Acasă / Teorie in electronica / Amplificatorul operaţional -2-

Amplificatorul operaţional -2-

Într-un articol anterior am făcut o introducere în amplificatoarele operaţionale. În continuare voi prezenta nişte parametrii de catalog. Scuze dacă devine plictisitor, dar mi s-a părut interesant de prezentat cum se citeşte un datasheet al unui operaţional.

Datele au fost preluate după foaia de catalog a amplificatorului operaţional LM741.

Parametrii maximi de operare nu trebuie depăşiţi niciodată, deoarece pot duce la distrugerea capsulei.

Tensiunea de alimentare este dată fie ca valoare asimetrică (ex. 32V), fie simetrică (+/-22V).

Puterea disipată este limitată de capsulă. Majoritatea tranzistoarelor dintr-un operaţional funcţionează în regim de curent constant, de aceea puterea disipată este proporţională cu tensiunea de alimentare. De asemenea, etajul de ieşire consumă mai mult atunci cînd la ieşire este legată o sarcină de impedanţă mică.

Tensiunea diferenţială de intrare este tensiunea maximă care poate fi aplicată între intrări (inversoare şi neinversoare).

Durata scurt circuitului la ieşire depinde de protecţia la supracurent a etajului de ieşire. Dacă operaţionalul este protejat, atunci scurt circuitul poate să ţină oricît.

 

Parametrii electrici sînt garantaţi de producător.

Tensiunea de offset este diferenţa de tensiune dintre intrări pentru a obţine la ieşire 0V. Ideal, offsetul este zero, dar în realitate, acesta diferă nu numai de la un tip la altul, dar şi în cadrul aceluiaşi tip de operaţional. Din moment ce offsetul diferă de la un exemplar la altul, din cauza variaţiei procesului tehnologic, înseamnă că producătorul nu poate decît să dea o valoare maximă a offsetului care se poate întîlni la acest tip. Unele amplificatoare operaţionale au 2 pini de reglaj al offsetului. Între aceştia se pune un potenţiometru, iar cursorul lui se leagă la linia de alimentare negativă. De aici se poate regla fin offsetul pînă la o valoare cît mai apropiată de zero. Acest reglaj este necesar doar în anumite aplicaţii speciale, pe cînd de cele mai multe ori offsetul nu contează.

Curentul de offset este diferenţa de curent tras între cele două intrări. De asemenea, în general are o valoare foarte mică şi se poate neglija.

Driftul curentului şi tensiunii de offset se manifestă ca o deplasare a acestor valori odată cu modificarea temperaturii.

Rezistenţa de intrare determină curentul tras la intrare. Cu cît e mai mare, cu atît curentul este mai mic.

Gama tensiunilor de intrare este în general mai mică decît tensiunea de alimentare. Este dată pentru o anumită tensiune de alimentare. Operaţionalele rail-to-rail pot să aibă la intrare întreaga gamă de alimentare între Vcc- şi Vcc+, precum MCP6001. Aceste operaţionale sînt utilizate în aparatele care se alimentează la o singură baterie şi unde linia de Vcc- este 0V. (ex. Amplificatorul de microfon de la telefoanele mobile). Unele operaţionale pot să aibă la intrare o tensiune de pînă la Vcc- sau chiar sub, cum este LM324.

Factorul de amplificare de semnal mare are valori foarte mari şi incontrolabile. În foaia de catalog de mai sus, vedem că poate atinge 200.000.

Gama tensiunii de ieşire este mai mică decît cea a tensiunii de alimentare, şi este dată pentru anumite tensiuni de alimentare.

Curentul de scurt circuit este dat de circuitul de protecţie la scurt circuit al operaţionalului. Are în general valori de zeci de mA.

Factorul de rejecţie de mod comun este exprimat în decibeli, ca raport între variaţia tensiunii de ieşire şi variaţia tensiunii de mod comun. Teoretic,  la un operaţional fără reacţie, dacă la ieşire sînt 0V,  iar intrările cresc sau scad cu aceeaşi valoare aşa încît diferenţa lor rămîne aceeaşi, atunci tensiunea la ieşire rămîne constantă. Practic, ea se modifică, tocmai cu un raport dat de acest parametru. Common Mode Rejection Ratio se notează prescurtat CMRR.

Factorul de rejecţie a tensiunii de alimentare se exprimă de asemenea în decibeli. Atunci cînd se variază tensiunea de alimentare, tensiunea la ieşire va varia cu un raport dat de acest parametru. Spre exemplu, 96dB înseamnă un raport de 63000. Adică o variaţie de 1V a tensiunii de alimentare, va determina o variaţie a tensiunii la ieşire de 1/63000=15uV. Acest parametru se notează prescurtat PSRR.

Banda reprezintă frecvenţa la care amplificarea este egală cu 1 atunci cînd nu există reacţie. La orice operaţional, produsul amplificare * bandă este constant. Dacă la 1,5Mhz amplificarea este 1, atunci la o frecvenţă de 10 ori mai mică, amplificarea va fi  de 10 ori mai mare.

Slew rate reprezintă viteza maximă de creştere a tensiunii de la ieşire.
 

Stabilitatea montajelor cu amplificatoare operaţionale

Se ştie de la fizica de clasa a cincea că un al doilea pol în semiplanul drept aflat la frecvenţă mai mică decît cea de cîştig unitar duce la îndeplinirea condiţiei Barkhaussen de oscilaţie. OK, glumeam doar, nu închide fereastra!!

În primul rînd, ce înseamnă ca un operaţional să fie stabil? Răspunsul e simplu, adică să nu oscileze în montaj de reacţie negativă. Orice operaţional manifestă o întîrziere a semnalului de la intrare la ieşire. Există o anumită frecvenţă pentru care întîrzierea este egală cu jumătate din perioada semnalului. La această frecvenţă semnalul de la ieşire se va întoarce Dacă amplificarea totală (incluzînd calea de reacţie) este mai mare ca 1, atunci amplificatorul cu reacţie negativă va oscila exact pe această frecvenţă. Adică va fi instabil. Cazul cel mai defavorabil este cazul repetorului (adică un amplificator care are amplificare unitară – nu amplifică în tensiune ci doar în curent), unde tensiunea de la ieşire este aplicată în întregime intrării  inversoare. Dacă se doreşte amplificare mai mare, atunci divizorul rezistiv de la ieşire la intrarea inversoare va reduce tensiunea care se întoarce la intrare şi va creşte stabilitatea.

Un operaţional care este stabil ca repetor se numeşte Unity Gain Stable. Dacă nu este Unity Gain Stable, atunci poate ca în configuraţie de repetor să genereze un semnal de 1-30MHz de amplitudine mică (sute de mV).

Un operaţional poate să oscileze chiar dacă nu este legat ca repetor. O întîrziere apare din cauza lui, dar şi reţeaua de reacţe negativă poate să introducă altă întîrziere. De aceea frecvenţa de oscilaţie poate fi mai mică, şi poate să apară chiar la amplificări mari.

Condensatoarele, dar şi elementele active introduc întîrzieri în calea de semnal. De aceea, cu cît bucla de reacţie este mai complexă, cu atît creşte riscul instabilităţii.

Problema stabilităţii este mult mai complicată, dar am încercat să prezint doar foarte succint în ce constă.

În Amplificatorul operaţional 3 vom vedea diferite scheme în care pot fi folosite amplificatoarele operaţionale.

 

Despre Cristian Grecu

Mă numesc Cristi, şi uneori sînt student la facultatea de electronică din Bucureşti. Consider electronica un domeniu infinit, cu cît învăţ mai mult, cu atît văd că marginile sale sînt tot mai departe.

2 Comentarii

  1. CITAT DIN TEXTUL DE MAI SUS: «La orice operaţional, produsul amplificare–bandă este constant. Dacă la 1,5MHz amplificarea este 1, atunci la o frecvenţă de 10 ori mai mică, amplificarea va fi de 10 ori mai mică».

    CORECTIA DE RIGOARE: «La orice operaţional, produsul amplificare–bandă este constant. Dacă la 1,5MHz amplificarea este 1, atunci la o frecvenţă de 10 ori mai mică, amplificarea va fi de 10 ori mai MARE(NU MAI MICA)».

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

*