriide amplificatoareeiectronice, cu reactie: amplificator.u ..u",i. le,,e oe tensiune,Figura4.4, ampli icatorcu reacle paralel de tensiurre, Figura4.5, amplificatorcu reac1 e seriede curent, Iigura4.6 9i, in s r;it,anplificatorcu ,eac1ie paralel de curent, Figula4.7. Inschemeleblocale ampii.ficatoarelorcu r ac1ieparalel s-au indicat9i rezistenlelede cuplare ca.esuiltnecesare deoarece,a$a cumbine se qtie de ra Bazerefizjceare electrotehnicii,nu se por

    ,R,K., =ru 'R, + R,

    u*(t)

    (4 )\

    ItI

    Fig.4.2.Msurareasemnaluluide reacfiede tensiune.

    Msurareasemnaluluide tensirrne de reac1iepropor,tionalcu curenfulde egire dinamplificator,numit ncontinuaetensiune de reac$e de curent' se face, rrcazul celmai iimplu,cu ajutotul unui $unt cu rezisten1ohmcmic, conectat in serie cu circuirulde sarcin, Figura4.3. In acest caz putem scrie:

    u,r(t) = Rt i"(t) = k,,.i"(t)Conformexpresiei(4.3), coeficiennrlclereac$e de curent va fi:

    uo(t)

    uo(t)

    (4.3)

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    14/78

    ELEC'IRONICAPENTRUINGINERIELECTROTEHNICIENIVol.II. Circuiteelectronicepenfiusenuale continue

    Fig.4.5. Schemabloc a unui amplificatorcu reacqie paralelde feusiune.

    ptlne direct in paraleldou sursede tensiune. Prezen1a acestor l.ezisten1e este, de altfei, unuldinelcmentelede identificaresirnpla reac}ieide tip paralel.

    4.2.Factorulde amplificareaI amp|i icatoarelorcu reaclie.

    [n acest paragrafse va stabili factorulde amplificareal amplificatoarelorcu eaclie,pecare convenims.l notm incontinuarecu A5'indicele ..b'' fiindadoptat de1a termenul..bucl

    de reac{ie".Expresiao vorn determinain cazulamplificatoruluicu reaclieserie de tensiuneprezentat in Figura4.4' Precizm ins faptulc rerultarulstabiliteste vaiabi1pentru oricecategoriede ampli icatorelectroniccu reac|ie.

    Fig.4.6. -Arnpl!ficatorcu leaclieserie de cuent' Sc.bema bloe,

    9acums-a subliniatla incepurulacestui capitol, ampliicatoarelecu reac|ie se..corrstnriesc'' in jrrrul unor amplificatoare{r reaclie,cu unul sau maimulte etaje,caracterizatede un factor de amp}ificareAcare are, de obicei.o l'aloare mar.e. Amplificatorui . reacliedinFigura4.4 are la iegireun semnal u.(t) care reflect valoareaamplificata semnaluluideconrand' u"(t)' de la intrarea sa:

    u1(t)

    (4.s)

    4.Reac1iain circuitulamplificatoar.elor

    Fig'4.1. Ampliicatorcu leactieparalel de curent. Schema bloc.

    Dar in jurul ampliicatoruluieste inchiso bucide reacfiecare face casemnalujde comanduc( )s iesulna sau diferenfadintre seninalulde intrare. u1(t) 9i sernnalul de reactie, u,(t):

    u,(t) = u(t) ! u,.(t) (1.6)

    25

    Tensiuneade reacliepoate fi o msur a tensiurriisau cuIentu|ui de ie;ir"edinamplificator'lemnul"+" corespundereactiei pozitiveiar semnul"-"celeincgative. introducandexpresia(4.6) in relaga (4.5), obfinem:

    u"(t) = ,n [u,(t) x u,Q)fTensiurrea de reactie este nso msur a semnaluluide ie$ire,conformrelafiilor(4. l ) sau (4.3).Fr a reduce din generalitatea analizei.ne vom rezuma la prmadintre relaii'Atunci:

    u-(t) = . u@+ k 'u(t\1,. I,,, ,r-_-e,_rlDefinindfactorulde amplificareal amplificatoruluicu reaclie prin:

    (4.7)

    (4.8)

    (4.8)

    (4.e)

    cu rcacfie. lnnesative. Dace

    u (t)t _ e"n,

    , u(t\\,printransformrisimpleajungemla reta(ia:

    n_A,D1I.)L T l.../lcare permite stabi|irea coeficientu|uide ampli icarea| atnplifictoru|uiexpresia (4.9)sernnul"-" corespundereaclieipozitivegi semnui .,+.' reac iei

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    15/78

    ELECTRONiCAPENTRUNGINERIELECTROTEI{\TCIEN-IVol.II.Circuite electronicepentru semnalecontinue

    coeficienrulde reacgie k. este egal cuunitatea aftrnci spunem camplificatorulfunct oneazcureac{ietotal.

    4.3.Performantegenerale ale amplificatoarelorcu reactie.ln acest paragraf vom analizacteva perorrnanlede ordingeneral care Caracl.er|zeaz

    amplifi catoareleelectronicecu reaclie.Dinrela{ia(4'9) se poate vedea c reactia pozitir'mr.egte factorulde arnplificareal

    circuirului.Ea favonzeaz ins instabilitateaamp]ificatorului9i distorsiunileneliniare.Rcactiapozitivst nsla baza fi'rnc1ionriicir.cuitelorosciiatoare, ntre1inndregimul petmanentdeautooscila1ie.Laanrplificatoarele elech.onicecu maimulte etaje, reac iapozi ivse folosegteuneori, ca reaclielocal,cu condi1iaca amplificatorul sfie prevZutcu o reactie negatir'global.

    Reactia negatir' micgoreaz factorulde anlplificareal amplificatorului.Ea este nsfoarte multfolositdeoarece cregte stabilitatea circuiruluila r,arialia parametr.ilor' atemperaturii.a tensiunlorde polarizare,etc. Dac rescr emexpresia (4.9) sub forma:

    (4. I 0)

    gi dac adrnitcmc amplificareaamplificatorului . reac1ie'A,este cel pulincu un oldindemrime maimare dect ampliicareadorit a amplificatoruluicu reac1ie, atunciputempresupune c:

    (4.I 1)

    9i, prinurmare, cu o bun aproxima{ievom putea scrie:

    (4.12)

    t_l^h I-t-iLtr

    l^--)u

    IA-x-

    Rela1ia(4.l2) eviden1iazproprietatea. cu totulremarcabit a ampli icatoarelorcureaclienegati\, de a avea un coeficientde amplificarecare depinde numai de coeficientuidereac1ie, adic numaide elementelede circuitexterioareampiificatoruluielectronic

    rreac1ie

    folosit'Esteevidentc aceast concluziecere ca factoruldJarnplificareal ampli icatorului rreaclies fiect maimarc posibil.ln acest caz numai conteazdispersiade parametriadispoz tivelor electronicegi componentelorpasive folosite,circuitulelectronicfiindusorrep oductibil, nproduc$ede serie, fr mu]te elementede reglare sau ajustare.

    Amplificatoarelecu reac$e negativ sunt mai pu1in predispuse la distorsionareasemnaluluideoarece distorsiunjleneliniaresunt aplicatein ant fazilan;ale.

    Dac ncircrrirulelectonicapar elemenle reactivede circuit,an-rnci ampiificareaamplificatoruluidevineo nrr mecomplex' caracterizatprintr.un modulal ampli -rcrii9i ofaz a semnaluluide ie|ire. Elementelereacti\'e pot apare in circuitdin necesitatea indeoliniriiunei anurnite funcliunielectronice. Asupraacesteiproblemene vom opriIa studiulcircuite)ot.

    4.Reaclia in circuinrlarnplificatoarelor

    de integrare, de difereniieresau al circuiteloroscilatoareannonice. Lafrecvenlemaricapaci leparazite alejonc1iunilorsau inductivitlileparaziteale circuituluiau aceia;i efect.ln aceste cazuridevine necesar investigareastabilit}iiamplificatorului,privitca un sistemautomat de reglare. In general reac1ianegativare efecte favorabileasupra comportriicircuirului'caracteristicilede frecr,en.t fi ind aplatisate'

    4.4.Amplificatoarecu reacfiecu mai multeetaje. CIasi icrr.

    Deobicei'pentru realizat.earurui factor deampl ficarect mai ridicat amplificatoa eleelectroniceau mai multeetaje gi nstructuralor pot fi intilniternai multecircuitede reacfie.Teoreticexistun numr foa temare de corrrbina}iiposibilepenuu amplasarea circuitelorder.eaclie.Tocmai dinacest motivcele trei exemplecat.eurmeaz dorescs ocrecter'a indica]iigenerale, r nicio preten}ie privindepuizareavariante]or'

    Figura4.8 se refer |a cazu| rrrruiampli icatorelectronic cutrei etaje, prevzut cureacliilocale.Datorit reac{ieilocaledin etajul i, factorulde ampli icareal acestuiaeste:

    2-l

    )a1.4 =--=

    )-.bl7 + k.,.,

    In rnod asemntor pentru cel de al treilea etaj alcircuituluieste valabilrelatia:

    t-3^,^-

    -

    b3 | + k,,.,

    Caurmare coeficientulde amplificareal amplificatoruluidevine:

    (4.13)

    (4.14)

    ,= ,,.,.Ao, (4.15)

    Etajele l 9i 3 cgtig in stabilitatedatorit prezen1eireacfiei iar factorulde amplificaremare alansambluluieste dat de etajul 2 care nu este prevzut cu reactie. In schimbarnpli icatorulrmne un sistemde comand a tensiuniide iegire, fapt careare efectenegative asupra calit1ilorsale generale.

    Etat t EtaJ 2 EtaJ3

    Fig.4.8.Schemblocpentru amplificatoarecu reac1ienegativloca!

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    16/78

    28 ELECTROMCAPENTRU1NGINERIELECTROTEHNICIENI

    """"v"ii1.circuiteelecnonicepenmr semnalecontinue

    Fiqa4.9 plez nttot r.rn anrplificatocu uei etajeplevzut

    global.;r.iii'"pii.r*-"..i.i'"uituiuipoate tl scris irrmod direct:

    A''A''A'

    Circuitulp9i.. 'fi:.:]-f,'#:tr3:,lT,:":T:."r:l'.,|.J:.t rrjffil:# ;:Ji;':liJ:is.:lstabil. Dac ins apar prool:ffi#;-'il,.n.u*prin."torcu rea ctie ne gatir. m ixt.

    Fig.4'9. Amplificatoarecu reac|ie negativglobal.Schema bioc.

    UnastfeldecircuitesteartatinFigura4.10,incarepelngreactianegativglobalmaiapar5i reac1iinegative to"ute in"ffii;;" ' Eu.io*rde

    mplificarepentru al doileaetaj este:

    Iart-'An - . t ,D1 I + Kfl./az

    1-D I + k,.,.A,.A,

    EtaJ 2 EtaJ 3

    Fig.4.10. o schem blocpenm: ampli .catoarecu reac1ie mlxt.

    lnmodasemntopenruaitreileaetajsepoatefolosiexpresia:

    cu reacliencgatir'

    (4.1 6)

    (4. 17)

    4-Reacliain circuirulamplificatoarelor

    t-n,- -Jtn3

    I+k..A"5 5Cu ajutorul rela|ilor. (a. 1 7) qi (4. 1 8), factonrlde amplificareal ntleguluicircuitr'a fi:

    4.. A.^.4._I DI D3

    29

    (4.1 8)

    (4. l e)I + k .A'.A,^.,.r l DL o)Rnine la latitudineaceiui car.e sintetizeazun circuit eleclronicrrrodul in care va

    alege numrulde etaje ale amplificatoarelorgi modulin care va folosireactia ncircuitulacestora.

    4'S.Exernplede amplificatoarecu reaclie negativ.

    In acest subcapitolse vor prezenta cteva exemplecolcretede aplicarea rcaclieinegative in circuitulamplifi catoarelor.

    u 1(tl

    Fig.4. l 1 . Amplificatorde curent cont nuucu cuplare directintre etaje.

    Figura4'l 1 se refer la un amplificato'de cuent continuu cudou etaje prer,zut cureactii localede curent' t79], t80]' [8l]. Pe bazacelorexpuse in [62], cu luarea rrconsiderare acircuituluide cuplaredirect prin divizorrezistiv'valoareafactoruluide amplificarese poa:escrie in moddirect:

    /t-n,o

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    17/78

    rliltr

    IilTtfI

    IIt

    It) ELECTROMCAPENTRUbIGIhNERIELECTROTEHN]CIENIVol. iI. Circuiteelectronicepentru senrnalecontnue

    (4 )A\

    dctlarecefiecaIedintleetaje firnc1ioneazcu reaclienegativ de curent. Puncnrlsuricdefuncflonalese stabileqte cu divizorulrezistivfonnat dinrezistenleleR1gi R2. Aarplificareaclcr r'eicu temperaruraa punctuluistatic de firnciionareeste aceea$i cu actorulde amplificarealscrnnaluluiutil, lucruce se constituieca un impor1arrt dezavantajal circuitului'Rezistenasa de

    intrare este de asemeneam c,din cauza plezeneirezisten1elorde polar.izare.[62].Figura4.l 2 indic circuirulrrnui ampl ficatorde tensiune, de joas frecven1 cu cuplajeRCpe ntrare, eqire9i lntre celedou etaje. [79]' [80]'[81]. Cuadripoliide cuplajsunt C1R1.C2R5gi C3Re.Dincauza prezentei condensatoarelorde decuplare Ca9i C-5, arnplificatorulfunc1ioneaz in bucldeschisdin punch:lde vedere al semnalului util, de joas fi.ecven1.Factorulsu de amplificaIe sepoate u$orstabilideoalece cele dou etaje sunt in conexiuneel-titot.conrun sirnpl. In calcul trebuie ins luat in considerare gi modululatenu]ii introdusedec1re iecaredintre cuadripoliide cuplare, |62l. Deasemenea o'ebuie estimat9i de|azajulscrnnaluluide iegir.e fa1de cel de intrar.e. rezultat deprezenla acelora;icuadripoli,care aucztr.acteristici dependente de &ecven1.Ampiificatorulpoate avea un coeficientde arnplificarerrale dar este dezavantajatde variatia fazeisemnaluluide iegirecu frecvenla.Reacliaeste|olos,it rrcircuirulaces uiamplificatornumaipentlustab lteaprrnctelor statice de func1ionar.ea tlanzistoarelor.Acest lucruse face prin divizoare rezistivede tensirrne gi cu reaclienegati\/de cutent. Valoarea arnplificriideriveicu tempera|u aa punctelorstatice este \/R1, respectivR3/R7.Ea este mult mai micdect coeficientul de amplificareal senulaluluiutil'prelucratdectr.e ampli|rcator.

    u. (t)l6s

    R. .R-_|)5|''b P +B'B R.s ' ,. ,.4 ,.8

    +Us

    Fig. 4'12,Ampli icatorde joas &ecvent cucuplajeRC

    4.Reac1iain circuitulampl ficatoarelor 3i

    u1(t)

    Fg'4.l3.Amplificatordejoas frecven1cu reac1ie negativ global.

    Unamplificatorde joas frecven}, cu cuplaredirectintr.e etaje 9 prcvzut ctl rcilcliimultip_le esteindicatin Figura4.13, U9), t801, t811. Dinpunctulae veacieal scrnnaluluiuril,ampiificatoruieste prevzut cu reac1ie negativgiobaiserie cie tensiwte'Semnalu1dc r.cac1icde tensir'uie sestabileqteprinvariantaclasiccu divizorrrlformatdin rezisten|ele R59i fu. Caurmare factorulde amplificareal circuituluiva fi:

    A,= Rr+Ru (4.21)1i, R, + ,r(u

    p

    dac anpliicareaAa ampl ficatoruluicu bucla de reac1iedeschis este su icientde mare.Penttu ca cele afinnate mai sus s fievalabilgrezistelllaR5 trebuies fie mic, deoarece ncazcontrarva introduce9i o reactienegativde curent,nedorit, la stabilireapuncfuluistatic defi.rnc1ionare al ampli icatorului.Rezultc rezsten1aF'6 va trebui s aibe valorirelativmaripentnr ca c rcuihde msur s nu incarceprea mult ie;ir-ea. De aiciapar restr c1iisel'ereprivindvaloareaminima amplificriiA..

    Polarizareatranzistoarelorse face cu reacfie negativ paralel de curent, prinintermediulrezistenleitraductor&$ a rezistenieide cuplareR5.ca urmare amplificarcaderiveicu temperatura a puncielorstatice de funcgionareeste mic' fiinddat de:

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    18/78

    ELECTROMCAPENTRUINGINEzuELECTROTE}INICIENIVol. II. Circuiteelectronicepentru settuialecontinue

    nDp-'2D

    4

    1"Jt)

    (4.22)

    iecvcn!reactant

    (4.23)

    Circuitulareperfonrranlesatis ctoareinspeciallaampiificareasemnalelorcleconstant cn condensatoarelese pot dimensionaca conderlsatoafede llecele,cucaoacitil'nrininr.

    ul(t)

    Fg.4.1 4. Amplificator ...,...&1i::::# ;[ff,r*"*"complementare9i

    Ultimulexempluabordat, t79], t8o], [8l], se refer la un amplificatorde joasfrecven1 ea|izatcu tranzistoare"'opt."rr*",|igrrra

    4.14. F.ste..uncircuitprevzut cureac{ienegativ serie de

    "..i;;'re1eaua de reacle frindformatdin rezisten1eleR4$i&.

    Lundin considerare"*p.'i*1"oouanata p.in anal'izacircuiteloranterioare, putem scriedirect

    .raloareafactonrluide amplificare:

    t-n,D

    Circuirulse remarc prin faptulc are amplificareaderir,ei cu tefipelatura apunc.ulu1

    static de func1ionareegala piacticcu unitatea.Vomargumenta aceast ploprietate.Datorit

    faptuluic:ezisten1ele oe polariza.esr.rnt egale, potentialirlbaze tranzistoruluiT1 esteegal cu

    U./2.Atuncipotenlialulde curant contiluu emitoruloiacelrria$ilranzistorva fi:

    p1r+Lt

    -p3

    {Js

    4.Reac1ia ncircui1ularnpIificatoarelor

    rIL-t I

    u ur-r, .J

    -J z

    33

    (4.24)

    DeoarececondensatorulC2blocheaz curen$icontfuluiprin R3, curenfulrle colectoraltranzistoruluiT1 se inchidepr nrezistenla\. Prinunnare potenlialulde curent continuualcolectoruluitranzistoruluiT2,deci al iegir.ii, va fi:

    rr Iz u, - urr-r, - Irr'Ro (4.2s)Ins curenfulde colectoral tranzistonrluiTl este:

    (J.26)^. =U,- Ur-r,= Yr-oLr R, R,

    DeoareceUsB-12aro valorinricigi lelativconstante, $i acest curent vafi constant. Caurmare gipotenlialulde curent continuual iegirii,dat de relalia (4.25) va fi practicconsranrceea ceechivaleaz cu o polar.izar.edeosebit de stabil a cir.cuitului.Constan1arevineciinfapfuicpredominanteste primul termen, (1/2)U5. Dinpcate, datorit tensiuniimicide la bornelerezisten1eiR.2factorr:ide amplificareal cir.cuituluinu poatefi cutmai mare de !0. Dsteinteresantde remarcat fapfulc r R3

    5i C29i cu Ra scurtcircuitat,cele dou tranz'stoareformeaz un trarrzistorcompusiar circuituldevine un circuitrepetor peemtor,cu un .singuretaj' folositpentru adapta ede impedan1 9i avnd factorulde amptificare n ensiune u Iitar.arfactorulde amplificare ncurent de valoaremare, B = h .9z'

    La inche ereaacestui capitolsunt binevenite cteva concluzii.Se constat cmajor tateaamplificatoarelorcu reac}ie, rea|izate cu componentediscretefolosescconexiuneaemitorcomunsau sru.s comun' Problemeildic nspecialderivacu temperafura a puncfuluistaticde func1ionare,datorat modificriicuren1ilorrezidualiinvergicolector-baz,ip^, atensiuniibaz-emitor sau a factoruluide amplificare ncurent de serrrnal mic, B.Reducereaacestor efectenegative se poate face folosindtensiunide alimentarebine stabilizate, reacfiilocale,piese de bun calitategi apelnd la simetrizareacircuitelor, prinalimentarecu sistem detensiune dubl, pozitiv9i negativ.

    Dinpcate, mrirea nunrruluide etaje pentru a avea factorde amplificaremari nbucl deschis ru esie o solulieopt mdeoarece, din cauza cuadripolilore cuplare, apardefazi9i atenuri nedorite ale semnalului.De asemenease complicpioblemelede stablitate.

    I

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    19/78

    ELECTRON]CAPENTRUINGINEzuELECTROTEHNICIENIVol. II. Circuiteelectronicepentru semnalecontinue

    5.AMPLIFICATOAREOPERTIONALE

    Alnpli icatoareleopera1ionale,t5], tl6], t24], [35]'[36]' [37]' [40]' I43]' [69]' ti6]'i791,t801, tsil, tszl, I841, t861, au fost dezvoltatedinnecesitatea de a solulionaproblemele;p ia ..i''teia amplificatoarelorelectroniceperfotmante.Pomindde la concluziilecapitolul.tianterior'rezultcun"1@rte'crq!lLtcqE!"li'.pq4E!*abeneficia la maximutnd9 avanrajelFfleritede reac1ia ne3ativ. s aibc un factorde anrpli{icarein.oilj a...t.r .]op.n-toopgain n iteraruratehni1de limbenglez' de valoare ctmai,,,*.. p.-lnru dinrre. cele doua protleme prezentaG.a fost rezolvatprin introducerea ffificatoruluidiferen$al. Acestaa condus apoi in rnod natural la amplificatoareleopera1ionale,

    care in prezent domincir.cuiteleelectronice sub forma tehnologicdeamplificatoare operalionaleintegrate.

    5.l.Principiutfuncfionalgi constructival amplificatoarelordiferen{iale.

    Avnd in vedere c deriva cutempearuraa palametrilor semiconductoareloreste oproprietate fiz,ca acestora"nu o putem influentain mod direct.Dinacest motivprirrproiectarea ingijita circuitelorde polarizareputemrezolvadoar nparte probleme|e legatedestabilitatea termica circuiteloreieconice'S-a pus problemaden'oltriiunor circuitespecialecare s nu mai amplificeterrsiunilede derv asemiconductoriiorci numai diferenlaacestoItensiuni.!n acest caz la ieglrea unor astfelde circuitevorapare abateri mult mai micidator tfenomenelor de natur termic. Circuitulcare rezolvaceast problem este ampiificatoruldiferenlial.

    ISchcmaelectronicde principiua rrnuiarnplificatordiferentialeste artat in Figura5. l . Se rEmarcfapnrlc este rrn circuitsimetric'construit in jrrrula dou tranzistoare,T1 9iT2'care au ncircuinrlde colectorrezisten1eleR.r$i&z.Alimentareacircuituluise face de la sursdubt de tensitrne stabilizat,+Us gi .Us. Niciun punct al circuituluiamplificatoruluidiferen1ial

    I nu este conectat la poten1iaiul comunal maselor celordou surse dealimentare.Caurmare,|! porcn}ialulde curent continuual barei -U5poate fi 9i 0 volt,fir aschimbacu nimic.firrrc1ionareacircuitului.Ceea ce face ca amplificaton:ldiferen1ials nu reprezinte un

    , a'rsanblu de

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    20/78

    36 ELECTRONICAPENTRUI}'IGINEzuELECTROTEHNICIENIVol. 1I' Circuiteelectronicepentru semnalecontinue

    obsen'm c ar,nd dou intrri in cir.cuit,exist mai multeposibilitpde aplic;Lrea

    ..*n"luluiJ. amplicatla intrarile1 9i 2. Dinacest motivl,om analizape rnd func1itxareacir.cr.rinr]ui pentru senrnale diferen{iale9i pentnr sermalede mod

    comun aplicate la int-rLri.

    Lainceput '""' ;;j;;;;ooul'oti'n.'itde folosireal anrp1ificatoruluidifcren1ial,cnd

    semnalulde intrare ." opuJ ot,.cele dou intrri, 1 9i 2. Convenim.snutlimaccst semnaltrric ca semnal difcrenfia|de intrare, 9i s-l notnr cu uid. Este evident

    c toate semnalelemici

    desore care discutm i.,.' .o|'ii,-'uu,..,ntnur.tii de limp.Colrform igurii,semrralul difcrential

    .''J"ori."circuitelorbaz-ertitor ale celor dou tranz stoare:,,d=uBEr*1-ttrur) (5.3 )

    Cunr adnritenrc circuiruieste perfect simetric,in valoareabsolutceledou nloclificrialc

    tcnsitLnilorbazi-enritorsunt egale:

    I

    'BEr=-'Brz=1u,0(5.4)

    (s.6)

    lPrinururarecu ct cre'te curenfuldebaz,respectiv de colectoral primuiuitranzistor'cu att

    V;d;;.,.*',"r ai rj"'a, ...p...luo. .oi"... al celuide al doileatranzistor. Rezultatunci, nrnod evident'faptul c

    "*.,-,*t

    total prin rezislenlaB' nu se nrodiic.peaceea' potenlialul

    comunal emtoriiortranzistoarelornu se schirnb nici el. Deducematun-

    ic din punctu| dc

    vcdcre al selnnaluluidiicren1iataplicat la intrare,cele dou tranzistoatefunc}icneazca'9icumar in conexiun."-ii"icomunsimpl.Primul

    tranzistoramplificsenrna]ul 0,5u16 iar

    al doileaampli ic'"-"J;i:0,;;';'+g:r folosindceleexpuse il1t62], P{99 .19ric dir9'ct

    ,'aloarea facioruluide amplificareaiGEnpalea circuituiui:

    ,=_t=-t_ -BL;?iseconstatfaprulcacestfactorestejumtatedincelcorespunztorcircuituluiin

    conexitureemitor comun ,i-pradeoarece iecaretranzistoramplificnrrmaijurntate dinsemnaluldiferenlial.Iegirileevolueazinmodsimetric,cuctscadeiegirealcuattcre;tei.*]* iu i.'l,.u2. in acest motivuneori se obignuie'tes.se numeasc ieqirea1 ie'ire

    i'".*"*.-* ie'i'ea2 eqireneinversoare.\Faptulc coefitientu'de amplificarescade la acest

    circuiteste wr dezar,arrtaj o.s"*in"uti",i*"uu fi compensatde alte. avantaje' Se va vedea c,;;}"p', i; ;pl ficatoareieopera ionale,factorul AD.ale valoricu toful remarcabi1e'

    Rezisten{ade intrare a amplificatoruluidiferenfial,pentru semnalediferen{ialeeste de valoare:

    r . = 2.r^,,DLdeoarece intle in[ri sunt '.vzute.. tocmaicircuitelebaz.emitorale celordou trarrzistoare,

    T1

    si T2.Rezislea{adeie;ire,corespunztoareampli lcriisemnalelorc!ferenfialernririe

    aceeagi ca la amplificatorul nconexiuneemitor comun simpl:

    5.AmplificatoareoPeralionale

    r. =R xr^^rcs-a c tL

    3

    (5.7)

    (5.e

    deoarece topologiacircuituluide iegireeste neschimbat.Este er'ident c rela1ia(5.7) ester,a1abil pentru oricaredintre celedou ie{1i. 1

    Inaintede a continua expunereaeste extlemde important a se face ctevaconsidera1iuniprivindmodulde ap1icare a scmnaluluidiferen{ialintre int.ri.Apar.entcircuifuu:.a|iza ar avea dezavantajulde a nu putea prelucrasemnalepreluatede la ie$irile unorcircuil

    ce lucreazfa1 de mas. ln realitate legarea la poten{ialul maseia oricreia dintre intrrinuschirnbcu nimicfuncliorrareaamplificatoruluidiferen!al-De aceea acesta are aceleagiperforman}eatt la prelucrareasemnalelor flotantect qi a sernnalelorpreluate fap de mas' Inacest din urm caz,cealalt intrare trebuielegat lapoten}ialulmasei'

    Aldoilea punct de vedere care trebuie luqt in considerarela analiza de semnal micaamplificatoruluidiferenlialeste cel legat de modul deprelucraleal semnaleloraplicate peintrri fat ce mas, ntunitesemnale de mod comundeoarece masa surselor de tensiunestabilizatde alimentarepoa t9i numele de ..punctcomun''.Lund nconsiderareacela;sernrral rliferen{iaipe care l-am introdusprinFigu:.a5.l 9i rela1ia (5.3), remarcm faptulc elmai poate fi scrisgi sub forma:

    ud = uit(t) - u2G)

    Aceastainseamn c la intrarea amplificatoruluidiferen1ialputemavea tensl.-::le de intraredi erenfialnul pentru diferitevaloricomrrne ale poten1ialeloint!:rilofa! i. li';r:i.!-li'ua1tfel spus, putemavea aceeaqi tensiunediferen1ialde intrare pentru multipievalorialepoteniialelor ntrrilor.fa1de aceeagimas. Sepune intrebareacumrspunde amplificatordiferen1ialla schimbareaacestor potenlialeale intrrilor,sau a tensiunilorfa1 de mas'Convenims numimtensiune de intrare de mod comuntensiunea:

    urr(t)=:#\WS presupunemc aceast tensiunede modcomrrn' notatin continmresimpiific

    prin u6y seaplicla ambele intrri ale amplificatoruluidiferen1ial'Remarcm faptulc acumtensiuneadiferen}ialde innare este nul !Curen}iide baz ai ambelor tranzistoare crescccantitatea i6 5i ca urmare potenlalulde curent continuual emitorilorse modificcu:

    ilR.= zR".(l+P)i, (5.1 0)Aceastrelaliene perrnites tragem concluzia cla aplicareaunui semnal de mod

    comun pe intrrile amplificatoruluidiferen|ial,cele dou tranzistoaredin circuitse comport ca9i cum ar fi in conexiuneemitor comuncu reaclie negativde curent, [62], cu rezisten1adereacliede valoare2(. Ca urmare factorulde amplificarede mod comunva fi:

    u u-tr = - el = - ctUCM ,,CMDIL- 2R (5.!t)

    ELECTROMCA PENTRUINGINTERIELECTROTEHN]IEM

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    21/78

    38 ELECTROMCA PENTRUINGINTERIELECTROTEHN]CIEMVol. iI. CircuiteelectroniceDentru sennalecontinue

    Acestcoeficientde amplificareeste mult mai micdect cel de ampl ficar.ediferen1ial'tensiunilede mod comun sunt in faz,9i variatiileie;irilordatorate lor sunt tot in faz'

    Continundarralogia,rezisten{ade intrare de mod comuna circuiru]uir'a fi:

    r^., = r__ + 20R= 2BRi(M uE ' eiar rezistentade ieEirermne la valoarea:

    fies-cM= Rr"ru

    Relundanalizalela iilor(5.8) qi(5.9)' constatnr cnunai semnaluldi|eren1ial.pur''are tel,lsiunea demod comunnul. Intr-adevr. putem usor deducec:

    UMC= u,l (s.1 1)

    9i nurnai in acest cazu; este egal cu u;6/2 gi q2 este egal cu -u;6/2. Pentru ca rezultatulamplificriitensiunilorde intrarediferen1iale sfiect mai independent detensiunilede modcomun' care le nso1esc nmod natural, acestea din urm trebuies fie ct mai pulinamplificate.Altfelspus, coeficientu| de atenuare al ampli icriide mod comun,g sau ..commonmoderejection ratio'',Clr{R\in literanrra tehnic delimbaenglez:

    u, u,ta _ ^, , Ia.r --i2 1LL

    ntrr.rct

    (s.12)

    (5. l 3)

    (5. l s)AE=CMRR= DncM n=p "rBEtrebuie sia valorict mai mari'Aceasta nsearnntrarrzistoare cu factor p ct maimare girezisten1( de valoare ridicat.Prinmodificareapuncfuluistatic de func1ionarepecaractelisticade intrare a tranzistoarelornu se pot ob}ine rezultate satisfctoaredeoarece scadegi rezistenlade intrare.Laamplificatoarelede acest fel, realizatecu tranzistoare, amplificareadiferen1ialeste rrjur de 50 iar cea a semna|elor de mod comun' njur de 1' Decicoeficiennrlde atenuare aI ampli-ficriide modcomun se poate ugor realizacu valoriin jw de 50.

    Dealtfel amajuns la avantajul esentialal amplificatoarelordiferentiale, legat -destabilitateatermic. Intr-adevr, modificri]ecu temperafura a tensirmilor baz-emitora ceiordou tranzistoare srrnt, din punctrrlde vedere al circuitului,modificrileunor tensjunide modcomun.De exemplu, apeind la coeficien1iiolientativide maisus, dac derivele tensitrnilorbaz-emitorsunt de 20, respectiv20'l mV'atunci tensirrnea de iegire seva schimbacu numai20 mVdin cauzaamp1i-ficrijtensiurriide mod comrrrr gi cu doat 5 mVdincaza componenteidiferenfialea tensiu rilorde deriv. Laun amplificatorobiqnuit,proiectatcu grij, cu oamplificarea deriveicu temperaturaa prrnctuluistatic de l0, presupunnd toto tensiunedederivde 2 mYlgradCeisius

    'itot o modificarea temperaturii joncjiuniide 10 grade, am fi

    constatat o modificarea tensiuniide iegirein jw de 200 mV. Deciefecrulderiveitermicear fifost de 10 orimai mare.

    Dealtfel. tocmaiacest aspect al functionriiamplificatoar.elordiferen1ialetrebuiegteimbr,:nt1it. lntre punctulcomrrnal emitorilorgi sursa negativde tensiune stabilizatdealirnenta:.e artrebui s .l'edem'' o rezisten}ct mai mare,in condi$ilein care prin ea circulrrncurent su icien!de mare pentru ca punctelestatice de fi:rrctionare aletranzistoarelor sfie in

    5.Ampli.ficatoare opera ionale 39

    mijloculzonei actve unde parametrilor funclionalisunt optimi.Acestlucru se poate usorsoluliona prin nlocuirearezistengeiR. cu un geneatorde curentconstant, cu reziste;1 n1";mare. Gsneratorulde culent constantnu este altcevadect un convertortensiune/curentcusemnal deintrale fix.Asupraluise va reveni detaliat ncapitolul8.2. Figura5'2 prezintcircuitul unuianrpli.ficatordiferen1ialcaacte zatprintr-uncoeficient de atenuare a ampli|rcriide modcomun de l'aloaremare ca urnarea introduceriiunuigenerator de curent conslant cu untranzistor.

    Fig.5.2. Amplificatordiferengialcu generatorde curent constant.

    Pentrua lmuri efectut introduceriinouluicircuit,s admitem c rezistenleleR. $i&unt alese de valoare suficientde micpenruca curenful d'e bazal tranzistorutuiT3' deord.nulmicroamperilor,s fie cel pu$ncu unordinde mrime rnai micdect curentulpri'nrezistenle.Iedivizoruluimen|ionat. Ca urmare, |.ar a face o eroare prea mare' putemneglijacurenfulde bazaI tranzistoru,luiT3. Prinurmare divizorulfuncgi'oneazpiactic ngol gipoten$alulbazei tranzistoruluiva fi:

    T1 T2

    u,-,, = 4:4fo - (-u,)i = .fi ,r, (5.,6)

    ll

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    22/78

    .10 ELECTROMCAPENTRUINGINERIt-ll'EcI'l(()Il:llNl(ll NlVol. II. Circuiteelectronicepclltl'tl scn)rl:llccoll(i!lltc

    Caurmare Sipotenliaiulemitorulllilui T3 va fi constatrt dg 1'xl1;:r1c:

    u ,-r, = u ,-r, o'(' l'Rez,ultc 9i cru.entul prh rezisten1a R*r'a fi constant. Dar atuttci:

    (5. I 7)

    (s. 1 8) I

    _ l = -L-1) =c'otl5.t.'E -C-T3 fi

    e

    Prinurmare curentul16' cale este chiacuentulde colectorai luiT3 l,a fi constant $i..programabil''prin valoal.earezisten1elorR1 9i R2. Insclilmbrezistenla..vzut.. in emitorul.on'Jn ul tran'stoaelor principale,T1 9i T2, va fi male, dcoareceeste forrnat d nrezistenladiterentialcolector-emitora lrriT3 insumat cu R". Inacest fel l'aloar.eacoe icientuluig poatefi nrult rnrit, creindcondililespecificeamplificatoareloroperalionaleunde valoruzualesuntin domeniui104 . 10J. (aten1ie ,si la amplificrilediferen1ialenlari,existnd nrai multeetaje !)'

    o problemimportantcaeapare la folosirea ampliicatoruluidiferen1ialeste cealegat r1e aba er.eatensiuniide iegirela semnal di reniale intrar.e nul. Aceastabatere semtena1izeazprintr-o tensiunede iegirediferitde zero' atuIcicnd intreintrriaplicn unsemnal de valoare nul.Ea se datolegte faptuluic circuirulamplificatoruluireai difer de celidealconsideratpn acum, tranzistoareleneputnd fi perfect mperecheate5i nicicomponentelepasive neputndavea caracteristiciabsolut ident ce.Procedurade eliminareaacesiuidezavantajpoart numelece compe lsarea abaterii tensiunijde iegire saucompensare de..offset''. Exstmai multeposibitit1ide a face aceast compensare'fiecarecu domeniilesalespecificede aplicalie.

    +{Js

    Fig.5.3.Principiulcompensriia.rnpliicatoar.elordiferen$alein circuitulde colector.

    5.Amplificatoare operalionale

    Figura5'3 indic modulde compensare a abaterii tensiuniide iegirea rrnui amplifi Ao,ceea ce impirneca:

    (5.20)

    5.Amplificatoare operalionale

    ln aplica1iilein care se admiteo valoaremai redus pentru factorulde amplificzuediferen|ialdar exist pretenfiideosebitelegate de stabilitate sau derestenla de intrale' serecomandfolosireaamplificatoruluidiferen1ialcu reac|ie negativ de curerrt, Figwa5'6' lnacest caz, crrnoscnd coeficientulde amplificarediferen}iaidat de rela1ia (5.5), prinintroducerea celor dou rezistenfede reac|ie \, noul factor de amplificarese poate stabilicuexpresia binecrrnoscut9i de la Teoriasistemelor:

    43

    D. = --gbD

    RR

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    24/78

    14 lrl Iictlt()Nl(.:AI lrNI I(LlIN(ilNt:l{l l:l.l:( ll(Oll:lINI( lli\lVol. II. CircuitcclcctroniccDcntrusen)nalc c:onlinuc

    lnaintede a ftnalizaacest subcapitolr,'onr prezentadou exemple de anlpli )catoarecifereniiale.Figura5.7 se refer Ia ur ampli icatordifelenlialcu amplificatorinversor, [79],t801, 1811.

    Fig.5.7. Amplifcatordiferenflalcu ampli catorinversor.

    Circuinrlprezint dou intrri, asemntol oricrui amplificatordiferenfial dar areosingur ie;ire. Circuitulrealizat in jurul transtoruluiT3este un amplificatorinversordetensiune, cale are restenla R' cuplat ntre colector5i baz, pe post de rezisten|de reaclienegativ. Ceeace este specificcircuituluianalizat const n aptul c potenlialulbazeitranzistoruluiT3 este aproximativconstant:

    uaE-T-.-Urr-rl-0,6Y (5,24)Prinurmare, dacprin aplicareasemnaluluidiferen1ial ntre intrri.curentulde

    colectoral trarrzistoruluT1cre5te cu cantitatea ig, atunci potcnia.luicolectoruluiluiT3 creqteqi el cu:

    u- -^ = Ri-Datorit aceluia;iseinnalde intrare diferen$al,curenrul de colectoral tr.anzistoruluiT2

    scade tot cu ic, ca urmare. fat de colectorullui T3, potenlialulcoiectoruluilui .|] creste cu o

    cantitate egal cu cea dat nurneric. otde rela1ia(5.24). Rezultc fap de poteniialulbazei l3' adicpractic fa!de poten|i.alul*u'.i, i.n,i*eade ie'ire* '"."jif;"a"u 2.R.ig.Prffiffi'n:.!illi:.T'ji:ffid.lferentia1ui u...n,i."i..ui,pi.".."'.-oin.*". inverso

    Rxrl - D CPnn-P

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    25/78

    tt

    ltiltItf;

    il,III

    Vol. II. Circuiteelectronicepentru semnalecontinue

    5.2.Amplificatorul operafional.Caracteristici,performan{e.Ampli-ficatorul operalionalreprezinticel mai performantcircuitelectronic

    amplificator'cu ajutoru| cruia pot fi solu{ionate,in mod satisfctor aproape toate problemelece se pun in tehnicacircuitelorelectronicede semnal. ln acelagi timp are multipleaplicali-iindomeniul circuitelorelectronicede impulswi5i hibride,motivpentru care el se va gsi ncontinuarein majoritateaexemplelordinacest curs universitar,dar r.a fi prezent 9i nmultesoluliiprezentate n urmtorul volum.

    9rsa de t*rsrlpstobllzaaoctlva

    s..r6a de tsElurpstabtllza'an cEttva

    Fig.5.9. Amplificatoareoperationale.Schema blocgeneral.

    Unamplificatoropera1ionalnu difer esen1ialmentede wr amplificatorelechonicobignuit.Elare o schem bloc, Figura5'9, de ampli,ficatocu 2 sau 3 etaje, dintrecare primuleste nmod obligatoriuun amplificatordiferen{ial.Urmtoareledou etaje sunt rmpreamplificatorgi un etaj finalde putere. 'Prezen|a' primuluietaj diferen1ial conferoconportare satisfictoaredin punct de vedere termic'

    ExistenJaa trei etajeam'Flificatoare

    asigur coeficientde amplificaremare circuitului.Cuplareadirectdintreetaje, fr elementereactivede circuit,garantea o comportare satisfctoare nt-ogam foarte largde frecven1ede lucnr mpli icatoruloperafionaleste un ampli icatorin bucl deschisi ?ireac{ie.Performan1ele sale superioaresunt asigurate9i prinfapmlc in primuletaj se poate proceda ia ocorlpensara abaterii tensirrniide iegire gi, de obicei,tn al doileaetaj se poate proceda Ia ocompensare nt.ecven1. Aceasta d nurm este necesar mai ales la frecveneinalte,pcutru ae!imina. nmsttm nnsihi!rllrri efecfelcnaoair,p alpnanenittilnr na"a.itp cnpnifieo rticnnziti.'.r^.P!!)arewsemiconductoare folosite.

    Cuajutonrl amplifcatoareloroperalionalese pot consbuitot amplificatoaredetensiune, curentsau pute e.Deosebireaconst in faptulc la amplificatozneleobigrruiteeste

    impor1antcircuifulelectronic rransamblulsu pe cnd la circuitelecu amplificatoareo.pera{ionalesunt esenfialedoar elementele exteri'oarecircuituluiamplificatorpropriu-zis.Aceastproprietate rena cabil ezulttomai datorit: cuplriidirecte intreetaje, (l), factoruluide amplificarein bucldesclr scu valoarefoarte mare, (2), restenfei de inlare mari' (3) 9irezisten}eide egiremici,(a).

    esra

    Comnoff gt

    Fig.5.10. Simbolulcompletal amplificatoruluioperational.

    Figura5.l0 se refer la simbolulcompletaI arnpli icatoru|uiopera1ional,.*. con1i,,etoate elementele necesare cuplriisale ncircuitulel ctronic.p"nt.u u.matoarea etaP dey4 4: func$onriigi per ormarrieloramplificatoareloropera1ionale,vomfolosi rrsun.i-691 simrlifcat,care nu maieviden1iazsurselede alimentare';icircuitelede compensare.{cest

    simbo]simplificatapare deja in Figrrra5.l l. Pe bazanotatiilor

    rlinaceast figur, functiaelectronicindeplinitde ampli icatoru|operafionalpoate iic.i. .u'

    5. Ampl ficatoareopera|ionale

    Ui",__ ou,d

    4/

    In aceast relalieApeste amplificareadiferenlial sau ampli.ficareain buc| deschis, ..open-loop gain'', n iterafuratehnicde iimbeng|ez. Acesta este ce] mai important parameml ca'ecar actenzeaz un amplificatol opera1 onal.Modificandu9or expresia :

    (s.27)

    un" = AD.(u,- ur) (5.28)

    .18 ELECTROMCAPENTRUINGINERIELECTROTEI{iIICIENIV l f Ci i l i 5 Amplificatoare oPeralionaie 49

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    26/78

    Vol. fI. Circuiteelectronicepentru serfflalecontinue

    putem aprecia urmtoar.ele: Dac uo este egal cu 0' afunciUi".= Ao.up'' sennalulde iegire estein faz cu cel de intrare, motiv penmlca.re aceast intralese nume$te .li,,tr*. P'', ..pozitir,'.sau.'intraIe ileinvetsoare''. Dacuo este egal cu 0, arunciUi.,= - AD. u., semnalul e ie;be estedefazat cu l 80 grade fa1 de cel de intrare, motivpentru care aceast intrare poarlnumele de'.intr.are n'', ..negativ.. sau ..inversoare''.Sublinienc aceste denumirinu au nimiccomuncuopealiilematematice de adunaresau scdere.

    11 lP-'tal12 I ln>

    ug5

    T-ateFig.5.1 1, Amplifrcatoareopera1ionale.Sirnbolizaresimplificat.

    Concluziilede maisus sunt sintetic redate de ansambfi"rlde relatii:

    5. Amplificatoare oPeralionaie

    obignuit,coeficientulde atenuare al amplificriide nrodcomunia valoricuprinse intr.e195 16 arnplificatoareleopea ionalede uz general.

    103 9i

    l.

    u.A = -,J9!_=4-

    tcl

    uresu -u

    =0

    -0(s.2e)

    Iul_ ies uIUPn-1lul+ r?s ulun

    Figwa5.l2. Caracteristicastatic a ampli icatoruluiopera1iorral pentrusemnalediferenlialede intrare.

    Fig.5.13. Caracteristicastatic a amplificatoruluiopera1ionalpentrusemnalede mod comunaplicate la intrri.

    I

    Cea mai simplcon igura}iede amplificatoroperafiona|, realizatcu componenlediscrete estePrezentat in Figua

    .

    s.i+, 1ls1, t80], t8i]. Este volbade rrn amplificatoropera1ionalcu doar dou etaje.-Primuletaj steampuncatoruldiferen|al. TranzisoareieTl 5irz treuuie s funcfionezecu curen1ide colctormici, ntre0'01 5i l I,pentru ca rezisteolade

    Acestfactorde amplificarediferen{ialare nmod uzual valoricuprinseintre 103 9i106. Ca rrnnae este er'idenifapfulc dac semnaluldiferen|ialde intrare epagegte anumiteva]orimici'de ordnulzecimilorde milivolgiegirease satureaz, ajungnd la .'.. sau U.6,,,valoride tensiuneapropiatede niveleletensiunilorstabilizatede aliientare a circuitului.Inacest caz amplificatoruloperafional"taie"semnalulde intrare. Acestfenomen carecaractsdz:azfolosbealncoreca circr.ritr.tlr-ti,este bine reflectat de caracteristicastatic alensiuniide iegire in funcliede semnaluldiferen1ialde amplificat,aplicat intre intrri,caracteristic dat, orientativ,. pentu un circuitcu performan1e .".aii, in Figura5.12.ln cazul in care |a TtrfuileamplificatoruIuiopera1ionalse aplic otensrmede modcomun, teoretic, tensiunea de iegirear trebui s rmn la nivelul0 deoarece semnaluldiferenfialde la intrare este nul. In practicacest lucrueste foarte bine ndepiinitdac tensiurrile

    de modcomun nu dep9esc valorde ordinul1 - 2 volt'Pentru rrn amplificaioropera1ionalde uzgeneral aceast proprietate este reflectat de Figura5.13, care con1inecaracteri;ica tensiuniideiegirein firnc1ie de tensirrnea'de.rnodcomun aplicatpe intrri. oinngura rezu1t irnediatfaptuic nu se recomand ca tensiunilede mod comunce inso1esc* ."*''uldiferen1ial'a n. r'*"mari, lucrucare trebuie s fie in aten1iaceluice proiecteazun circuit electonic.rn *oJ

    Ules

    Ules

    50 ELEcTRoNrIc-PENTRUINGINERIELECTROTEINICIENIVol II Ci it l i

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    27/78

    Vol. II. Circuiteelectronicepentru semnalecontinue::.arc a 'circuin.r]ui s psfeze valorisuficientde

    ,,r11i:li:"'"..ffi,'n*ll',*:i"t#*#;::::i",,*"ru,ffiT!*il:'rJ;:|..^:.

    p. .*i.* ii *ig*a* il;;;';;:.ii',:ru]ui T4, fuacpioneaz n regimdeZener-permitestaoitirea-nivetu.]ia. i.".^i-**;:#|11: a ampliicatoruluioperapional.bioaun:i'.,..ffiffnas'xi::tt."r;.H*1;*1l:li1;i'^J:?l*t*:.:;1:jffi?:i:iffi'r*lt*'i;*iT;it*ffi#::i::fi='.x{i,t,'fri*tfi

    .T'.T[t.elativpronun1ate. Dac ntreintan* ;;ii;il:ea ce conducela abateri de ordin termiccurent corrstaapoate

    ]ipsi,sulstifuindu-seo..'i,,".,,J'njemnaldiferen1ialpur,

    8eneratoru'I de

    Fig.5.14. Amplificatoroperafionalsimplucu componente discre e.

    i-+ '_-. -ln prezent in quas totaliutea. cazr.rriIortntegrate. Se produccircr

    il,Ti"i"lr,^:;::n#;: r1.': s'[l.:.T'*'#{"-T'1T:"{lnii{ti'..J.:fir.r{*T: :#:fl""ti'Tl"tr"1t,Txli*fun.,"ru.t*'il"tri",*-L"ori.,'';::".:3'esun amplificatoareopera1ionle,p.."iui.,-a.exempludeconsulteo'literarura. .,.o',lT,o*e paramebice. .,". .i'.in'"..i.""";j;;;t., "u trebui sopera$onalp.nou.o Jp]ri.|...'ul',u'. larg inaintede a decide il;.; ffiffi.'i,itamplificator..toj.ro._.i."*L",.i.'T''.oat. sfudierea foilorde catalog.u. ""*,*a:9i*pen'uaplicalean"..o'.n1ari;j,

    "i,t,!r:r"*oTi;T:",i'ri.aabaterii te'siu'ii;;- i""ir",ii!.o-p.n,*"in

    . Infonnativ, nFigua-5.ls..,.. p.",.n,"' schema electronica unuia dintre cele maieuglte arnplificatoareopera1ionalede ; **;.""'tente pe pial,pA741 U6],t40]' t91.

    5. Amplificatoare operalionale

    [79]' [80]' [81]' [86]. Eleste produs gi in prezent de ctre multemulte aplicaiiide electronicindustrial.

    5l

    fume gi este preferat pentru

    Fig.5.15.Amplificatoruloperalionalirrtegrat74l. Schema electroruc.

    Conformschemei bloc. generale,9i aiciprimuleuj este reprezentat de ctreamplicatoruldiferen1ial,construitin jurul tranzistoarelorrt 9 rz, de tip p . Caurmare,generatoruI de curent constantse gsegte pe partea surseipozitiveae arimentarea circu tulu 'TranzisoareleT3 9i T4 forrneaz.o-aga-numii..ogtindd cruent'',care asigurrrn curent deiegiredin acest etaj egal exact cu diferenladintecrirenliide colectoraitranzisioarelorTl5i 12.Compensareaabateriitens uniide iegirese face ncircuinrlde colector,cu metoda.paralel''.Etajulpreamplificatoreste construitin jurul tra.'rzistorului compustonnai ain fanzistoareleT59i T6-.Circuitulare compensareintemde frecr'en1 cu conderxatorulC1.Erajul finaleste unamplificatorde ieqire in contratimp,cu func1ionare nclasa AB,de iip ..p.to. pe emilorcgmq]lmentar,bazat pe tranzistoar"eleT7 9 T8. Circuitulprezentat a fost pielut inrr.o r.ariarrtsimplificatcare ugureaz n1elegereafunctionriisale.

    iii-zal,-,--....^ II t2-3o@rAI

    3op ilrroslt-3

    TI T2

    I '.r t.rl

    T3 T1

    _J- un

    T3Dz

    52 ELECiROMCAPENTRUINGINEzuELECTRO1EI{MCIEM

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    28/78

    52 ELECiROMCAPENTRUINGINEzuELECTRO1EI{MCIEMVol. II. Crcu teelectronicepentru semnalecontinue

    Nr. cfi Caracteristica 741 AOidealI Coeficientulde amplificare

    diferenda1l0'

    2 Factorulde amplificarede moduuulul

    t0 0

    3 Factorulde atenuare al amplificriide mod comun

    lo'Rezistenlade intrare diferential iMo

    ) Rezistenpde intiarede modcomun lGo6 Curentulde intrare 50 nA 0Curentulde eroare la intrare 5nA 08 Curenhrlde iesire +20mA @9 Rezistentade iegire I kc) 0

    5.3.Amplificatoruloperationaridear. Ipoteze simplificatoare.Performanfelecu totul remarcabileale amplificatoareloroperalionaleactuale perrnit cain proiectaleacircuitelorelectronice eles fie substituite cu urr amplificatoropera1ionalideal.Acestfapt simplificmult efcrhrrilede calcul fr ca rezu)Iateleob1inute la experrnren.,aresdifere prea mu1tde cele estimateprin luarea in considerarea odeluluide ampli icator

    opera{ionalideal'Tabelul .5.1 prezinto parte dintre parametriamplificatoruluiopera1ional74lalturi de parametri echivalen1i'adopta'ti pentru circuitulideal'

    Tabelul5.1

    5. Ampli icatoareopera|ionale

    5.4.Circuite fundamentalecu amplificatoareoperationale.

    Asemntor cazuluideja sfudiatal trarrzistoarelorbipolaresau al tranzistoarelorefect de cmp' 9i rrcazul amplificatoareloroperalionaleavem cetevacircu tefundamentale castau la baza futurorcelorlalteapiica1ii'Aceste circuitesunt nnumr de 4, [16]: circuindi eren1ial,circuifulint,etsor, circu tulneinversorqi circuitulrepetol. Vomanaliza pernaceste circuitefiindarnentale.

    Fig.5. 16. Circuitulfundamental diferen1 al cuamplificatoroperational.

    Figura5.l6 se refer laprimulcircuitfundamental cu amplificator opera onal,'nrcircuitdiferen(ial.Pentru stabilireafimclieielectronicepe care o indeplinegte acestcircuivomadmite c ntre ntrri se aplic semnaluldiferen1ialq(t), cruia, fa} de mas icorespunttensiurrilede modComun\1 9i ui2.Vomadmite c curenflide i:rtrare in amplificatoroperalionalsunt neglijabili.Atunciputem u5or calculapotenlialulbomei inversoare:

    n (ur-u"(t))+u,(t) (s.30)

    respectiv, pe cel al bomeineinversoare:

    Analiznddatete din tabel, se constatc in calcululcircuitelorcu amplificatoareoperalionalese va putea admite deobiceic l/Aptinde la 0. Vom putea presupune c tensiunilede mod comun nu sunt amplificategi nu au efect asupra iegilii.ialculelede proiectarese vorsimplificadeoarece curen1ii de innare la bornele neinversoare gi inversoareale ampl ficatoruluioperafionalse vor putea adrnitenuli. Ipotezarmne adevrat nmsura ncare circuiteledinjurul amplificatoruluivorfi'catacteizatede rezistenlesuficientde micipentruca ;;; t ;ele s fie cel puFncu un ordinde mrimemai mari dect curenfiide intrare namplificatorulIeal. Importanteste ca s nu se cad niciin cealaltextrem

    "o nd"pli,,i,"uacestei ipoteze,proiectndu-secircuitecu rezisten1eatt de miciinct s apar problemEde p erderine;us*jfcate'Dessemenea 3galizafa}raluh!mai gr.{{grr1!qz faptui c h proiect:re vompui.eapresuprme c tensiuneade efire!i. *plifi"uto.este rrregim quasista1ionar nmomenfu] incare potenfialelecelordou intrrisunt egale. De asemenea vom mai puteaadmite, in primaproxima|ie,c efectrrl semnaluluidiferen$al aplicat ntrentrri se transmite r ntrzierilaiegire.

    Ult;meledou pozifiidin tabelcer 9i ele ugoare explicafii.Curentrrlde iegreeste]imitat pecriteriide nedepa5ire a regimuluiterrric al capsulei. Ca'trrmarevalorilesaie limittrebuiescevitate prin proiectare'Resten1a de iegire,reltiv mare, nu deranjea, nmsura ncare sarcinileconectatevor avea o resten! de intrarecu valoaremaimare cel pu1incu unordinde mrime.

    R,R, + 'R,

    Rd4 -

    -U,

    P Rr+Rot!

    :

    (s.3 r)

    ELECTRONICAPENTRUINGINERIELECTROTEHMCTEMVol II Circuiteelectronicepenhl l ti 5.Amplificatoare operali onale

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    29/78

    Vol. II. Circuiteelectronicepenhl sernnalecontinue

    Rr.(r,, - r,r) = -Rr.ur(t)Prinumare firnc1iaelectr.onca circuituluiva idat de;

    Decicircuitu| diferenfia| functioneazca amplilicatorde tensiune 9i amplific,cucoe icienh:lde amplificare.R2lR1,semnalul diferenlialaplicatintr.e intrrile saie. Circuituldefazeazsemnalulde intrarecu 180o.

    A]doileacircuitfundamental cu amplificatoroperalionaleste circuitutin'ersorrezentat in Figura5.1 7.

    Fig.5.17. Circuitulfirod.nlentaliaversorcu amplificatoropera1ional.

    Pentru analiza aCesfilicircrrir cE --^-..-.-

    *."l".1ji*j;::i}::.?o,'H,;TH:."ffi..':fiT^::ix;ffi:1tr'.J::T#,'sf ,lffi" :

    Considerndfaprul c in regimquasista1ionarde fi'rnc1ionare, cnd uo : u', semaalul deie5irereflectefecn celui aplicat la intrare,vom putea ega arelapii]ers.:bl si (5.31). Dacfinemcont gi de apnr.lc in aplica1iilepracticeR,,= &tP*,sau, 9i -ui ,"it.iltiv,R1= R3 giR: = &'afunci, prirrtra.rrsfonarialgebiicesimpleajungemla expresia;

    p p

    ca urmare potenlialulbomeiinversoarea amplificatoruruioperalional,la t = 0, r,a fioozitiv:

    0J > 0 51s\

    it|)+tz(t):o (s.3 7.1

    u, : R2 [u(t)Rt + Rz-Intruct borna neinversoareeste exnlicitconectat la nnt".iiot,,t

    electronic,tensiunea diferen$alla irrtrarea ampiificatorulul"p*d",iJ;.ffi,,r:rr-ur:0_ur

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    30/78

    56 ELECTRONICA PENTRUINGINEPJELECI'ROTEI{NICIENIVol. iI. Circuiteelectronicepentru semnalecontinue

    Figura5.18 se refer la al treilea circuitf.urdarnental cu amplificatoroperational,nurr.itcircuitneinversor. ln acest caLsernnalulde amplificat,u(t), este apiicatdirect la bomaneinversoarea amplificatoruluioperalional.

    I

    I u6t)

    II

    Fig.5.i 8. Circuitulfirndamentalneinversorcu amplificatoroperaiional.

    Ca rumare ntot timpulfirncfionriicircuih uiva fi valabilrela1ia:

    up = u(t) (s.41)

    Amplificatoruleste un circuitelectroniccu reac1ienegativ de tensiune.Semnaluldereaclieeste culesprincircuitrrlde msurare formatde rezistenfeleRri Rz$i este conectat nmoddil.ect la borna inversoarea amplificatoruluopera1ional, deci:

    u"(t) _ Rt+ RzAb- r4o- R,Acestfactor f,indpotiv rezult in mod evident c este vorba deun amplificator

    neinversorde tensirrne continu'Deci' nconcluzie,al treileacircuitfundamentalcuampti icatoroperafional indeplinegtefunc1imeaelectronicde amplificatorneinversor detensiune. Rezistenasa de intrareeste foarte mare, cwentulde intrarefiindpractic nul,(el este egalcu curenhrlde intrare la boma neinversoarea circuituluiamplificatoroperafonalfolosit).Rezistenlade ie;ire este de acela;iordinde mrime cu rezisten{ade iegirea amplificatoruIuicpera1ional,deci practic sepoate admitede valoarenul. Fapfulc circuituide msur.are atensiurLiide iegireapare in paralel cu!g' nu sChi Dbcu nimic lucrurile.Dincauza r.ezistenJei deintrare mari' acest circuitpoart 9i numele de ..amp1ificatorde tip electrometru''.

    Cu scopulintroduceriimai multor metode de analiza circuitelorelectlonice,r,om reluastudiulacestui amplificator9i pe alt cale. A9a cums.a preciuzt, n unttaaplicriiserrrraluluiu(t) laintrare, tensir.rnea diferen$alq devine:

    Rlu,:u(I) - ^-- u"(t)Ktr Kz

    5.AmPlificatoare oPeraf ionale

    De aici se poate deducedirectfactorul de amptficareal acesrui circuit:

    ui-up

    5'7

    Tensiunea de la iegireaampli-ficatoruluioperalional,care este gi iegirea circuituluiamplificator,u.(t), va fi:

    ,nD

    (5.44)

    /{ s\

    (s.4'7)

    u,o : oui : 'ao [u(t) - Ri;u"o] (5.46)

    In expresia(5.4Q,prinAps-a notat factorulde amp|ificarediferenfialalamplificatonrluiopera$onalfolosit.Deaici,pentru factonrlde amplificareal amplificatoruluidetensiune neinversorse poate deduce imediatrelalia:

    S admitemc la prrnerea nfi:nc$unea circuituluitensiunea u(t) este zero 9i'prinurmare' 9i tensir.rnea de ie5ireeste nul. La rrn moment dat mrimea de ntare,u(t), ia o valoareoafecae' potiva fap de poten1ialul maseicircuitrrlui.Semnalulde reacpie este inc nul5i de aceeatensiuneadiferen;ial|a intrarea amp|ificatoruluiopera$onal devinepotiv. Ca r'rrmare ie;ireacircuifului incepes evoluezecte valoripozive.Sernnalul de reac1iede tensir"rrre cregte gi el,determinnd scdereatensir'niidiferen$alede la inarea a.Fiificatoruluioperalional.Starea deeclrilibruse atinge atunci cnd abaterea de la intrare devinenul, adic atuncicand 5i potenlialulborneiinversoaredevine egal cu mrimea de intrare u(t).Aceasta nsearnnc va fi ndeplinitconditia:

    u^= Lu,(t)Rt+ Rt

    u(t): *? *,"r,1

    (s.42)

    ^=4: u(a I + RI-^Rt+RzDe altfel,privind circuifulca un sistemautom{l cureac$e negativ, expresia(5.47) putea

    fi scris in mod direct.Ea reprezint, factoruloe ariiliincareexactjlcircuituluarla| zat.Pnnimp4irecu factorul de amplificaredifererr alAo,reallt:

    (5.13)

    I58 ELECTROMCAPENTRUINGI}IERIELECTROTEHMCIENIVol. ILCircuiteelectronicepentru semnJe.o*irru. 5.mplificatoare operalionale 59

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    31/78

    IIIItttI;

    ;

    ;

    Itt

    II

    . Relaiiastabiliteste deosebitde mportantpentru.aplicaflilepract cedeoarece rrmsura ca eputem admite c emlenulI/Ap este negtiJabil,regsim p;"d i;;;le arnp,lificareirrensuneexpresiadeternrinat deja mai u,.;.;i..,.;;

    Prinurmare la iegire.'se repet.. tensiunea de la intrare, fapt care justificnumele decircuit repetor atribuitacestei aplica1ii.Resten1a de intrare este.p.actic'infinitiar cea deiegirepracticnul. Ca rrrmaleacest c rcuiteste sirnilarcircuiful"t;6.* pe emitor cutranzistoare,fiind folosittot pentru adaptare de impedanp.Drept finalse cuvine'rrncornena.riuexplicativ.Maisus s-a irrsistatpoate prea pe ]argasupra acestorcircuite flrndamentalecu amplificatoareoperaf;onale, repetndu.se rrneledemonstratii.Scopulacestei strategiide exprrnerea fost acela. u "e s.'.b]foa c ex.rsti mr:ltiplemetode de a aborda analiza sau sinteza rrnui circuitelectlon c.Acumulndexperien!deproiectare, inginerulva putea aplicacele mai simpleetodeposibile,cu rezultate satis ctoale.

    se va incercaaplicareaacestuiprincipiupi in continuarea acestui manual universitar.

    Ab I_+nD

    B,+ p^1. t\/Rt

    (s.48)

    (s.4e)

    mai ales'T:ilT.;i''il'#em

    c condifialuat in consideraIese poate u;or ndeplini npractic,factorul de amplificari***ffi:]L:'.:.jlionaleintegrare,la care

    .l'' il;;i;l-em admjte c

    Fig.5. I 9. Circuinrlrepetorcu arnplificatoroperalional.

    11;io""Il'.Tr,*!1t.ilT::;'"1:T"*jlXiJT,llll;.rtimurcircuitn'rdamenrarcu amprincatorv aea,curen}iip.ioi"'i*pd;'"h*.

    R$t,.ffit?:f"ffiiJ?;*ix:ur:::'li*ensiune,tot de valoare& sunt nuli.Ip";.; li;;;;; fiindcambele.eziiten1e.s*.tirr serie cuezistenlelede intrare de la bomele,..qp*'*,;;h;;;;are gi inversoare,care resten1e, dup cum!""ii1,"i1:[ffi ff g:T*tr"*:l;ilsi-q*.i,,+"*ffi;:un, rensiunea

    u"(t) = u,(t) (5.s0)

    ^ ELECTROMCAPENTRUINGI\EzuELECTROTEHNIC1ENIV l IlCi i l t i t l continue

    6.Circuitede prelucrarea semnalelorcontinuesu amplificatoareoperalionale 6l

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    32/78

    Vol.IlCircuiteelectronicepentru semnalecontinue

    (o.lu"(t) :

    Definindrapoartele de rezistenledinexpresia(6.2)sumator inversor obtinemurmtoarea rela1ie final:

    lle\t) - (ktut + kzuz

    unde :

    Rkt -- *; kt

    ,R R R(-ut 1 -u2 +.....+ -ur)uRzRr

    6.CIRCUITECONTINUECU

    DEPRELUCRAREAAMPLIFICATOARE

    SEMNALELOROPERATIONALE

    ca ponderileintrrilorcircuitul

    +.....+'krw)

    Rnk Rr

    (6.3

    R

    Acestcapitoleste ciestinatirrvestigriiunor categoriide circuiteelectronicecareprelucreazsemnaleelectricecontinue. cu multipleaplicasi inelectronicaindustrial, pr.ofesiorralsau comunicalii.Se vorabordacircuiteleelectroniceliniare,generatoare de filrc;ii,de multiplicaresi circurtele regulatoarelorspeci iceauromadzriior eiectronice.Sv vor'acecevacolrsidera,duruqipe margineaunor apiicaliispeciale.

    6.1.Circuiteliniare

    Conformprincipiilorde clasi caredin [16], nsubcapitoluldestinatcircuitelor liniarecuarnplificatoareopera1ionalese vor sfudia circuitelecare efecfueaopera{iide sumare, scdere,integraregi diferenliereasupra unuia sau a mai multorsenurale electricecontinue. Pentnr a se evitaorice felde confrzii,chiarde la riceputsuntem obligafis precizm caceste circuitenu opereacu nrrmere sau numereco tificateci cu serrrnale continue. Ca urmare gi la ie$irea acestoravomregsi sernrrale care reflect func1iunea electonica respectiruluicfucuit Esteevidentc valoarearespectivelorsemnale,la un moment de timp.f' este chiar sum4diferen}a'integraladefinit saudiferenlialavaloriisemnalelorde intrare laacelaSi momenl

    Pomindde la circuitu| fundarnental nversorcu ampli icatoropera1ional,Figura6.1prezintun circuitsuma orinversor cu maimulte intrri. Semrraleleaplicate la intrare, u1,u:,....,rrr, sunt tstsfunielecricevariabilein func1iede timp,lucrucare nu s.a mai specificatin modexplicitin nota1ie.AnaLlzacircuituluieste deosebitde simpldac apelm la teore a lui Kirchoffreferitoarela curen1i'scris pentru nodul de circuitconstituitde boma inversoareaampliEcatoruluiopera}ional. Admi}ndc acest amplificatoropera'ionaleste ideal, decicu curen$nrrli rle inbaresi reoarcnd c borna neinversoareeste exDlicit lesatla potentialulmaseic rcuitului,vomputea scrie inmod direct:

    ut

    Fig.6. l. Circuitsumator inversorcu ampiificatoropera$onal.

    Aceast expresie eidenpaz fapn c ponderile intrrilorse pot alege in modindependent.In cazulblocurilorde calcrrl analogic, circuitele deacest fel se prevd cu4 la 6intrri, de obiceicu ponderilel' 2 9i 5. Irr apiicafilede automatizri circuimlsumatol prezentat arede asemenea multiple utilizri.In acest caz ponderilese stabilescin fi:nc;iede mrimiledinprocesce urmeaz a fi prelucrate.De exemplqin cazul rrnui5i51gn rrllmericde reglare ncare intereseazcomponentelesimebice ale tensiu i din re1eau'trifazat, se recomarrdcalcululacestorcomponente simetrice ctriarin sistemul de achiz;p ede date, cu circuitesumatoareinversoajedctipulceluiP ez*ntatmaisus. Ponderileit..ilor u'ot ai;ea valori]eegale cu terrnenii din mariciled conversiecorespunztoare. Acestematricide conve sied'insistem tl azatinsistern bifazatnurtcrrnoscute de la d.iscipline|edeBazrlefiziceale electrotehnicii.ln acest fel' apelnd la circuitelectronice desemnaisi,rrple,sistanelede reglarenr.rorerice pot fi degrevatede o serie de calcule

    Rz

    u2

    U^I

    I

    -k

    u"G)R

    u]Rt

    ,u2uk-T...,..7-TRz ' Rr: 0 (6,1)

    De aici, fi:nc1ia indeplinitde cEe circuit rezult n modsimplu:

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    33/78

    U{ ELECTRO\ICAPENI'RUINGINERIELECTROTE}INICIENTIVol.IICircuiteelectronice pentrusemnale continue

    6.Circuitede prelucrarea se nale]orcontinue Cuampl ficatoareoperafionale65

  • 8/9/2019 Electronic A Vol II Marshalko

    34/78

    p co t ue

    Ltp- Un

    Ca urmarese poate scrie:

    _u2a+ IEfectunccalculelealgebricenecesalein expresia (6.3.28),se obtine lelatiacutat:

    u"(t) : a(ur - ut)

    R22/d.

    R3/d

    J uertr

    "2 IY_t

    de separare galvaniccale pot intoducedistorsiur